Измерительные системы для построения трехмерных моделей природных объектов при мониторинге окружающей среды

• Автор: Дмитриев, Игорь Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Глава 1. Обзор методов реконструкции компьютерных трехмерных моделей объектов реального мира.
Глава 2. Реконструкция трехмерных цифровых образов природных и природно-техногенных объектов по их изображениям.
2.1. Анализ проблемы и постановка задачи реконструкции цифровых образов объектов реального мира.
2.2. Принципы, методы и алгоритмы построения цифровых трехмерных моделей объектов, имеющих слабовыраженную текстуру поверхности, по их стереоскопическим изображениям:

2.2.1. стереоскопические пары цифровых снимков и их измерительные свойства;

2.2.2. алгоритмы реконструкции трехмерных цифровых моделей по их стереоизображениям;

2.2.3. алгоритм калибровки и юстировки;

2.2.4. алгоритм сравнения реконструированных поверхностей.

2.3. Измерительная система для построения цифровых трехмерных

моделей объектов со слабовыраженной текстурой поверхностей по их стереоскопическим изображениям.
2.4. Метод и измерительная система построения цифровой трехмерной модели объекта с поверхностью, не имеющей текстуры.

Глава 3. Способы и измерительные системы наблюдения и контроля состояния природных и природно-техногенных объектов по их изображениям
3.1. Способ наблюдения и контроля состояния и процессов
разрушения берегов водных объектов по их стереоскопическим изображениям.
3.2. Способ и измерительная система для наблюдения уровня воды по стереоскопическим изображениям поверхности воды.
3.3. Способ и измерительная система для определения
пространственного положения дымовой струи,
образованной в атмосфере выбросами предприятий
промышленности и энергетики
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы.
Рост антропогенных воздействий на окружающую природную среду, вызванные этим изменения ее состояния приводят к необходимости совершенствования и развития методов наблюдения природных объектов и их составляющих, создания на этой основе соответствующих аппаратнотехнических средств. Новые методы и средства наблюдения и контроля могут принципиально отличаться от уже существующих систем как по положенным в их основу физическим, химическим и другим принципам наблюдения, так и по номенклатуре наблюдаемых и контролируемых характеристик природных объектов. Так, в последнее время значительное внимание стало уделяться наблюдениям природно-территориальных комплексов (ПТК), рассматривая их в качестве базовых элементов окружающей природно-техногенной среды. Состояние ПТК характеризуется качеством и совокупностью выполняемых ими функций, а так же признаками, описывающими структуру ПТК. Структурно-функциональные части ПТК имеют свои метрические характеристики такие, как длина, ширина, высота, форма, ориентация в пространстве, цвет, спектральная отражательная способность и т.д. Часть этих характеристик уже освоена исследователями, методы (способы) их измерения успешно применяются в различных системах дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Однако важнейшие характеристики природных объектов, связанные с их формой, линейными размерами, положением в пространстве, а также характеристики поверхностей природных объектов вплоть до настоящего времени не получили распространения при оценке состояния окружающей природной среды и выявления негативно влияющих на это состояние процессов природного и антропогенного характера. Причина одна -отсутствие эффективных методов и способов наблюдения и измерения.
Наиболее легкодоступными источниками информации об объектах реального мира являются их фотоизображения. В связи с этим последние
2ЖС (

Е (а, ~ а)(Ь, - Ь )
[(Е («,-^)2)(Е (*/ ~Ъ)2)]'п
где аи Ь- значения пикселей для правого и левого кадров.
21ЧСС одинаково хорошо определяется как для черно-белых, так и для цветных изображений. Для цветных изображений, когда значение яркости имеет векторное значение, достаточно воспользоваться обычным скалярным произведением. Цветные изображения заранее переводятся из пространства 1К}В в пространство УСгСЬ (или его приближение).
Окно вычисления кросскорреляции вытянуто вдоль строк и захватывает также верхнюю и нижнюю строки как на правом, так и на левом изображении. Типичный размер окна: 5x3.
Межпиксельная точность вычисления смещений достигается путем квадратичной аппроксимации вблизи максимума корреляции (широко используемый способ):
а = (ЪЖС($Л)-ЪЖС(я+1))/(ХЖС($А)+ЪЖС(р+1) 2*7]СС(р)),
где: р - смещение максимума (целое число),
б - результирующее смещение (рациональное число).
Если участок линии имеет слабо выраженную текстуру, из-за чего на нем плохо определено ZNCC, то используется простая линейная интерполяция смещения между двумя более хорошо определенными точками. Иными словами, считается, что этот слаботекстурованный участок принадлежит плоскости.
После получения карты смещений Б(х) легко вычислить трехмерные координаты точек изображения.
Если исходить из допущения, что правая камера полностью совпадает с оптической ориентацией левой камеры, и смещение от левой камеры к правой проходит точно по вектору ех, то получается следующее уравнение для
координаты I точки в пространстве: