Способ определения формы рельефа поверхности
Использование: фотограмметрия и аэрокосмическая съемка. Сущность изобретения: при измеренном положении съемочного аппарата и при различных измеренных положениях источника света получают не. менее двух снимков одного и того же участка поверхности, фиксируют на этих снимках тени от йден-гичных деталей и по данным о: конфигурации, положении и длине этих теней определяют параметры функции, аппроксимирующей рельеф поверхности. 2 ил.
COlO3 СОВЕТСКИX
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСГ!УБЛИК
tsI)s G 01 С 9/00
ГOCYflAPCTBEHHOE ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (гОспАтент сссР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4775575/10 (22) 29.12.89 (46) 07.02.93, Бюл. ¹ 5 (71) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (72) Ю,Л.Бирюков и Л.А.Сайкова (56) G.F.Parry, С.M.Gold. Solar-Altitude
blomogram. — Photogrammetric Engineering, .1972. N 9, рр.891 — 899.
Лобанов А.Н. Фотограмметрия, — М.:
Недра, 1984, с.552.
Изобретение относится к области фотографической, телевизионной и фототелевизионной съемок поверхности и может быть использовано в тех случаях, когда необходимо исследовать рельеф фотографируемой поверхности и положение источника света, параметры сьемочной аппаратуры и неровности рельефа таковы, что линейные размеры теней от этих неровностей могут быть измерены на снимках.
Известен способ определения высот отдельных объектов, расположенных на заданной поверхности, по величине отбрасываемой ими тени. Однако, если эта поверхность не задана, он не позволяет определить ни ее форму, ни высоту этих объектов, Известен способ определения рельефа поверхности по стереоснимкам, в сбответствии с которым проводят съемку одного и того же участка поверхности из различных точек пространства, по величинам сдвига идентичных точек на снимках определяют
SU 1793221 А1
2 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ
РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ (57) Использование: фотограмметрия и аэрокосмическая съемка. Сущность изобретения: при измеренном положении съемочного аппарата и при различных иЗмеренных положениях источника света получают не менее двух снимков одного и того же участка поверхности, фиксируют на этих снимках тени от идентичных деталей и по данным о конфигурации, положении и длине этих теней определяют параметры функции, аппроксимирующей рельеф поверхности. 2 ил. превышения, по которым определяют рельеф. Однако при этом ограничена точность определения рельефа поверхности и не может быть повышена увеличением фокусного расстояния объектива, так как при заданном проценте перекрытия снимков К, фиксированной высоте съемки Н и фиксированном формате кадра а увеличение фокусного расстояния приводит к уменьшению раз- 4 мера захватываемого на местности учаСтка съемки, что приводит к необходимости M уменьшать базис фотографирования. На основании ан — средйяя квадратическая ошибка определения высот объектов тн= п1Л0
= Н и, таким образом, точность оп-: а (1 - К) ределения высоты не зависит от фокусного расстояния.
Другим недостатком этого способа является невозможность его использования при сколь угодно малом базисе фотографирования, так как при К -«1 неограниченно увеличивается щн.
1793221
Техническим результатом изобретения является повышение точности способа определения формы рельефа поверхности при сколь угодно малом базисе сьемки по конфигурации отбрасываемых неровностями рельефа теней.
Это достигается тем, что по предлагаемому способу при произвольном положении съемочного аппарата и различных положениях источника света или при различных положениях как съемочного аппарата, так и источника света, получают два снимка одного и того же участка поверхности, фиксируют на них тени от идентичных деталей и по данным по конфигурации, положении и длине этих теней определяют связанные с ними параметры функции, аппроксимирующей рельеф поверхности, Существенное отличие данного способа от прототипа достигаетсг: за счет нового сочетания следующих действий: с целью повышения точности, второй снимок получают при другом азимутальном положении источника света, Каждый из снимков получают при угловых высотах источника света, обеспечивающих получение отдельных неперекрывающихся участков, ограниченных теневыми контурами, На теневых контурах выбираются точки, характеризующие форму теней, по данным о положении этих точек, связанных с положением:..:.сточника света в момент сьемки, в сочетании с методами аппроксимации определяют 4 орму рельефа.
На фиг.1 представлена::ллюстрация освещенной Солнцем поверх::ости, когда высота Солнца h, азиму: а; фиг.2 конфигурация теней и их и;зоекции в плоскости фотографирования пги азимуте Сол нца, равном нулю.
Сущность способа заключается s следующем. Некоторая поверхность, которую с достаточной точностью можно аппроксимировать дважды дифференцируемой функцией, освещается бесконечно удаленным источником света — Солнцем (фиг.1). В этом случае падающие на поверхность лучи света можно считать параллельными. Положение
Солнца характеризуется углами: высотой
Солнца heíàä плоскостью ХОУ и азимутом
Солнца a — углом в плоскости ХОУ, являю щейся плоскостью фотографирования с вве денной ортогональной системой координат
tO < h < —, 0 а <2л).
Для простоты сначала примем, что проекции падающих лучей на фотографируемую плоскость параллельны оси ОХ, т,е. азимут равен нулю. На фиг.2 изображены профиль освещенной поверхности и проекции теневых областей на плоскость XOY.
55 точками являются точки С и 0
Таким образом, для контура ABCD, ограничивающего теневую область на изображенил в, плоскости ХОУ, можно написать три соотношения;
f»i (A)=tgh .
f>
f(A - f(B)=dtgh о
В общем случае, когда азимут Солнца не равен нулю (фиг.1), также можно получить подобные соотношения; осуществив поворот в плоскости XOY на угол а; в этом случае они примут вид: — А cos а+ — lg, sin а = tgh д1 Rf дх ду гf 2 дf — tccos а+2 1сcosasinа+ дх . х У
Пусть отклонение рельефа поверхности от фотографируемой плоскости задается какой-либо функцией z=f(x,у). Рассмотрим одну теневую область, изображенную
5 контуром ABCD. Точка А, расположенная на контуре, получается как точка касания поверхности падающим лучом. Точки С и 0 являются крайними точками касания. Таким образом, часть контура тени, образованная
"О дугой CAD состоит из проекций точек касания лучами света поверхности. Если угол падения лучей света h, то в этих точках
f» =tgho.
Точки "части контура CBD (исключая С и
"5 D) являются проекциями конечных точек теней, получаемыми пересечением продолжения падающих касательных лучей с поверхностью. Так, точка  — конечная точка тени, полученная пересечением падающего
2О луча, проходящего через точку касания А, с поверхностью. Тогда, если обозначить расстояние между точками А и В через d, соотношение между высотами (аппликатами) этих точек f(A) f(B)=dtgh p .
25 В сечении поверхности в направлении падения солнечных лучей плоскостью солнечного вертикала внутри затененного участка на основании теоремы Лагранжа найдется точка, в которой касательная па3О раллельна направлению падения солнечных лучей. Отсюда по теореме Ролля между этой точкой и точкой начала тени, в которой касательная также параллельна падению солнечных лучей, найдется точка, в которой
35 (fx )x =fxx =О. Посколькутакая точка в любом
1 I il сечении, параллельном оси ОХ, находится внутри затененного участка, она, в частности совпадает с точкой, в которой касательная к контур . параллельна оси OX. Такими
1793221
+ lysin а=О
2 ау"
<(A)-<() Фо (4-6)
Для определения парамегров аппроксимирующей рельеф функции z=-p (aIi, х, у) трех уравнений недостаточно. Поэтому нужно брать на нескольких снимках изображения теневых областей от одних и тех же неровностей рельефа; полученные при различных высотах Солнца.
Пусть, например, функция, аппроксимирующая реальную поверхность, имеет вид:
I I
aIi xy
1= )=
Коэффициент аоо можно определить, если известна высота хоть одной точки на поверхности. Число неизвестных коэффициентов (К+1), тогда для определения коэф2 фициентов а1 необходимо минимальное число теневых контуров на снимках, равное
1 (Ж 1}2)
Формула изобретения
1 е
Способ определения формы рельефа йоверхностй, заключающийся в получении двух снимков при измеренном положении съемочного аппарата, измерении элементов соответствующих контуров на каждом из снимков и обработку результатов измерейий с использованием аппроксимирующей функции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, второй снимок
6олучают при другом азимутальном положении источника света, каждый из снимков получают при угловых высотах источника
Если для такой функции вычислить соответствующие производные, то соотношения (4-6) будут представлять собой систему трех линейных уравнений с (К+1) — 1 неизве2
5 стными (ао не участвует), Аналогичные уравнения записываются для других теневых контуров, в итоге получится система линейных уравнений, в которой число уравнений больше числа неизвестных. Ре10 шение полученной системы находят по методу наименьших квадратов или другими хорошо разработанными методами, Наличие пересечений неко:орых тене15 вых областей на изображениях не может помешать решению задачи определения формы рельефа поверхности, так как для . каждого контура в бирается cего три характерные очки. Если вследствие наложе20 ния теней некотор; е иэ них невозможно использовать, то недостающие уравнения можно полу:ить за =чет других теневых контуров. свгта, обеспечив=ющих почучение отде1ьных тенев Ix участков, излеряют угло .ые координаты исто" ника све а, соответствующ,е кажд му сн I-ìêó, в кэчестве контуров выбирают <онту(л теневь х участков, í 3 учас-.êàõ выГ анны:.. контур Ia, обращенных к
v.=To÷Hèê света., выбира-эт точки, через которые пр 1водят прямые параллельные направлен .ю на источнйк света, измеряют длины о- резков этих пр. мых, лежащих внутри тене ".orо уч стка, з ачения этих длин, а также з аченй измеренных угловых координат I:ñòo÷íè:а света используют при обработка реэул,татов.
Составитель Л.Сайкова
Редактор С.Кулакова Техред М.Моргентал Корректор С,Патрушева
Заказ 494 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035,Москва,Ж-35, Раушская наб„ 4/5.
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
