Способ определения формы рельефа поверхности

(я)5 6 01 С ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН фр ррр,Яр, "ц 4К АВТОРСКО ЬСТВУ СВ 3 О этого способа яво использования азисе фотографи неограниченно 1ф 1) 4775575/10ф 2) 29,12.89(11) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (12) Ю,Л.Бирюков и Л.А.Сайкова(56) О.Г.Раггу, С,М.Со 1 д.Яоаг-А 1 т 1 тос 1 е 1 чотпо 9 гагп, - РЬотоцгагпветг с Епд 1 пеег 1 п 9, .1972. М 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 иположение 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 соответствии с которым проводят съемку одного и того же участка поверхности из различных точек пространства, по величинам сдвига идентичных точек на снимках определяют(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ(57) Использование: фотограмметрия и аэрокосмическая съемка. Сущность изобретения: при измеренномположении 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 точностьопределения рельефа поверхности и не может быть повышена увеличением фокусногорасстояния объектива, так как при заданномпроценте перекрытия снимков К, фиксированной высоте съемки Н и фиксированномформате кадра а увеличение фокусногорасстояния приводит к уменьшению размера захватываемого на местности учаСтка съемки, что приводит к необходимостиуменьшать базис фотографирования. На основании ан - средйяя квадратическаяошибка определения высот объектов гпн=вЛ 0= Н и, таким образом, точность оп- .а (1 - К)ределения высоты не зависит от фокусногорасстояния,Другим недостаткомляется невозможность егпри сколь угодно малом брования, так как при К -+увеличивается щн, 1793221Техническим результатом изобретенияявляется повышение точности способа определения формы рельефа поверхности присколь угодно малом базисе сьемки по конфигурации отбрасываемых неровностямирельефа теней.Это достигается тем, что по предлагаемому способу при произвольном положении съемочного аппарата и различныхположениях источника света или при различных положениях как съемочного аппарата, так и источника света, получают дваснимка одного и того же участка поверхности, фиксируют на них тени от идентичныхдеталей и по данным по конфигурации, положении и длине этих теней определяотсвязанные с ними параметры функции, аппроксимирующей рельеф поверхности,Существенное отличие данного способаот прототипа достигаетсг, за счет нового сочетания следующих действий: с целью повышения точности, второй снимок получаютпри другом азимутальном положении источника света, Каждый из снимков получаютпри угловых высотах источника света, обеспечивающих получение отдельных неперекрывающихся участков, ограниченныхтеневыми контурами, На теневых контурахвыбираются точки, характеризующие формутеней, по данным о положении этих точек,связанных с положением сточника света вмомент сьемки, в сочетании с методами аппроксимации определяюторму рельефа,На фиг.1 представленаллюстрация освещенной Солнцем поверхости, когда высота Солнца , азиму: а; фиг,2конфигурация теней и их и:;оекции в плоскости фотографирования пЕ и азимуте Сол нца, равном нулю.Сущность способа заключается в следующем, Некоторая поверхность, которую сдостаточной точностью можно аппроксимировать дважды дифференцируемой функцией, освещается бесконечно удаленнымисточником света - Солнцем (фиг.1). В этомслучае падающие на поверхность лучи светаможно считать параллельными. ПоложениеСолнца характеризуется углами: высотойСолнца Енад плоскостью ХОУ и азимутомСолнца а - углом в плоскости ХОУ, являю щейся плоскостью фотографирования с вве денной ортогональной системой координат10 И- , 0 а 2 л,2Для простоты снацала примем, что проекции падающих лучей на фотографируемую плоскость параллельны оси ОХ, т,е,азимут равен нулю, На фиг.2 изображеныпрофиль освещенной поверхности и проекции теневых областей на плоскость ХОУ, точками являются точки С и О 40 Таким образом, для контура АВСО, ограничивающего теневую область на изображенил в, плоскости ХОУ, можно написатьтри соотношения;(С) =0(или Ех (О) = О) (1 - 3)Е(А. - Е(В)=бед ЕВ общем случае, когда азимут Солнца не равен нулю (фиг,1), также можно получить подобные соотношения; осуществив поворот в плоскости ХОУ на угол а; в этом случае они примут вид: 50- д соз а+ - д зпа =1 дЕддЕдЕдх дуРЕ г ФЕ- , с соз а+ 2 с соз ази а+дх Х У Пусть отклонение рельефа поверхности от фотографируемой плоскости задается какой-либо функцией г=Е(х,у). Рассмотрим одну теневую область, изображенную 5 контуром АВСО, Точка А, расположенная наконтуре, получается как точка касания поверхности падающим лучом. Точки С и О являются крайними точками касания. Таким образом, часть контура тени, образованная "0 дугой САО состоит иэ проекций точек касания лучами света поверхности. Если угол падения лучей света , то в этих точках Ех =1 ФОТочки части контура СВО (исключая С и 15 О) являются проекциями конечных точек теней, получаемыми пересечением продолжения падающих касательных лучей с поверхностью. Так, точка В - конечная точка тени, полученная пересечением падающего 20 луча, проходящего через точку касания А, споверхностью. Тогда, если обозначить расстояние между точками А и В через б, соотношение между высотами (аппликатами) этих точек Е(А)-Е(В)=бщЕ о.25 В сечении поверхности в направлениипадения солнечных лучей плоскостью солнечного вертикала внутри затененногоучастка на основании теоремы Лагранжа найдется точка, в которой касательная па 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 (Ех)х =Ехх =О, Посколькутакая точка в любомсечении, параллельном оси ОХ, находится внутри затененного участка, она, в частности совпадает с точкой, в которой касательная к контур параллельна оси ОХ. Такими+ 1 сяп а=Оф2а у1(А) - 1(В) = 19 "о (4-6)Для определения парамегров авпроксимирующей рельеф функции гор (эц, х, у)трех уравнений недостаточно, Поэтому нужно брать на нескольких снимках изображения теневых областей от одних и тех женеровностей рельефа; полученные при различных высотах Солнца,Пусть, например, функция, аппроксимирующая реальную поверхность, имеет вид;г= Г ац хуКоэффициент аоо можно определить,если известна высота хоть одной точки наповерхности. Число неизвестных коэффициентов (К+1), тогда для определения коэф 2фициентов а 1 необходимо минимальноечисло теневых контуров на снимках, равное)(К 1 23 Формула изобретения 1 еСпособ 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 измерений с использованием аппроксимирующей функции, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, второй снимок получают 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 неизве 25 стными (аоо не участвует), Аналогичныеуравнения записываются для других теневых контуров, в итоге получится система линейных уравнений, в которой число уравнений больше числа неизвестных. Ре шение полученной системы находят по методу наименьших квадратов или другими хорошо разработанными методами,Наличие пересечений неко.орых тене вых областей на изображениях не можетпомешать решению задачи определения формы рельефа поверхности, так как для. каждого контура в бирается всего три характерные очки. Если вследствие наложе ния теней некотор ле иэ них невозможноиспользовать, то недостающие уравнения можно полу:ить за:чет других теневых контуров,свгтэ, обеспечивающих по 1 учение отде 1 ьных тенев х участков, излеряют угло.ые координаты исто" ника све а, соответствующ ,е кажд. му сн -.мку, в качестве контуров выбирают онтуг л теневь х участков, н з учас-.ках выГ анны: контур в, обрэщенчых к и:точник света., выбира эт точки, через которые пр 1 водят прямые параллельные направлен .ю на источнйк света, измеряют длины о 1 оезков этих пр, мых, лежащих внутри тене".ого уч стка, з ачения этих длин, а также з аченй измеренных угловых координат псточни;а светаиспользуют при обработк з реэул,татов.Составитель Л.СайковаТехред М.Моргентал Карре едактор С.Кулакова труше ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "П д, ул.Гагарина, 101 каз 494 ВНИИПИ Тираж арственного комитета по 113035, Москва, Ж