Устройство для автоматического восстановления рельефа местности по стереопаре аэроснимков

-" аАЯО) 291 о и и с А "-и е, ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Сфветсаик Сецивлистичеспик Ресаублии(51)М, Кл,2 а 01 С 11/12 Государственны 1 коинтет СССР по деяаи нзобретеннй н открытнйОпубликовано 051079. Бюллетень Йо 37 Дата опубликованив описания 05.10.79(71) Здйаитель Ордена ленина институт кибернетики Ан Украинской сср 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОССТ АНОВЛЕНИЯ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ ПО СТЕРЕОПАРЕ АЭРОСНИМКОВ Изобретение относится к фотограмметрии и предназначено для автоматизации восстановления рельефа местности по стереопаре аэроснимков 5этой местности,Известны автоматические устройства для восстановления рельефа местности по стереопаре аэроснимков,в которых реализованы последовательные корреляционные способы восстановления 1.Этим устройствам свойственен ряднедостатков. Практически приемлемаяточность восстановления .рельеФадостигается только при малых уклонахместности. Устройства имеют низкуюпомехоустойчивость: при работе среальными снимками наблюдаются значительные отклонения и даже фотрывыф восстанавливаемого рельефа отсуществующего в действительности.В большинстве известных корреляци"онных устройств точки рельеФавосстанавливаются непосредственнов процессе сканирования снимков стереопары и коррелирования сигналовсканирования, При этом усложняетсяконструкция и снижается быстродействие30 Процесс восстановления рельефаускоряется, если сравниваемые коррелирующие участки снимков стереопары расположены на соответственных эпиполярных линиях снимков 2,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяустройство для восстановления рельефа местности по стереопаре аэроснимков, в котором снимки сканируютсяпо сетке параллельных эпиполярныхлиний и полученные сигналы .запоминаются в оператиьной памяти устройства 3 .Это устройство имеет низкую точность работы на рельефе с меняющимися и достаточно большими по величине локальными уклонами холмистая, горная местность), а ханжеслабую помехоустойчивость в условиях случайных искажений сигналовсканирования,Недостатки устройства обусловлены последовательным характеромкорреляционного восстановлениярельефа точка за точкой, в котором ранее восстановленные точкиучаствуют в дальнейшей работе устройства на правах точек действи 690291тельного рельефа местности, Приэтом происходит накопление ошибок,возникающих при корреляционном сравнении вариантов рельефа в заданной окрестности восстанавливаемойточки. Ошибки возникают, в основном, по двум причинам: из-за линеаризации рельефа в рассматриваемойокрестности и в результате амплитудных искажений, нарушающих равенство сигналов в соответстненныхточках снимков.Линеаризация снижает точность.восстановления рельефа, если последний в действительности изменчив езпределах рассматриваемой окрестности точки рельефа. Эти погрешностиснижаются при сокращении размеровзадаваемой окрестности, однакопри этом уменьшаются коррелируемыеучастки и нозрастает нлияние случайных амплитудных искажений сигна"лов, Взаимная корреляция сигналовстановится малопригодной для оценкисходства сигналов, которые подвержены неоднородным амелитудным искадениям 1 При неоднородных искажениях 25пропорциональность между сигналамив соответственных точках снимковможет меняться от точки к точкев.широких пределах,В результате при работе после- ЗОдовательных устройств наблюдаютсябольееие отклонения и даже отрывы восстанонлеееого пполиля рель 6 фа от существующего в действительности. 35Целью изобретения является понышение точности и помехоустойчивостивосстановления рельефа местностипо стереопарам аэроснимконЭто достигается тем, что н устройство для автоматического восстановления рельефа местности по стереопаре аэроснимков, содержащееблок управления устройством, одинвыход которого через блок управлениясканированием подключен к вхоцамФотоэлектрических преобразователейснимков, а другой выход - ко вторымвходам Фотоэлектричес;:,их преобразователей снимйов, выходы которьиподключены к блоку оперативной па- эОмяти для снимков в цифровой Форме,вводятся блок управления восстановлением профиля, блок адресации точек,блОк вычисления раэееостных сигееалонрблок временного запоминания минималь" 55ных рассогласований, блок вычисления рассогласонаний сигналон, блокопределения минимального рассогласонания, блок накопления минимальныхрассогласований, блок запоминания 6 Олокально-оптимальных продолженийпрофиля, блок определения еинималь"ного окончательного рассо:ласованияи блок восстановления профиля, приЧем выход блока упранлеееия,.носстановлением профиля через блок адресации точек подключен к блоку оперативной памяти для снимков в цифровой форме, выход которого через блок вычисления раэностных сигналов подключен к нходу блока вычисления рэссогласований сигналов, выход которого через блок определения минимального рассогласования, блок накопления минимальных рассогласований и блок временного запоминания минимальных рассогласований соединен со вторым входом блока вычисления рассогласований сигналов, второй выход блока управления восстановлением профиля подключен к блоку ,вычисления рассогласований сигналон и к блоку временного запоминанияминимальных рассогласований, а черезблок определения минимального рассогласования - к блоку запоминания локально-оптимальных продолженийпрофиля, а третий выход блока управления носстанонлением профиля подключен к входу блока определения минимального окончательного рассогласования, а через блок накопления минимальных рассогласований - ко второму входу блока определения минимального окончательного рассогласования, выход которого через блок восстановления профиля и блок запоминания локально-оптимальных продолжений профиля подключен ко вто- рому входу блока восстановления профиля ныход которого соединен с блоком управления восстановлением профиля и блоком управления устройства,Как и в прототипе, в устройстве снимки стереопары сканируются по сетке эпиполярных линий и преобразуются в дискретееые цифровые сигналы. В отличие от прототипа, в устройстве каждый очередной восстанавливаемый эпиполярный профиль рельефа восстанавливается одновременно по всему сечению рельефа, причем при восстановлении Е 1 упорядоченным сокращенно способом перебираются все допустимые из Физических соображений варианты рельефа наблюдаемой местности и Е 2 учитываются допустимые неоднородные амплитудные искажения сигналов в соотнетственных точках снимков, тае(ие, что приращения сигналов в соседних соответственных точках вдоль соответстненных эпиполярных линий сканирования снимков пропорциональны одно другому с точностью до однородных случайных помех, и коэффициенты пропорциональности изменяются произвольным образом н заданном интервале значений.Блок-схема устройства приведена на Фиг. 1 и 2, Устройство содержит фотоэлектрический преобразователь 1первого снимка, фотоэлектрическийпреобразователь 2 второго снимка,блок 3 управления сканированием,блок 4 оперативной памяти для снимков в цифровой Форме 4, блок 5 управления устройством, блок 6 адресации точек, блок 7 управления вос 5становлением профиля, блок 8 вычисления разностных сигналов, блок 9временного запоминания минимальныхрассогласований, блок 10 вычислениярассогласований сигналов, блок 11определения минимального рассогласования, блок 12 накопления минимальных рассогласований, блок 13 определения минимального окончательногорассогласования, блок 14 запоминания локально-оптимальных продолженийпрофиля , блок 15 восстановленияПроФиля (параллаксов),Блок 5 управления устройствомчерез блок 3 управления сканированием подключен к блокам фотоэлектрических преобразователей 1 и 2. Другим выходом блок 5 соединен со вторыми входами блоков преобразователей 1 и 2, выход которых подключенк входам блока 4 оперативной памятидля снимков в цифровой форме. Блок 7управления восстановлением профилясвязан шинами 16 с блоком 6 адресации точек, шинами 17 - с блоком 9 30временного запоминания минимальныхрассогласований, шинами 18 - с блоком 10 вычисления рассогласованийсигналов, шинами 19 - с блоком 11определения минимального рассогласования сигналов, шинами 20 - сблоком 12 накопления минимальныхрассогласований и шинами 21 - с блоком 13 определения минимальногоокончательного рассогласования. 40Блок 6 адресации точек шиками 22связан с блоком 4 оперативной памятидля снимков в цифровой форме. Последний шинами 23 связан с блоком 8вычисления разностных сигналов, который шинами 24 соединен с блоком 10вычисления рассогласований сигналов,Блок 10 шинами 25 связан с блоком 9временного запоминания минимальныхрассогласований и шинами 26 - с блоком 11 определения минимального рассогласования. Блок 11 шинами 27 связан с блоком 14 запоминания локально-оптимальных продолжений профиляи шинами 28 - с блоком 12 накопления минимальных рассогласований.55Последний шинами 29 связан с блоком9 временного запоминания минимальных рассогласований и шинами 30с блоком 13 определения минимального окончательного рассогласования.Шинами 31 блок 13 связан с блокомвосстановления профиля 15. Блок 15входными и выходными шинами 32 и33 связан с блоком 14 запоминаниялокально-оптимальных продолжений 65 профиля и по шинам 34 и 35 подключенк блоку 7 управления восстановлением профиля и блоку 5 управленияустройством,При описании работы использованыследующие обозначения:1 = 1,2 п - циФровая координататочки эпиполярного профиля рельефаи одновременно цифровая координаТасоответственной точки первого снимка стереопары, изображающей эту точку профиля; лР =-ьт,- ьт+1,0,1, " априращения целочисленных параллаксов,отвечающие допустимым изменениямвысоты точки восстанавливаемогопрофиля по отношению к соседнемуэпиполярному профилю рельефа; Ь,"граница допустимых изменений параллаксов в одноименных точках сосед-.них проФилей рельефа (0); Рс, -опорные целочисленные продольныепараллаксы соответственных точекснимков, отвечающие восстановленнымвысотам точек соседнего профиля;Р, = РьР - целочисленные продоль"ные йараллаксы соответственных точекснимков, отвечающие допустимым высотам точек восстанавливаемого профиля;О)- сигнал для снимка в цифровойФорме в точке, лежащей на рассматриваемой эпиполярной линии сканирования первого снимка;Ф(1- Р;) - аналогичный сигнал длясоответственной точки второго снимка;ь/,1-1 )= Ч( 1) - Ч( 1 - 1) " прираще"ние сигнала в соседних точках вдольэпиполярной линии сканирования первого снимка;ьй(1 - Р, 1-1 -Р; ) - Ъ(1- Р) й (1-1-Р; )приращение сигйала в точках второгоснимка, соответственных точкам 1, 1 -(на первом снимке в случае,если локальное продолжение рельефамежду точками 1 и 1- 1 профиляхарактеризуется параллаксами Р, Рв этих точках;5 (Р) - остаточное минимальноерассогласование между сигналами наобоих снимках стереопары в случае,когда высота в 1-й точке профиляхарактеризуется параллаксом Р1; ( Р) - частная сумма квадратичных мйнимальных рассогласованиймежду снимков для локально-оптимального варианта профиля рельефа для то.чек 1,2,1,характеризующегося вточке 1 параллаксом Р;Я; ( Р,Р; Д.) - локальное рассогласование между сигналами, соответст"вующее локальному продолжению рельефа между точками 1 и 1-1, характеризующимися параллаксами Р и Р,чивающееся в точке 1 с параллаксомР;,Функциональная схема одного извозможных вариантов реализации блока 10 представлена на фиг,2. Блок36 суммирует поступающие на неговходные сигналы; блок 37 вычитаетиэ сигнала по первому входу сигнал,поступающий по второму входу; блок38 возводит входной сигнал в квадрат; блоки 39 и 40 аналогичны блоку36 (суммируют входные сигналы);блок 41 перемножает входные сигналы;блок 42 формирует частотное от деления сигнала, поступающего по пер-вому входу, на сигнал по второмувходу; блоки 43 и 44 выделяют навыходе, соответственно, наименьшийи наибольший из входных сигналов.Все эти блоки 36-44 могут быть реализованы при помощи стандартныхФункциональных элементов аналоговойи цифровой вычислительной техники.Выходные сигналы блока 10 поступают на вход блока 11 определенияминимального рассогласования. Подуправлением блока 7 в блоке 11 длякаждого значения параллакса Р 1 определяется минимальная по всем допустимым значениям параллакса Рсумма квадратичных рассогласований2( Р), остаточное минимальное рассогласование сигналов б;( Р;) и локально-оптимальное продолжение профиля, т.е, значение параллаксаР( Р) в предшествующей точке 1 -1профиля, отвечающее найденной минимальной сумме рассогласований.Сигналы Э( Р) и 9( Р 1) заносятся вблок 12 накопления минимальных рассогласований, где запоминаются впозициях, соответствующих перебираемому значению параллакса Р, Значение Р 1( Р) заносится в блок 14запомйнания локально-оптимальных4продолжений профиля в позицко, соответствующую текущей точке 1 про"Филя и параллаксу Р для этой точки.После перебора всех допустимыхзначений параллакса Р; для точки 1проФиля величины З (Р;) и 9( Р),накопленные в блоке 12, передаютсяв блок 9 для замещения находившихсятам ранее величин Э( Р; ) и51 ( Р; ), После этого блок 7уйравления переходит к очереднойточке 1+1 профиля, и весь описанныйцикл работы повторяется.После того, как перебор точекпроФиля 1:1,2 И закончен, посигналу от блока управления 7 вблоке 13 определяется минимальноеокончательное суммарное рассогласование сигналов: 2 фв 1 пЭ, (Р 1 Рни значение параллакса:Р:аг ю 1 п 2 (Р 1н Пнв последней точке и восстанавливаемого профиля, отвечающее этому ми 1 нимуму.Параллакс Р" передается в блок 15 восстановления профиля, который по значениям локально-оптимальных продолжений профиляР 1( Р;), запомненным в блоке 14 для всех точек 1=1,2, и и всех допустимых значений параллаксов Р; в этих точках профиля, последова-тельно реконструирует искомый рельеф в терминах параллаксов (Р", Р) от конца к;началуф; 20 25 ЗО Устройство для автоматического восстановления рельеФа местности по стереопаре аэроснимков, содержащее блок управления устройством, один выход которого через блок управления сканированием подключен к входам Фотоэлектрических преобразователей снимков, а другой выход - ко вторым входам Фотоэлектрических преобразователей снимков, выходы которых подключены к блоку оперативной памяти для снимков в цифровой Форме, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости восстановления рельефа, в него введены блок управления восстановлением профиля, блок адресации точек, блок вычисления разностных сигналов, блок временного запоминания минимальных рассогласований, блок вычисления рассогласований сигналов, блок определения минимального рассогласования, блок накопления минимальных рассогласований, блок запоминания локально-оптимальных продолжений профиля, блок определения минималь. ного окончательного рассогласования и блок восстановления профиля, причем выход блока управления восстановлением профиля через блок адресации точек подключен к блоку оперативной памяти для снимков в цифровой 35 40 45 5 О 55 6065 Восстановленный профиль ( Р 1, Рф) передается в блок 7 управления йвосстановления профиля для последующего использования в качестве опорных параллаксов Ро,=Рф;1 т 1,2,.-ндля следующего соседнего восстанавлива" емого профиля. Одновременно этот восстановленный профиль поступает в блок 5 управления устройством для использования при составлении цифровой карты рельефа местностиУ-Формула изобретения690291 окончательного рассогласования, ачерез блок накопления минимальныхрассогласований - ко второму входублока определения минимального окончательного рассогласования, выходкоторого через блок восстановленияпрофиля и блок запоминания локально-оптимальных продолжений профиляподключен ко второму входу блокавосстановления профиля, выход которого соединен с блоком управлениявосстановлением профиля и блокомуправления устройством.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Бобир Н.Я., Лобанов А.Н., Федорук Г. Ц., Фбтограмметрия,фНедра, М 1974, с. 412-429.2. Патент С 1 И 9 3.726,591,кл. 356-2, 1973,3. Патент С 2 В М 3.901,595,кл. 356-2, 1975 (прототип),-Г 1 ЯИ",ИР йяпарям РмИФа д Д,. ЬКЮИ ОблонЛ ")1ЦН1 ие шФи Заказ 594 Подписное%71 фД Яф иВйюеу гг Форме, выход которого через блок вычисления раэностных сигналов подключен к входу блока вычисления рассогласований сигналов, выход которого через блок определения минималь" його рассогласования, блок накопления минимальных рассогласований и блок временного запоминания минималь. ных рассогласований соединен со вторым входом блока вычисления рас" согласований сигналов, второй выход блока управления восстановлением профиля подключен к блоку вычисления рассогласований сигналов и к блску .временного запоминания минимальных рассогласований, а через блок определения минимального рассогласования - к блоку запоминания локально- оптимальных продолжений профиля, а третий выход блока управления восстановлением рельефа подключен к входу блока определения минимального2 Д иал ППП Патентфф,Ужгород, ул. Проектн