ebook Fotogrametria Zdzisław Kurczyński

Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN

Rok wydania: 2014

Fotogrametria jest dziedziną nauki i techniki zajmującą się pomiarem położenia, rozmiaru i kształtu obiektów na podstawie ich zdjęć fotograficznych (tzw. fotogramów).

Książka jest podzielona na 3 części. Pierwsza z nich dotyczy pozyskiwania danych fotogrametrycznych. Są w niej opisane kamery analogowe i skanowanie zdjęć otrzymanych za ich pomocą, kamery cyfrowe, kalibracja kamer, realizacja lotów fotogrametrycznych, obrazowanie lotnicze i satelitarne przy użyciu mikrofal i promieniowania laserowego.

W części 2 są przedstawione metody opracowania zdjęć i obrazów (w tym transformacje geometryczne, pomiar współrzędnych tłowych, stereoskopia, dopasowanie obrazów, opracowanie zdjęć analogowych na instrumentach fotogrametrycznych, fotogrametryczna stacja robocza).

Część 3 zawiera opis najważniejszych cyfrowych technologii fotogrametrycznych: aerotriangulacji, numerycznego modelu terenu, wykonywania ortofotomap oraz tzw. prawdziwych ortofotomap zarówno ze zdjęć lotniczych, jak i obrazów satelitarnych. Są w niej opisane obecnie stosowane technologie i obowiązujące standardy produktów.

Książka zawiera liczne odniesienia do obecnych krajowych i europejskich uwarunkowań technicznych, organizacyjnych i ekonomicznych prowadzenia prac fotogrametrycznych. Jest adresowana do studentów kierunku geodezja i kartografia, może również stanowić wiodący podręcznik z zakresu fotogrametrii na innych kierunkach, na których jest wykładany ten przedmiot. Może być przydatna fotogrametrom praktykom oraz specjalistom włączonym w proces zamawiania prac fotolotniczych i produktów fotogrametrycznych (we właściwych urzędach rządowych i samorządowych).

Spis treści ebooka Fotogrametria

Przedmowa 11

1. Przedmiot fotogrametrii i rys historyczny jej rozwoju 15

1.1. Definicja i przedmiot fotogrametrii 15
1.2. Rozwój fotogrametrii na świecie 23
1.3. Rozwój fotogrametrii w Polsce 32

CZĘŚĆ I. POZYSKIWANIE ZDJĘĆ, OBRAZÓW I INNYCH DANYCH POCZĄTKOWYCH 37

2. Wpływ oświetlenia słonecznego i atmosfery na fotografowanie powierzchni Ziemi 39

3. Lotnicza kamera topograficzna na film zwojowy 51

3.1. Charakterystyka ogólna lotniczych analogowych kamer topograficznych i ich podzespołów 53
3.2. Migawki kamer lotniczych 58
3.3. Ładownik kamery i wypłaszczanie filmu 60
3.4. Systemy kompensacji rozmazania obrazu. Kamery FMC 62
3.5. Przyrządy sterujące pracą kamery i cykl pracy kamery 65
3.6. Techniki podwieszania kamer lotniczych 69
3.7. Współczesne analogowe kamery topograficzne 72

4. Lotnicza kamera cyfrowa 80

4.1. Koncepcje konstrukcji kamer cyfrowych 80
4.2. Komercyjne kamery cyfrowe 86
4.2.1. Modułowa kamera cyfrowa DMC 86
4.2.2. Lotnicza kamera cyfrowa ADS40, ADS80 90
4.2.3. Kamera UltraCam 93
4.2.4. Kamery fotogrametryczne średnioformatowe 96
4.2.5. Nowa generacja kamer cyfrowych 99

5. Obiektyw kamery 101

5.1. Elementy geometryczne obiektywu i realizacja rzutu środkowego 101
5.2. Odległość ogniskowa obiektywu a odległość obrazowa kamery. Kąt rozwarcia 104
5.3. Zdolność rozdzielcza obiektywu 106
5.3.1. Teoretyczna zdolność rozdzielcza 106
5.3.2. Określenie praktycznej zdolności rozdzielczej układu obiektyw–film 111
5.3.3. Funkcja przenoszenia kontrastu przez obiektyw 116

6. Kalibracja kamer pomiarowych 122

6.1. Elementy orientacji wewnętrznej kamery. Dystorsja obiektywu 122
6.2. Metody kalibracji 136

7. Jakość współczesnych zdjęć lotniczych 142

7.1. Jakość zdjęć analogowych 142
7.2. Pojęcie zdolności rozdzielczej obrazu cyfrowego 149
7.3. Porównanie jakości zdjęć wykonywanych kamerami analogowymi i cyfrowymi. Techniczne, organizacyjne i ekonomiczne uwarunkowania wprowadzenia do produkcji lotniczej kamery cyfrowej 155

8. Skanowanie zdjęć analogowych 168

9. Projektowanie topograficznych zdjęć lotniczych do zadań pomiarowych 178

9.1. Rodzaje zdjęć i ich parametry geometryczne 178
9.2. Projektowanie skali zdjęć 183
9.3. Wybór stożka kamery 188
9.4. Projektowanie wysokości fotografowania 191
9.5. Projektowanie pokrycia podłużnego i poprzecznego zdjęć 192
9.6. Specyfika projektowania zdjęć celowanych 195
9.7. Opracowanie projektu lotu w postaci graficznej 199

10. Realizacja lotów fotogrametrycznych 202

10.1. Sygnalizacja punktów polowej osnowy fotogrametrycznej 202
10.2. Warunki meteorologiczne umożliwiające misję fotolotniczą. Wybór pory fotografowania 205
10.3. Dokładność realizacji zaprojektowanych parametrów zdjęć. Tolerancje nawigacyjne 208
10.4. Systemy nawigacyjne oparte na GPS. Systemy zarządzania misją fotolotniczą 210

11. Pomiar wartości elementów orientacji zewnętrznej kamery w locie. Georeferencja wprost 216

11.1. Pomiar położenia kamery w locie 216
11.2. Integracja danych GPS/INS. Georeferencja wprost 224

12. Techniki skanerowe obrazowania 231

13. Lotniczy skaning laserowy – LiDAR 241

13.1. Zasada działania i uwarunkowania sprzętowe 241
13.2. Blokowe wyrównanie szeregów LiDAR 256
13.3. Produkty i zastosowania 260

14. Obrazowanie lotnicze i satelitarne w zakresie mikrofalowym 267

14.1. Podstawy obrazowania 267
14.2. Obrazowanie satelitarne w zakresie mikrofalowym 275

15. Obrazowanie satelitarne w zakresie optycznym 283

15.1. Rozwój technik obrazowania satelitarnego 283
15.2. System LANDSAT 289
15.3. System SPOT 292
15.4. Systemy obrazowania satelitarnego o bardzo dużej rozdzielczości – VHRS 298
15.5. Trendy obrazowania satelitarnego w zakresie optycznym 306

CZĘŚĆ II. PODSTAWY FOTOGRAMETRYCZNEGO OPRACOWANIA ZDJĘĆ I OBRAZÓW 315

16. Transformacje geometryczne stosowane w fotogrametrii 317

16.1. Transformacje płaskie (2D) 317
16.2. Transformacje przestrzenne (3D). Macierz obrotu zdjęcia 322
16.3. Rzut środkowy w przestrzeni 3D. Warunek kolinearności 328
16.4. Transformacje oparte na geometrii rzutowej 335

17. Właściwości pomiarowe zdjęcia lotniczego 339

17.1. Zniekształcenia zdjęcia lotniczego 339
17.2. Elementy orientacji zewnętrznej zdjęcia 345
17.3. Geometria zdjęcia ściśle pionowego. Wpływ deniwelacji terenu 348
17.4. Elementy geometrii zdjęcia nachylonego 349

18. Stereoskopia. Obserwacje stereoskopowe 353

18.1. Widzenie przestrzenne naturalne 353
18.2. Warunki obserwacji stereoskopowej zdjęć 356
18.3. Metody obserwacji stereoskopowej zdjęć analogowych i cyfrowych 361

19. Pomiar współrzędnych tłowych zdjęć 367

20. Podstawy analitycznego opracowania stereogramu zdjęć lotniczych 378

20.1. Wprowadzenie do analitycznego opracowania stereogramu zdjęć lotniczych 378
20.2. Fotogrametryczne wcięcie w przód 380
20.3. Fotogrametryczne wcięcie wstecz 382
20.4. Orientacja wzajemna pary zdjęć. Warunek komplanarności 385
20.5. Orientacja bezwzględna modelu 398

21. Opracowanie zdjęć analogowych na instrumentach fotogrametrcznych 402

21.1. Wprowadzenie do opracowania zdjęć lotniczych na instrumentach fotogrametrycznych 402
21.2. Autograf analityczny 405
21.3. Przebieg procesu opracowania zdjęć lotniczych na autografie analitycznym na przykładzie autografu Planicomp P3 412

22. Dopasowanie obrazów 423

22.1. Podstawy dopasowania obrazów 423
22.2. Metody dopasowania obrazów 430
22.2.1. Dopasowanie powierzchniami – ABM 430
22.2.2. Dopasowanie cechami – FBM 431
22.2.3. Dopasowanie symboliczne i relacyjne 433
22.3. Przekształcenie zdjęć do zdjęć znormalizowanych 435
22.4. Hierarchiczna strategia dopasowania obrazów 439

23. Cyfrowa fotogrametryczna stacja robocza – DPW 444

23.1. Rys historyczny 444
23.2. Budowa, komponenty i podstawowe funkcje DPW. Automatyzacja procesów na DPW 447
23.3. Przebieg podstawowych etapów opracowania zdjęć na DPW 456
23.4. Współczesne fotogrametryczne stacje robocze 460
23.4.1. Cyfrowa fotogrametryczna stacja robocza ImageStation (Intergraph) 461
23.4.2. Cyfrowy fotogrametryczny system INPHO 465
23.4.3. DPW a autograf analityczny 468
23.5. Przebieg opracowania zdjęć lotniczych na fotogrametrycznej stacji cyfrowej na przykładzie ImageStation 470
23.5.1. Założenie projektu 471
23.5.2. Orientacja wewnętrzna 477
23.5.3. Orientacja wzajemna 480
23.5.4. Orientacja bezwzględna 482

CZĘŚĆ III. CYFROWE TECHNOLOGIE FOTOGRAMETRYCZNE 485

24. Aerotriangulacja 487

24.1. Uwagi wstępne. Klasyfikacja aerotriangulacji 487
24.2. Propagacja błędów w bloku zdjęć. Polowa osnowa fotogrametryczna w bloku zdjęć – przypadek klasyczny 491
24.3. Aerotriangulacja blokowa z parametrami dodatkowymi (samokalibracja) . 503
24.4. Aerotriangulacja wspomagana GPS 509
24.5. Aerotriangulacja wspomagana GPS/INS 522

25. Numeryczne modele wysokościowe 530

25.1. Rodzaje modeli wysokościowych. Definicje. Terminologia 531
25.2. Struktury geometryczne NMT – GRID i TIN 535
25.3. Źródła danych wysokościowych 544
25.3.1. Budowa NMT na bazie dostępnych opracowań kartograficznych 545
25.3.2. Budowa NMT na bazie fotogrametrycznego opracowania zdjęć lotniczych 550
25.4. Lotniczy skaning laserowy (LiDAR) jako źródło danych wysokościowych 565
25.5. Interferometria radarowa – InSAR jako źródło danych wysokościowych 572
25.5.1. Podstawy interferometrii radarowej 572
25.5.2. Produkty lotniczej interferometrii radarowej 575
25.5.3. Satelitarna interferometria radarowa 577
25.5.4. Radarowa Misja Topograficzna Promu Kosmicznego – SRTM 578
25.5.5. Koncepcja TanDEM-X 581
25.6. Produkty pochodne, wizualizacja i zastosowania NMT 585
25.6.1 Wizualizacja NMT 586
25.6.2. Produkty pochodne NMT 589
25.6.3. Zastosowania NMT do modelowania procesów środowiskowych 592
25.7. Standardy i stan pokrycia NMT w Polsce 597

26. Cyfrowa ortofotomapa 602

26.1. Przetwarzanie zdjęcia lotniczego. Fotomapa 602
26.2. Aspekty technologiczne tworzenia cyfrowej ortofotomapy 608
26.2.1. Idea cyfrowej ortorektyfikacji zdjęcia 608
26.2.2. Algorytm ortorektyfikacji 611
26.2.3. Ponowne przepróbkowanie 614
26.2.4. Korekcja radiometryczna ortofotomapy 618
26.2.5. Mozaikowanie ortozdjęć 624
26.3. Jakość geometryczna cyfrowej ortofotomapy 626
26.4. Projektowanie zdjęć lotniczych do produkcji cyfrowej ortofotomapy 629
26.5. Standardy i stan pokrycia kraju ortofotomapą 632

27. Korekcja geometryczna i ortorektyfikacja wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych 639

27.1. Specyfika geometrii wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych 639
27.2. Metody korekcji geometrycznej 645
27.3. Ortorektyfikacja obrazów satelitarnych 651

28. True-ortofotomapa 656

28.1. Definicja true-ortho. Ortofotomapa a true-ortho 656
28.2. Schemat technologiczny generowania true-ortho 660
28.3. Ocena reprezentacji i formatów numerycznych modeli pokrycia terenu (NMPT) pod kątem potrzeb wytwarzania true-ortho 663
28.3.1. Modelowanie budynków 663
28.3.2. Generowanie true-ortho na bazie NMPT z manualnego pomiaru stereoskopowego. Modelowanie kształtu dachów 665
28.3.3. Generowanie true-ortho na bazie NMPT opracowanego z automatycznego dopasowania obrazów 666
28.3.4. Generowanie true-ortho na bazie NMPT z danych skaningu laserowego (LiDAR) 667
28.4. Określenie specyficznych warunków wykonawstwa zdjęć na potrzeby tworzenia true-ortho 668
28.4.1. Planowanie nalotów na potrzeby wytwarzania true-ortho – aspekt techniczny 668
28.4.2. Planowanie nalotów na potrzeby wytwarzania true-ortho – aspekt ekonomiczny 672
28.5. Obrazowanie satelitarne o bardzo dużej rozdzielczości (VHRS) a wytwarzanie true-ortho 673
28.6. Generowanie true-ortho w środowisku Inpho 674
28.7. Ocena true-ortofotomapy jako produktu kartograficznego i jego perspektywy 677

Literatura 681
Skorowidz 688