curs_9
DESCRIPTION
cursTRANSCRIPT
Fotogrammetria inginereascd gi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
9. Fotogrammetria digitali
9.1. Nofiuni generale
Fotogrammetria digitali este qtiinla tehnic[ care studiaz[ metodele de prelucrare afotogramelor digitale pe calculator cu soft specializat qi inregistrarea rezultatelor prelucrlrii ?nformat digital intr-o bazd de cartografice.
Obiectul de studiul al fotogrammetriei digitale este determinarea poziliei in spa{iu qitimp a obiectelor qi detaliilor topografice inregistrate, in diverse scopuri practice cum sunt:editarea de planuri gi he{i topografice qi cadastrale, realizarea de modele digitale aleterenului, analize spaliale ale terenului inregistrat in diverse studii de cercetare etc.
Prelucrarea imaginilor digitale ale terenului (a fotogramelor digitale) poate fi ftcutdmonoscopic (nestereoscopic)" in plan in spaliul bidimensional, prin redresarea directd sauindirect[ (georeferen{iere) a fotogramelor digitale qi apoi vectorizarea acestora sau poate flrftcut[ stereoscopic (stereograme digitale), ?n spa]iul tridimensional, prin realizarea modeluluistereoscopic al terenului inregistrat qi exploatarea digital[ a acestuia, fie in scopul realizdriiplanurilor gi ha4ilor, fie in scopul realizdrii ortofotoplanurilor sau a modelului digital alterenului (DEM).
Etapele de anqlizd gi prelucrare aimaginilor sunt: aplicarea corecliilor (de calibrarea camerei fotogrammetrice in cazul fotogramelo digitale aeriene sau a corecliilor radiometriceqi geometrice in cazul imaginilor satelitare), efectuarea georeferenlierii sau crearea modeluluistereoscopic qi vectorizare& detaliilor topografi ce.
Intrucdt prin tehnologiea modernl de realizare a planurilor qi hdrlilor digitale suntrealizate in format digrtal, actualizarea acestora presupune actualizarea bazei de datecartografice din care sunt generate.
Procesul de actualizare a bazei de date cartografice impune parcurgerea urm6toarelortipuri de prelucr[ri ale imaginilor digitale:
a) helucrarea imnginilor digitale georeferengiate - este un proces care se aplicdimaginilor digitale (fotogramelor digitale) ce conlin suprafele de teren din zonele de qes.Procesul de prelucrare, in acest caz, cuprinde subetapele:
- georeferenlierea imaginilor digitale- vectorizarea qi actualizarea bazei de date cartograficeCulegerea detaliilor topografice de pe imaginile digitale georeferen{iate se face prin
vectorizare pe straturi separate sau prin filtrarea imaginii cu filtre (formule matematice) dedetectare a contururilor acestor detalii gi transformarea acestor contururi in elementevectoriale.
b) Prelucrarea stereoscopicd u imaginilor digitale - este un proces care se aplicbimaginilor digitale ce conlin suprafele de teren din zonele de deal gi munte, unde erorileplanimetrice provocate de diferenfele de nivel a reliefului inregistrat pe fotograma digital[(aganumitul efect topografic al reliefului) se elimin[ numai prin prelucrare stereoscopicd(acestea neeliminindu-se prin georeferenliere).
Procesul de prelucrare stereoscopicd cuprinde urmdloarele subetape :- realizarea modelului stereoscopic- vectorizarea pe modelul stereoscopic realizat- adualizareabazei de date cartografice
Fotogrammetria inginereascd qi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
9.3. Prelucrarea imaginilor digitale georeferen{iate
Imaginile digitale (fotogramele digitale) ce urmeazd a ft utilizate in procesul deactualizare abazei de date a planurilor qi hd4ilor digitale trebuie mai intdi georeferenliate giapoi prelucrate digital.
Prin procesul de georeferenfiere imaginea digitalE este orizontahzath gi adusl ?nscara h64ii sau a planului topografic pentru care se realizeazl baza de date cartografice qi seelimini din conJinutul imaginii erorile produse de inclinarea (neorizontalitatea) planuluiimaginii din momentul inregistr[rii qi erorile produse de dispozitivele de ?nregistrare.
Georeferenlierea fiind, din punct de vedere fotogrammetric o redresare indirectl aimaginii digitale, presupune utilizarea unui numir de puncte marcate in teren (numite reperefotogrammetrice) cu coordonate geodezice determinate in sistemul de coordonate al hi4ii (alimaginii georeferenliate), a c[ror imagine apare pe imaginea digital[ ce urmeazd a figeoreferenliat6.
Pe baza coordonatelor imagine gi a coordonatelor fotogrammetrice a acestor punctereper fotogrammetric se face transformarea imaginii in sistemul de coordonate al h64ii (alproiecliei cartografice in care se realizeazd sau se actualizeazl,baza de date geografice).
Dup[ realizarea imaginii satelitare georeferenliate se poate incepe procesul derestitulie a acesteia, proces ce const[ in vectorizarea detaliilor planimetrice ce fac obiectulactualizdrir bazei de date geografice.
Procesul de georeferenliere se realizeazd cu ajutorul unui program specializat carepoate realiza transformlrile matematice ale coordonatelor pixelului din sistemul decoordonate al imaginii digitale in sistemul de coordonate aI ha4ii (al imaginii georeferenliate).
Pe piala de software exist[ mai multe tipuri de software specializate in prelucrareade imagini digitale, cum sunt: Global Mapper, ERMapper, Erdas Imagine, Quantum GIS etc.
9.3.1. Georeferen{ierea imaginilor digitale
fn situa,tia in care imaginea digitall a terenului trebuie adus[ in scara h54ii pentruprelucrare, este necesar[ georeferen]ierea (redresarea) acesteia.
Imaginile digitale ale terenului oblinute prin teledetec$e satelitard sau din avionfotogrammetric sunt cea mai valoroas[ sursb de date actuale pentru a realiza produsecartografice (planuri qi h[4i) de calitate.
In general imaginile digitale ale terenului conlin erori geometrice rezultate dinprocesul de ?nregistrare a acestor4 erori care influenfeaz[ pozi{a planimetrici a detaliilortopogra"fice inregi strate.
Aceste erori (deformdri grafice) au valori diferite pe cele dou[ direclii de bazlmodificdnd geometria imaginii. Este necesar ca aceste erori s[ fie eliminate pentru a nuinfluenla precizia datelor inregistrate inbaza de date geografice a ha4ii digitale ce se creazbsau precizia de creare a modelului spalial al terenului reahzatpebaza acestor imagini digitale.
Eliminarea acestor erori de deformare geometricl a imaginii se poate face prinprocesul de georeferen{iere a imaginii. Georeferenlierea este deci un proces care pe l0ng[aducerea imaginii in sistemul de coordonate stabilit, elimind qi erorile geometrice dinconlinutul imaginii.
Avantajul utilizirii imaginilor digitale este acela c[ elementele terenului dinconlinutul acestora sunt actuale qi concordi cu realitatea din teren.
Georeferenlierea este procesul prin care o imagine raster reprezentf;nd o zond deteren sau o porliune de hartl este adusd ?n coordonatele geodezice ale sistemului de proieclie
Fotogrammetria inginereascd gi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
curent, prin operaliile de translalie, rotalie gi aducere in scar5, astfel incdt detaliile topograficeqi geografice reprezentate in conlinutul acesteia sd corespundd cu pozilia lor real6 din teren.Dup[ efectuarea georeferen{ierii imaginii scanate, aceasta se vectorizeaz[ (digitizeazd), fremanual cu ajutorul mouse-ului fie automat cu ajutorul modulului de vectorizare automatd aprogramului de cartografi ere utilizat.
Pentru efectuarea georeferenlierii unei imagini digitale raster este necesar[identificarea in imagine a pixelilor corespurciltori poziliei planimetrice a punctelor reperinregistrate (detalii topografice punctiforme sau interseclii ale detaliilor topografice liniare),ce au coordonate geografice sau coordonate geodezice determinate prin metode riguroase,
Aceste puncte reper sunt utilizate pentru determinarea coeficien{ilor relaliilor detransformare a imaginii raster din sistemul de coordonate ale scanner-ului in sistemul decoordonate ale hd4ii. Avdnd determina{i aceqti coeficienfi, ei sunt utilizfii apoi pentrutransformarea imaginii raster in sistemul de coordonate ale he{ii, prin calculul coordonatelortuturor pixelilor imaginii raster in sistemul de coordonate ale h64ii, opera{iune care se face pebaza relaliilor de transformare dintr-un sistem de coordonate in altul.
In literatura de specialitate exist[, din punct de vedere matematic, mai multe tipuri detransformlri dintr-un sistem de coordonate in altul, dintre care pentru georeferenfiere suntutilizate mai frecvent trei: transformarea polinomiald, transformarea Helmert qi transformareaafin6.
Transformarea polinomiald * utilizeaz[ polinomul de gradul n pentru determinareaparametrilor transformdrii qi pentru efectuarea transformdrii, operaliune care presupunecalculul coordonatelor tuturor pixelilor imaginii in sistemul de coordonate ale hirtii.
X',{ =4+ BrX,+Ctyi+ DrX! + E.X,Y,+ FrY,' +.....+ QrXlY,t+...+Q1f,' ( l)
Yi"f =4+BrX,+CrY,+DrXl +ErX,Y,+FrY,2 +... +QXIYI +. .+{\Yi
unde: X,, Yt - coordonatele pixelului ?n sistemul imaginii digitale;At, ̂ ..., Qt $i Az, ..., Qz - parametrii polinomului de transformare;XE, YE - coordonatele pixelului georeferenliat (in sistemul de coordonate geodezic al
bazei de date grafice).in cazul imaginilor satelitare se utilizeazl de reguld polinomul de ordinul II care
impune utilizarea a 6 puncte reper pentru georeferenliere care au coordonate in ambelesisteme de coordonate (cel al imaginii gi cel al hd4ii). Sunt necesare minim 6 puncte reperdeoarece ecua{ia de ordinul II ce rezolv[ acest tip de transformare este de fapt ecualia unuiparaboloid qi paraboloidul este definit prin 6 puncte. Cunoscind valorile coeficiengilor detransformare, se face transformarea tuturor pixelilor imaginii raster in sistemul de coordonateal hd4ii pe baza coordonatelor planimetrice (X,, Y,) ale acestora din sistemul scanner-ului,inregistrate in figierul imaginii raster.
Transformarea polinomiald este utilizatd frecvent pentru georeferenlierea imaginilordigitale ce conlin pe lingb deformdrile geometrice de scanare qi alte tipuri de deformirigeometrice. Ea este inclus[ in unele programe de cartografiere computerizatd previzute cumeniu pentru selectarea transformdrii.
Transformarea de tip Helmert presupune utilizarea a minim 4 puncte reper, pe bazacirora se determin[ coeficienlii de transformare.
Relaliile de transformare Helmert sunt incluse in programele de aplicalii pentrucartografiere computerizatd, previlntte cu meniu pentru alegerea tipului de transformare.
Transformarea afind presupune utilizarea a minim 4 puncte reper, pe baza c[rora sedetermini coeficienlii de transformare. Relaliile de transformare afind sunt incluse inprogramele de aplicalii pentru cartografiere computeizatl, prevdzute cu meniu pentru
Fotogrammetria inginereascd qi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
alegerea tipului de transformare. Prima operaliune care se execut6 in procesul degeoreferen{iere este inclrcarea imaginii satelitare qi deschiderea acesteia in fereastra softuluiutilizat pentru prelucrare. In cazul softului Quantum GIS fereastra de ?ncbrcare a imaginii seface din opliunea Georeference (fig. 1).
6F6
lnlerpolition
H45s€ Expoti:; . ..
RDjfur bed t.rr.in firlysis, . .
RFd $6ph
s!.tinl Qu6ry
Fig. l . S
5Ft ,
i .j ' ,atelitariproleqrer cartograflce m care se va georelerenFa lmagrnea s
Apoi pentru m6surarea punctelor reper fotogrammetrice, softul utilizat deschidefereastra de misurare a punctelor reper fotogrammetrice, in care se identific[ inregistreazlcoordonatele misurate gi coordonatele geodezice ale punctelor reper fotogrammetrice (Fig. 2).
Fig.2. Modul de mdsurare a punctelor reper fotogrammetrice qi de introducere acoordonatelor geodezice a acestora
Dupd operalia de mdsurare a punctelor reper fotogrammetrice pentru efectuareageoreferenlierii se deschide fereastra de selectare proiecliei cartografice in care se va facegeoreferenlierea imaginii (qi se vor selecta parametrii acesteia), metoda de transformare(polinomial5, Helmert, afin[ etc.) $i metoda de reeqantionare a imaginii transformate (linear,cubic etc.), (Fig. 3).
4
Fotogrammetria inginereasca gi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
F.Y..,::W
!fsr F;lir:!irePriliritili
$.ryfiSWry{SWl-L1]l,
iGlij,i:,:r:j_cl
Fig. 3. Selectarea parametrilor proiecliei cartografice, a metodei de transformarea pixelilor gi a metodei de reegantionare a imaginii georeferenliate
9.3.2. Reegantionarea imaginii digitale georeferen{iate
Operaliunea de reeSantionare presupune atribuirea fieclrui pixel georeferen]iatvaloarea nuanlei de culoare sau a nivelului de gri (valoarea densit[1ii de tonalitate)corespunzbtoare pixelului corespondent din imaginea surs[ (imaginea digitalinegeoreferenliatd). Practic se atribuie fiec[rui pixel georeferenliat din fiqierul de ieqire, nuanlade culoare, respectiv nivelul de gri corespunzdtor pixelului corespondent negeoreferen{iat dinfigierul surs6.
In acest scop se retransformi cu rela{iile, coordonatele pixelului georeferen}iat cetrebuie ree$antionat, in sistemul de coordonate a imaginii digitale iniliale negeoreferenliate.
Se extrage apoi valoarea nuanlei de culoare (codul de culoare) sau a nivelului de gria pixelului negeoreferenliat din imaginea digitald surs[ (negeoreferenliati), identificat princoordonatele retransformate, qi se atribuie aceastd nuanld de culoare, respectiv acest nivel degri, pixelului georeferen{iat.
Acest proces de determinare a coordonatelor retransformate ale pixeluluigeoreferenfiat este necesar a se aplica obligatoriu imaginilor digitale oblinute cu aparate sausisteme digitale montate pe vehicule spafiale, deoarece oblinerea acestor imagini digitale cuastfel de tehnici se bazeazi pe perspectiva centrall pi nu pe proieclia ortogona][, eleprezentind deform[ri in pozilia planimetricl pe imagine a detaliilor topografice qi geogra{icecauzate de diverqi factori, dintre care cel mai important factor este diferen{a de nivel aterenului inregistrat.
Intrucet pozilia pixelului corespondent din imaginea digital[ negeoreferenliat[ nu sepoate identifica riguros (mai ales in cazul imaginilor satelitare preluate din vehicule spaliale),datoritl erorilor de retransformare, pentru extragerea nuanlei de culoare sau a nivelului de gricorespondent pixelului georeferenliat se poate aplica una din metodele de interpolare: a celuimai apropiat vecin, a intelpolIrii biliniare sau a convoluliei cubice.
a) Metoda celui mai apropiat vecin constl in atribuirea pixelului redresat (decoordonate x,, !,) a valorii de nuanld de culoare sau a valorii de gri a celui mai apropiat pixel
Fotogrammetria inginereascd gi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
vecin poziliei retransformate a pixelului redresat.Practic, se identifici in imaginea digitall negeoreferenliat[ pixelul vecin cel rnai
apropiat de pozilia pixelului georeferenliat (de coordonate rr, y, determinate), recalculatd insistemul imaginii digitale negeoreferenliate gi i se atribuie nuanla de culoare sau de gri aacestuia. Metoda nu produce pierderi de informalii de nivel de gri ?ntrucfft nu face o mediere anivelurilor de gri.
b) Metoda interpoldrii biliniare constd in intelpolarea biliniari gi oblinerea uneivalori medii a nuanlei de culoare sau de gri pentru pixelul georeferenfiat, care rezult[ dinvalorile nuanlelor de culoare sau de gri a 4 pixeli situali intr-o fereastri de 2x2 pixeli ?n jurulpoziliei retransformate .
c) Metoda convoluliei cubice const[ in interpolarea cu o funcfie cubic[ a nuanlei deculoare sau a nivelului de gri a pixelului georeferenfiat din 16 pixeli situa{i intr-o fereastr[ de4x4 in jurul poziliei retransformate.
Pentru reegantionarea imaginilor digitale georeferenliate este indicatd metoda celuimai apropiat vecin intrucat este mai rapidl, mai simpld de utilizat gi nu produce pierderi deinformalii ale nivelului de gri, metodd ce poate fi selectat[ din meniul software-ului utilizat.
Imaginea satelitarb georeferenliat5. este adus[ in sistemul de coordonate al h[4ii,respectiv albazei de date geografice ce se actualizeazd (Fig.a).
Imaginea satelitard georeferenliatl este utilizat[ ca suport pentru vectorizareadetaliilor topografi ce din conlinutul imaginii.
3.2. Vectorizarea detdi!{o+gngifisggs&feehihnatetitare georeferenliate qiactualizar ea b azei de date geo grafi ce
9.3.3. Vectorizarea detaliilor topografice pe imaginea georeferenfiati
Vectorizarea se face utilizdnd instrumentele geometrice ale softului utllizat (punct,linie, polilinie, poligon) qi se inregistreazhinbaza de date geografice ce se actual\zeazh.
Baza de date cartografice este constituitd din entitlli cartografice reprezentate prinentit[li geometrice qi atribute asociate fiecdrei entit6li geometrice. Datele grafice vectorizatesunt un format vectorial de date ce corespunde unui nivel elementar de definilie in care datelegeografice sunt reprezentate sub forma unor qiruri de puncte localizate prin coordonaterectangulare gi care pot recompune vectori prin unire cu segmente de dreapt[ sau de polilinie,vectori ce pot defini entitd{i geometrice de tip linie sau poligon care constituie entitd,ti
Fotogrammetria inginereascd gi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
cartografice (reprezentdri convenlionale ale detaliilor geografice sau topografice liniare saude suprafal[ ale hd4ii)
Dup[ cum se observl, structura bazei de date cartografice bazatd pe acest model dedate opereazd cu entitdpi cartografice qi cu entitdli geometrice.
Entitd[ite cartografice sunt obiecte ale spaliului geografic cartografiat ce reprezintldetalii topografice, geografice sau fenomene care se reprezintd in baza de date, geometric prinentititi geometrice gi relalional prin proprietdtile lor (atribut gi valoare).
Entitdlile geometrice sunt descrieri ale formei ftzice a detaliilor topografice saugeografice reprezentate, destinate inregistr[rii pe suportul de informalie, recompunerii gireprezentlrii pe display a acestor detalii. Intr-un astfel de model de date entitdlile geometriceutilizate pentru reprezentarea elementelor topografice qi geografice sunt: punctul, arcul, Iiniasau polilinia qi yiligonul.
Intr-o bazd de date cartografice structura pi organizarea datelor este diferit[ pentrudatele grafice fa1[ de datele descriptive inregistrate. Pentru ca datele grafice qi dateledescriptive aferente acestora s[ poat6. fi regdsite, reconstituite ryi afigate pe display, uqor qirapid, este necesar ca intre datele grafice qi cele descriptive sd existe o legdriri logicb bazatdpe coduri qi realizatd prin operaliile de geocodificare.
Organizarea datelor inregistrate in baza de date cartografice se face stratificat infunclie de categoriile de detalii inregistrate, fiec6rei categorii fiindu-i asociate seturi decaracteristici geografice sau topografice, pe baza unor proceduri matematice qi legdturirelalionale. O astfel de organizare a datelor grafice permite reglsirea foarte rapidd a datelorinregistrate gi a caracteristicilor acestora. Practic, datele spaliale inregistrate sunt organizatemultinivel, fiecare nivel formAnd un strat (Layer) ce con{ine o anumiti categorie de elementetopografice, geografice qi turistice, la care se leagd atributele acestora.
Pentru organizarea datelor grafrce se utilizeazl o structur[ topologicl a entit5lilorgeometrice inregistrate ce reprezintl detalii geografice, topografice gi turistice, structur[ carepre supune r eahzar ea I eg[turilor matematice (topol o gice).
Topologia este o procedur[ matematic[ de definire explicitd a legaturilor spaliale(topologice,bazate pe teoria grafurilor) intre entitilile geometrice ce asigur6 reprezentarea dinpunct de vedere geometric a detaliilor topografice sau geografice definite de entit[fllegeometrice.
Practic, topologia prin legaturile topologice pe care le defineqte intre entit[tilegeometrice (PLINCT, ARC SI POLIGON) pentru reprezentarea geometricd a detaliilor,permite identificarea poligoanelor adiacente qi poate defini un element de suprafald sau oentitate cartograficd liniar[ construitd din mai multe entitdli geometrice de tip ARC, LINIEsau POLILINIE.
Este necesar deci, ca ?n rcalizarca bazei de date cartografice pe lffng[ modelulrelafional al datelor s[ se defineasc[ qi un model topologic al datelor, model care s[ asigureleg6turile topologice intre entit[1ile geometrice in aqa fel inc0t imaginea grafic[ ce confineaceste reprezentdri sb poatd fi generatd (reconstituitl) in orice moment.
Organizarea datelor ?nregistrate se face stratificat in func,tie de categoriile de detaliiinregistrate, fiec[rei categorii fiindu-i asociate seturi de caracteristici geografice, topograficesau turistice pe baza unor proceduri matematice qi legdturi relalionale.
O astfel de organizare a datelor grafice permite regdsirea foarte rapid[ gi uqoar[ adatelor inregistrate qi a caracteristicilor acestora.
Structura datelor descriptive din baza de date a hdrlilor turistice digitale este ostructura relalionald de organizare a datelor descriptive, deoarece acest tip de structurd adatelor prezint[ o serie de avantaje in comparalie cu celelalte structuri cunoscute in literaturade specialitate.
7
Fotogrammetria inginereascl qi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
O astfel de structurl relalional[ este formatd din mai multe tabele numite relalii,tabele ce conlin date elementare fbrd o legltur[ aparentd ?ntre ele dar care au realizat[ oleglturd relalionall bine definitd din punct de vedere matematic.
Odatd stabilite asocierile gi rela$ile intre entitdtile cartografice, este necesar ca inpasul urmdtor s[ se stabileasc[ atributele entit[1ilor cartografice reprezentate gi eventual,atributele asocierilor dintre aceste entitili cartografice. Crearea sau actualizarea bazei de datecartografice este un proces complex in care se realizeazd,legdturile topologice qi relalionaleintre datele grafice inregistrate vactorial qi datele descriptive inregistrate alfanumeric.
Fig. 5. Detalii topografice vectorizate pe imaginea satelitarigeoreferenliati
Tehnologia de creare a bazei de date cartografice cuprinde etapele ce trebuieparcurse cum sunt: vectorizarea, editarea, validarea qi inregistrarea datelor ?n baza de datecartografice, crearea topologiei straturilor qi realizarea tabelelor relalionale, conformconcepliei de proiectare a bazei de date cartografice gi a structurii implementate in sistemul degestiune utllizat.
9.4. Prelucrarea stereoscopicl a imaginilor digitale
Prelucrarea stereoscopic[ a imaginilor digitale in vederea cartografierii detaliilortopografice este singura metod[ care elimin[ influenla reliefului in pozilionarea detaliilorplanimetrice la inregistrarea acestora in imagine (elimin[ erorile de pozilionare in planulimaginii), in cazul inregistrbrii zonelelor de teren cu diferenle de nivel mari (zonele de deal qizonele muntoase).
Prelucrarea stereoscopic[ presupune realizarea modelului stereoscopic (spalial) aterenului ?nregistrat la o scard dat6 (scara hirlii sau o scar5. arbitrar aleasd), orientarea acestuiain sistemul de coordonate al he4ii $i apoi cartografierea prin vectorizare pe stereomodelulrealizat a detaliilor geografice, topografice sau turistice.
9.4.1. Realizarea modelului stereoscopic
Realizarea modelului stereoscopic se bazeazl pe principiul vederii stereoscopice(binoculare) de a percepe obiectele in spaliu. Stereoscopia este de fapt acea parte a fiziciiaplicate, care se ocupd cu studiul propriet5lilor ce stau labaza formlrii imaginilor in relief.
In continuare sunt prezentate principiile ce stau la baza realizilrti modeluluistereoscopic, metodele de realizare a acestuia gi modul de efectuare a mlsuritorilor in
Fotogrammetria inginereasci qi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
punctele modelului stereoscopic realizat qi a restituliei (vectorizdrii) detaliilor topografice acdror imagine este situatd pe modelul stereoscopic.
Metode de realizare a modelului stereoscopicPentru realizarea modelului stereoscopic (a stereomodelului) se pot utiliza
urmltoarele metode (procedee): metodn stereoscopicd, metoda anaglifelor, metodn utilizdriiluminii polarizate, metoda rasterului qi metodn eclipsdrii luminii de proiectare.
Metoda stereoscopici de realizare a stereomodelului este utilizati in prelucrareastereoscopic[ a imaginilor analogice (a imaginilor pe film fototehnic) cu aparaturi analogicdde tipul stereometrografului sau $tereoplanigrafului. Metoda anaglifelor qi metoda polariziriiluminii de realizare a modelului stereoscopic se utilizeazl" in prelucrarea stereoscopicl pecalculator cu software specia-lizat a imaginilor digitale satelitare.
a) Metoda stereoscopicdMetoda permite realizarca modelului stereoscopic {a stereomodelului) cu ajutorul
stereogramei prin reconstituirea perspectivei spaliale din momentul aerofotografierii.Pentru oblinerea efectului stereoscopic, fotogramele stereogramei inregistrate din
dou[ centre de proieclie diferite, situate in spaliu la distanla B una fa1[ de alta, se proiecteazdcu ajutorul unor aparate speciale, numite aparate stereoscopice, care reproduc fasciculele deraze ce au dat naqtere imaginilor fotografice qi creeazb o imagine virtuali a terenuluifotografiat numiti model stereoscopic sau stereomodel.
Aceastd operafie se realizeazi prin observarea fotogramelor negative sau pozitiveperechi (stereograme) la aparate cu dublS proieclie (fig. 6).
Fig. 6. Realizarea stereomodelului prin metoda stereoscopicd
Cele dou[ fotograme ale stereogramei pe baza cdrora se obline modelul stereoscopictrebuie asezate in aparatul stereoscopic in ordinea lor succesivd in care au fost fotografiate.
La proiectarea celor doud fascicule de r&ze cu ajutorul camerelor de proieclie aleaparatului stereoscopic se foloseqte principiul reversibilit[$i procesului fotografic, adiclfasciculele de raze sunt reconstituite prin proiectarea celor doul negative sau diapozitive alefotogramelor (ce alcdtuiesc stereograma).
Proiectarea se face din centrele de proieclie O7 gi O2 dispuse la distanla focal6/fa
Fotogrammetria inginereascd gi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
exterioare relative rc, (p qi CI ale fotogramelor stereogramei, definite mai sus. Aparateleconstruite dup[ acest principiu sunt in general complexe, necesit[ condilii de lucru speciale qipersonal calificat.
in figura 1.5 este ardtat schematic modul de oblinere a modelului stereoscopic cuajutorul fotogramelor.Fi gi F2prin intersectareanzelor omoloage (pflf qipzon. Modelulstereoscopic se obline prin aducerea camerelor C7 qi O ?n aceeaqi pozilie pe care au avut-ofotogramele in timpul aerofotografierii.. Distanla B dintre centrele de perspectiv[ careformeazd baza de aerofotografiere va fi redus6 cu un coeficient de scarl rr, astfel incdt bazamodelului stereoscopic ce se formeaz[ va fi datl de rela{ia:
b- (2)
unde: D - este baza modelului stereoscopic, adicl distanla dintre camerele de proiectare aleaparatului cu care se exploateazS fotogramele:
B - baza de fotografiere, adicl distanla dintre pozilia camerei fotoaeriene intre douhexpuneri succesive in spa{iu.
b) Metoda anaglifelorMetoda uttlizeazl. principiul de combinare a culorilor complementare. In cadrul
acestei metode se utilizeaz[ doul procedee de realizare a modelului stereoscopic.Procedeul substractiv al anaglifelorProcedeul se bazeazd pe vederea binoculard a imaginilor celor doui fotograme ale
stereogramei, care sunt tipdrite, aproape suprapus, in culori complementare (o fotograml inroqu qi cealalti in verde-albastru) in proieclie centralS. Procedeul substractiv reahzeaz\,scdderea culorilor complementare.
Prin tip[rirea celor dou[ proieclii centrale (a imaginii celor dou[ fotograme) detaliileplanimetrice vor prezenta deplaslri datoritd diferenlelor de nivel ale terenului fotografiat.Aceste deplasbri reprezinti paralaxele orizontale ale punctelor detaliilor topografice din celedou[ imagini.
Daci privim imaginea tipdrit5 a celor doub. fotograme ale stereogramei prinintermediul unor ochelari cu filtre (lentile) colorate in aceleaqi culori ca gi imaginilefotogramelor, fiecare ochi va vedea imaginea fotografic[ de culoare complementarl filtruluiprin care privegte.
Bm
Jr \:-- I -'u
\ i .
Y4 - ! ' , , ' '1 i ' t F
! I . t I ' ' ; I
' . .nnlo ; '
, ' , ' ' { } r t
' { . ' ltr's&*,Jr \ t - -"h-' . J t i ! '
\ ' ' t l i t*! \ i r \
#r du #r 4r
Fig. 7. Realizarea stereomodelului prin procedeul substractiv
10
Fotogrammetria inginereasc[ qi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
Astfel, ochiul care trebuie s[ vadi imaginea coloratd in roqu priveqte prin filtrulverde-albastru qi ochiul care trebuie sd vadd imaginea coloratd in verde-albastru priveqte prinfiltrul rogu.
Astfel fiecare ochi vede o singur[ imagine necoloratd din cele doud imagini colorateale stereogramei (culoarea imaginii tip[rite este anihilat[).
Practic, fiecare ochi vede doar imaginea de culoare complementar[ filtrului. Lainterseclia razelor spaliale, separate de cele doub filtre, se realizeazd modelul stereoscopic cao imagine spaliale virtualS necolorat[.
Procedeul aditiv al anagffilorProcedeul sebazeazd pe observarea binocularil a imaginilor necolorate (alb-negru) a
celor doud fotograme ale stereogramei, care sunt proiectate suprapus prin intermediul unorfiltre colorate in culori complementar€, pe un ecran, ?n proieclie centralb (o fotogramd esteproiectat[ in roqu qi cealaltd este proiectati ?n verde-albastru).
Procedeul aditiv realizeazd adunarea culorilor complementare. Prin urmaro procedeulnecesitf, utilizarea a douf, camere de proieclie, prevdzute cu filtre de luminb de culoricomplementare (rogu pi verde-albastru).
Imaginea proiectat[ pe ecran se priveqte prin intermediul unor ochelari prevlzuli cufiltre colorate in aceleaqi culori complementare ca qi filtrele camerelor de proieclie (roqu qiverde-albastru).
Fig. 8. Realizarea stereomodelului prin procedeul aditiv
Fiecare ochi va vedea imaginea fotograficd de culoare complementar[ filtrului princare privegte, intruc6t ochiul care trebuie sd vadl imaginea colorati in roqu priveqte prin filtrulverde-albastru qi ochiul care trebuie s5 vadd imaginea coloratd in verde-albastru privegte prinfiltrul rogu.
Astfel fiecare ochi vede o singur[ imagine necoloratd din cele doud imagini colorate,proiectate pe ecran, realizdndu-se astfel modelul stereoscopic a terenului (imaginea virtualispalial6).
Bazat pe acest principiu s-au construit aparate stereoscopice dintre care se poatemen\ionaMultiplexul.
1I
Fotogrammetria inginereasca qi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
a) Metodo utilizdrii luminii polarizateMetoda utilizlrii luminii polarizate mai poart[ numele qi de metoda polaroizilor qi
presupune proiectarea suprapusl a imaginii necolorate a fotogramelor stereogramei pe unecran, prin intermediul unor camere de proieclie prevdzute cu polaroizi (filtre de polarizare aluminii care polarizeaz[ lumina in doul plane perpendiculare unul pe altul).
Astfel, imaginea unei fotograme a stereogramei este proiectat[ pe ecran cu lumindpolarizatl" in plan orizontal iar a celeilalte fotograme este proiectatd cu lumin[ polarizatl inplan vertical. Imaginile proiectate pe ecran se privesc prin ochelari prevlzuli cu lentilepolarizante (filtre de polarizare), agezali astfel incdt planul de polarizarc a lentilelorochelarilor si fie paralel cu planul de polarizare a imaginii corespunz[toare ochiului respectiv.Se asigur[ astfel perceperea de c[tre fiecare ochi numai a imaginii destinate lui, realizdndu-semodelul stereoscopic (imaginea virtuald a terenului fotografiat).
9.4.2. Vectorizarea pe modelul stereoscopic realizat
Pentru vectorizarea detaliilor topografice, geografice qi turistice pe modelulstereoscopic realizat se utilizeazl Mouseul virtual (3D) ce se steazX din meniul softului qi sevectonzeazl spalial cu polilinie sau poligon punctele de contrur ale detaliului situat pe model.
Practic vectorizarea unui detaliu topografic pe modelul stereoscopic presupuneactivarea cursorului virtual 3D, selectarea instrumentului (butonului) de vectorizare poliliniegi marcarea apoi a punctelor caracteristice sau a punctelor de contrur ale detaliului" menlinflndpremanent cursorul virtual in contact cu suprafala modelului stereoscopic (cu terenul virtual),rezultind un element vectorial (0 polilinie) sau un contur vectorial (un poligon) a c6rui punctecaracteristice au coordonats spa{iale (r, y, r).
Pentru vectorizarea unei curbe de nivel, mai intdi se introduc coordonatele qi cotaprimului punct (*, y, ,) din care incepe vectorizarea curbei qi se menline cursorul virtual laaceeapi altitudine $i contact cu terenul virtual, rezultind polilinia spaliah (curba de nivel).
In acest mod se culeg toate detaliile topografice, geografice qi turistice, prin proieclieortogonald de pe modelul virtual pe planul orizontal, detalii a clror pozilie in plan orizontalnu mai este afectatd de erorile cauzate de diferenla de nivel a terenului din imagine. Acestedetalii vectorizate spa{ial se inregistreazd apoiinbaza de date pe straturi tematice.
V.cterirarea pesieIeomgdel
9. Modul de vectorizare spaliall pe stereomodel
-&t,tuFig
T2
Fotogrammetria inginereasca qi digitala Curs 9 Teodor TODERAS
9.5. Realizarea bazei de date cartografice
in baza de date cartografice, datele grafice vectorizate de pe imaginilegeoreferenliate sau de pe modelul stereoscopic, sunt organizate stratificat intr-o structur[topologicd, bazatd pe legdturile topologice realizate de cltre funcliile softului utrlizat, iardatele descriptive (textuale sau tabelare) sunt organizate relalional pe baza algebreirelalionale.
Pentru ca datele grafice qi datele descriptive aferente acestora sb poat[ fi regdsite,reconstituite gi afiqate pe display, uqor qi rapid, este necesar ca intre datele grafice qi celedescriptive s[ existe o leglrir[ logicl bazatd pe coduri gi realizat[ prin opera]iile degeocodificare.
a) Structura datelor graficeOrganizarea datelor inregistrate in baza de date cartografice se face stratificat in
funclie de categoriile de detalii ?nregistrate, fiecbrei categorii fiindu-i asociate seturi decaracteristici geografice sau topografice, pe baza unor proceduri matematice qi legiturirelafionale. O astfel de organizare a datelor grafice permite reglsirea foarte rapidl qi uqoard adatelor inregistrate qi a caracteristicilor acestora. Practic, datele spaliale inregistrate suntorganizate multinivel, fiecare nivel form0nd un strat (Layer) ce conline o anumitd categorie deelemente topografice qi geografice, la care se leagl atributele acestora.
Pentru organizarea datelor grafice se utilizeaz[ o structuri topologic[ a entitdlilorgeometrice inregistrate ce reprezintd detalii geografice qi topografice, structur[ care presupunerealizarea unor legdturi matematice (topologice).
p) Structura datelor descriptiveIn general, o structurl de date se defineqte ca o colec]ie de date intre care s-au stabilit
o serie de relalii de leg6tur[, relalii de legdtur[ care conduc la un anumit mecanism de selecliegi identificare a componentelor colecliei de date.
In realizareabazei de date cartografice necesarl h[4ii topografice digitale, se opteaz[pentru structura relayionald de organizare a datelor descriptive, deoarece acest tip de structurla datelor prezint[ o serie de avantaje in comparalie cu celelalte structuri cunoscute inliteratura de specialitate. O astfel de structur[ relalionall este format[ din mai multe tabelenumite relalii, tabele ce conlin date elementare frr6 o legdturl aparenti intre ele dar care aureahzatd o leg[turi relalionald bine definiti din punct de vedere matematic.
Odatd stabilite asocierile qi relaliile intre entit[1ile cartografice, este necesar ca in pasulurmitor s[ se stabileasc[ atributele entit[tilor cartografice reprezentate qi eventual, atributeleasocierilor dintre aceste entitdli cartografi ce.
c) GeocodificareaGeocodificarea numitd qi geocadare este procesul de legare (asociere) a datelelor
grafice inregistrate in baza de date grafice cu datele atribut aferente ?nregistrate in baza dedate descriptive [B[dul Mircea, 2004; Imbroane M. Alexandru qi colab., 19991,
In modelul relagional bazat pe date vectoriale, fiecare entitate geometrice inregistratdca element grafic este asociat[ cu un tabel in care sunt inregistrate atributele entitAiigeometrice respective qi fiecare entitate cartografic[ inregistrati grafic, ce reprezint[ detaliultopografic sau geografic corespondent din spaliul geografic cartografiat, este asociat[ cutabelul cu atribute aferente entit&ii cartografice, respectiv detaliului topografic sau geograficcorespondent.
13