Способ определения угла наклона плоскости аэрокосмического изображения местности

Изобретение относится к области фотограмметрии, аэрокосмической съемке и может быть использовано для определения угловых элементов внешнего ориентирования получаемого при съемке изображения местности. Согласно способу на снимке, представленном на экране монитора, находят объект с известными размерами, увеличивают его изображение до получения читаемых границ пикселей, подсчитывают количество пикселей, укладывающихся в размер объекта в направлении изменения угла наклона плоскости изображения. С помощью математических формул рассчитывают теоретический (Lтеор) и фактический (Lфакт) размеры проекции стороны пикселя изображения, а угол наклона плоскости изображения (α) рассчитывают по формуле α = arccos L т е о р . L ф а к т . Технический результат - упрощение процесса обработки снимков. 3 ил.

 

Изобретение относится к области фотограмметрии и может быть использовано при обработке материалов дистанционного зондирования Земли, получаемых при съемке местности, для определения угловых элементов внешнего ориентирования.

Известен способ [1] определения углов наклона съемочной камеры, установленной на аэрокосмическом аппарате, реализованный с использованием инерциальных датчиков, принцип которых основан на применении гироскопических систем. Он включает в себя: раскрутку гироскопов таким образом, чтобы их главная ось была ориентирована в заданном направлении, например в надир по отношению к Земле, периодический опрос угловых датчиков, показывающих текущее отклонение осей гироскопа, запоминание полученных при этом углов. Угловые данные записывают в паспорт съемки.

Недостаток этого способа заключается в том, что он со временем накапливает ошибку в определении углов наклона съемочной камеры.

Для реализации данного способа требуется сложный агрегат в виде совокупности гироскопов, датчиков, измерительных блоков, запоминающих и передающих устройств и т.п.

Известен способ [2] определения углов наклона космического аппарата, при реализации которого диаметрально противоположно со съемочной камерой устанавливают и жестко связывают с ней несколько (до 4) блоков определения координат звезд (БОКЗ), которые в момент съемки земной поверхности съемочной камерой фотографируют звездное небо. Полученное цифровое изображение звездного неба сравнивают с имеющейся картой звездного неба для данного момента времени и по результатам этих измерений определяют величины разворота всех БОКЗов, а следовательно, и съемочной камеры относительно надирного направления на Землю. Угловые данные записывают в паспорт съемки.

Однако данный способ весьма сложен и дорогостоящ, так как требует наличия карты всего звездного неба, выборки текущего участка звездного неба, соответствующего снимаемой местности, и БОКЗов, установку и закрепление последних на космическом аппарате. Кроме того, данный способ определяет углы наклона не самой плоскости изображения местности, а всего космического аппарата. Это приводит к появлению угловой ошибки в определении наклона плоскости получаемого изображения.

Известен способ определения углов наклона плоскости снимка, который принят за прототип, включающий выбор на местности опорных точек в виде твердых контуров, измерение их геодезических координат, например, с помощью спутникового навигационного приемника, создание на эти точки абрисов, получение съемочной камерой в фокальной плоскости объектива цифрового растрового аэрокосмического изображения земной поверхности, визуализацию его с помощью программно-технических средств на экране монитора, увеличение изображения на экране монитора, наведение измерительного курсора на точки изображения, ввод паспорта съемки на данное изображение, нахождение по абрисам на изображении опорных точек объектов местности и измерение их пиксельных координат, фототриангуляцию, в результате которой и определяют углы наклона данного снимка [3].

Недостатком прототипа является необходимость выбора на местности опорных точек и измерения их геодезических координат с высокой точностью, создания на эти точки абрисов, нахождения по ним на изображении опорных точек, измерения на изображении пиксельных координат опорных точек, выполнения фототриангуляции. Таким образом, данный способ требует наличия координат опорных точек, что не всегда выполнимо, особенно на недоступной территории.

Задачей изобретения является определение угловых элементов внешнего ориентирования изображения местности, получаемого при съемке, в том числе, недоступных территорий.

Техническим результатом предлагаемого способа является сокращение числа выполняемых операций при определении углов наклона снимков местности за счет использования других (по сравнению с прототипом) исходных данных.

Сущность изобретения заключается в том, что в известный способ, включающий получение съемочной камерой в фокальной плоскости объектива цифрового растрового аэрокосмического изображения земной поверхности, ввод паспорта съемки для данного изображения, визуализацию и увеличение его размеров на экране монитора с помощью программно-технических средств, расчет угла наклона плоскости аэрокосмического изображения местности, после увеличения размеров полученного изображения на экране монитора с помощью программно-технических средств определяют теоретический размер (Lтеор) проекции стороны пикселя изображения на местности при съемке в надир с использованием паспорта съемки путем умножения текущего значения высоты съемки на физический размер стороны пикселя и деления на величину фокусного расстояния объектива съемочной камеры. Затем находят на изображении объект, расположенный на горизонтальной поверхности местности и размер которого в направлении изменения угла наклона плоскости изображения известен, увеличивают изображение этого объекта до получения на экране монитора читаемых границ пикселей, подсчитывают количество пикселей, укладывающихся в размер объекта в направлении изменения угла наклона плоскости изображения и определяют фактический размер (Lфакт) проекции стороны пикселя на местности путем деления известного размера объекта на количество пикселей, а угол наклона плоскости изображения (α) рассчитывают по формуле: α = arccos L т е о р . L ф а к т .

Предлагаемый способ поясняется фигурами 1, 2, 3.

На фиг. 1 показана геометрия получения проекции пикселя на местности при съемке в надир.

На фиг. 2 изображена геометрия получения проекции пикселя на местности при съемке под углом.

На фиг. 3 представлено увеличенное (до получения четких границ пикселей) изображение объекта местности.

Принцип реализации предложенного способа заключается в следующем.

По значениям высоты съемки, физического размера пикселя ПЗС-сенсора и фокусного расстояния объектива, взятым из паспорта съемки, определяют теоретический (надирный) размер (Lтеор) пикселя на местности, который соответствует съемке в надир (фиг. 1). Он равен:

где Δ - физический размер пикселя ПЗС-сенсора,

Н - высота съемки для данной строки изображения;

f - фокусное расстояние объектива съемочной камеры.

На экране монитора визуализируют изображение местности и увеличивают его фрагмент таким образом, чтобы четко были видны пиксели. С помощью управляющего органа, например «мышки», трекбола и т.п., перемещают фрагмент изображения таким образом, чтобы совместить пиксель (- и) с некоторым объектом, который расположен на горизонтальной поверхности местности и размер которого известен. Если объект с известными размерами больше одного пикселя, то определяют количество пикселей, соответствующих этому объекту, а затем находят частное от деления известного размера на количество пикселей, которое и будет равно фактическому размеру проекции пикселя на местности Lфакт в направлении искомого угла. Измерение размера пикселя можно осуществлять также автоматически с использованием специальных программных средств.

Объектами с известными размерами могут быть: река (пруд, озеро), взлетно-посадочная полоса, стадион, ширина дороги, крыша строения, либо расстояние между двумя опорными точками, зафиксированными и измеренными на местности с высокой точностью, либо расстояние, измеренное на крупномасштабном ортофотоплане и т.п. Главное, чтобы был известен размер этого объекта на местности с высокой точностью.

На фиг. 2 показан принцип сканерной съемки, который позволяет обосновать вывод формулы для определения одного из углов наклона плоскости снимка.

Так, размер проекции пикселя на местности, ориентированной под углом α к ней, равен:

Откуда:

Зная теоретический и фактический размеры пикселя, по формуле (2) определяют искомый угол наклона плоскости снимка. Применительно к сканерному космическому снимку каждая его строка характеризуется своим углом наклона α. В частном случае это значение угла наклона могут иметь все строки изображения (снимка).

Для проверки работоспособности предложенного способа на снимке было выбрано изображение крыши стандартного дома, ширина которого в направлении изменения угла наклона равна примерно 12 м.

При большом увеличении видны границы самой крыши и пиксели (фиг. 3) в направлении изменения угла наклона снимка. В данном случае по ширине крыши уместилось 12 пикселей. Разделив ширину крыши, равную 12 м, на количество пикселей, равное 12, получим, что размер стороны пикселя в направлении изменения угла наклона равен 1,0 м.

По формуле (1) вычисляют теоретический размер пикселя. Так при Н=475 км, f=4 м и Δ=6 мкм он оказался равным 0,712 м. Зная его, а также фактический размер пикселя, по формуле (2) была вычислена величина угла наклона снимка относительно плоскости крыши. В данном случае он оказался равным 32°,454 (32° 27′ 14″,4). Фактически в паспорте съемки дан угол, равный 32° 21′ 34″,7. Разность между паспортными и экспериментальными данными незначительна. Она обусловлена: ошибкой в задании ширины крыши, точностью измерения крыши в пикселях, точностью паспортных данных, а также строгостью определения теоретического размера пикселя.

Для обеспечения объективной точности определения угла наклона сканерного снимка представляется целесообразным определять фактический размер не одного пикселя в пределах строки, а нескольких ее пикселей (чем больше, тем лучше), а затем усреднить их. Применительно к сканерному изображению, состоящему из многих строк, где каждая строка теоретически имеет свой угол наклона, определять угол наклона можно не для всех строк, а только для нескольких строк изображения, например, первой, средней и последней. А далее методом интерполяции определять угол наклона любой строки сканерного изображения.

Реализация предложенного способа позволит не только существенно упростить и удешевить процесс определения угла наклона космических снимков за счет использования на космическом аппарате более простых и менее точных, поэтому и более дешевых устройств для определения угла наклона съемочной камеры, но и определить углы наклона снимков без использования опорных точек местности.

Литература

1. Ишлинский А.Ю. Механика гироскопических систем, М., 1963.

2. БОКЗ-60/1000. Эскизный проект, т. 1, 2, 2009. Институт космических исследований РАН.

3. Лобанов А.Н. Фотограмметрия. М., "Недра", 1984.

Способ определения угла наклона плоскости аэрокосмического изображения местности, включающий получение съемочной камерой в фокальной плоскости объектива цифрового растрового аэрокосмического изображения земной поверхности, ввод паспорта съемки для данного изображения, визуализацию и увеличение его размеров на экране монитора с помощью программно-технических средств, расчет угла наклона плоскости аэрокосмического изображения местности, отличающийся тем, что после увеличения размеров полученного изображения на экране монитора с помощью программно-технических средств определяют теоретический размер (Lтеор) проекции стороны пикселя изображения на местности при съемке в надир с использованием паспорта съемки путем умножения текущего значения высоты съемки на физический размер стороны пикселя и деления на величину фокусного расстояния объектива съемочной камеры, находят на изображении объект, расположенный на горизонтальной поверхности местности и размер которого в направлении изменения угла наклона плоскости изображения известен, увеличивают изображение этого объекта до получения на экране монитора читаемых границ пикселей, подсчитывают количество пикселей, укладывающихся в размер объекта в направлении изменения угла наклона плоскости изображения, определяют фактический размер (Lфакт) проекции стороны пикселя на местности путем деления известного размера объекта на количество пикселей, а угол наклона плоскости изображения (α) рассчитывают по формуле: .



 

Похожие патенты:

Способ формирования пакетов включает в себя подготовку данных, содержащих инструкции движения для передачи в транспортное средство. Этот представленный способ также включает определение количества данных для передачи в первом пакете в компьютерную систему транспортного средства, соединенную с сервером, осуществляющим способ, на основании необходимости передачи в транспортное средство первого пакета с первой инструкцией для водителя.

Изобретение относится к средствам для ориентации инвалидов по зрению. Способ информирования инвалидов о прибывающих на остановку транспортных средствах общего пользования состоит в размещении на транспортных средствах общего пользования радиомодулей, пультов водителей и звукоизлучателей и размещении на инвалидах носимых абонентских устройств, при этом абонентское устройство инвалида автоматически передает в радиоэфир сигнал запроса, после чего радиомодуль каждого транспортного средства, находящегося в данный момент в зоне действия абонентского устройства, по получении сигнала запроса передает в радиоэфир ответ на полученный сигнал запроса, абонентское устройство поочередно получает и запоминает полученные ответы от всех радиомодулей, находящихся в данный момент в зоне действия этого абонентского устройства, и автоматически направляет сигнал запроса на передачу информации радиомодулю транспортного средства, который по получении этого сигнала запроса на передачу информации передает в радиоэфир сообщение о транспортном средстве, на котором он установлен, а абонентское устройство воспроизводит полученную от этого радиомодуля информацию в виде звуковых повторяющихся сообщений, затем радиомодуль выбранного инвалидом транспортного средства передает на пульт водителя сигнал для водителя и подает команду на установленный на транспортном средстве звукоизлучатель, который воспроизводит звуковой сигнал ориентирования, по которому инвалид определяет необходимое направление движения к открытой двери транспортного средства.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к бортовым цифровым программно-аппаратным комплексам. Техническим результатом является повышение эффективности управления топопривязчиком.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в судовых навигационных системах для выработки параметров угловой ориентации корпуса судна.

Изобретение относится к способам контроля качества функционирования мобильных комплексов навигации и топопривязки в процессе проведения различных видов испытаний.

Изобретение относится к области навигации и топопривязки, в частности к способам представления и использованиям цифровой топогеодезической информации, и предназначено для определения навигационно-топогеодезических параметров для наземных подвижных объектов.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение в системах мультимодальной навигации. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Нахождение наивыгоднейшего пути судна на основе гидрометеорологической обстановки, определяемой по параметрам с внешних источников. Вычисление пути базируется на среднестатистических данных о гидрометеорологической обстановке на климатическом пути судна, который в дальнейшем является его «осью», за основу расчета может быть также взята дуга большого круга.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах ориентации летательных аппаратов. Технический результат - повышение точности.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение, например, в системах навигации и управления подвижных объектов (ПО) наземного транспорта при формировании геометрии траектории движения ПО.

Изобретение относится к геодезии и может быть использовано для создания топогеодезических сетей для подготовки боевых действий ракетных войск, артиллерии и противовоздушной обороны сухопутных войск. Определяют стратегические направления, слабо обеспеченные в топогеодезическом отношении, формируют специальные геодезические сети и артиллерийские топогеодезические сети, создают на стратегических направлениях структурные подразделения топогеодезического обеспечения с топопривязчиком со свойствами высокоточного геодезического комплекса, определяют топопривязчиком топогеодезические данные, реализуют режим базовой контрольно-корректирующей станции и передачу объектам автоматизированной системы управления войсками сформированных дифференциальных поправок, полученных в результате анализа качества информации навигационных полей космических навигационных систем. Изобретение позволяет повысить эффективность топогеодезического обеспечения сухопутных войск. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к средствам информирования и ориентации инвалидов по зрению при их передвижении по городской территории. Способ состоит в размещении на стационарных объектах стационарных радиоинформаторов и размещении на инвалидах носимых абонентских устройств, автоматической передаче носимым абонентским устройством в радиоэфир сигнала запроса, по получении которого каждый стационарный радиоинформатор, находящийся в данный момент в зоне действия абонентского устройства, передает в радиоэфир ответ, содержащий его персональные данные, а абонентское устройство поочередно получает и запоминает полученные ответы от всех стационарных радиоинформаторов, находящихся в данный момент в зоне действия этого абонентского устройства, и автоматически направляет сигнал запроса на передачу информации стационарному радиоинформатору, который по получении этого сигнала запроса передает в радиоэфир сообщение о стационарном объекте, на котором он установлен, а абонентское устройство воспроизводит полученную от этого стационарного радиоинформатора информацию в виде звуковых повторяющихся сообщений. При этом стационарный радиоинформатор стационарного объекта подает звуковой сигнал ориентирования, по которому инвалид определяет необходимое направление движения к выбранному им стационарному объекту. Сигнал запроса абонентского устройства содержит его персональные данные. Каждый стационарный радиоинформатор передает в радиоэфир ответ со случайной задержкой, а абонентское устройство автоматически направляет сигнал запроса тому стационарному радиоинформатору, ответ от которого был получен первым, при этом при отсутствии необходимости инвалида в этом стационарном объекте его абонентское устройство по команде инвалида направляет сигнал запроса на передачу информации стационарному радиоинформатору, ответ от которого был получен вторым. Поочередные по командам инвалида передачи сигналов запросов на все стационарные радиоинформаторы, находящиеся в данный момент в зоне действия абонентского устройства, осуществляют до тех пор, пока инвалидом не будет сделан выбор необходимого ему стационарного объекта, после чего абонентское устройство по команде инвалида передает в радиоэфир сигнал выбора стационарного радиоинформатора. В системе информирования и ориентирования инвалидов для реализации способа стационарные радиоинформаторы установлены на стационарных объектах и имеются носимые абонентские устройства. Каждый из стационарных радиоинформаторов включает блок хранения сжатых звуковых файлов, блок формирования, обработки и хранения информации, блок приема от абонентских устройств сигналов запроса, сигналов разрешения на передачу информации и сигналов вызова, блок формирования звукового сигнала ориентирования, радиоантенну и приемопередатчик, а каждое носимое абонентское устройство включает средства тактильного воздействия, блок обработки и хранения информации, блок формирования передаваемых стационарным радиоинформатором сигналов запроса, сигналов разрешения на передачу информации, сигналов вызова и сигнала выбора стационарного радиоинформатора, блок преобразования полученной от стационарных радиоинформатора цифровой информации в аналоговое речевое сообщение, средства воспроизведения речевой информации, радиоантенну и приемопередатчик. Использование изобретения позволяет расширить арсенал средств информирования и ориентации инвалидов по зрению. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения и может найти применение в системах измерения и индикации, обеспечивающих пилотирование летательных аппаратов (ЛА) в случае отказа его основных пилотажно-навигационных систем. Технический результат - повышение надежности и функциональных возможностей. Для этого в интегрированную систему резервных приборов (ИСРП) ЛА введены первое и второе устройства гальванической развязки, первый, второй, третий узел диодной развязки и накопитель электроэнергии, подключенный через первый узел диодной развязки к борт-сети, через второй узел диодной развязки к шине питания блока ориентации, подключенной через третий узел диодной развязки к силовому выходу коммутатора напряжения, первое устройство гальванической развязки подключено между выходом устройства контроля напряжения аккумулятора и первым управляющим входом блока ориентации, второй управляющий вход которого подключен через второе устройство гальванической развязки к выходу устройства контроля борт-сети ЛА. 1 ил.

Изобретение относится к морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения поля дрейфа морских льдов. Способ заключается в совмещении пары последовательных спутниковых изображений одного и того же участка ледовой поверхности, совмещении неподвижных деталей изображений, придании изображениям взаимно-исключающих световых или цветовых контрастов. Направление дрейфа определяется по ориентации перпендикуляра к контурам минимальной и максимальной интенсивности вокруг дрейфующего объекта, а пройденное им расстояние - по максимальному размеру одного из участков минимальной или максимальной яркости в направлении дрейфа одного и того же ледяного образования. Технический результат - снижение трудоемкости процесса. 3 ил.

Изобретение относится к области космического приборостроения и может быть использовано при создании и эксплуатации гирокомпасной системы ориентации (ГСО) ИСЗ для около круговых орбит. Технический результат - повышение точности. Для этого обеспечивают трехканальную автокомпенсацию инструментальных погрешностей системы путем построения приборной орбитальной системы координат (ОСК), номинально совпадающей с текущей ОСК, при неограниченных курсовых углах ИСЗ, совершения программных поворотов ИСЗ на четыре заданных курсовых угла, выработки и введении представительных (более полных) поправок на погрешности системы по крену, курсу и тангажу в соответствии с приведенными алгоритмами при сохранении динамики и непрерывности режима гирокомпасирования системы. При этом рассмотрен вариант технического решения задачи о программных поворотах ИСЗ с заданной скоростью на любые курсовые углы для бортовой научной аппаратуры и для коррекции высоты и плоскости орбиты при сохранении режима и точности работы системы. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радионавигации и может быть использовано в локальных навигационных системах и сетях для управления движением мобильных объектов в локальных зонах навигации. Достигаемый технический результат - повышение помехозащищенности. Способ основан на формировании объектом навигации двух высокочастотных гармонических сигналов с разными частотами, их одновременном излучении с объекта навигации и приеме в нескольких опорных радионавигационных точках с известными координатами, формировании в этих точках сигналов разностной частоты из принятых от объекта навигации высокочастотных сигналов, передаче сформированных сигналов разностной частоты в центральный пункт обработки, где измеряется разность фаз сигналов разностной частоты, поступивших из разных опорных точек, а результаты измерений разностей фаз с учетом взаимного расположения центрального приемного пункта и опорных радионавигационных точек пересчитываются в координаты объекта навигации, причем оба сформированных на объекте навигации гармонических сигнала перед излучением синхронно модулируют по фазе одной и той же псевдослучайной двоичной последовательностью с девиацией фазы 180°. 2 ил.

Способ определения углового положения подвижного объекта относительно центра масс, т.е определение пространственной ориентации при угловом движении, преимущественно летательных аппаратов (ЛА), относительно какой-либо базовой системы координат, путем аналитического ее вычисления на основе измерений каких-либо отдельных параметров ориентации (углов, угловых скоростей и т.д.). Способ включает определение текущей угловой ориентации системы координат OX1Y1Z1 относительно геоцентрической базовой системы координат OXYZ, задание требуемой ориентации системы координат OX2Y2Z2 относительно геоцентрической базовой системы координат OXYZ, при этом системы координат OX1Y1Z1 и OX2Y2Z2 имеют начало координат в центре масс объекта и связаны с ним. Текущие значения углов ориентации связанной системы координат относительно базовой определяются с помощью бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), при этом в геоцентрической базовой системе координат направление оси OZ принимают совпадающим с направлением вектора вращения Земли, а ось ОХ направлена в точку пересечения гринвичского меридиана с экватором. Определяют углы относительной ориентации ςx, ςy, ςz между соответствующими осями связанной системы текущей угловой ориентации и требуемой в геоцентрической базовой системе координат по определенным зависимостям и по результатам вычислений судят об угловом положении подвижного объекта. Технический результат - расширение области применения, повышение достоверности и точности определения углового положения подвижного объекта. 2 ил.

Изобретение относится к геодезии, в частности к способам топогеодезической подготовки опорных геодезических сетей, используемых при испытании навигационной аппаратуры наземных транспортных средств. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей. Способ формирования опорной геодезической сети испытательной трассы заключается в том, что осуществляется формирование района работ, прокладка маршрута на карте, определение и закрепление координат контрольных пунктов создаваемой сети, определение ориентиров с известными координатами, представление данных по сформированной сети. При создании опорной геодезических сети на первоначальном этапе составляется физико-географическая характеристика района работ и оценивается топографо-геодезическая изученность района работ, на втором этапе формируется схема размещения оборудования испытательной трассы. На третьем этапе производится привязка сформированной схемы испытательной трассы к конкретным топографическим условиям местности с прокладкой маршрута трассы по карте местности. На четвертом этапе определяется конкретное расположение контрольных пунктов на маршруте трассы с составлением схемы и карты их расположения. На пятом этапе определяются схема расположения контрольного пункта и точки углов на цифровой карте местности, формируется схема ориентирных направлений. При этом определяются перечень ориентиров с их кратким описанием с присвоением номеров и изображением внешнего вида, дирекционные углы ориентирных направлений, расстояния линии визирования до ориентира, координаты выбранных ориентиров. На шестом этапе выполняется формализация и каталогизация выполненных работ. При этом указываются контрольные пункты, на которых рекомендуется проводить контроль определения высоты, составление каталога ориентирных направлений на выбранных контрольных точках. 5 ил.
Наверх