Способ определения высоты объекта над плоскостью основания по его одиночному перспективному изображению с неизвестными элементами ориентирования

 

Использование: космическая и аэрофотосъемка при картографировании поверхности Земли и других планет, при аэрофотогеологических исследованиях и создании макетов местности, в инженерно-строительных изысканиях. Сущность изобретения: способ определения высоты объекта над плоскостью основания по его одиночному перспективному изображению с неизвестными элементами внешнего и внутреннего ориентирования включает получение изображения участка местности, содержащего исследуемый объект, измерение координат опорных точек и поперечной и продольной координат вершины этого объекта на снимке и на карте местности, при этом необходимую для определения высоты информацию получают с помощью измерения координат дополнительных опорных точек и вычисления параметров ориентирования снимка, а высоту вычисляют по формулам с учетом высоты центра проекции.

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к области дистанционных измерений, и может быть использовано для решения различных народнохозяйственных задач, например, в космической и аэрофотосъемке при картографировании поверхности Земли и других планет, при аэрогеологических исследованиях и создании макетов местности, в инженерно-строительных изысканиях.

В настоящее время для решения технической задачи дистанционного определения высоты объекта при ограниченных возможностях получения снимков и проведения сопутствующих измерений элементов внешнего и внутреннего ориентирования снимков стоит проблема определения высоты объекта по одиночному, неориентированному специальным образом его изображению при неизвестных достаточно полно элементах внешнего и внутреннего ориентирования.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ определения высоты объекта по его перспективным изображениям с неизвестными достаточно полно элементами внешнего и внутреннего ориентирования [1] включающий формирование перспективного изображения участка местности, содержащего исследуемый объект, измерение координат вершины этого объекта и опорной точки на перспективном изображении и вычисление высоты объекта с учетом высоты центра проекции с использованием при этом двух изображений (стереопары снимков).

Недостатком данного способа является ограниченность его применения, так как способ неработоспособен в том случае, когда нет возможности получить стереопару снимков с достаточным по величине базисом или неизвестны высоты центров проекции.

Задачей изобретения является расширение диапазона применения способа.

Технический результат достигается тем, что в способе определения высоты объекта над плоскостью основания, включающем формирование перспективного изображения участка местности, содержащего исследуемый объект, измерение координат вершины этого объекта и опорной точки на перспективном изображении и вычисление высоты объекта с учетом высоты центра проекции, необходимую для определения высоты объекта информацию получают с помощью измерения координат объекта на карте местности и продольной X_в, и поперечной Y_в координат вершины объекта на перспективном изображении, а также измерения координат опорной точки на карте местности и измерения координат не менее трех дополнительных опорных точек на перспективном изображении и на карте местности.

Высоту объекта над плоскостью основания вычисляют по формуле (с использованием координаты U на карте местности, отвечающей продольному направлению): где U координата объекта на карте, соответствующая продольному направлению; А₁, А₇ параметры преобразования координат изображения X и Y в координаты карты U и V; H высота центра проекции, вычисленная по параметрам А₁, А₇ либо по формуле где V координата объекта на карте, соответствующая поперечному направлению; fM произведение фокусного расстояния проектирующей системы на масштабный множитель изображения, вычисленное по параметрам А₁, А₇.

Способ реализуется следующим образом.

Получают (с помощью фотоаппарата, тепловизора, видеокамеры) одно перспективное изображение местности (снимок) с исследуемым объектом. Производят идентификацию нескольких (не менее четырех) опорных точек, находящихся на плоскости основания местности, с их изображениями на снимке (при этом никакие три из этих четырех опорных точек не должны лежать на одной прямой). Измеряют координаты опорных точек и координаты вершины исследуемого объекта на перспективном изображении и на карте местности. Вычисляют параметры перспективного преобразования координат изображения в координаты карты и необходимые параметры внешнего и внутреннего ориентирования. Вычисляют высоту исследуемого объекта.

Способ определения высоты проводят в следующей последовательности операций: 1) получают одно перспективное изображение местности с исследуемым объектом; 2) производят идентификацию опорных точек;
3) определяют координаты опорных точек и координаты исследуемого объекта на карте местности;
4) измеряют координаты опорных точек и координаты вершины исследуемого объекта на изображении;
5) вычисляют параметры перспективного преобразования координат изображения в координаты карты А₁, А₇;
6) вычисляют необходимые параметры внешнего и внутреннего ориентирования H и fM;
7) вычисляют высоту исследуемого объекта.

Доказательство достижения технического результата было проведено как методом математического моделирования, так и натурными испытаниями. При натурных испытаниях была получена фотография речного порта с высоты 280 м под углом визирования 36^o. Выбраны шесть опорных точек. Опорные точки были выбраны на уровне воды. Измерены координаты опорных точек на карте этого порта и на фотографии, а также измерены координаты левого угла крыши 7-этажного здания, координаты основания которого имеются на карте. После этого были произведены расчеты параметров преобразования координат изображения в координаты карты с помощью ЭВМ и определена высота крыши над уровнем водной поверхности, принятой нами за плоскость здания над уровнем водной поверхности. Разность этих величин оказалась равной примерно 30 м, что соответствует высоте 7-этажного здания.

Формула изобретения

Способ определения высоты объекта над плоскостью основания, включающий формирование перспективного изображения участка местности, содержащего исследуемый объект, измерение координат вершины этого объекта и опорной точки на перспективном изображении и вычисление высоты объекта с учетом высоты центра проекции, отличающийся тем, что измеряют продольную X_B и поперечную Y_B координаты вершины объекта на перспективном изображении, измеряют координаты объекта и опорной точки на карте местности, измеряют координаты не менее трех дополнительных опорных точек на перспективном изображении и на карте местности, вычисляют высоту объекта над плоскостью основания по формуле

где U координата объекта на карте, соответствующая продольному направлению;
A₁, A₇ параметры преобразования координат изображения X и Y в координаты карты U и V;
H высота центра проекции, вычисленная по параметрам A₁, A₇;
либо по формуле

где V координата объекта на карте, соответствующая поперечному направлению;
fM произведение фокусного расстояния проектирующей системы на масштабный множитель изображения, вычисленное по параметрам A₁, A₇.