بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی پارامترهای مؤثر در طراحی یک شبکه فتوگرامتری
چکیده
در فتوگرامتری عوامل مختلقی بر روی دقت اطلاعات استخراج شده از تصویر تاثیرگذار می باشند . یکی از مهمترین این عوامل هندسه شبکه تصویربرداری و نحوه ترکیب تصاویر می باشد . بهینه سازی طراحی شبکه در بهبود اندازه گیریها هم از نظر دقت و هم از نظر هزینه مؤثر بوده و سبب می شود ضمن رعایت معیارهای اقتصادی ، دقت اطلاعات به دست آمده بهبود یابد..
در این مقاله عواملی از قبیل تعداد ایستگاههای تصویربرداری ، زاویه میان امتداد دید در تصویر برداری از ایستگاههای مختلف ، نحوه ترکیب تصاویر تهیه شده از ایستگاههای مختلف ، موقعیت دوربین نسبت به شیﺀ و محل مقیاس گذاری در مدل ، که در طراحی شبکه بسیار موثر می باشند به طور عملی مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر هر کدام از ابن عوامل بر روی دقت ارتفاعی و مسطحاتی به طور جداگانه ارزبابی شده است .
نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهد که کاربرد تصاویر استریو برای استخراج اطلاعات مسطحاتی مناسب تر از تصاویر همگرا می باشد در حالی که استفاده از تصاویر همگرا دقت ارتفاعی اطلاعات اسخراج شده از تصاویر را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد . همچنین افزایش تعداد تصاویر مورد استفاده و به کارگیری تصاویری با زاویه تقارب متعادل ، دقت را تا رسیدن به یک حد آستانه افزایش می دهد . در ضمن بررسی ها نشان داد که مقدار خطا با خروج از صفحه مقیاس گذاری به سرعت افزایش می یابد .
در خاتمه با بکارگیری نتایج به دست آمده یک دستورالعمل جهت طراحی شبکه پیشنهاد شده است .
واﮊگان کلیدی : تصاویر استریو ، تصاویر همگرا ، دقت ارتفاعی ، دقت مسطحاتی ، طراحی شبکه ، فتوگرامتری
١- مقدمه
در فتوگرامتری برد کوتاه عوامل مختلقی بر روی دقت اطلاعات استخراج شده از تصویر تاثیرگذار می باشند.
یکی از مهمترین این عوامل هندسه شبکه تصویربرداری و نحوه ترکیب تصاویر می باشد . بهینه سازی طراحی شبکه در بهبود اندازه گیریها هم از نظر دقت و هم از نظر هزینه مؤثر بوده و سبب می شود ضمن رعایت معیارهای اقتصادی ، دقت اطلاعات به دست آمده به طور چشمگیری بهبود یابد .
در آنالیزهای اولیه که به منظور برآورد دقت مثلث بندی در یک شبکه فتوگرامتری انجام می گیرد از رابطه شماره (١) استفاده می شود]١[ .لازم به ذکر است این رابطه تقریبی بوده و زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که دوربین مورد استفاده متریک باشد.
در این رابطه σc مقدار خطای استاندارد مختصات نقاط شیﺀ ، s عدد مقیاس ، d فاصله متوسط دوربین تا شیﺀ ، σa قدرت تفکیک زاویه ای و k تعداد تصاویر در هر ایستگاه می باشد . در این رابطه تاثیر استحکام هندسی شبکه بر روی دقت نتایج به دست آمده با وارد شدن ضریب q نشان داده شده و بیانگر این مطلب است که بهبود عوامل مؤثر بر هندسه شبکه می تواند تاثیر مستقیم در بالا رفتن دقت نتایج داشته باشد . q برای شبکه های همگرا مقادیری بین ٤/٠ تا ٨/٠ می باشد . برای انجام آنالیزهای اولیه مقدار ٧/٠ مناسب می باشد .
در زمینه طراحی شبکه تاکنون مطالعات متعددی انجام شده است به عنوان مثال بررسی های انجام شده در مورد اندازه گیریهای فتوگرامتریکی یک آنتن بازتاب کننده نشان داد که هندسه استریوسکوپیک ، دقت بسیار همگنی تولید می کند ولی دقت در عمق نسبت به دو محور باقیمانده تشکیل دهنده صفحه((x,y بسیار ضعیف می باشد . اما با افزودن دو تصویر همگرا وضعیت بهبود یافته ومی توان گفت دقت همگن و ایزوتروﭖ حاصل می گردد .بعلاوه با این کار اعتماد پذیری شبکه در کشف خطا ها افزایش می یابد [1].
عوامل مختلفی از قبیل تعداد ایستگاههای تصویربرداری ، زاویه میان امتداد دید در تصویر برداری از ایستگاههای مختلف ، نحوه ترکیب تصاویر تهیه شده از ایستگاههای مختلف ، موقعیت دوربین نسبت به شیﺀ ، محل مقیاس گذاری در مدل و... در هندسه شبکه فتوگرامتری مؤثر می باشند . در این مقاله موارد فوق الذکر مورد بررسی قرار گرفته و تاثیر عملی هر کدام از این عوامل در استخراج اطلاعات مسطحاتی و ارتفاعی به طور مجزا تعیین شده است تا بتوان با دستیابی به شرایط بهبنه، نتایج به دست آمده را در پروﮊه های کاربردی مورد استفاده قرار داد .بدین منظور شبکه های مختلفی طراحی شد و دقت مدل در هر کدام از آنها مورد بررسی قرار گرفت.
٢- طراحی حالات مختلف شبکه
به منظور تعیین دقت مدل به دست آمده باید شبکه ای از نقاط مورد استفاده قرار گیرد. در این پروﮊه برای انجام اندازه گیریهای مورد نیاز یک تست فیلد مورد استفاده قرار گرفته که در شکل شماره ١ نشان داده شده است.
دراین فیلد تارگتها بر روی دو صفحه که در عمق های متفاوتی قرار دارند به صورت یک شبکه منظم نصب شده و موقعیت آنها نسبت به هم کاملا مشخص می باشد . عملیات عکسبرداری از این تست فیلد توسط دوربین غیرمتریکCanon-PowerShot-90IS در مرکز تحقیقات ﮊئودزی و ﮊئوماتیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی انجام گرفت . در کل ٣١ تصویر به صورت استریو و همگرا در فواصل و موقعیتهای متفاوت نسبت به فیلد تهیه شد تا امکان بررسی هندسه شبکه و تلفیق تصاویر در حالتهای مختلف موجود باشد . لازم به ذکر است نور پردازی در لحظه تصویربرداری بایستی به گونه ای باشد که در حد امکان تارگتها از لحاظ تصویر شدن روی عکس مشکلی نداشته باشند . به عبارت دیگر در اثر نور بیش از حد یا کمبود نور ، مشاهده آنها بر روی تصویر دچار مشکل نشود. . عدم در نظر گرفتن این موضوع سبب می شود تا تعدادی از تصاویر غیر قابل استفاده شوند .
برای بررسی حالات مختلف در هندسه شبکه تصویربرداری ، هفتCase طراحی شد . طراحی هر Case به گونه ای انجام گرفت که بتواند تاثیر ناشی از تغییرات پارامتر مورد بررسی در آن Case را به خوبی آشکار نماید .
در جدول شماره ١ طرح کلی هر Case و هدف از طراحی آن به طور خلاصه بیان شده است .
بر اساس Case های طراحی شده تصاویر مناسب از میان ٣١ تصویر تهیه شده انتخاب و مدل مربوط به هر Case تشکیل شد . برای بر قراری ارتیاط میان ابعاد مدل با واقعیت یا به عبارت بهتر به منظور مقیاس گذاری مدل طولهایی بر روی مدل انتخاب شده و مقدار واقعی این طولها معرفی شد .
برای مقایسه دقت مدلهای تشکیل شده و ارزیابی تاثیر عوامل مؤثر بر هندسه شبکه در نتایج به دست آمده ، R.M.S.E مربوط به هر مدل محاسبه شد . برای محاسبه مقدار R.M.S.E هر مدل ، پس از عملیات مقیاس گذاری فاصله میان تارگتها از روی مدل اندازه گیری شد . با مقایسه فواصل واقعی با فواصل استخرا ج شده از مدل مقدار خطای هر طول به طور مجزا تعیین شده و برای محاسبه R.M.S.E از فرمول زیر استفاده شد :
در این فرمول l طول اندازه گیری شده بر روی مدل ، l طول واقعی و n تعداد طولهای اندازه گیری شده می باشد.
برای مدلهای تشکیل شده به طور متوسط ٢٧-٢٣ طول اندازه گیری شد که نتایج حاصل در جداول شماره ٢ و٣ نشان داده شده است . لازم به ذکر است عملیات تشکیل مدل و انجام مشاهدات برای تصاویر مختلف چندین بار صورت گرفته و نتایجی مشابه آنچه در جداول فوق الذکر نشان داده شده به دست آمده است .
