Ugrás a tartalomhoz

Fotogrammetria 4., Mérőfénykép fogalma, jellemzői, mérőfénykép torzulások

Balázsik Valéria (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

4.2 Mérőfényképek

4.2 Mérőfényképek

Fotogrammetriai leképzéssel a terepnek és tereptárgyaknak a felvevő objektívje által megvalósított centrális vetítésű képét állítjuk elő (lásd I. modul, 1.3.1 fejezet). A fotogrammetriai felvevővel, mérőkamerával készült fényképfelvétel, a mérőfénykép, mely alapján visszaállítható a felvételi sugárnyalábbal egybevágó sugárnyaláb optikai úton vagy matematikai módszerrel. Ehhez a művelethez ismernünk kell a mérőkép belső adatait.

4.2.1 A mérőkép belső adatai

A mérőkép belső adatai egyértelműen megadják a vetítési centrum és a kép egymáshoz viszonyított helyzetét. Ezek a képfőpont koordinátái (ξ0;η0) a képkoordináta-rendszerben és a kameraállandó (Ck). A mérőkamerával készült felvételeken a kamera részét képező ún. jelkeret a fényképezés pillanatában leképződik a fényképezett tereppel, objektummal együtt. Ezen a jelkereten kameratípustól függően - számos más jel és adat mellett - olyan jelformákat alakítottak ki, amelyek egy síkbeli koordináta-rendszer tengelyeit (ξ és η) egyértelműen kijelölik a képen. A koordinátatengelyeket meghatározó jelek lehetnek kis átmérőjű furatok (optikai keretjelek) vagy finom megmunkálású ék alakzatok (mechanikai keretjelek) a jelkereten, leképződésük a kép oldalfelezőinek közelében vagy a kép sarkaiban jön létre. A ξ, η képkoordináta-rendszer kezdőpontját, a tengelyek metszését nevezzük képközéppontnak és M-mel jelöljük. A képfőpont (H) a kameratengely képsíkkal alkotott döféspontja (a vetítési centrum merőleges vetülete a képsíkon), melynek koordinátái a képi rendszerben ξ0 és η0. A kameraállandó értéke (Ck), a vetítési centrum és a képsík távolsága. A kamera belső adatai értelmezhetőek úgy is, mint a vetítési középpont térbeli koordinátái a képkoordináta-rendszerben. A térbeli koordináta-rendszer harmadik tengelye (z) a képközéppontból M-ből kiinduló, ξ,η síkra merőleges tengely.

4-1. ábra Képkoordináta-rendszer

forrás: Kraus (1998)

Amennyiben a képfőpont megegyezik a képközépponttal, vagyis a kameratengely éppen a képközéppontban metszi a képsíkot, akkor azt mondjuk, hogy a kamera igazított. Ebben az esetben ξo=0 és η0=0.

A mérőképeken a ξ,η koordináta-tengelyeket nem minden esetben adják meg közvetlenül a tengelyeket jelölő pontokkal, gyakoribb megoldás, amikor a képkoordináta-rendszerben ismert koordinátájú pontok (4, újabb típusú kameráknál 8 db) állnak a rendelkezésünkre, amelyek egyértelműen meghatározzák a koordináta-rendszert. Ezek az ún. keretjelek, amelyek a jelformák és elhelyezkedésük szerint kameratípusonként szintén különbözőek lehetnek.

A légifényképek jellemzően négyzet alakúak és a koordináta-tengelyeket jelölő ék alakú mechanikai jelek mellett általában a kép sarkaiban elhelyezkedő optikai keretjeleket is találunk. Ahogy előzőekben említettük, a keretjelek és egyéb jeleknek a képe a kamera fizikai részét képező jelkeretnek a leképződésével jön létre, így az ugyanazon kamerával készült felvételek mindegyikén a keretjelek helyzete – vagyis képkoordinátái – a „terepi tartalomtól” függetlenül állandó értékek. Így a keretjelek képkoordinátáit valamint a kameraállandó értékét a fotogrammetriai kamerákhoz, így a mérőképekhez is gyári adatként szolgáltatják. A keretjelekkel szemben támasztott fontos követelmény, hogy helyzetük a jelkereten – így a képen - állandó legyen és képkoordinátáit 3-5 μm pontossággal ismerjük.

4-3. ábra Keretjelek és jelforma földi felvételen

A földi felvevővel készült mérőképek többnyire téglalap alakúak. Amennyiben a felvevő szerkezeti kialakítása megengedi, lehetőség van álló vagy fekvő téglalap formátumú kép készítésére. Ennek előnye, hogy a fényképezett objektumot – alakjának, kiterjedésének figyelembe vételével – optimális elrendezéssel jeleníthetjük meg a képen.

A fotogrammetriai feldolgozás során a mérőfénykép belső adatait a belső tájékozás műveleténél használjuk. A belső adatok ismeretével lehetséges a felvételi sugárnyalábbal egybevágó sugárnyaláb visszaállítása optikai úton. Matematikai megoldás esetén a keretjelek gyári adatként ismert képkoordinátái és az analitikus mérőműszer saját rendszerében mért műszerkoordinátái (digitális képeknél pixelkoordinátái) között írhatunk fel síktranszformációs összefüggéseket, és annak alapján számíthatjuk valamennyi képi pont képsíkbeli koordinátáit (ξ;η). (részletesen 10-es modul). A légi és földi felvételek – a felvételkészítést jellemző eltérő helyzetük miatt – eltérő koordináta-tengely jelöléseivel találkozhatunk. Mivel a kameratengely és a képsík egymáshoz képest merőlegesen rögzítettek, ezért a légifényképezést jellemző közel függőleges kameratengely esetén a képsík közel vízszintes. A földi felvétel készítésére a vízszintes helyzetű kameratengely jellemző, így ekkor a képsík függőleges. Ezek alapján a képkoordináta-rendszer tengelyeinek helyzetét és szokásos jelöléseit a 4-4. ábra mutatja.

4.2.2 A mérőkép külső adatai

A fotogrammetriai felvételek feldolgozásához a mérőképek belső adatai mellett szükséges a felvételkészítés helyének és a kép térbeli helyzetének ismerete is, amelyeket a mérőkép külső adatai határoznak meg. A mérőkép külső adatai (6db) minden esetben tartalmazzák a felvételkészítés helyének, a vetítési centrumnak a tárgytérbeli koordinátáit (X0; Y0; Z0) és a vetítési középpont- mérőkép együttesének térbeli helyzetét jellemző 3 szögértéket. A 3 szögérték különböző módon adható meg.

4-5. ábra Légifénykép külső adatai

Légifénykép esetében a tárgysíkot a térbeli, terepi koordináta-rendszer XY síkja, a terepsík jelöli ki. X0, Y0 a tárgysíkon, vagyis a terepsíkon értelmezett síkkoordináták, Z0 pedig a vetítési centrum terepsík feletti magassága, vagyis a relatív repülési magassággal azonos érték (Z0=hr). Nem sík terep esetén a relatív repülési magasságot az átlagos terepmagassághoz képest adjuk meg. A κ, φ és ω tájékozási szögelemek a képsík felvételkori helyzetét határozzák meg a tárgytérbeli koordináta-rendszer tengelyeihez viszonyítva. A κ szög a Z tengely körüli, φ az Y tengely körüli és ω az X tengely körüli elfordulási szögértékek. (4-5. ábra) Légifényképek külső adataiként, a vetítési centrum koordinátái mellett, a κ, φ, ω forgatási, döntési szögek helyett megadható a képsík helyzete a kameratengely dőlésével (𝜶), a felvételi sugárnyaláb elfordulásával (κ) és a tárgysík koordináta-tengelyeinek irányszögével (δ) is. (4-6. ábra)

4-6. ábra Légifénykép külső adatainak megadása más módon

Földi felvételek külső adatait szintén a vetítési középpont tárgytérbeli koordinátáival, X0, Y0 és Z0, valamint a képsík helyzetét jellemző 3 db szögértékkel, κ, 𝜶 és δ szögekkel adhatjuk meg. κ a ξ képkoordináta-tengely vízszintessel bezárt szöge, 𝜶 a kameratengely magassági szöge és δ a kameratengely vízszintes vetületének az irányszöge. (4-7. ábra)

4-7. ábra Földi felvétel külső adatai

Akár légifényképről, akár földi felvételről van szó, a mérőképet jellemző felvételkori helyzetet minden esetben 6 adattal adhatjuk meg, 3 térbeli koordinátával és 3 darab szögértékkel. Ennek a 6 külső adatnak az ismerete szükséges a mérőfénykép kiértékeléséhez, terepre vonatkoztatott adatok fotogrammetriai úton történő meghatározásához.