Cap 13 Pp Fotogrametria Digital

Capitulo 13FOTOGRAMETRIA DIGITAL

Ing R.Y.A - FOTO II

http://www.efoto.eng.uerj.br/br/tutoriais

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DIFERENCIAS SEGN LA ETAPA EVOLUTIVA DE LA FOTOGRAMETRIA:

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Segn International Society Photogrammetry and RemoteSensing - ISPRS:

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Fotogrametra y Sensoramiento Remoto es el arte, ciencia y tecnologade obtener informacin confiable de imgenes mediante sensoresimageadores y otros, sobre la Tierra, su medio ambiente y otros objetosfsicos y procesos a travs de la grabacin, medicin, anlisis yrepresentacin.

Prof. Ireneu da Silva, define Fotogrametra Digital:

La Fotogrametra Digital trata de los aspectos geomtricos en el usode las fotografas, con la finalidad de obtener valores precisos demedidas en el plano, altura y las formas, empleando imgenesdigitales, almacenada en medios magnticos en pixeles. Tiene comobase los principios de estereoscopia y la orientacin analtico - digitalde las fotos.

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OBJETIVO :

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1.6 GB

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Ejm: 80;100 Lp/mm

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ESTACIN FOTOGRAMETRICA:

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DISPOSITIVO DE VISIN ESTEREOSCOPICA DIGITAL:

- Proceso de anglifo (culos de colores complementarios)

- Estereoscopio de prisma (espejo) (split screen)

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- Polarizacin pasiva (tela de cristal liquido en frente del monitor e anteojos)Sobre la pantalla de rayos catdicos se encuentra un filtro de clulas Kerrque gira 90 el plano de polarizacin en cada imagen, creando de esta formados imgenes con luz polarizada a 0 y 90.

- Polarizacin activa (anteojos de cristal liquido, oscilando a 120 Hz) anteojoscon filtro de clula Kerr, sincronizada con la pantalla.

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GEOMETRIA EPIPOLAR:

La mayor parte de los algoritmos de visin computarizada yfotogrametra digital parten de la premisa de que el par de imgenesestreo se ha tomado segn una geometra epipolar. Es decir, que laslneas de barrido del par son lneas epipolares.

Se adopta un sistema de coordenadas donde el eje OX es paralelo a larecta que une los centros de perspectiva, que conforman un planoepipolar.

Esta condicin se cumple cuando los dos ejes de la cmara de unsistema estereoscpico son paralelos entre s y perpendiculares a labase (caso ideal de toma fotogrfica).

Las fotografas orientadas en tal sistema deben ser rectificadas demodo que sus escalas resultan iguales.

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CONTINUA

En la figura se presenta un par estereoscpico congeometra epipolar siendo O1 y O2 sus centros deproyeccin. El plano epipolar es definido por los doscentros de proyeccin y el punto objeto P. Las lneasepipolares e y e" se definen de la interseccin del planoepipolar y los planos de las imgenes.

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GEOMETRIA REAL

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GEOMETRIA EPIPOLAR = GEOMETRIA IDEAL

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TRANSFORMACION

En la mayora de los casos, los dosejes de toma de las fotografas noson paralelos ni perpendiculares ala base area (O; O), entonces esnecesario la transformacin de lasimgenes a una posicin en lasque las lneas epipolareshomlogas sean paralelas al ejeabscisas del sistema decoordenadas imagen, es decir, quetengan la misma coordenada y.Las imgenes normalizadas debenser paralelas a la base area ydeben tener la misma distanciaprincipal.

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GENERACION DE IMGENES NORMALIZADAS

a) Calibracin de la cmara

Las imgenes digitales pueden ser obtenidas directamente apartir de cmaras digitales, o indirectamente mediante lautilizacin de imgenes analgicas y la digitalizacin mediante unescner. En ambos casos, el sistema de captacin (cmara oescner) debe ser calibrado para conocer bsicamente las dosfuentes de distorsin (distorsin de la lente, errores de la cmaradigital) (Chen y Schenk, 1992). Con la calibracin de la cmara seobtiene una imagen libre de distorsin (imagen pxel).

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. continuacin

b) Transformacin de la imagen pixel a imagen normalizada.La imagen normalizada es una imagen pixel en geometraepipolar referida al espacio objeto.Los elementos de la Orientacin externa son 3 ngulos y CP

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Se ha introducido en la imagen normalizada una distancia principal fN mayor quela distancia principal c de la imagen original para que no existan prdidas deningn pxel de la imagen original. Se asume que el tamao del pxel es el mismoen ambas imgenes (original y normalizada). Una vez que se han obtenido lascoordenadas (u, v) en la imagen normalizada, pueden aplicarse las ecuacionesanteriormente vistas para encontrar la correspondiente posicin en la imagenoriginal.

Una vez aplicada la transformacin geomtrica, hay que determinar el nivel de grisque le corresponde a cada pxel, debido a que la posicin proyectada no debecoincidir con la posicin original del mismo ni con su valor entero. Al realizar latransformacin espacial se tiene que los valores de las coordenadas de la imagennormalizadas estn en el sistema imagen, es decir, son valores reales y no valoresenteros como corresponden a la posicin de en una imagen digital (fila ycolumna), de forma que habr puntos que no quedarn definido por sus nivelesdigitales (fig. 8). Por tanto, es necesario interpolar el valor de gris; a esta operacinse le conoce con el nombre de remuestreo (resampling).

GENERACION DE IMGENES NORMALIZADAS . continuacin

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El proceso TOTAL consta de 6 ETAPAS: Desde la imagen original hasta normalizarlo

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PROCESOS AUTOMATIZADOS DEAPOYO EN FOTOGRAMETRA

DIGITAL

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La comparacin de imgenes para identificar puntos, es un procesomediante el cual la Matriz Referencia de una imagen, transita por laimagen homologa de una ventana denominada Matriz de Bsqueda yrealiza el clculo del valor de comparacin en cada posicin de la matriz dereferencia.

HERRAMIENTAS PARA LA IDENTIFICACIN AUTOMATICA DE PUNTOS

Sy

Sx

Xb

Yb

Xa

Ya

My

Mx

Matriz de busquedaMatriz de referencia

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Las herramientas disponibles para automatizar la identificacin deimgenes por comparacin son:

- Comparacin por correlacin,

- Comparacin por mnimos cuadrados,

- Comparacin por objetos, y

- Comparacin relacional.

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2

11

2

1

2

1

2

11 1

11

1

n

ii

n

ii

n

i

n

iii

n

ii

n

i

n

iiii

yn

yxn

x

yxn

yx

r

Xi = valor del color en el pixel i en la matriz de referencia.yi = valor del color en el pixel i en la matriz de bsqueda.n = nmero de pixeles en la matriz de referencia.r = valor de la correlacin.

COMPARACION POR CORRELACION CRUZADA:

La correlacin es un nmero que vara entre -1 y +1. El valor cero (0) significaausencia de correlacin; el valor +1 significa una correlacin total positiva, unade las variables crece en valor (por ejemplo la matriz de referencia) y la otra (lamatriz bsqueda) tambin crece; el valor -1 significa correlacin negativa osea cuando una variable aumenta la otra disminuye.

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Todas las tcnicas exigen valores aproximados, as como injunciones. Losvalores aproximados son necesarios en virtud de no ser lineal la variacindel valor del color de los pixeles a lo largo de la lnea, por eso existirnresultados falsos. Las injunciones pueden ser de orden geomtrica, muyimportante para eliminar las falsas comparaciones, por ejemplo laGeometra Epipolar cuando se trata de un par de aerofotografas orientadas.Otro tipo de injuncin es la Radiomtrica, los procesos de identificacinautomtica por comparacin de imgenes tiene como pre-requisito laestandarizacin radiomtrica de las imgenes.

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Son muchas las herramientas para conseguir valores aproximados. Unaherramienta utilizada en todos los mtodos desarrollados es conocida comopirmide de imgenes.

La Pirmide de imgenes consiste en un conjunto de imgenes derivadas dela imagen original, cada una con menor grado de resolucin. La imagenoriginal es la base de la pirmide y la de menor resolucin en el vrtice.

El proceso de identificacin parte del vrtice para la base- por lo tanto, de logeneral para lo particular. Cualquier error en la comparacin de imgenes enlas etapas intermedias, conducen al error final. La mejor estrategia pararesolver este problema, se recomienda en el vrtice de la imagen, escogerdos puntos ms prximos de la solucin y de cada uno de ellos segenerarn dos en la etapa siguiente, quedando para la etapa final lasolucin del problema.

PIRAMIDES DE IMGENES:

Nivel 464x64 pixelesResolucin 1:8



Nivel 1512x512 pixelesFull resolucin 1:1

La bsqueda comienza en nivel 4

Finaliza en nivel 1

PIRMIDE DE IMAGENES DE BUSQUEDA GROCERA A TOTAL RESOLUCIN

Ing. Rolando Yarihuamn A.UNMSM 46

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MEJORAMIENTO DE LA IMAGEN

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Tcnica de Remuestreo:

Por medio de este mtodo hacemos varios muestreos sobre laimagen inicial. Cada vez que se efectan cambios geomtricosen la imagen digital, surgen varios errores de forma inevitable.Los 3 mtodos de remuestreo ms frecuentemente usados son: Vecino mas prximo. Interpolacin bilineal. Convolucin bicbica. Polinomio Lagrange.

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El remuestreo es un proceso necesario para obtener los nuevospxeles, con el color que deben tener por encontrarse en aquellaposicin. Por eso es muy importante que las imgenes originalestengan la ms alta resolucin posible.

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Mtodo deRemuestreo

Numero de pxelesinterpolados

Operaciones desuma ymultiplicacin

Errores deinterpolacin

Vecino mas prximo 1x1 1 15.7%

Interpolacin Bi-lineal

2x2 8 3.7%

Spilines Bi-cbica 4x4 110 0.3%

Polinomio deLagrange

4x4 80 Aprox. o

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FLUJO OPERACIONAL DE UN PROCESOFOTOGRAMETRICO DIGITAL

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FIN

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b) Transformacin de la imagen pixel a imagen normalizada. La imagen normalizada es una imagen pixel en geometra

epipolar referida al espacio objeto. Sea la imagen originalluego de la orientacin relativa por rotaciones (fig ..) (x, y)(x, y) y (u, v) (u, v) las coordenadas de las imgenesnormalizadas. La distancia principal en las imgenesnormalizadas es c. El origen de coordenadas local esta en elcentro de proyeccin izquierdo (O1) y el eje de las X pasa atravs del centro de proyeccin (O2). El eje Z es perpendiculara la primera imagen normalizada. El eje Y es perpendicular alplano XZ.

La relacin matemtica entre las coordenadas imagen (x, y)de una de las imgenes originales y las coordenadas de laimagen normalizada (u, v) pueden expresarse por lasecuaciones de colinealidad, de la forma siguiente:

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IMAGEN ORIGINAL - IMAGEN NORMALIZADA

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