Fotogrammetrie I

Cvičení 1. a 2. PhotoModeler

Zkopírujte data do svého pracovního adresáře (C:\Student\Hvězdárna\Příjmení\)

Data:

·                Snímky

·                Prvky vnitřní orientace (camera file)

·                Vlícovací body

·                Rozmístění vlícovacích bodů

PhotoModeler je fotogrammetrický systém určený k bezdotykovému 2D a 3D měření. Je založen na principech metody průsekové fotogrammetrie.

Tvorba prostorového modelu se skládá z několika kroků

1. Kalibrace kamery použité ke snímkování

2. Založení projektu

3. Definování parametrů kamery

4. Import snímků

5. Měření a referencování vlícovacích a navazovacích bodů (pro výpočet prvků vnější orientace)

6. Výpočet

7. Přidání snímků do projektu, další měření, kontrola

8. Vyhodnocení prvků objektu

9. Export výsledného modelu

 

Spuštění PhotoModeleru

Zástupce - Start Menu\Programs\SOFTWARE\FTG\B209_PhotoModeler Pro 5

 

 

Pro zadávání dat do projektu je možné nechat se vést průvodcem (Projekt Wizard). Nejdříve se definuje projekt použijeme tlačítko New Project z Hlavního panelu nástrojů. Zde se zadává přibližná velikost objektu a jednotky. Název a umístění projektu se zadávají až při prvním uložení projektu. Při každém dalším ukládání se vytváří samostatný soubor (jméno_ver1.pmr). Kopie (_ver) jsou jsou číslovány od 1.

Spustí se průvodce založením nového projektu

 

 

 

 

 

 

 

Import snímků a práce s nimi:
Snímky musí být v digitální podobě, podporovány jsou formáty : tif, bmp, pcx, tga, jpg, png, pct, psd, ppm, mac, cal, pcd. Import snímků do projektu se provede pomocí Photo Import Wizard. Snímky pořízené stejnou kamerou musí být importovány se stejnou rotací. Standardně se používají snímky orientované na šířku. Pro správu všech snímků v projektu slouží Project Photographs Dialog, který je zobrazen v levé části okna aplikace. Pokud projekt obsahuje větší počet snímků, je vhodné pracovat zpočátku jen s několika snímky a postupně vkládat další. Vložení/vypuštění snímků do/z projektu se provede pomocí dialogu Add/Remove Photographs. Zde se zadá cesta ke snímkům (Change directory) a vyberou se snímky, které mají být vloženy / vyloučeny do / z projektu.
Jednotlivé snímky se zobrazují v oknech (Photograph Window). Zde dochází k měření a referencování bodů.

 

 

 

Pracovní prostředí PhotoModeleru

Hlavní nabídka (Main Menu) je umístěna v horním okraji aplikačního okna. Jednotlivé nabídky jsou uspořádány do řádku.

Hlavní panel nástrojů (Main Toolbar) obsahuje dvě řady ikon pro ovládání PhotoModeleru.

Vedlejší panel nástrojů (Sub Toolbar) je za panelem nástrojů. Po aktivaci některé ikony z hlavního panelu nástrojů se zobrazí další nabídka pro daný příkaz.

Pracovní plocha (Work Space)

Dialog snímků (Photo Control) zobrazuje všechny snímky v projektu. Pro zvětšení pracovní plochy může být tento dialog uzavřen.

Photograph Properties dialog zobrazuje vlastnosti a nastavení jednoho nebo více snímků. Photo Properties dialog získáme kliknutím pravého tlačítka myši na snímek, popř. označené snímky a výběrem příslušné nabídky. Pomocí tohoto dialogu lze měnit jednotlivé údaje (kamera, rotace,...), snímky je možné z vyloučit z výpočtu pomocí Processing Action. Jednou z možností je Do not use, snímky ještě nebyly orientovány. Snímky, které jsou importovány do projektu, jsou sem automaticky zařazeny. Jakmile změříme rámové značky, body aj, snímky jsou opět automaticky zařazeny do Use and adjust. Snímky a na nich změřené prvky budou orientovány a vypočteny. Třetí možností je ,,Use but no adjust“. Snímky spolu s měřenými prvky vstupují do výpočtu a podílí se na tvorbě 3D modelu, ale nevyrovnávají se (beze změn).

PhotoModeler umožňuje upravit vlastnosti snímku pro lepší detekovatelnost bodů pomocí Image Enhancement "Edit - Image Enhance". Návrat k původním hodnotám je možný pomocí tlačítka Reset.

Dialogové okno vlícovacích bodů získáme pomocí Marking - Mark Control Points Mode

 

 

 

Definovat rozměr a orientaci modelu lze také pomocí funkce 3D Scale and Rotation "Project - Scale/Rotate"

PhotoModeler umožňuje strukturovat projekt do vrstev a a přiřazovat jednotlivým objektům materiály (barvy, popř. textury). Pomocí vedlejší palety nástrojů lze vrstvy a materiály vytvářet a vybírat aktuální. Vytvářet vrstvy a materiály lze také pomocí menu Edit - Layers a Edit - Materials

   

Nastavit Vrstvy a Materiály lze pomocí menu Edit - Property Changer dopředu přiřadit jednotlivým kategoriím objektů. Standardně se vše ukládá do vrstvy Default a s materiálem SurfaceDefault.

Vybraným prvkům lze pomocí funkce Select + pravé tlačítko myši - Properties of selected dodatečně měnit vrstvy a materiály.

Hlavní panel nástrojů

1. výběr prvku (výběr více prvků + shift)

2. výběr oblasti (výběr více oblastí + shift)

3. označování bodů

4. subpixelová detekce terče (signalizované body)

5. linie (mezi 3D body)

6. křivky

7. křivky z 3D bodů

8. plochy (z 3D bodů)

9. válcové plochy

10. měření (plochy, délky linií, hran, mezi body - výběr + shift, ....)

11. referencing (body, linie, hrany, .....) - zdrojové foto → cílové foto

12. processing (výpočet vyrovnání)

13. tabulky (snímků, bodů, ploch, křivek, hran, válců)

14. 3D prohlížeč

15. ovladače pohledu

Měření a Referencování

Měření

Pro tvorbu 3D modelu je možné využít :

• body (Object Points), které jsou nejdůležitějším prvkem.

Photomodeler rozlišuje tři druhy bodů :

1. body vytvořené během měření - Object Points

2. body v ploše - Surface Draw Points

3. vlícovací body - Control Points

• hrany (Edges), to jsou linie mezi dvěma 3D body. Referencují se koncové body i spojnice.

• křivky (Curves)

• válce (Cylinders), každý válec má stejný poloměr po celé délce.

• linie (Lines) je spojnice mezi dvěma body. Vytváří se automaticky, nereferencuje se.

• plochy (Surfaces), pro vytvoření plochy musí být nejmén 3 body ( body, koncové body hran) nebo křivky.

Nejprve se otevře snímek. Vybere se nástroj pro měření prvků – linií, hran a další. Poloha na snímku se určí jedním kliknutím levého tlačítka myši. Body jsou číslovány od jedné. Pokud je některý bod smazán, jeho číslo se v projektu již neobjeví. Po změření většího počtu prvků se projekt stává nepřehledným. Pomocí dialogu Visibility  je možné jednotlivé prvky vypínat a zapínat. Obsahuje dvě záložky. První (Marked) pomáhá s viditelností měřených prvků a druhá (Projected) je vhodná pro kontrolu a hledání chyb v modelu. Pokud se v této záložce zatrhnou jednotlivé možnosti, program na aktivní snímek umístí vypočtenou polohu těchto prvků.

Referencování

Stejné body na různých snímcích mají různá čísla. Referencování je proces, při kterém se určí odpovídající si body. Všechny změřené prvky musí být referencovány nejméně na dvou snímcích. Pro větší kvalitu projektu je lepší všechny prvky referencovat na všech snímcích v projektu. Referencování se provede pomocí Referencing - Reference Mode. Vylistují se snímky, které budou referencovány. Lze referencovat vždy dva snímky. Na levém snímku (source photo) se vybere prvek a určí se jeho poloha na pravém snímku (destination photo). Pokud se referencují prvky v již orientovaných snímcích, pak prvek bude ležet na druhém snímku na epipolární linii. Je-li referencován na třetím snímku, pak kurzor nabízí předběžnou polohu prvku.

Způsoby referencování:

1. Postupným výběrem jednotlivých změřených prvků, tj. ve zdrojovém (levém) snímku se označí jeden prvek a referencuje se s odpovídajícím prvkem v cílovém snímku (pravém).

2. Výběrem libovolného počtu změřených prvků. V cílovém snímku se referencují všechny vybrané prvky postupně.

3. Body je možné referencovat již během měření. Bod se změří na levém snímku a hned se referencuje na snímku pravém.

4. Je možno použít automatický referencing (pro tři a nebo více snímků) Referencing - Automatic Referencing.

Výpočet

Výpočet je iterativní proces, který probíhá tak dlouho, až se vypočte prostorová poloha bodů , hran a minimalizují se chyby. Výpočet se spustí pomocí Project / Process... a probíhá ve dvou etapách. První je kontrola všech dat (Audit), a ve druhé etapě (Adjustment) se vytváří prostorový model objektu. Nejprve se kontrolují všechna data, která se budou podílet na tvorbě 3D modelu. Výsledky (Audit Dialog) předpovídají úspěšnost výpočtu, kvalitu výsledného modelu a lze je použít pro hledání chyb. Audit Dialog obsahuje čtyři záložky.

První je Audit Summary (pravá část) a ukazuje, jak přesně bude model vypočten. To je vyjádřeno čísly 1 - 5. kde číslo 5 je nejvyšším možným vyjádřením pro přesnost. Dále zde mohou být návrhy (Suggestion). Velký počet návrhů ukazuje na hrubé chyby v projektu (špatně definovaná kamera, velké chyby v referencování atd.). Druhá záložka Audit Overview je rozdělena na dvě části. V horní části je celkový počet snímků a počet bodů v projektu a jejich kvalita (Acceptable?). Pokud je kvalita Yes, výpočet by měl proběhnout bez problémů. Je-li Maybe, pak výpočet může, ale také nemusí. proběhnout správně. No ukazuje na hrubé chyby. Ve spodní části je podrobněji popsána kvalita bodů a snímků . Zde je ještě další dělení (Good - dobré, Weak - slabé, Unused - nepoužité). Záložka Audit Photo ukazuje informace o snímcích v projektu. Je zde minimální, maximální a celkový počet změřených bodů, oblast pokrytá změřenými body v procentech a počet rámových značek v procentech a dále celkové hodnocení kvality snímků. Na každém snímku musí být změřeno nejméně šest navazovacích bodů, nebo tři body vlícovací. Poslední záložka Audit Points zobrazuje podrobné údaje o změřených bodech a také je zde celkové hodnocení kvality bodů. Změřené body se nepodílí na tvorbě 3D modelu, jsou-li na snímku s označením Unused.

Ve druhé etapě výpočtu (Adjustment) se vytvoří prostorový model objektu. Zpracují se měřené body, hrany a kamera. Prvky jako linie, plochy, válce, body v ploše a křivky nemají žádný vliv na výpočetní proces. Ten je rozdělen na tři části. První je Orientation, zde se vypočtou prvky vnější orientace. Druhá část je Global Optimization, zde se minimalizují chyby na všech 3D bodech a v prvcích vnější orientace. Třetí částí je Self – Calibration dále optimalizuje výsledky jemným vyrovnáním prvků vnitřní orientace  pro každý snímek z důvodu změn způsobených např. přeostřováním.

Samotný výpočet se spustí tlačítkem Process. Dialog nabízí možnost uložení projektu těsně před výpočtem. Následuje výpočet - dialog 3D Process. Po výpočtu první iterace se vedle objeví chybový dialog Total Error. Chybový dialog zobrazuje soubor vertikálních sloupců. Každý sloupec ukazuje hromadění chyb ve 3D modelu během jedné iterace. Obvykle jsou zde soubory, které jsou oddělené šedým sloupcem.. Po skončení výpočtu se zobrazí dialog, který ukazuje, zda byl/nebyl model úspěšně vypočten.