Современные ЦФС должны быть универсальными, принимать в обработку всевозможные данные с различных устройств, предоставляя на выходе широкий спектр продуктов для картографии, ГИС, систем 3D-моделирования. Важной характеристикой ЦФС является оперативная поддержка новых видов сенсоров, прежде всего космических


А.Ю. Сечин (ЗАО «Ракурс»)

Развитие цифровой фотограмметрии прежде всего определяется уровнем развития техники. Быстродействие современных компьютеров позволяет оперативно решать задачи, выполнение которых некогда требовало значительных затрат времени. Совершенствуются сенсоры систем дистанционного зондирования, появляются новые цифровые камеры, приборы и устройства, улучшаются характеристики существующих. Увеличивается возможное число снимков в блоках для совместного уравнивания. Растут требования к выходным продуктам цифровых фотограмметрических станций (ЦФС), все чаще пользователи запрашивают не только традиционные ортофотопланы и векторные данные для ГИС, но и полноценные трехмерные модели как результат обработки данных ДЗЗ. На взгляд автора, современные ЦФС должны быть универсальными, принимать в обработку всевозможные данные с различных устройств, предоставляя на выходе широкий спектр продуктов для картографии, ГИС, систем 3D-моделирования. Важной характеристикой ЦФС является оперативная поддержка новых видов сенсоров, прежде всего космических.

В последние годы стало отчетливо заметно стремление к использованию цифровых аэросъемочных камер, позволяющих получать цифровые изображения непосредственно в полете, вместо пленочных. Этапы проявки и сканирования пленок скоро уйдут в прошлое. При аэрофотосъемке используются как привычные кадровые системы (например, DMC фирмы Intergraph Corp. (США) или UltraСamX фирмы Vexcel Imaging (США), входящей в состав корпорации Microsoft), так и сенсоры, основанные на ПЗС-линейках (например, ADS-40 фирмы Lieca Geosystems, Швейцария), имеющие непривычные для фотограмметристов геометрию кадра и математическую модель. Современные цифровые камеры обладают большой глубиной цвета (более 8 бит на канал), увеличивается число одновременно регистрируемых каналов к традиционным красному, синему, зеленому добавляются инфракрасные (ближняя и дальняя зоны) каналы. Большая глубина цвета позволяет различать детали, ранее недоступные для восприятия (например, в тени). Современная ЦФС должна на входе, выходе и в процессе обработки изображений поддерживать произвольное число каналов с любой глубиной цвета. При работе с данными спутниковых сенсоров ЦФС должна иметь возможность обрабатывать изображения как обобщенными методами (модель сенсора отсутствует или известна в грубом приближении), так и с учетом сопутствующих метаданных, а при наличии строгой модели использовать ее для точной обработки.

Рис. 1. Современные цифровые камеры

Фотограмметрическая обработка снимков подразумевает максимально возможную, субпиксельную, точность измерений. Поэтому растровые данные, поступающие на вход ЦФС, не должны подвергаться обработке, снижающей их точность. Допустим минимальный набор алгоритмов предобработки растровых данных, например, паншарпенинг. Выходные растровые данные (ортофото) могут подвергаться различным методам постобработки для улучшения визуальных свойств. Наличие в составе ЦФС модулей постобработки, сохраняющих геопривязку изображений, является несомненным достоинством фотограмметрической системы.

При аэрофотосъемке с борта самолета все чаще кроме цифровых камер используют интегральные навигационные комплексы системы GPS/IMU, позволяющие измерять элементы внешнего ориентирования снимков в полете, а также лазерные сканеры, которые обеспечивают формирование модели рельефа местности без стереообработки снимков. Точность подобных устройств постоянно возрастает. В настоящее время при наличии на борту системы GPS/IMU и данных о рельефе местности, полученных с помощью технологии лазерного сканирования, можно строить ортофотопланы с точностью 2xGSD (GSD Ground Sample Distance размер пиксела на местности, определяет параметры съемки цифровой камерой, подобие масштаба аэрозалета для аналоговых камер) и лучше без традиционного уравнивания аэрофотоснимков и построения рельефа фотограмметрическими методами.

Если для достижения максимальной точности при обработке блока снимков требуется его уравнивание, в современных ЦФС все чаще используются методы автоматического измерения связующих точек, результаты которого, как правило, требуют последующего контроля со стороны оператора. В ближайшее время можно ожидать появления более надежных алгоритмов автоматической расстановки точек и их отбраковки при уравнивании, не требующих вмешательства человека.

Рис. 2. Фрагмент 3D-модели г. Саратова, полученной фотограмметрическим методом по материалам аэрофотосъемки масштаба 1:10 000

Если методы построения цифровых моделей рельефа в ЦФС новых поколений автоматизированы и со стороны оператора требуют только простейших операций по фильтрации и, иногда, проведению дополнительных орографических линий, то процесс векторизации строений, дорог, участков и т. п. пока еще выполняется в ручном режиме. Работы по его автоматизации ведутся давно, автор надеется, что в ближайшие годы появятся надежные системы, облегчающие этот тяжелый труд.

С точки зрения вычислений, наиболее трудоемким процессом в ЦФС является построение ортофотопланов. Для больших (несколько тысяч снимков) блоков время, требуемое для ортофототрансформирования на одном компьютере, может составлять десятки и сотни часов. С развитием многопроцессорных компьютерных систем и быстрых локальных вычислительных сетей процесс ортофототрансформирования может быть распределен по компьютерам локальной сети и процессорам (ядрам) компьютеров. Хорошая масштабируемость и возможность параллельной обработки значительных объемов данных в локальной сети являются признаками современной ЦФС. С увеличением размеров обрабатываемых блоков и объемов данных возрастает роль централизованных серверов хранения данных. Возможно, в ближайшее время появятся системы с возможностью распределенного хранения снимков и сопутствующей информации, обеспечивающие автоматическое оптимальное размещение ресурсов хранения.

Рис. 3. Современный стереомонитор

Рис. 4. Современные многокнопочные манипуляторы

Безусловно, современная ЦФС должна «понимать» широкий спектр растровых, векторных и иных данных разных форматов. При этом выходные результаты фотограмметрической обработки должны быть доступны в форматах, принимаемых различными ГИС и картографическими системами. В последнее время наметилась тенденция к использованию и визуализации трехмерных данных, получаемых с помощью ЦФС, прежде всего для городской местности. Такого рода данные интересны муниципальным службам, телекоммуникационным компаниям, отделениям МЧС, военным и разработчикам навигационных систем, в последующем они могут быть использованы для построения реалистичных трехмерных моделей городов.

Отметим, что 3D-модели нужны и для построения в ЦФС так называемых «истинных» ортофотопланов (true orthophoto), которые, несмотря на высокую трудоемкость изготовления и вычислительную сложность, получают все большее распространение.

Важной характеристикой ЦФС является поддержка современных аппаратных средств стереовизуализации. В первых фотограмметрических станциях для стереонаблюдений использовались оптико-механические устройства (специальные насадки на монитор) или анаглифические очки. В последующем появились системы, выводящие изображения на монитор через строку (interlace) и подразумевающие использование специальных поляризационных очков. Эти системы иногда еще применяются, хотя характеризуются невысокой точностью, суженным полем обзора, а также низким качеством изображения. Как правило, анаглифический и чересстрочный методы вызывают у операторов повышенную утомляемость глаз, и они, на наш взгляд, могут быть использованы только для демонстрации возможностей ЦФС и первоначального обучения работе с программной системой. Современные способы вывода стереоизображений основаны на профессиональных видеокартах, аппаратно поддерживающих стереорежим, и программном интерфейсе (API) OpenGL. При этом могут использоваться различные стереоустройства: специальные мониторы, основанные на экранах 2хLCD и поляризационном стекле, стереопроекторы. Поддержка новых аппаратных решений для стереовывода в этом случае не требует адаптации ЦФС.

Традиционно на аналитических приборах для перемещения стереомаркера использовались специальные штурвалы. Операторы, только осваивающие ЦФС, считают управление с помощью таких штурвалов неудобным и предпочитают многокнопочные манипуляторы типа «мышь», специально предназначенные для работы в стереорежиме. Для эффективной работы желательно, чтобы ЦФС поддерживала работу и со штурвалами, и со специальными манипуляторами.

Несколько в стороне от традиционных фотограмметрических систем находятся системы обработки радарных снимков. С появлением на рынке данных сенсоров космического базирования с высокой разрешающей способностью (TerraSAR-X, COSMO-Skymed, RADARSAT-2) роль последних существенно возросла. Эти системы, называемые радарграмметрическими, позволяют строить цифровые модели местности с точностью по высоте в пределах первых метров, создавать ортоизображения (в том числе с использованием моделей местности, получаемых по радиолокационным снимкам), а также высокоточные карты смещений земной поверхности (с миллиметровой точностью при интерферометрической обработке).

Подводя итоги, можно отметить, что современная ЦФС должна «понимать» максимально возможное число форматов растровых, векторных и других данных, обеспечивать высокий уровень автоматизации и производительности, поддерживать современные компьютерные технологии. Наличие в составе ЦФС модулей пред- и постобработки изображений, средств работы с 3D-моделями, полученными фотограмметрическими методами, должно стать неотъемлемой частью таких систем.