Kā ātri un viegli veiktie mērījumus ar GS18 I var būt tik precīzi?

Leica GS18 I  ir universāls un viegli lietojams GNSS uztvērējs, kas izmanto Vizuālās pozicionēšanas tehnoloģiju, lai izmērītu punktus uzmērītajos attēlos. Sistēma integrēti GNSS uztvērējs ar IMU un kameru. Pateicoties visu sensoru precīzam savietojumam, tieši uz lauka ir iespējam uzmērīt punktu uzņemtajos attēlos.

Kā ir iespējams izmērīt punktus, attēlā atlasot tikai vienu punktu?

Tūlīt pēc attēlu grupas uzņemšanas programma Captivate apstrādā GS18 I datus un aprēķina katra attēla atrašanās vietu un orientāciju. Tāpēc lietotājs var izvēlēties vienu attēlu, noklikšķināt uz tā viena punkta, nospiest MĒRĪT un “ Voilà! ”- 3D punktu koordinātas jau ir aprēķinātas globālajā koordinātu sistēmā. Kā redzat, punktu mērīšanas darbplūsma attēlos ir bez piepūles un vienkārša. Tas ir iespējams, pateicoties ļoti precīzam un uzticamam punktu saskaņošanas algoritmam, kas darbojas Captivate (bieži dēvēts par AR izsekošanu).

Tas šķiet samērā vienkārši. Bet vai jūs kādreiz esat sev jautājuši, kā precīzi sakrīt punkti? Lai atbildētu uz šo jautājumu, vispirms es paskaidrošu dažus fotogrammetrijas pamatus.

Fotogrammetrija ir zinātne par mērījumu veikšanu no attēliem. Viena punkta atrašanās vietu var rekonstruēt no attēliem, kas izvietoti un orientēti vietējā koordinātu sistēmā. Viena objekta punkta atrašanās vietu var noteikt, krustojoties ar attēlu staru saišķiem, piemēram, 1. attēlā.

Precīzāk sakot, attēla stars sākas no kameras perspektīvā centra, iet caur iezīmēto attēla punktu un iet līdz bezgalībai, tāpat kā 2. attēlā.

Objekta punkts, kuru mēs vēlamies izmērīt, var būt jebkurā tā attēla stara punktā. Lai aprēķinātu precīzu šī punkta atrašanās vietu, ir nepieciešami vismaz divi telpiski nošķirti attēlu stari, kas krustojas vienā punktā. Šie divi stari jānosaka ar diviem dažādiem attēliem. Palielinot rekonstruēšanai izmantoto attēlu staru skaitu, uzlabosies pozīcijas precizitāte.

Lai noteiktu attēla staru virzienu, lietotājiem punkts katrā attēlā parasti ir jāatzīmē manuāli. Tas nav nepieciešams, izmantojot attēlus, kas uzņemti ar GS18 I. Šis video labi ataino katru punktu atbilstības algoritma darbību, parādot, kā tas automātiski sakrīt ar atzīmēto punktu pārējos uzņemtajos attēlos.

Kā parādīts animācijā, atzīmējot vienu punktu izvēlētajā attēlā, tiks aprēķināts atbilstošais attēla stars. Lai noteiktu otrā attēla stara virzienu, tas pats punkts ir jāatzīmē otrajā attēlā. Punktu saskaņošanas algoritms to dara automātiski, savienojot abus perspektīvas centrus ar bāzes līniju. Tagad, izmantojot gan bāzes līniju, gan pirmo attēla staru, ir iespējams izveidot plakni. Šī plakne ir tā sauktā epipolārā plakne , un tā krusto otro attēlu pa sarkano līniju, ko sauc par epipolāro līniju .

Epipolārā līnija ir izšķiroša punktu saskaņošanas algoritmam, jo ​​pirmajā attēlā izvēlētais punkts atrodas kaut kur pa epipolāro līniju otrajā attēlā. Tāpēc algoritms meklē labāko atbilstību tikai šajā līnijā. Pirmkārt, Captivate definē veidnes matricu , 19 x 19 pelēktoņu pikseļu matricu, kas ieskauj pirmā attēla iezīmēto punktu. Animācijā veidnes matrica ir ierāmēta ar zaļu krāsu. Otrajā attēlā algoritms nosaka, kurā epipolārās līnijas segmentā atrodas punkts, un veic matricas skenēšanu tikai pa šo segmentu. To darot, tiek samazināts apstrādes laiks. Skenēšanas laikā algoritms izvelk 19 x 19 pikseļu matricu katram punktam gar izvēlēto epipolārās līnijas daļu.

Nākamajā solī algoritms meklē labāko veidņu atbilstību. Tāpēc katru no otrā attēla iegūto matricu salīdzina ar pirmā attēla veidnes matricu. To veic, aprēķinot korelācijas starp matricām. Izņemtā matrica ar visaugstāko korelāciju ar veidni tiek uzskatīta par labāko atbilstību. Pēc tam Captivate izmanto šīs matricas apkārtējos pikseļus, lai ar apakšpikseļu precizitāti atrastu precīzu punkta atrašanās vietu. Captivate vizualizē šo saskaņoto punktu ar zilo simbolu, un tas tiek parādīts visos attēlos, kur punkts tika saskaņots.

Cik gudrs ir punktu saskaņošanas algoritms?

Izstrādājot punktu saskaņošanas algoritmu, mērķis bija izveidot tādu algoritmu, kas būtu tikpat labs, kā cilvēka vizuālā izjūta. Tomēr ir skaidrs, ka mākslīgais un cilvēka intelekts nevar darboties tieši tāpat. Piemēram, daudzos lietošanas gadījumos punktu saskaņošanas algoritms viegli atbilst punktam, kuru lietotājs nevarēja saskaņot. Apskatiet piemēru 3. attēlā.

3. attēla kreisajā ekrānā attēlā tiek izvēlēts viens cauruļvada punkts. Labajā ekrānā tas pats punkts tiek automātiski saskaņots citā attēlu grupas attēlā. Viens GS18 I lietotājs uzdeva izcilu jautājumu: “Kā ir iespējams automātiski saskaņot atzīmēto punktu citos attēlos? Katrs punkts pa šo cauruļvadu man izskatās tieši tāds pats, un es nevaru redzēt vienu unikālu punktu šajā cauruļvadā, kuru es varētu manuāli saskaņot divos attēlos. Tātad, kā algoritms to var izdarīt, ja es nevaru? ”

Atbilde ir pavisam vienkārša. Kā es paskaidroju iepriekš, kad punkts ir atzīmēts vienā attēlā, saskaņošanas algoritms vispirms katram attēlam izveido epipolāru līniju. Tad algoritms meklē epipolāro līniju, lai iegūtu vislabāko punkta atbilstību. Kā parādīts 4. attēlā, epipolārā līnija krustojas ar cauruļvada sarkano līniju, un krustošanās punktā tiek atrasts vislabākais sakritība. Un tā algoritmam ir viegli saskaņot punktu divos attēlos, kurus cilvēka acs nevarēja atšķirt.

Sensoru saplūšana, fotogrammetrija un starpfunkcionāla izstrāde mērnieku problēmu risināšanai

Vizuālās pozicionēšanas tehnoloģija attāliem punktu mērījumiem izmanto fotogrammetriskos principus. Turklāt sensoru saplūšana dod GS18 I iespēju pievienoties GNSS un IMU datiem kopā ar uzņemtajiem attēliem. Gan fotogrammetrijas, gan sensoru saplūšanas unikālā kombinācija vienkāršo tradicionālo fotogrammetrisko darbplūsmu. Turklāt punktu saskaņošanas algoritms paātrina mērīšanas procesu un pat palīdz lietotājiem izmērīt punktus, kurus attēlos nevar manuāli saskaņot. Tādā veidā lietotāji var viegli izmērīt punktus attēlos ar augstu precizitāti. Vietnē ir iespējama ne tikai kartēšana no attēliem, bet tā pati darbplūsma turpinās arī birojā ar Leica Infinity biroja programmatūru  .

GNSS komandā mēs pastāvīgi virzām robežas, lai izstrādātu jaunus risinājumus, kas risina mērnieku problēmas. Izstrādājot sensoru, kas piedāvā vienkāršu nepieejamu punktu mērīšanas risinājumu, mēs vēlamies paplašināt iespējas, kādas mērniekiem ir, mērot ar GNSS rover. Ar GS18 I neapšaubāmi pierādījām, ka pat vislielākās problēmas var tikt galā ar sinerģisku komandas darbu. Mēs to izdarījām, lai mūsu lietotājiem būtu iespēja precīzi un droši veikt attālinātus mērījumus ar augstu precizitāti, izmantojot GNSS rover.

Metka Majeric
produktu inženieris
Leica Geosystems

Jaunākās Ziņas