FAKULTA STAVEBNÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE

Transkript

1 ƒeské VYSOKÉ UƒENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ DIPLOMOVÁ PRÁCE PRAHA 2010 David ƒíšek

2 ƒeské VYSOKÉ UƒENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ OBOR GEOINFORMATIKA DIPLOMOVÁ PRÁCE TVORBA SOFTWARE PRO JEDNOSNÍMKOVOU FOTOGRAMMETRII - 2. ETAPA Vedoucí práce: Ing. Jind ich HODAƒ, Ph.D. Katedra mapování a kartograe prosinec 2010 David ƒíšek

3

4 ABSTRAKT Druhá etapa tvorby software SIMphoto se zam uje na roz²í ení funkcionality p edev²ím s ohledem na lep²í moºnosti zpracování snímk a výstup. Jako hlavní zlep²ení lze zmínit moºnost vyrovnání kolineární transformace p i nadbyte ném po tu vlícovacích bod a tisk výstup v m ítku. Díky p edchozí práci, která se zabývala zejména základní funk ností software, je tato fáze zam ena více na uºivatelskou p ív tivost. Kaºdý nástroj byl tvo en se z etelem na jednoduchost a intuitivnost. Jedním z hlavních cíl, jenº si autor v této práci vyty il, je p edloºit prost ednictvím aplikace jakýsi návod pro správné po izování a zpracování snímk jednosnímkovou fotogrammetrií, vyuºitelný v oblasti památkové pé e. KL̓OVÁ SLOVA fotogrammetrie, památková pé e, transformace, fotoplán, vyrovnání, tisk, uºivatelská p ív tivost ABSTRACT The second phase of software SIMphoto creation aims to extend the functionality. It offers better opportunities for image processing and outputs. As major improvements can be mentioned the ability to adjustment computation or printing. Thanks to previous work that accentuated the fundamental functionality, this phase focused more on user friendliness. Each module was created with a view to simplicity and intuitiveness. One of the main goals that the author has set is submitted via a sort of manual for the correct measurement and image processing usable in the eld of heritage preservation. KEYWORDS photogrammetry, historic preservation, transformation, photomap, adjustment, userfriendliness

5 PROHLÁ ENÍ Prohla²uji, ºe diplomovou práci na téma Tvorba software pro jednosnímkovou fotogrammetrii - 2. etapa jsem vypracoval samostatn. Pouºitou literaturu a podkladové materiály uvádím v seznamu zdroj. V Praze dne (podpis autora)

6 POD KOVÁNÍ Cht l bych pod kovat své manºelce, která mi byla velkou oporou i v nelehkých chvílích. Dále d kuji vedoucímu diplomové práce za podn tné p ipomínky a sv domité vedení. D kuji téº doc. RNDr. Milad Ko andrlové, CSc., Ing. Bronislavu Koskovi, Ph.D., prof. Dr. Ing. Karlu Pavelkovi, Ing. Janu ezní kovi, Ing. Mgr. Václavu milauerovi, Ph.D., doc. Ing. Martinu tronerovi, Ph.D. a dal²ím za podn tné návrhy, poskytnutí odborných konzultací a podklad.

7 Obsah Úvod 8 1 Software SIMphoto obecn Filosoe aplikace Matematické základy pouºitých transformací Geometrické transformace rastrového obrazu Rekonstrukce obrazu Pouºité geometrické transformace Vyrovnání kolineární transformace Eliminace distorze objektivu Logika a popis funkcí aplikace Logika aplikace Popis funkcí Metoda zam ení vlícovacích bod Metoda zam ení sít Metoda zam ení délek Tabulka bod Na tení tabulky Na tení sou adnic Oto it rastr / zm nit velikost pixelu Eliminace distorze objektivu Vloºení grackého m ítka Nástroj M ení Tisk rastru do formátu PDF Návrh a popis zdrojového kódu Knihovna Qt Logika programu Popis vytvo ených t íd

8 4 Metodika m ení objekt Úvod do metodiky Vliv hloubkového len ní objektu Postup m ení pro metodu délek Postup m ení pro metodu sít Postup m ení pro metodu vlícovacích bod Manuál k aplikaci SIMphoto Základní ovládání Na tení snímku Eliminace distorze objektivu Tvorba fotoplánu p i m ených vlícovacích bodech Tvorba fotoplánu p i m ené síti Tvorba fotoplánu z m ených délek Postup v p ípad jedné m ené délky Postup v p ípad dvou m ených délek M ení vzdáleností ve fotoplánu Vloºení grackého m ítka Oto ení rastru a zm na jeho velikosti Uloºení fotoplánu Tisk fotoplánu do formátu PDF Záv r 73 Pouºité zdroje 75

9 ÚVOD Úvod Vývoj Software SIMphoto, jímº se zabývala práce p ede²lá, byl veden snahou p edlo- ºit funk ní nástroj pro zpracování snímku metodou jednosnímkové fotogrammetrie, který by byl vyuºitelný odborníky z oblasti památkové pé e k ú elu dokumentace historických objekt. Tato aplikace pro²la vývojem, na jehoº konci je nejen nástroj sám, ale i poznatky a zku²enosti s programováním software e²ícího transformace rastrového obrazu. Aplikace byla uvedena do funk ního stavu, ov²em n které d le- ºité moduly uº nebyly vytvo eny vzhledem k jejich náro nosti a asové tísni. Cht l bych zd raznit, ºe p edchozí práce se soust edila p edev²ím na zprovozn ní základní funkcionality. Po získaných zku²enostech a díky hotovému jádru aplikace si tato fáze klade za cíl zam it úsilí na roz²í ení software o nové d leºité nástroje, soust edit se na uºivatelskou p ív tivost a podat návod k exaktnímu zpracování snímku tak, jak je to známo z jednosnímkové fotogrammetrie. Neº bude konkretizován návrh na vylep²ení aplikace, je t eba zmínit souvislosti, jeº zap í inily zrození my²lenky poskytnout odborník m z oblasti památkové pé e jednoduchý a snadno dostupný nástroj ke zpracování snímk. Ze zku²eností vedoucího práce plyne, ºe dokumentace památkových objekt ve form fotoplánu vzniká asto svépomocí cestou, která p íli² nevyhovuje poºadavk m a metodám známým jednosnímkové fotogrammetrii. Jsou pouºívány aplikace, jeº nejsou ur eny k fotogrammetrickému zpracování snímk. A uº se zde ukrývá jakákoliv p í ina, d leºité je, ºe tento fakt m ºe ovlivnit kvalitu dokumentace jako takové. Cht l bych íci, ºe náplní této práce není posuzování kvality zpracovávaných fotoplán. Snahou je co moºná nejlépe napomoci k exaktní tvorb dokumentace objekt, jak je to nahlíºeno z úhlu fotogrammetrie. Pro vytvá et nový nástroj? Z ejm kaºdého napadne otázka, zda existuje software e²ící úlohu kolineární transformace rastrových dat a tvorbu fotoplánu. Ne kaºdý v²ak ví, ºe takových aplikací je pom rn málo. Navíc pokud v daném software existuje modul pro jednosnímkovou fotogrammetrii, pak tvo í spí²e velmi malou podmnoºinu jinak dosti sostikovaného a komplexního systému. Poloºená otázka 8

10 ÚVOD ohledn existence aplikace je v²ak nedosta ující. Smysl totiº není jen v nástroji samotném, ale p edev²ím v p edání a osvojení si metodiky tvorby dokumentace, jeº je standardní z hlediska odborného technického e²ení. Cílem práce by tedy nem l být pouze nástroj, ale i návod. Jinak e eno, aplikace bude navrºena tak, aby v rámci jejího pouºívání jasn vyplynula metodika m ení a po izování snímk. V práci je t eba brát ohled na to, ºe potenciální uºivatelé nejsou odborníci v oblasti fotogrammetrie. Aplikace tedy musí být intuitivní, jednoduchá a musí s uºivatelem komunikovat jasným a srozumitelným zp sobem. Lze se tedy domnívat, ºe v n kterých p ípadech je moºné upustit od odborné terminologie a místo ní vyuºít termín zjednodu²ených i polopatických. Inovací oproti p edchozí etap je vyrovnání kolineární transformace p i nadbyte ném po tu vlícovacích bod v etn moºnosti kontroly m ení. Co se tý e výsledného fotoplánu, m lo by dojít k vytvo ení funkce pro tisk v m ítku. Mezi dal²í moºnosti roz²í ení pat í p idání funkce pro eliminaci distorze objektivu. Stará verze software bude vylep²ena po gracké stránce a m la by se také zm nit losoe komunikace s uºivatelem. Dal²í etné zm ny funkcionality budou podrobn vyloºeny v následujících kapitolách. Dalo by se íci, ºe vznikne v podstat nový software, jehoº základy se utvo í z jádra jiº hotové p edchozí verze. V rámci této práce bude p edloºen jednoduchý návod na m ení objekt a po izování snímk a následný manuál pro práci v aplikaci SIMphoto. Plánovaných zm n je mnoho. Mám-li v²ak v bodech zd raznit ty nejd leºit j²í, pak je nasnad následující seznam. 1. stanovení jednotné metodiky pro m ení objekt a tvorbu fotoplánu, jeº bude vyuºitelná pro dokumentaci památkových objekt 2. navrºení a vytvo ení aplikace pro zpracování stanovené metodiky, s d razem kladeným na jednoduchost a uºivatelskou p ív tivost 3. zahrnutí funkce pro vyrovnání, vloºení grackého m ítka, tisk a odstran ní distorze 9

11 ÚVOD 4. sepsání návodu pro m ení a po izování snímk objektu 5. tvorba manuálu pro práci v software Text práce je len n do p ti kapitol. První z nich se zabývá obecným náhledem na aplikaci, popisuje její funk nost, logiku, schopnosti a p edkládá d leºité matematické základy pouºitých výpo t. Druhá kapitola podává podrobný popis jednotlivých funkcí aplikace. Uvádí se d vody pro jejich nální podobu v kontextu s moºnými alternativami, které byly zvaºovány. T etí kapitola se snaºí nastínit programátorské pozadí aplikace, navrºení programu a popis nových t íd. Kapitola v po adí tvrtá je návodem vysv tlujícím t i základní metody m ení objekt, které by m ly pokrýt nej ast ji pouºívaný zp sob sb ru dat pro tvorbu fotoplán k ú el m dokumentace památkových objekt. Pátá kapitola zahrnuje manuál pro práci s aplikací SIMphoto. 10

12 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN 1 Software SIMphoto obecn V p edchozí práci bylo uvedeno, ºe nápad vytvo it samostatnou aplikaci vychází z úvahy p edloºit ucelený, jednoduchý, jednoú elový a snadno dostupný nástroj. Ucelenost je dána tím, ºe jednotlivé fáze tvorby fotoplánu budou zast e²eny jednotnou koncepcí a prost edím. To uºivateli napomáhá lépe se orientovat v e²ení a snáze nahlédnout do logiky zpracování. Jednoduchost dává ²anci t m, kte í nejsou v problematice p íli² zainteresováni, napomáhá intuitivnímu vedení a srozumitelnosti. Jednoú elovost sm uje k vy azení nástroj, které e²í jiné úlohy, z hlediska cíle této práce nepot ebné, jeº mají vliv na sníºení p ehlednosti a orientace. Snadná dostupnost p iná²í vhodn j²í podmínky pro to, aby do²lo k osvojení fotogrammetrického zpracování odborníky jiných profesí. Na základ t chto poºadavk jsem se p iklonil k tvorb nového software, jenº se stane návodem i nástrojem pro snadnou tvorbu fotoplán. Název SIMphoto vznikl spojením anglických slov single image photogrammetry. Jádrem aplikace je kolineární transformace, která tvo í základní stavební kámen jednosnímkové fotogrammetrie. Software podporuje rastrové formáty JFIF (JPEG) a TIFF, do kterých lze i ukládat výsledné fotoplány. Software zpracovává snímky pomocí n kolika geometrických transformací. K jejich realizaci byla na základ otestování t í nejpouºívan j²ích metod p evzorkování rastru vybrána bilineární interpolace. Ukázalo se totiº, ºe zbylé dv interpolace p iná²í zna né nevýhody. Metoda nejbliº²ího souseda dává jiº na první pohled velmi ²patný obraz a kubická konvoluce je asov dosti náro ná, navíc v p ípad snímk se výsledky tém neli²í od bilineární metody. Software pracuje se sou adnicemi p edkládanými v matematickém sou adnicovém systému. Je schopen eliminovat vliv distorze objektivu. Výsledný fotoplán lze vytisknout ve zvoleném m ítku vyuºitím nástroje pro export do PDF (viz. kapitola ). Podrobný popis funk nosti a schopností aplikace SIMphoto podává následující kapitola. 11

13 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN 1.1 Filosoe aplikace Tvorb fotoplán v aplikaci SIMphoto p edchází t i stanovené hlavní metody m ení objekt. Jsou to: 1. metoda zam ení vlícovacích bod 2. metoda zam ení sít 3. metoda zam ení délek Na t chto základních metodách je zaloºen celý proces zpracování snímk a spo- ívá v nich celá losoe software. Neº budou metody podrobn ji vysv tleny, je d - leºité íci, ºe první dv z vý²e uvedeného vý tu zaji² ují vznik fotoplánu vyuºitím kolineární transformace. T etí metodu lze pouºít jen za ur itých podmínek. Metoda zam ení vlícovacích bod vyuºívá k výpo tu sou adnice aº devíti bod vhodn rozmíst ných na objektu (viz ást 4.4). Metoda zam ení sít se zakládá na ur ení v²ech délek mezi ty mi body. To znamená, ºe sí tvo í jakýsi ty úhelník sloºený ze ty obvodových vzdáleností a dvou úhlop í ek. V p ípad, ºe není moºné zam it ob úhlop í ky, aplikace uºivateli umoºní zadat do výpo tu pouze jednu. V tomto p ípad v²ak chybí nadbyte né m ení, neprob hne tedy kontrolní výpo et (viz. kapitola 2.2.2). Metoda zam ení délek se d lí na dv podskupiny: ur ení jedné délky ur ení svislice a délky vodorovné 1 V p ípad zam ení pouze jedné délky bude provedena podobnostní transformace rastru, p i emº hodnota m ítka m = m x = m y se získá na základ délky ur ené z objektu a jejího obrazu vzniklého na snímku a díky zadanému poºadavku na výslednou velikost jednoho pixelu. Hodnota úhlu oto ení rastru bude r zná od nuly v p ípad, ºe délka je zárove i svislicí a body vytínající tuto délku na snímku neleºí ve stejném sloupci rastrového pole. 1 Nemusí se nutn jednat o svislou a vodorovnou délku. Sta í dv kolmé délky, ov²em výsledný rastr pak bude t eba nato it. 12

14 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN Druhá podskupina v sob zahrnuje podmínku, ºe svislá a vodorovná délka musí mít spole ný bod. Lze tak mj. lépe zjistit existenci pravého úhlu mezi ob ma délkami, pop. je moºné kolmost ov it dom ením p epony. Software zpracuje snímek pouºitím výpo tu anní transformace. Jedno z m ítek (m x, m y ) bude r zné od jedné a rastr se v tomto sm ru roztáhne. Nevýhodou metody zam ení délek je nutnost zaji²t ní kolmosti osy záb ru na objekt, ehoº v praxi nelze úpln dosáhnout. Jelikoº p i zpracování metody neprob hne výpo et kolineární transformace, nebude odstran n vliv perspektivního zkreslení. Pro lep²í p edstavu, které základní úlohy software e²í, je p iloºen obrázek. A B C Obr. 1.1: Ukázka t í základních metod m ení objektu. A - metoda zam ení vlícovacích bod, B - metoda zam ení sít, C - metoda zam ení délek Existuje-li d íve vytvo ený fotoplán v podob rastrového formátu JPEG nebo TIFF, pro n jº je k dispozici textový soubor s informací o velikosti jednoho pixelu (viz. ást 5.10), je moºné ihned po na tení snímku aplikací spustit funkci M ení. Tento modul slouºí k prom ování libovolných vzdáleností na objektu. Nástroj je aktivní i b hem zpracování snímku v SIMphoto a to tehdy, kdyº dojde k denování velikosti pixelu. Pokud textový soubor p iloºený ke snímku také obsahuje informace o geodetických sou adnicích roh rastru, pak se p i pohybu ukazatele po fotoplánu 13

15 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN objevují ve stavovém ádku aktuální geodetické sou adnice. Tato informace uloºená v souboru s p íponou txt je vyuºitelná i p i umis ování fotoplánu do sou adnic v jiném grackém software. Mezi schopnosti aplikace pat í moºnost sníºení vlivu distorze objektivu. Opravuje se vliv radiální i decentrické vady optické soustavy. Výpo et vychází z parametr distorze ur ených v software PhotoModeler. Dal²í funkce SIMphoto se nazývá Oto it rastr / zm nit velikost pixelu. Oto ení je vhodné p edev²ím ve dvou p ípadech: 1. Svislá hrana objektu není rovnob ºná se svislou hranou snímku, 2. svislá hrana objektu není rovnob ºná s osou y geodetických sou adnic a dojde k pouºití kolineární transformace. Kolineární transformace totiº objekt do rastru umis uje tak, aby osy geodetických sou adnic byly rovnob ºné s osami sou adnic rastru. Velikost pixelu lze tímto nástrojem m nit bu relativn (pokud rastr nemá stanovenou velikost pixelu) nebo absolutn (pokud je velikost pixelu ur ena). Snahou této práce bylo také vytvo it modul pro tisk výstupu v m ítku. To zaji² uje funkce Tisk fotoplánu do PDF, jeº umoº uje vybrat si zájmový vý ez rastru a ten umístit do jednoduché tiskové kompozice obsahující název mapy a popis. Pro export do PDF formátu je nastaveno nem nné rozli²ení 300 dpi. P ed spu²t ním funkce pro export si m ºe uºivatel kamkoliv do snímku umístit gracké m ítko. Nástroj, který tuto moºnost poskytuje, se nazývá Vloºit gracké m ítko. Takto by se dala v jednoduchosti popsat hlavní my²lenka a funkcionalita aplikace SIMphoto. Následující ásti pojednávají o matematických výpo tech pouºitých v software. 1.2 Matematické základy pouºitých transformací Tato ást textu by m la objasnit pozadí výpo tu transformací. Vztahy, které budou p edloºeny pro kaºdou transformaci, se uvád jí ve dvou podobách, p i emº druhý vyjad uje inverzní výraz pot ebný pro p evzorkování rastru. P evzorkování neboli 14

16 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN resampling probíhá formou zp tného mapování (backward mapping), kdy jsou výstupnímu rastru na základ inverzního vztahu p i azeny hodnoty pixel ze snímku vstupního. Výhoda postupu je, ºe v cílovém obrazu nevznikají prázdná místa. Domnívám se, ºe v rámci ucelenosti práce je t eba alespo v krátkosti zmínit princip geometrické transformace rastru. Budou tomu tedy v novány následující kapitoly Geometrické transformace rastrového obrazu M jme vztah pro transformaci g, který p i azuje vstupním sou adnicím [x, y] nové sou adnice [u, v]. Najdeme-li k této funkci její inverzní podobu g 1 je moºné provést zp tné mapování. zdroj cíl g g -1 Obr. 1.2: Princip mapování obrazu Rekonstrukce obrazu Rekonstrukce tvo í ást operace zvané p evzorkování (resampling). Diskrétní obraz popsaný funkcí I i, i = 1, 2, 3,... je p eveden do spojité funkce f(x), x R. Protoºe funkce f(x) není známa, musí se provést její aproximace. Uve me t i základní typy interpolace, které se nej ast ji pouºívají. 15

17 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN Interpolace metodou nejbliº²ího souseda Princip spo ívá jednodu²e v p i azení hodnoty pixelu, jehoº vzdálenost k ur ovanému bodu je nejkrat²í. f(x) = I i ; i 1 2 < x i (1.1) V praxi se realizuje prostým zaokrouhlením reálného ísla. Bilineární interpolace Jde o lineární postup k získání aproximace funkce, která se adí mezi tzv. separabilní operace. To znamená, ºe jej lze rozd lit na ást výpo tu týkající se ádk a ást aplikovanou na sloupce obrazu. P = (1 β)[(1 α)a + αb] + β[(1 α)c + αd], (1.2) kde A, B, C, D jsou hodnoty pixel tvo ící vzorek pro rekonstrukci, α je vodorovná vzdálenost od bodu A, β je svislá vzdálenost od bodu A a P je výsledná hodnota ur ovaného bodu. A C α β B D Obr. 1.3: Bilineární interpolace obrazu Tato metoda je v aplikaci realizována, nebo je rychlá a zárove zaji² uje hladký (neskokový) pr b h linií. 16

18 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN Obr. 1.4: Porovnání metody nejbliº²ího souseda a bilineární interpolace (Kubická metoda je u snímk pohledov prakticky shodná s bilineární.) Kubická B-spline interpolace Pro dopln ní je zde uveden vztah kubické aproximace. f(α, β) = 3 3 C i (α) C j (β) f ij, (1.3) i=0 j=0 kde C 0 (t) = 1 6 (1 t)3 (1.4) C 1 (t) = 1 6 (3t3 6t 2 + 4) (1.5) C 2 (t) = 1 6 ( 3t3 + 3t 2 + 3t + 1) (1.6) C 2 (t) = 1 6 t3 (1.7) jsou váhové funkce, p i emº platí a 3 C i (t) = 1 (1.8) i=0 0 C i (t) 1 (1.9) pro 0 t 1. (1.10) 17

19 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN f f f f f f f f β α f10 f11 f12 f13 f f f f Obr. 1.5: Kubická interpolace obrazu Je vid t, ºe takto popsaná kubická rekonstrukce p id luje kaºdému z ²estnácti vstupních pixel specickou váhu, která závisí na poloze pixelu v i sledovanému bodu a vzdálenostech α a β Pouºité geometrické transformace Neº budou uvedeny matematické vztahy transformací, uve me v bodech sled proces, který je t eba uskute nit p i psaní algoritmu pro obecnou transformaci rastru. 1. na tení snímku 2. ur ení rozm ru výsledného obrazu 3. vytvo ení cílového rastru 4. sestavení inverzního transforma ního vztahu 5. aplikace vybrané interpola ní metody 6. vzorkování Shodnostní, podobnostní a anní transformace Shodnostní transformace je vyjád ena v následujících rovnicích X = x cos ω y sin ω + t x (1.11) Y = x sin ω + y cos ω + t y (1.12) 18

20 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN nebo maticov X = cos ω Y sin ω sin ω cos ω x y + t x, (1.13) t y X = Rx + T, (1.14) kde x a X jsou vektory sou adnic bod v I. a II. soustav, R je matice rotace a T je vektor posunu. Inverzní vztah má tento tvar: x y = cos ω sin ω sin ω X t x, (1.15) cos ω Y t y x = R 1 (X T) = R T (X T). (1.16) Obdobné vztahy platí pro podobnostní transformaci. X = m cos ω sin ω x + t x, X = mrx + T; (1.17) Y sin ω cos ω y t y x = 1 cos ω sin ω X t x, y m sin ω cos ω Y t y x = 1 m R 1 (X T). (1.18) Anní transformaci lze vyjád it následovn : X = m x 0 cos ω Y 0 m y sin ω sin ω cos ω x y + t x, X = mrx + T. t y (1.19) Inverzní vztah vypadá takto: x y = 1 m x m y cos ω sin ω sin ω X t x, cos ω Y t y x = (mr) 1 (X T). (1.20) 19

21 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN Kolineární transformace Výpo et vychází z rovnic x x 0 f = x x 0 z z 0, y y 0 f = y y 0 z z 0, (1.21) kde árkovan jsou ozna eny snímkové sou adnice a písmena bez árek zna í modelové sou adnice. x 0, y 0 jsou sou adnice hlavního snímkového bodu, x 0, y 0, z 0 p edstavují sou adnice st edu promítání (vstupní pupily) a f je konstanta komory. x' P'[x',y'] y' 0 H' x' 0 -f M' negativ z y' Z O' O z 0 y Y x 0 P[X,Y,Z] modelový systém y 0 x P[x,y,z] geodetický systém X Obr. 1.6: Vztah mezi snímkovými a geodetickými sou adnicemi Z rovnic (1.21) lze odvodit p ímý vztah mezi snímkovými a geodetickými sou- adnicemi, jak se uvádí v [5], nebo p echod z geodetických sou adnic na modelové zaji² uje inverzní (transponovaná) matice rotace. x x 0 X X 0 r 11 r 21 r 31 y y 0 = RT Y Y 0, RT = r 12 r 22 r 32 z z 0 Z Z 0 r 13 r 23 r 33 (1.22) Dosazením a úpravou se získá vztah mezi snímkovými a geodetickými sou adnicemi. 20

22 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN x = x 0 f r 11(X X 0 ) + r 21 (Y Y 0 ) + r 31 (Z Z 0 ) r 13 (X X 0 ) + r 23 (Y Y 0 ) + r 33 (Z Z 0 ) y = y 0 f r 12(X X 0 ) + r 22 (Y Y 0 ) + r 32 (Z Z 0 ) r 13 (X X 0 ) + r 23 (Y Y 0 ) + r 33 (Z Z 0 ) (1.23) Sou adnicový systém roviny objektu denujme tak, ºe Z = 0. Výsledné vztahy kolineární transformace tuto sou adnici nezahrnují. Dal²ími úpravami rovnic pak lze získat: kde x = r 13x 0X + r 23 x 0Y + x 0ĉ 3 r 11 fx + r 11 fx 0 r 21 fy + r 21 fy 0 + r 31 fz 0 r 13 X + r 23 Y + ĉ 3 y = r 13y 0X + r 23 y 0Y + y 0ĉ 3 r 12 fx + r 12 fx 0 r 22 fy + r 22 fy 0 + r 32 fz 0 r 13 X + r 23 Y + ĉ 3, (1.24) Dále pak ĉ 3 = (r 13 X 0 + r 23 Y 0 + r 33 Z 0 ). (1.25) x = (r 13x 0 r 11 f)x + (r 23 x 0 r 21 f)y + x 0ĉ 3 + f(r 11 X 0 + r 21 Y 0 + r 31 Z 0 ) r 13 X + r 23 Y + ĉ 3 y = (r 13y 0 r 12 f)x + (r 23 y 0 r 22 f)y + y 0ĉ 3 + f(r 12 X 0 + r 22 Y 0 + r 32 Z 0 ) r 13 X + r 23 Y + ĉ 3. (1.26) Nyní se zavedením substituce p ejde na tvar x = â1x + â 2 Y + â 3 ĉ 1 X + ĉ 2 Y + ĉ 3 y = ˆb 1 X + ˆb 2 Y + ˆb 3 ĉ 1 X + ĉ 2 Y + ĉ 3. (1.27) Po dal²í substituci dostáváme výsledné rovnice kolineární transformace x = a 1X + a 2 Y + a 3 c 1 X + c 2 Y + 1 y = b 1X + b 2 Y + b 3 c 1 X + c 2 Y + 1. (1.28) Transforma ní koecienty se tedy dají vyjád it v závislosti na prvcích vnit ní a vn j²í orientace, jak uvádí [3], takto: 21

23 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN a 1 = r 13x 0 r 11 f ĉ 3, a 2 = r 23x 0 r 21 f ĉ 3, a 3 = x 0 + f r 11X 0 r 21 Y 0 + r 31 Z 0 ĉ 3, b 1 = r 13y 0 r 12 f ĉ 3, b 2 = r 23y 0 r 22 f ĉ 3, b 3 = y 0 + f r 12X 0 r 22 Y 0 + r 32 Z 0 ĉ 3, c 1 = r 13 ĉ 3, c 2 = r 23 ĉ 3. (1.29) Vyrovnání kolineární transformace D leºitou sou ástí aplikace SIMphoto je vyrovnání kolineární transformace. Problematika, a z matematických vzorc vypadá jednodu²e, má n která úskalí, která zde budou vysv tlena. Nejprve v²ak uve me obecný matematický tvar rovnic pro vyrovnání. Úpravou rovnic (1.28) dostáváme (srov. [5]) x = a 1 X + a 2 Y + a 3 c 1 Xx c 2 Y x, y = b 1 X + b 2 Y + b 3 c 1 Xy c 2 Y y, (1.30) zapsáno maticov : X 1 Y X 1 x 1 Y 1 x X 1 Y 1 1 X 1 y 1 Y 1 y 1 X 2 Y X 2 x 2 Y 2 x X 2 Y 2 1 X 2 y 2 Y 2 y X n Y n X n x n Y n x n X n Y n 1 X n y n Y n y n x 1 y 1 x 2, = y 2, (1.31). x n a 1 a 2 a 3 b 1 b 2 b 3 c 1 c 2 y n 22

24 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN neboli Ax = b, (1.32) Vyrovnané koecienty jsou ur eny výpo tem x = (A T A) 1 A T b. (1.33) Velmi zajímavou alternativou tohoto výpo tu je e²ení soustavy rovnic (1.28) pomocí homogenních sou adnic. Pro jednoduchost zna ení opi²me rovnici (1.28) do tvaru x = K 1x + K 2 y + K 3 K 7 x + K 8 y + 1 y = K 4x + K 5 y + K 6 K 7 x + K 8 y + 1. (1.34) Zavedením homogenních sou adnic a x = x 1 x 3 y = x 2 x 3 (1.35) x = x 1 x 3 y = x 2 x 3 (1.36) dostáváme a x = K 1 x 1 x x 3 + K 2 2 x 3 + K 3 x K 1 x 7 x 3 + K 2 8 x y = K 4 x 5 x x 3 + K 2 6 x 3 + K 3 x K 1 x 7 x 3 + K 2 8 x (1.37) x 1 = K 1 x 1 + K 2 x 2 + K 3 x 3 (1.38) x 2 = K 4 x 1 + K 5 x 2 + K 6 x 3 (1.39) x 3 = K 7 x 1 + K 8 x 2 + x 3. (1.40) Abychom mohli soustavu správn e²it, musí se do rovnic zavést koecient k. 0 = K 1 x 1 + K 2 x 2 + K 3 x 3 kx 1 (1.41) 23

25 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN 0 = K 4 x 1 + K 5 x 2 + K 6 x 3 kx 2 (1.42) 0 = K 7 x 1 + K 8 x 2 + x 3 kx 3. (1.43) První t i ádky matice A budou vypadat v p ípad vstupu p ti vlícovacích bod následujícím zp sobem x 1 y x x 1 y y 1... (1.44) x 1 y Poslední t i ádky matice A jsou potom x 5 y x x 5 y y x 5 y (1.45) Matice má v tomto p ípad rozm r 15 x 13. Transponovaný vektor neznámých je tento ) x T = (K 1 K 2 K 3 K 8 k 1 k 2 k 3 k 4 k 5 (1.46) a transponovaný vektor b má tvar ( ) b T = (1.47) Vyrovnání pak probíhá podle rovnice (1.33). Výsledné koecienty kolineární transformace vyjdou stejn jako v p edchozím p ípad (1.31). Výhodou tohoto zp sobu výpo tu je, ºe v matici A nedochází k násobení sou adnic obou soustav. Je dobré si uv domit, ºe geodetické sou adnice mohou dosahovat ádu aº a rastrové sou adnice ádu Ty se pak mezi sebou násobí a výsledek je umocn n na druhou násobením transponované matice A zleva. Pak vznikne v soustav obrovský numerický rozdíl mezi jednotlivými hodnotami, nebo v matici se vºdy vyskytuje nula. Pouºití homogenních sou adnic tento rozdíl zna n eliminuje. Samoz ejm je ºádoucí, aby výsledkem vyrovnání byly i opravy. Pro metodu vyrovnání m ení zprost edkujících se rovnice oprav uvád jí ve tvaru v = Adx l. (1.48) 24

26 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN Vektor p ír stku hodnot neznámých dx vychází z hodnot koecient ur ených p ibliºným zp sobem. Metoda vyrovnání m ení zprost edkujících v p ípad kolineární transformace je tedy podle [7] e²ena následovn. Nejprve jsou ur eny p ibliºné hodnoty neznámých dle soustavy 1.31, p i emº po et vstupních vlícovacích bod (n) je roven ty em. Vlícovací body, které vstupují do p ibliºného výpo tu nemusí mít vhodnou konguraci. Do algoritmu se tedy zavádí itera ní výpo et vyrovnání. Sled krok v rámci jedné iterace vypadá takto: Pro rovnici (1.28) je zavedena substituce A i = a i 1X + a i 2Y + a i 3, (1.49) B i = b i 1X + b i 2Y + b i 3, (1.50) C i = c i 1X + c i 2Y + 1, (1.51) Je-li i = 1, pak vstupní koecienty jsou rovny koecient m ur eným z p ibliºného výpo tu. Matice plánu A obsahuje první derivace a má tvar X 1 Y 1 C i 1 1 C i 1 C1 i X 1 C i 1. Y 1 C i 1. 1 C i 1. A i 1 X 1 C1 i2 B1 i X 1 C1 i2. A i 1 Y 1 C1 i2 B1 i Y 1 C1 i2.. (1.52) Vektor konstant L obsahuje sou adnice bod soustavy, do které se transformuje a má tvar stejný jako vektor b z rovnice První dva ádky vektoru L i 0 jsou dány vztahy L i 0(1) = Ai 1 C i 1 (1.53) L i 0(2) = Bi 1. (1.54) C1 i Zbytek vektoru je ur en obdobn. Iterace se dokon í výpo tem p ír stk neznámých a oprav l i = L i L i 0 (1.55) 25

27 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN N i = A i(t) A i (1.56) y i = A i(t) l i (1.57) dx i = N i( 1) y i (1.58) x i = x i 1 + dx i (1.59) v i = A i l i. (1.60) Takto provedený itera ní výpo et je pouºit v aplikaci SIMphoto, kde po et iterací je roven ty em, coº je zcela dosta ující Eliminace distorze objektivu Významnou sou ástí aplikace SIMphoto je moºnost eliminace distorze objektivu. Geometrické nep esnosti objektivu se d lí na dv sloºky: radiální a tangenciální. Opravu t chto vad je moºné vyjád it jako posuny podél sou adnicových os. Obecný vztah pro kaºdý obrazový element je tento: x = x + r x + t x ŷ = y + r y + t y, (1.61) kde r je oprava radiální distorze v daném bod a t je oprava tangenciální distorze pro ur ovaný bod. Radiální sloºka se v p ípad SIMphoto po ítá podle rovnic vycházejících z Brownova modelu: r x = r x (K 1 r 2 + K 2 r 4 + K 3 r 6 ) r y = r y (K 1 r 2 + K 2 r 4 + K 3 r 6 ), (1.62) kde r je radiální vzdálenost od hlavního snímkového bodu, r x a r y jsou její sloºky a koecienty K 1, K 2, K 3 vyjad ují pr b h radiální distorze. 26

28 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN Tangenciální sloºka je dána vztahem t x = P 1 (r 2 + 2rx) 2 + 2P 2 r x r y t y = P 2 (r 2 + 2ry) 2 + 2P 1 r x r y, (1.63) který vychází op t z Brownova modelu, kde P 1, P 2 jsou koecienty pr b hu tangenciální distorze. Pro výpo et je samoz ejm nutné znát sou adnice hlavního snímkového bodu a velikost pixelu v metrech, aby bylo moºné rastrové sou adnice transformovat na systém s po átkem v hlavním snímkovém bod. Aplikace pouºívá výstupní hodnoty kalibrace provedené systémem PhotoModeler. Jak uº bylo e eno, p evzorkování probíhá metodou zp tného mapování, a znalost inverzního transforma ního vztahu je tedy nutná. V tomto p ípad se jedná o sloºit j²í problém, nebo inverze není známa. Proto se postupuje zp sobem, který problematiku e²í trochu jinak. M jme bod cílového rastru o sou adnicích P x, P y, pro n jº chceme ur it sou adnice bodu neopraveného o distorzi. Postup bude následující: Nejprve se vypo te vektor opravy o distorzi v cílovém bod P x, P y, jako kdyby tento nebyl opraven. Vektor se od daného bodu ode te. Tím vzniká druhý bod P 0, ve kterém je spo ten druhý vektor opravy z distorze. Rozdíl velikostí prvního a druhého vektoru je chyba aproximace inverze. Ta se eliminuje itera ním postupem, kdy poloha druhého bodu P 0 se opraví o chybu. V nov vypo tené poloze se op t ur í vektor opravy z distorze. Znovu je vypo tena chyba aproximace jako rozdíl prvního a t etího vektoru atd. Pokra uje se, dokud není spln na podmínka p esnosti, kdy uº danou chybu lze zanedbat. Obecn je ov eno, ºe 3 aº 4 iterace dosáhnou chyby men²í neº setina velikosti pixelu. Software SIMphoto po ítá p esn 4 iterace. Schéma celého postupu je znázorn no na obrázku 1.7. r P0 = 2r P r (1.64) Vektor dal²ího bodu iterace se vypo te takto: = r P (r P0 + r 2 ) (1.65) r i P 0 = r i 1 P 0 + i 1 (1.66) 27

29 KAPITOLA 1. SOFTWARE SIMPHOTO OBECN r r1 rp P H P0 r2 Obr. 1.7: Schéma inverzního p epo tu opravy z distorze v bod P (H je hlavní snímkový bod) Výsledné p evzorkování obrazu potom probíhá tak, ºe kaºdému pixelu cílového rastru je p i azena barevná hodnota pixelu zdrojového rastru na základ bilineární interpolace, která se po ítá z polohy neopravené, získané vý²e uvedenou iterací. 28

30 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE 2 Logika a popis funkcí aplikace V této kapitole bude p edstaveno, jakým zp sobem je software navrºen z pohledu uºivatele. Podrobn se popí²e logika jednotlivých funkcí a bude vysv tleno, pro je konkrétní modul navrºen daným zp sobem, jaké byly alternativní moºnosti a jaké jsou jeho výhody a nevýhody. 2.1 Logika aplikace Ihned po spu²t ní SIMphoto se zobrazí hlavní okno aplikace, ve kterém jsou umíst ny nabídka a nástrojové li²ty. V tomto okamºiku lze pokra ovat pouze spu²t ním nástroje pro na tení snímku. Software umoºní na tení formátu JPEG nebo TIFF. Informace o cest k naposledy otev enému snímku se uchovává v textovém souboru, takºe není pot eba po kaºdém spu²t ní aplikace denovat vstupní adresá. Alternativou k tomuto bylo vytvo ení uºivatelské sloºky MyImages, kam by uºivatel ukládal svá data a aplikace by implicitn nastavovala cestu do tohoto adresá e. To se v²ak ukázalo jako mén vhodné, nebo uºivatel nemá moºnost volit umíst ní svých dat. Po na tení si aplikace ov í, zda existuje textový soubor týkající se informací o velikosti pixelu snímku nebo o sou adnicích roh rastru. Pokud takový soubor existuje a je umíst n ve stejné sloºce jako snímek a navíc obsahuje nenulové hodnoty, je rastr povaºován za fotoplán. To má za následek dv skute nosti. Zaprvé je moºné na snímku ihned provád t m ení vzdáleností, nebo do rastru vkládat gracké m ítko a zadruhé se p i pohybu ukazatele po fotoplánu ve stavovém ádku objevují aktuální geodetické sou adnice. Neexistuje-li vý²e uvedený textový soubor, nebo se nachází v jiné sloºce, pop ípad hodnoty v n m obsaºené jsou nulové, povaºuje se rastr za neupravený. Otev ením snímku se v programu vytvo í instance t ídy QImage (t ída knihovny Qt), která reprezentuje uºivatelem zvolený snímek. Dojde-li b hem zpracování onoho rastru v SIMphoto k jakékoliv jeho zm n, uloºí se p edchozí stav do jiné instance téºe t ídy, která slouºí jako pam pro p ípad zp tného vyvolání pouºitím funkce Zp t. 29

31 VUT Praha KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE Lze vrátit pouze jeden krok zpátky, ov²em vzhledem k malému mnoºství zm n rastru v procesu zpracování je jedno vyvolání p edchozího stavu zcela dosta ující. Obr. 2.1: Hlavní okno aplikace Trochu netradi ní je provedení zobrazování rastru v hlavním okn aplikace. Snímek se totiº zobrazuje v plné velikosti, tedy v m ítku 1:1. Pro orientaci slouºí náhled (v levé ásti hlavního okna) obsahující ráme ek, jenº vyzna uje aktuáln viditelný vý ez. P i posunu ráme ku my²í se interaktivn m ní i vý ez snímku. To umoº uje snadný pohyb po rastru. Uºivatel tedy vidí sou asn celý snímek v náhledu a jeho nezmen²enou podobu v hlavním okn. Náhled je moºné kdykoliv vypnout a zapnout i p emístit na libovolné místo hlavního okna. Tato logika zobrazení dat je v podstat opa ná v porovnání s jinými fotogrammetrickými aplikacemi, kde se rozm ry snímku upravují tak, aby se rastr ve²el do poºadovaného okna a p i snímání bod se pracuje s nástrojem lupa. Nicmén zp sob zobrazování v SIMphoto se jeví jako praktický, pohyb po snímku je snadný, intuitivní a uºivatel si tento styl, myslím, rychle osvojí. Výhoda této logiky podle mého názoru spo ívá v tom, ºe se pracuje s rastrem nezmen²eným, tedy neupraveným. Uºivatel tak má jasnou p edstavu o tom, jaká je podoba po ízených dat. Navíc je moºné provád t rychlé 30

32 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE snímání bod bez pouºití nástroje pro p iblíºení. SIMphoto v²ak je²t k tomu p edkládá funkci Lupa, aby v p ípad pot eby bylo zaji²t no opravdu pohodlné snímání bod. Je moºné si vybrat bu trojnásobné i p tinásobné zv t²ení. Nástroj lze op t kdykoliv vypnout a zapnout a to i pomocí klávesové zkratky. Nabídka Zobrazení obsahuje funkce pro nastavení prvk, které vizuáln p ispívají ke snaz²í práci se snímkem. Nachází se v ní funkce Lupa, tla ítko pro zapínání a vypínání náhledu a téº nástroj ur ený ke zm n barvy zám rného k íºe. Zám rný k íº slouºí k p esné lokalizaci bodových zna ek do rastru. Jeho barva m ºe být bu erná nebo bílá a uºivateli je umoºn no m nit barvu tak, aby byl ukazatel vºdy dostate n kontrastní v i rastru. P vodní my²lenka vedla k tomu, aby se barva zám rného k íºe m nila interaktivn p i pohybu ukazatele po snímku v závislosti na jasu podkladového pixelu. A tento zp sob vypadal nad jn, v praxi se ukázalo, ºe není p íli² spolehlivý a navíc neustálá zm na barvy p sobí nep íjemným i dokonce ru²ivým dojmem. Bylo také zvaºováno, zda nepouºít jednu univerzální dob e viditelnou barvu. Od této varianty se v²ak upustilo. V nabídce Fotoplán se nacházejí nejd leºit j²í funkce aplikace. Slouºí k tvorb fotoplánu a jako jediné dokáºí rastru s neur enou velikostí pixelu p i adit nový rastr se známým rozm rem pixelu. Nástroje jsou t i a kaºdý zpracovává jednu z metod m ení, jeº byly p edstaveny v ásti 1.1. Jsou jimi Metoda vlícovacích bod, Metoda sít a Metoda délek. Aplikace SIMphoto pracuje s matematicky orientovaným sou adnicovým systémem, ili p i vkládání geodetických sou adnic musí být respektován tento model. Systém je takto navrºen proto, aby byl co nejvíce intuitivní i pro negeodetické uºivatele. Nabídka Funkce obsahuje dopl ující moduly, které se d lí na dv kategorie: Funkce, jeº jsou spustitelné kdykoliv b hem zpracování a funkce spustitelné pouze v p ípad známé velikosti pixelu. Do kategorie první pat í moduly Eliminace distorze, Oto it rastr / zm nit velikost pixelu a Na íst tabulku bod. Sou ástí druhé skupiny jsou funkce M ení a Vloºit gracké m ítko. První z poloºek hlavní nabídky aplikace nese název Snímek. Obsahuje nástroje pro na tení, uloºení a tisk snímku a také funkci pro ukon ení aplikace. Pokud chce 31

33 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE uºivatel zav ít aplikaci, je zkontrolováno, zda nedo²lo ke zm n snímku. Uºivateli je pak p ípadn nabídnuto uloºení. Kontrola probíhá i v p ípad na ítání nového rastru. K nabídce Snímek je téº vhodné dodat, ºe spustitelnost funkce Tisk fotoplánu do PDF je závislá na tom, zda velikost pixelu je i není ur ena. V posledních odstavcích této sekce bude pojednáno o logice snímání bod. Tento nástroj slouºí k m ení rastrových sou adnic, a je tedy pro aplikaci nezbytný. Funkce je volána celkem sedmi r znými moduly, p esto v²ak byl kladen velký d raz na její jednotnost. P edn je t eba p edstavit vizuální reprezentaci snímaných bod. Oproti p edchozí verzi aplikace, kdy snímaný bod v rastru nebyl nijak viditeln vyzna en, dochází v této verzi k zásadní zm n. Snímané body jsou reprezentovány zna kami v podob k íºku s po adovým íslem bodu. Výhodou je nejen to, ºe uºivatel má p ehled o tom, kde se body nacházejí, ale tento zp sob p edev²ím umoº uje opravovat pozici libovolného bodu. Nástroj pro snímání je navrºen tak, ºe p i vkládání zna ek do rastru se aktualizuje seznam umíst ných bod s jejich sou adnicemi. Uºivatel pak v tomto seznamu listuje pomocí nástrojového rozhraní a vybírá si aktuální bod, se kterým je moºné pohybovat. V²echny zna ky v rastru se zobrazují téº v náhledu. D leºité je íci, ºe aplikace rozli²uje body ur ené geodetickými sou adnicemi a body ukon ující m enou vzdálenost. Jedná-li se o body vymezující délku, je tato délka vykreslena v rastru i v náhledu v podob bílé linie. To op t zlep²uje vizuální p edstavu o situaci zam ení objektu. Obr. 2.2: Ukázka zna ky denující snímaný bod Snímání je zapo ato v okamºiku stisknutí tla ítka Spustit snímání. V levém horním rohu aktuáln zobrazeného vý ezu se objeví zna ka i více zna ek (záleºí na typu úlohy), jejichº sou adnice mají být v rastru sejmuty. Zárove se ukazatel p i 32

34 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE vstupu do okna s vý ezem snímku zm ní na zám rný k íº. Nyní lze p emis ovat body v rastru poklepáním levého tla ítka my²i. Pokud je zapnuta funkce Lupa, objeví se v míst poklepání tverec se zv t²eným obrazem rastru. V tomto tverci se vybere p esná poloha bodu a druhým poklepáním je zna ka p emíst na. Hýbat je moºné vºdy s tím bodem, který je aktuální. Aktuální bod je ten, jehoº obrázek a íslo jsou zobrazené v nástroji pro snímání bod. P idávat nebo m nit aktuální bod lze bu pomocí ²ipek vedle ísla bodu v dialogu nástroje, nebo p ímo zadáním ísla poºadovaného bodu, pop ípad pomocí klávesových zkratek Q a A. Pokud je povoleno odstra ování bod, je moºné stisknutím tla ítka Odstranit poslední bod smazat bod s nejvy²²ím íslem. Po stisknutí tla ítka Otev ít tabulku bod se zobrazí tabulka v²ech vloºených bod s jejich sou adnicemi. Tabulku je moºné otev ít pouze v p ípad, ºe je aktivní nástroj pro snímání bod. Je tomu tak proto, aby se uºivatel vºdy mohl vrátit z tabulky zp t do snímání a opravit polohu jakéhokoliv bodu. Nástroj snímání se ukon uje tla ítkem Konec snímání nebo se zav e sám po procesu transformace rastru. 2.2 Popis funkcí Návrhu jednotlivých nástroj aplikace SIMphoto jsou v novány následující odstavce. Budou podrobn p edstaveny v²echny funkce, které software obsahuje a objasní se jejich princip z hlediska uºivatelského p ístupu Metoda zam ení vlícovacích bod Nástroj pro tvorbu fotoplánu ze zam ených vlícovacích bod zpracovává snímek na základ sou adnic aº devíti bod. Metoda je preferovaná, nebo b hem zpracování dochází k vyrovnání a navíc je uºivateli umoºn no zkontrolovat m ení na základ hodnot oprav z vyrovnání. V p ípad nalezení chybného m ení je moºné ²patný bod z výpo tu vylou it. Ihned po spu²t ní funkce se otev e nástroj pro snímání bod. Body lze do snímku p idávat jednotliv. Po sejmutí v²ech vlícovacích bod se stiskne tla ítko Otev ít tabulku bod. V tabulce jsou uvedeny rastrové sou adnice kaºdého bodu, p i emº geodetické sou adnice je moºno vkládat z klávesnice, pop ípad se 33

35 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE nabízí nástroj pro hromadné na tení: Na íst sou adnice. První sloupec tabulky obsahuje za²krtávací polí ka, která zna í, zda p íslu²ný bod bude i nebude zahrnut do vyrovnání. V p ípad minimálního po tu bod ( ty i vlícovací body) lze spustit ihned výpo et transformace. Pokud je v²ak m ení více neº nutný po et, není moºné ihned zahájit transformaci a musí se nejprve spustit výpo et oprav stisknutím tla ítka Ukázat opravy. Poté je moºné transformovat. Uºivatel je tedy vºdy obeznámen s hodnotami oprav pro dané vyrovnání. Po stisknutí tla ítka transformovat se uºivateli nabídne dialog, v n mº se zadává velikost pixelu výsledného rastru. Aplikace spo ítá p ibliºnou hodnotu této velikosti a ta je nastavena jako implicitní. Stiskem tla ítka Ok se spustí samotný výpo et transformace, jejímº výsledkem je p etransformovaný snímek (fotoplán) Metoda zam ení sít Úloha zam ení sít se v podstat p evádí na úlohu zam ení vlícovacích bod. Vstupem jsou sice m ené délky, ale z nich se po ítají protínáním z délek sou adnice ty lomových bod. Jakmile dojde k ur ení sou adnic, postup pokra uje obdobn, jak je popsáno v p edchozí ásti. Sítí se zde rozumí rovinné uspo ádání linií, které v²emi zp soby spojují ty i body. Body musí být rozmíst né tak, aby tvo ily ty úhelník, p i emº velikost jeho vnit ních úhl by se m la vejít do rozmezí Pro zvlá²tní p ípady (nap íklad tam, kde nejde m it v²echny délky) je moºné vynechat jednu z úhlop í ek. Po spu²t ní metody se otev e dialog pro vkládání m ených délek. Dialog je vytvo ený tak, aby intuitivn vedl uºivatele ke vkládání délek do správných polí. V prvotním e²ení nebylo moºné vypustit diagonálu, aby vºdy existovala alespo n jaká kontrola m ení. Ov²em nakonec byla realizována varianta s moºností volby po tu úhlop í ek, aby nedocházelo k p íli² striktnímu omezení m ení objektu. Mohou nastat p ípady, kdy jednu z úhlop í ek není moºné zm it. Pomocí p epínacích tla ítek, jak je vid t z obrázku 2.3 na následující stran, lze zvolit m - ené úhlop í ky. Po stisknutí tla ítka Ok, je kontrolováno, zda jsou v²echny délky nenulové, zda jsou spln ny trojúhelníkové podmínky a jestli jsou úhly svírající krajní délky v lomových bodech vhodné pro výpo et sou adnic bod metodou protínání 34

36 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE Obr. 2.3: Dialog pro vkládání hodnot m ených délek v síti z délek. Povolený úhel má velikost To odpovídá zhruba 22 g 178 g, kdy sm rodatná odchylka sou adnicová je²t nep ekro í hodnotu rovnou trojnásobku sm rodatné odchylky m ené délky [8]. Jsou-li m eny ob úhlop í ky, probíhá výpo et následovn : Nejprve se vytvo í dva sou adnicové systémy. Osy x jsou vloºeny do úhlop í ek (systém u 1, systém u 2 ). V obou systémech se vypo tou sou adnice lomových bod protínáním z délek. Sou- adnicový systém s osou x vloºenou do délky 1, 3 je transformován do druhého systému. Tím je moºné spo ítat rozdíly polohy v²ech bod. Nejv t²í polohová odchylka je zaznamenána a uºivatel je o ní informován prost ednictvím dialogu. Pokud odchylka není akceptována, zobrazí se znovu dialog pro vkládání délek. V opa ném p ípad se pokra uje ve výpo tu, do n jº vstupuje pouze systém s osou x procházející body 2 a 4. P ipome me, ºe kolineární transformace otá í rastr tak, aby osa x geodetických sou adnic byla rovnob ºná s osou x systému rastru. P edpokládejme, ºe délka mezi body 1, 4 bude ve v t²in p ípad svislá. Dojde tedy je²t k nato ení systému tak, aby osa y splynula s linií

37 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE y (u1) 1 y (u2) 2 x (u1) y x 3 x (u2) Obr. 2.4: Schéma sou adnicových soustav pouºívaných p i výpo tu sou adnic bod sít Po výpo tech se aktivuje nástroj pro snímání bod. Body je nutné sejmout podle schématu znázorn ného v obrázku 2.3 (bod.1 - levý horní roh, bod.2 - pravý horní roh atd.). V této konguraci se sí p i spu²t ní snímání vloºí do snímku. Ukázka je na obrázku. Obr. 2.5: Spu²t ním snímání bod v metod zam ení sít se sí vloºí do snímku. Uºivatel poté rozmístí body do správných pozic v rastru. Pak otev e tabulku bod a postup pokra uje obdobn, jak je uvedeno v ásti Obsahuje-li sí jen jednu úhlop í ku, ºádný kontrolní výpo et neprobíhá. 36

38 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE Metoda zam ení délek Jak uº bylo e eno, tento nástroj se d lí na zam ení pouze jedné délky a na zam ení délky svislé a vodorovné. Uºivatel si proto ve vstupním dialogu této metody volí jednu ze zmín ných moºností. Dle volby se do rastru umístí bu dv nebo t i zna ky vymezující m ené vzdálenosti. V p ípad jedné délky obsahuje nástroj pro snímání tla ítko Zadat délku, jehoº stisknutím se otev e dialog pro vypln ní velikosti délky v metrech, velikosti pixelu cílového rastru a za²krtne se, zda m ená linie je zárove svislicí. Za²krtávací pole zajistí, ºe svislá délka bude rovnob ºná s osou rastru y. Stisknutím tla ítka transformovat prob hne podobnostní transformace. V p ípad dvou m ených délek probíhá snímání obdobn jako v p edchozím p ípad. Do dialogu vstupních parametr se pak zadávají hodnoty obou délek v metrech a velikost pixelu výsledného rastru. Po odsouhlasení následuje výpo et anní transformace. Správnost výpo tu anní transformace vyplývá ze dvou podmínek. Z podmínky vzájemné kolmosti obou linií na objektu i v rastru a podmínky zachování rovnob ºnosti délek s okraji rastru, nebo transformace natahuje snímek vºdy ve sm ru ádk i sloupc. P ed transformací program ur í skute nou vý²ku a ²í ku pixelu. V tom sm ru, kterému p íslu²í del²í vzdálenost, se rastr roztáhne tak, aby výsledné pixely m ly tvercový tvar. Jinak e eno, sm ru, jehoº rozli²ení je v t²í, je p i azen m ítkový koecient m 1 = 1 a sm ru kolmému je spo teno m ítko obecn m 2 > 1. 1m 1m 1pixel = 0,2m Obr. 2.6: Roztaºení rastru anní transformací 37

39 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE Tabulka bod Tabulka bod je d leºitým nástrojem pro kontrolu m ení. Díky ní uºivatel získává informace o p esnosti a má zárove moºnost odstranit z výpo tu odlehlá m ení. Tabulka obsahuje 8 sloupc : pouºít bod, íslo bodu, sou adnice X v metrech, sou- adnice Y v metrech, sou adnice x v pixelech, sou adnice y v pixelech, oprava dx a oprava dy. Obr. 2.7: Tabulka bod Aplikace si udrºuje v pam ti hodnoty sou adnic bod. Jestliºe je tabulka opu²t na, pak se p i novém otev ení v²echny její p vodní hodnoty sou adnic op t na- tou. Tabulku je moºné otev ít pouze v p ípad, ºe je pouºíván nástroj Snímání bod. Takto navrºeno je to proto, aby se uºivatel mohl kdykoliv vrátit ke snímání bod stisknutím tla ítka P ejít na snímání. Tabulka nese informaci o tom, které body jsou p ipu²t ny k výpo tu. Je-li po et bod men²í neº 4, kolineární transformaci nelze zahájit. Stisknutím tla ítka Ukázat opravy, se p epo ítávají opravy bod momentáln p ipu²t ných k výpo tu. Uºivatel si volí, které body budou pouºity za²krtávacími polí ky ve sloupci Pouºít bod. Sou adnice vlícovacích bod lze do tabulky vkládat bu p ímo z klávesnice, nebo hromadným na tením z textového souboru pomocí tla ítka Na íst sou adnice. Soubor musí obsahovat hlavi ku v podob : bod x y. Jako odd lova je moºné pouºít mezeru nebo tabulátor. Za hlavi kou na následujícím ádku jsou pak uvád ny: íslo 38

40 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE bodu, sou adnice x a sou adnice y, které jsou navzájem odd leny op t mezerou i tabulátorem. Aktuální stav tabulky lze kdykoliv uloºit do textového souboru tla ítkem Uloºit tabulku. Ukládají se sou adnice v etn oprav, ísel bod a také pouºití i nepouºití bod do výpo tu Na tení tabulky V nabídce Funkce se nachází nástroj pro na tení celé tabulky do SIMphoto z textového souboru. Na ítání probíhá ve dvou fázích: Nejprve se programov pomocí nástroje Snímání bod vloºí v²echny na tené body do snímku a teprve potom se objeví na tená tabulka. To proto, aby byla spln na podmínka, ºe tabulku bod lze otev ít pouze v p ípad, ºe je aktivní snímání bod. Uºivatel tedy m ºe dále pracovat s polohou snímaných bod pomocí tla ítka P ejít na snímání. Podobn jako p i na ítání sou adnic se textový soubor s tabulkou ídí ur itými pravidly. Musí obsahovat hlavi ku v podob : Pouzit Bod X[m] Y[m] x[p] y[p] Oprava dx[m] Oprava dy[m]. Od následujícího ádku se pak pro jednotlivé sloupce vypl ují dané hodnoty. Vypln ní sloupc s opravami není povinné. Odd lova i jsou op t mezera nebo tabulátor. Touto specikací se uºivatel nemusí zat ºovat, nebo se p edpokládá, ºe na ítaná tabulka vznikla p edchozím uloºením v programu SIMphoto, a tedy ve²kerá pravidla jsou dodrºena Na tení sou adnic Obdobnou funkcionalitou je Na tení sou adnic. Ta se spou²tí tla ítkem v tabulce bod. Specikace na ítaného textového souboru je popsána v ásti V rámci tohoto nástroje bylo pot eba vymyslet zp sob, jakým se uºivatel p esv d í, zda jsou na tené sou adnice p i azeny správným zna kám (bod m) ve snímku. Byl tedy vytvo en následující postup: Po na tení sou adnic ze souboru se okno zobrazující vý ez snímku p esune na bod s íslem 1. Vlevo pod náhledem se objeví íslo bodu a jeho sou adnice na tené ze souboru. Uºivatel si nyní zkontroluje, zda dané sou adnice 39

41 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE náleºí zobrazenému bodu. Zárove má moºnost s tímto bodem hýbat, a tedy p i- adit mu správnou polohu ve snímku. Pokud je v²e v po ádku, stisknutím tla ítka Dal²í bod se vý ez p esune nad bod s íslem dv. Nyní lze hýbat s bodem 2. Podobn se zkontrolují v²echny body. Po poslední kontrole je otev ena tabulka bod s na tenými sou adnicemi. V p ípad, ºe textový soubor obsahuje mén bod, neº je m eno na snímku, sou adnice nebudou na teny. Pokud nastane opa ný p ípad, kdy textový soubor bude obsahovat více bod neº snímek, pak se na te pouze tolik bod, kolik je ve snímku Oto it rastr / zm nit velikost pixelu Tato funkce je spustitelná kdykoliv b hem zpracování snímku. Komunikuje s uºivatelem prost ednictvím dialogu, v n mº se pomocí za²krtávacích polí ek vybere, zda bude rastr oto en nebo dojde ke zm n jeho velikost i obojí najednou. Funk n jde o výpo et podobnostní transformace, kdy úhel sto ení se po ítá podle sejmuté svislice ze snímku (samoz ejm op t vyuºitím nástroje pro snímání). M ítko transformace je e²eno dv ma zp soby. Bu snímek je²t nemá ur enu velikost pixelu, v tom p ípad se rozm r cílového rastru ur í procentuáln z p vodního, p i emº maximální velikost cílového snímku je 100%, nebo nemá zvlá²tní význam rastr zv t- ²ovat. Pokud má p vodní snímek ur enu velikost pixelu, pak dialog nabízí zadání velikosti pixelu nového rastru a m ítkem pro transformaci je tedy pom r nového a p vodního rozm ru pixelu Eliminace distorze objektivu Výpo et eliminace distorze objektivu vychází z parametr ur ených kalibrací v software PhotoModeler. Dialog pro vkládání vstupních hodnot je rozd len na ty i ásti. V první se zadávají v milimetrech sou adnice hlavního snímkového bodu, v druhé velikost snímkového formátu v týchº jednotkách. T etí ást je ur ena vkládání koecient radiální sloºky zkreslení (K1, K2, K3) v jednotkách (K1: mm 2, K2: mm 4, K3: mm 6 ). Ve tvrté ásti se zadávají koecienty tangenciální distorze (P 1, P 2) v mm 1. V²echny jednotky vstupních hodnot odpovídají jednotkám hodnot ur e- 40

42 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE ných kalibrací v software PhotoModeler, proto mohou být jednodu²e zkopírovány do polí dialogu. Jediný rozdíl je v zápisu koecient distorze. PhotoModeler je uvádí ve tvaru nap.: 2, 241e 5, av²ak do aplikace SIMphoto se zadávají v nezkrácené podob : 0, Jelikoº je odstran ní distorze pon kud náro n j²í na výpo- et, zobrazí se b hem transformace nejprve indikátor pr b hu pro výpo et oprav z distorze a aº poté indikátor pr b hu pro p evzorkování. ƒást okrajových pixel snímku m ºe být po této transformaci odstran na, nebo cílový rastr si zachovává stejné rozm ry jako rastr vstupní. Výpo et byl otestován na dvou snímcích, u kterých se distorze nejprve opravila v software PhotoModeler a výsledek byl porovnán s výstupem eliminace distorze v aplikaci SIMphoto. Vizuáln nebyl zji²t n rozdíl, je v²ak samoz ejm zapot ebí podrobit funkci zevrubn j²ímu testování Vloºení grackého m ítka Dal²í nástroj, který se nachází v nabídce Funkce, vkládá do snímku gracké m ítko. Je spustitelný pouze v p ípad, ºe má snímek ur enu hodnotu velikosti pixelu. Obr. 2.8: Dialog nástroje Vloºení grackého m ítka Dialogové okno tohoto nástroje nabízí výb r jednotek, velikost textu a násobek elementárního dílku grackého m ítka. Násobek slouºí k zaji²t ní p im ené velikosti dílku grackého m ítka vzhledem k rozm r m fotoplánu. Implicitní hodnoty pro dané parametry jsou: jednotky - metry, velikost textu - 10 pixel a násobek rovný jedné. Gracké m ítko se do rastru vkládá poklepáním tla ítka my²i na vybraný 41

43 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE bod snímku a umíst ní lze libovoln m nit. Stejn tak je moºné kdykoliv m nit parametry m ítka. Zm na se projeví aº po novém poklepání tla ítka na rastr. Je-li uºivatel spokojen s polohou a nastavením grackého prvku, stiskne tla ítko Dokon- it. V tu chvíli dojde k reálnému p ipojení m ítka ke snímku. Tento krok lze vrátit zp t pouze nástrojem Zp t v nabídce Úpravy Nástroj M ení Funkce slouºí k prom ování libovolných vzdáleností ve fotoplánu. M ení je tedy spustitelné, pouze pokud jsou známy rozm ry pixelu. Modul vyuºívá nástroj pro snímání sou adnic a vrací délku mezi dv ma body v metrech. Funkce se ukon uje stisknutím tla ítka Ukon it m ení. V prvotní fázi tohoto nástroje byly výsledky zobrazovány ve stavovém ádku, kde bylo umíst no i tla ítko pro ukon ení m ení. To se v²ak ukázalo jako nepraktické, nebo ukon ovací tla ítko bylo dosti nenápadné. Obr. 2.9: Nástroj pro m ení vzdáleností ve fotoplánu Tisk rastru do formátu PDF Velkou a náro nou úlohou bylo vy e²it otázku tisku výsledného fotoplánu. Poºadavek byl samoz ejm kladen na tisk v m ítku. Bylo vyzkou²eno n kolik alternativ modulu. Za zmínku stojí varianta, která obsahovala nástroj P edtiskový náhled, v n mº se zobrazil celý fotoplán a uºivatel by po výb ru m ítka, velikosti papíru a orientace papíru vymezil tiskovou oblast ráme kem s rozm ry stránky. Jednou z nevýhod tohoto zp sobu bylo, ºe fotoplán nebylo moºné umístit na papír tak, aby kolem kresby vznikly okraje vyuºitelné pro vloºení nadpisu atp. 42

44 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE Vznikla tedy jiná alternativa, která specikuje parametry tisku ve dvou fázích. V první se denuje o ezový rám, jenº vybere z fotoplánu pouze zájmovou oblast. Místa nacházející se mimo rám (v etn nap íklad erných trojúhelník vzniklých po kolineární transformaci) pak nebudou sou ástí tisku. Obr. 2.10: Nástroj pro vy íznutí zájmové oblasti fotoplánu pro tisk V druhé ásti dochází k sestavení mapy (layout). To se provádí prost ednictvím dialogového okna, jehoº hlavní pole tvo í p edtiskový náhled, kde je zobrazen list papíru. V pravé dolní ásti dialogu se nacházejí p epína e, jimiº si uºivatel volí, který prvek chce do kompozice momentáln vkládat. Prvky jsou celkem t i: fotoplán, nadpis a popis. P i vkládání fotoplánu se volí papír (od rozm ru A4 aº po velikost A2), orientace a m ítko tisku. Pokud ukazatel vstoupí do náhledu, objeví se ráme ek ur ující vybraný vý ez fotoplánu. Poklepáním je fotoplán umíst n na danou polohu v tiskové kompozici. Pokud uºivatel vkládá nadpis, napí²e do textového pole název a zvolí velikost písma. P i psaní se jiº nadpis objevuje v náhledu. Jeho pozici lze m nit poklepáním na jiné místo. Stejným zp sobem se do kompozice umis uje 43

45 KAPITOLA 2. LOGIKA A POPIS FUNKCÍ APLIKACE i popis, který slouºí k jednoduchému komentá i. Jediným povinným prvkem je vý ez fotoplánu, pokud je tento umíst n, je uºivateli umoºn no tisknout. Stisknutím tla ítka Tisknout do PDF se spustí proces sestavení prvk plánu a vytvo ení rastru pro tisk do formátu PDF. Hodnota rozli²ení je nem nná a iní 300dpi. Po sestavení se otev e dialog pro specikaci názvu a umíst ní PDF souboru. Je d leºité zd raznit, ºe p ed posláním uloºeného souboru na tiskárnu se musí nastavit n které parametry tisku. Nap íklad nep izp sobovat tisknoucí plochu tiskárn, nastavit správný rozm r papíru atd. Od p ímého tisku na papír z aplikace SIMphoto bylo upu²t no. Je to proto, ºe p i testování docházelo k nep esnostem, které mohou vznikat nap íklad ²patným nastavením tiskárny. Navíc obrovská výhoda formátu PDF je v jeho p enositelnosti. 44

46 KAPITOLA 3. NÁVRH A POPIS ZDROJOVÉHO KÓDU 3 Návrh a popis zdrojového kódu Kapitola p edloºí n které základní informace týkající se aplikace SIMphoto z hlediska programování. Celý software je naprogramován v jazyce C++. Pro tvorbu grackého uºivatelského rozhraní byla pouºita gracká multiplatformní knihovna Qt. Jelikoº se p edpokládá, ºe potenciální uºivatelé pouºívají zejména platformu Windows, je aplikace vytvo ena pro tento opera ní systém. Následující odstavce se v nují problematice hloub ji. 3.1 Knihovna Qt P vodn byla knihovna produktem norské softwarové spole nosti Trolltech. Od ervna 2008 pat í nské spole nosti Nokia a název Trolltech se zm nil na dne²ní Qt Software. Knihovna nabízí n kolik modul, jeº se specializují na r zné typy aplikací. Nap íklad Core Multithreading je vyhrazen pro aplikace s negrackými t ídami, naopak GUI 2D Graphics Canvas nabízí t ídy pro gracká uºivatelská rozhraní, Qt- SQL umoº uje vytvá et databáze, QtXML modul se zabývá tením a tvo ením XML dokument, QTOpenGL poskytuje t ídy slouºící k za len ní 3D graky do Qt aplikací atd. K vytvo ení aplikace SIMphoto bylo vyuºito vývojové prost edí Qt Creator. Jde o integrované vývojové prost edí (IDE - integrated development environment ). Spolu s Qt knihovnami tvo í ást tzv. Qt SDK, která poskytuje pot ebné nástroje k tvorb Qt aplikace. Qt Creator zahrnuje editor kódu, kompilátor, umoº uje tvorbu uºivatelského rozhraní interaktivním vkládáním vybraných objekt do grackého formulá e atd. Dále byl vyuºit nástroj Qt Linguist, který poslouºil k p ekladu anglického textu vyskytujícího se v aplikaci do e²tiny. Komunikace mezi objekty Qt je zaji²t na mechanismem signál a slot. Objekt, který má denovaný signál, jej v ur ité fázi programu vy²le. Objekt, jenº zachycuje daný signál, ho v okamºiku vyslání p ijme a provede slot. Na slot se dá nahlíºet jako na standardní funkci a lze ho téº jako standardní funkci pouºívat kdekoliv v programu. K propojení objekt tímto mechanismem slouºí p íkaz connect, jehoº 45

47 KAPITOLA 3. NÁVRH A POPIS ZDROJOVÉHO KÓDU parametry jsou: objekt vysílající signál, specikace signálu, objekt p ijímající signál a specikace slotu. Dal²í silný mechanismus Qt, který byl vyuºit b hem tvorby aplikace, je nástroj pro ltrování událostí (event lters). Slouºí k tomu, aby bylo specikováno, který objekt má reagovat na které události. Událostí m ºe být nap íklad stisknutí klávesy, pohyb my²i atd. 3.2 Logika programu Základní t ídou uºivatelského rozhraní je SIMphoto. D dí vlastnosti obsáhlé t ídy QMainWindow knihovny Qt. Jejím hlavním úkolem je uspo ádání nástroj do nabídek, nástrojových li²t, zobrazení snímku a ízení chodu programu. Nabídka menu obsahuje 5 podnabídek, které spou²tí celkem 18 nástroj. Nástroje jsou v t²inou vkládány do samostatných t íd. T ída SIMphoto zaji² uje p edev²ím: vytvo ení nabídek, umíst ní nástrojových li²t, otevírání snímku, ukládání snímku, ukon ení aplikace. Dále zprost edkuje spou²t ní a komunikaci mezi ostatními t ídami. Podstatnou sou ástí je t ída MemoryClass, která udrºuje v pam ti informace d leºité pro chod aplikace. Jedná se zejména o uchovávání sou adnic bod, velikosti pixelu, informací o tom, který z nástroj je momentáln spu²t n atd. Pro práci se snímkem se vyuºívá t ídy QImage. Její instance image uchovává a zobrazuje rastr, se kterým se aktuáln pracuje. P ed p evzorkováním se vytvo í nová instance t ídy QImage v pam ové t íd. Ta je pouºita jako vstupní vrstva do transformace. Cílovým rastrem je znovu vytvo ená instance image. Tímto zp sobem se tedy pracuje stále s jednou instancí. Pro práci s grackými prvky se vyuºívá t íd QPainer, QGraphicsScene a QGraphicsView. V²echny mají moºnost zapnout antialiasing. První ze jmenovaných pracuje na bázi rastru, zatímco zbylé slouºí k vektorové reprezentaci objekt. Nap íklad funkce pro vloºení grackého m ítka vyuºívá t ídu QPainter, kdeºto sestavení mapy pro tisk pracuje s t ídami QGraphicsScene a QGraphicsView. V p ípad spu²t ní n kterého nástroje z nabídky Fotoplán nebo Funkce jsou ostatní nástroje z týchº nabídek znep ístupn ny a v pam ové t íd se uloºí název 46

48 KAPITOLA 3. NÁVRH A POPIS ZDROJOVÉHO KÓDU aktuáln spu²t né funkce. Tímto zp sobem je v aplikaci vºdy známo, který modul momentáln pracuje. Zna ky ur ené pro snímání sou adnic z rastru jsou tvo eny samostatnými objekty, které se vkládají nad snímek. Lze je kdykoliv p emístit, získat jejich sou- adnice, smazat nebo p idat. Mají spole nou rodi ovskou t ídu MarkTool, která zaji² uje chod snímání. Aktuální body jsou uchovávány v seznamu (t ída QList). 3.3 Popis vytvo ených t íd Aplikace zahrnuje 17 nov vytvo ených t íd, které se podílejí na chodu programu. Jsou jimi: SIMphoto TableOfPoints SimilarTransformDialog ScalebarDialog MarkTool PixelSizeDialog Overview NetworkMethodDialog MemoryClass MeasureTool MapLayoutDialog DistMethodDialog DistanceInputDialog DistortionDialog 47

49 KAPITOLA 3. NÁVRH A POPIS ZDROJOVÉHO KÓDU CursorColorDialog ClipImageDialog CheckPointDialog T ída SIMphoto byla jiº popsána vý²e. Nyní tedy bude p edstavena t ída Table- OfPoints. Ta vzniká d d ním t ídy QDialog. Jejími funk ními komponentami jsou transforma ní tabulka bod (t ída QTableWidget) a ovládací tla ítka umíst ná pod tabulkou. T ída obsahuje funkci pro vytvo ení tabulky, jejímiº parametry jsou geodetické a rastrové sou adnice. Obsahuje také metody, které vrací v²echny její komponenty. Dal²í t ídou je SimilarTransformDialog. Ta op t d dí QDialog a obsahuje nástroje pro nastavení parametr pro oto ení a zm nu velikosti rastru. Metody t ídy vrací funk ní komponenty, které nesou vstupní parametry pro zahájení výpo tu podobnostní transformace. ScalebarDialog je velmi podobn stav ná t ída jako p edchozí popsaná. Její metody vrací komponenty nesoucí informace pro vloºení grackého m ítka do snímku. Velmi d leºitou t ídou je MarkTool. Jde o nástroj, který ídí snímání rastrových sou adnic. D dí vlastnosti QWidget a jeho jediným parametrem je maximální po et bod, které lze do snímku vloºit. Po et se odvíjí od pouºité metody. T ída obsahuje slot reagující na zm nu bodu. Funkce p epíná aktuální bod na bod zvolený uºivatelem. Pokud tento je²t není v seznamu, je do n j p idán. Sou ástí t ídy je také funkce pro mazání bod ze seznamu a metody vracející funk ní komponenty, aktuální bod a seznam s vloºenými body. PixelSizeDialog je t ída typu QDialog, která slouºí pouze k zadání poºadavku na velikost pixelu transformovaného snímku. Overview, neboli nástroj náhledu, d dí t ídu QLabel, jeº slouºí krom zobrazení textu také k zobrazení rastru. V tomto p ípad se tedy Overview podílí na vykreslení zmen²ené podoby snímku. Obsahuje ráme ek, který ukazuje momentální vý ez zpracovávaného snímku. T ída obsahuje metodu pro nastavení vlastností náhledu a posun ráme ku. Vstupními parametry metod jsou snímek a informace o poloze vý ezu a jeho velikosti. 48

50 KAPITOLA 3. NÁVRH A POPIS ZDROJOVÉHO KÓDU Obr. 3.1: T ída Overview T ída NetworkMethodDialog slouºí ke vkládání parametr zam ené sít. Zahrnuje funkcionalitu pro volbu m ené úhlop í ky. Vrací zadané délky a informaci o tom, která úhlop í ka byla m ena. T ída d dí QDialog. MemoryClass byla jiº popsaná, následuje tedy t ída MeasureTool. Nástroj je ur en k tomu, aby uºivateli poskytl informaci o skute ných rozm rech objektu. Obsahuje metodu po ítající vzdálenost mezi dv ma zna kami umíst nými ve snímku a metodu, jeº ovládá posun zna ek v rámci rastru. Vlastnosti t ídy jsou d d ny p ímo z QWidget. Mezi dal²í t ídy, které d dí QDialog se adí MapLayoutDialog. Jde o pon kud obsáhlej²í nástroj, jenº ovládá celé sestavení plánu p ed tiskem. Obsahuje p edtiskový náhled a v²echny pot ebné funk ní komponenty. Je zde za azena funkce pro tvorbu tisknutého rastru a funkce pro jeho uloºení do formátu PDF. Parametry konstruktoru t ídy jsou: vý ez fotoplánu, jeho pozice a velikost, rozm r pixelu a údaje o aktuálním adresá i pro uloºení souboru. T ída DistMethodDialog je dialogem slouºícím ke specikaci po tu m ených délek v rámci metody zam ení délek. Dialog DistanceInputDialog poskytuje rozhraní pro zadávání vstupních parametr metody zam ení délek (m ených délek a velikosti pixelu cílového rastru). 49

51 KAPITOLA 3. NÁVRH A POPIS ZDROJOVÉHO KÓDU Pro vkládání parametr pot ebných k výpo tu eliminace distorze je ur ena t ída DistortionDialog. Uºivatel prost ednictvím tohoto dialogu vkládá do jednotlivých polí vstupní data. T ída obsahuje metody, které vrací uloºené parametry. Dialog t ídy CursorColorDialog m ní barvu ukazatele slouºícího ke snímání bod. Metody vrací prom nnou typu bool, která informuje o tom, zda ukazatel má být i nemá být vykreslen ernou barvou. P edposlední t ída, ClipImageDialog, se vyuºívá k vy íznutí tiskového pole z fotoplánu p ed exportem do PDF. Parametrem konstruktoru je zmen²ený obraz fotoplánu a ²í ka jeho nezmen²ené podoby. Metody vrací parametry vy íznuté oblasti a tla ítko pro spu²t ní dal²ího dialogu. Na záv r bude popsána t ída CheckPointDialog. Tento nástroj s implicitním konstruktorem slouºí pro kontrolu správného p i azení sou adnic na ítaných z textového souboru k bod m. Metody t ídy vrací aktuální bod a tla ítko pro postup k dal²ímu bodu. 50

52 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT 4 Metodika m ení objekt 4.1 Úvod do metodiky Následující odstavce je moºné chápat jako soubor doporu ených postup sb ru dat pro následné zpracování v software SIMphoto. Návody jsou navrºeny tak, aby m ení spl ovalo kvalitu pot ebnou k odbornému pouºití v oblasti dokumentace památkových objekt. Nejprve bude objasn n základní vliv na p esnost fotoplánu u jednosnímkové fotogrammetrie Vliv hloubkového len ní objektu snímek fotoplán objekt P' r' P' 0 f O Δr'' y P P 0 Δr Δy P Obr. 4.1: Vliv hloubkového len ní objektu M ené body objektu by m ly leºet v jedné rovin. Pokud tomu tak není, vznikají na snímku radiální posuny, které lze vyjád it vztahem r = y r f m F, r y = r f, r = r m F, (4.1) kde r je radiální posun na fotoplánu, y udává velikost hloubkového len ní, f je konstanta komory, m F je m ítkové íslo fotoplánu, r p edstavuje radiální posun na snímku a r je posun v rovin objektu. 51

53 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT Je-li zadán poºadavek na maximální posun r max, vyjde maximální moºná hloubka len ní y max = f m F r max r. (4.2) Je patrné, ºe pouºitím dlouhoohniskových komor se p ípustné hloubkové len ní zv t²uje, nevýhodou je ale malý zorný úhel. Také je d leºité si uv domit, ºe radiální posuny rostou sm rem od st edu snímku. Proto se obvykle v t²í výstupky umis ují pokud moºno do st edu snímku. Z daných vztah by se m lo posoudit, jakou komoru pro snímkování pouºít, pop. zda bude v bec vhodné pro daný objekt vyuºít metodu jednosnímkové fotogrammetrie. 4.2 Postup m ení pro metodu délek Nejjednodu²²í, av²ak nejmén p esnou metodou, je zam ení jedné délky, jeº slouºí k prostému p i azení rozm ru snímku. P i takové metod nedochází p i zpracování k odstran ní vlivu perspektivy, a je proto nutné tuto nep esnost kompenzovat podmínkou, ºe osa záb ru bude ve v²ech sm rech kolmá na rovinu snímaného objektu. K zaji²t ní p esné kolmice nikdy nedojde, je ale d leºité se tomu alespo p iblíºit. Následující postup uvádí moºný zp sob jak toho dosáhnout: Na objektu se ur í jedna svislá linie. Levý kraj obrazu v hledá ku se ztotoºní s danou linií. Bez nato ení komory kolem osy záb ru se posune fotoaparát tak, aby se pravý kraj obrazu v hledá ku dotkl dané linie. V tuto chvíli svírá kraj obrazu s linií úhel, který se z poloviny zmen²í oto ením komory kolem osy záb ru a z poloviny naklon ním fotoaparátu sm rem dol resp. nahoru podle toho, zda se linie objektu vlivem perspektivy sbíhají nahoru i dol. Nyní mí í osa záb ru do ur ité vý²ky objektu. Pro tuto vý²ku se je²t jednou celý postup zopakuje. Výsledkem by m lo být p ibliºné zaji²t ní kolmosti osy záb ru k rovin pr elí objektu ve sm ru vertikálním. To lze zkontrolovat tím, ºe p i pohybu komory do stran budou v²echny svislé linie objektu svislé i v hledá ku. Pro horizontální sm r lze pouºít stejný postup s vyuºitím vodorovných linií a horního resp. dolního okraje obrazu v hledá ku. Je samoz ejm nutné si pamatovat vý²ku zám rné osy ur enou pro vertikální kolmost, abychom byli schopni vrátit se ke kolmosti ve sm ru vertikálním. 52

54 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT Pokud je zaji²t na alespo p ibliºná kolmost osy záb ru na rovinu objektu, m la by se nato it komora tak, aby svislé linie objektu byly rovnob ºné s levým resp. pravým krajem snímku. Pokud je m ena pouze jedna délka, je vhodné, aby tato byla na objektu zárove svislicí. U této metody je obecn vhodné pouºít p i snímkování stativ Obr. 4.2: Schéma postupu pro p ibliºné nastavení kolmosti osy záb ru na rovinu objektu ve vertikálním sm ru Varianta m ení dvou délek je obdobná. Poskytuje o n co p esn j²í p i azení rozm ru snímku. Pro tuto metodu je t eba zm it dv délky na sebe kolmé (nejlépe svislou a vodorovnou vzdálenost). Délky musí mít spole ný bod. Pokud není jisté, zda jsou linie na sebe kolmé, dá se zm it p epona a na základ ní p ekontrolovat kolmost úhlu. I pro metodu dvou délek je pot eba zajistit kolmost osy záb ru na rovinu pr elí objektu. Velmi d leºité zde je, aby vodorovná a svislá délka byly 53

55 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT orientovány rovnob ºn s okraji snímku. Pokud by toto nebylo spln no, p i anní transformaci by do²lo ke skosení úhl. Délky je nutné m it vºdy alespo dvakrát, aby byla k dispozici kontrola. Na následujícím obrázku je znázorn no schéma m ení pro metodu délek. A B měřená svislá délka měřená svislá délka měřená vodorovná délka Obr. 4.3: Schéma zam ení objektu metodou délek: A - jedna m ená délka, B - zam ení svislice a vodorovné délky 4.3 Postup m ení pro metodu sít V zásad jde op t o m ení délek, nicmén v tomto p ípad dojde ke zpracování snímku kolineární transformací. Z toho plyne, ºe není pot eba striktn dodrºet podmínku kolmosti osy záb ru na rovinu objektu. I p esto v²ak je samoz ejm ºádané, aby perspektivní zkreslení bylo co nejmen²í. Pod pojmem sí si v tomto p ípad lze p edstavit ty i body, mezi nimiº jsou m - eny délky ve v²ech kombinacích. To znamená, ºe vzniká jakýsi ty úhelník se dv ma úhlop í kami. Minimální po et m ených délek pro ur ení sou adnic ty lomových bod je 5. está délka slouºí jako kontrola, a je proto d leºité ji zm it. Pouze v krajních p ípadech, kdy není moºné zam it v²ech 6 délek, lze jednu z úhlop í ek vynechat. Ze sít budou po ítány sou adnice lomových bod, proto je d leºité navrhnout její správný tvar, aby p i m ení nedocházelo k chybám, jejichº hodnoty by zna n 54

56 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT Obr. 4.4: Schéma zam ení sít sníºily p esnost. Ideální tvar sít je ten, kdy krajní délky na lomových bodech svírají pravý úhel. Tuto podmínku není nutné splnit, nicmén velikosti úhl se musí vejít do rozmezí Obr. 4.5: P ípustné rozmezí velikosti úhl Vzdálenosti se op t m í minimáln dvakrát, výsledná hodnota je ur ena pr - m rem. Výsledkem této metody je fotoplán, jehoº sou adnice jsou ur eny relativn (pouze v rámci jednoho snímku). Pro zpracování v SIMphoto je d leºité íslovat lomové body sít podle schématu 4.5 a zachovat toto po adí i p i snímání sou adnic z rastru. Tím je zaru en správný výpo et sou adnic lomových bod. Je doporu eno volit sí tak, aby levá krajní délka z pohledu snímkování byla svislá, nebo výsledný fotoplán bude podle ní nato en. Uºivatel se tím vyhne zbyte nému otá ení snímku. Kaºdá dal²í geometrická transformace sniºuje kvalitu rastru. 55

57 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT 4.4 Postup m ení pro metodu vlícovacích bod Metoda m ení vlícovacích bod je nejp esn j²í a jako jediná dává moºnost snímek zahrnout do nad azeného systému sou adnic, nebo body nejsou ur ovány relativn v rámci jednoho snímku. D leºitá je orientace os, která v p ípad SIMphoto odpovídá klasickému matematickému systému. Tedy kladná osa X se s kladnou osou Y ztotoºní pooto ením o 90 proti sm ru hodinových ru i ek, zjednodu²en e eno, kladná osa X sm uje z pohledu snímkování doprava a kladná osa Y vzh ru. y 0 x Obr. 4.6: Orientace os v aplikaci SIMphoto Minimální po et vlícovacích bod je 4. V takovém p ípad je dobré umístit body do roh snímku. Nikdy nesmí nastat p ípad, ºe t i body leºí na p ímce. Tento po- et m ení je dosta ující pro výpo et kolineární transformace, nicmén neposkytuje kontrolu a nelze provést vyrovnání. Proto je t eba m it více bod. Jejich maximální po et pro zpracování v aplikaci SIMphoto je 9. Vhodné rozmíst ní devíti bod na snímku ukazuje následující obrázek Obr. 4.7: Schéma rozmíst ní devíti vlícovacích bod 56

58 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT Na objektu se mohou volit tzv. p irozen signalizované body leºící v ur ované rovin (rohy okenních otvor, íms...), musí v²ak být tvo eny výraznými konturami, které budou spolehliv rozpoznatelné i na snímku. V p ípad pouºití digitálních komor je dobré toto na míst kontrolovat. Viditelnost také výrazn ovliv uje po- así. Nevhodné je nap íklad snímkovat p i ostrém sv tle, které na objektu vytvá í kontrastní plochy sv tla a stínu atp. Um le signalizované vlícovací body v podob ter ík poskytují vhodný zp sob signalizace, jejich kontrastní plocha je dob e viditelná jak na objektu, tak na snímku. Jiný zp sob um lé signalizace m ºe být kresba k íºk pomocí k ídy. Ur ení sou adnic vlícovacích bod vyºaduje pouºít základní geodetické p ístroje (teodolit, totální stanici). Je-li k dispozici teodolit, ur í se základna p ibliºn rovnob ºná s pr elím objektu. Její délka a vzdálenost od objektu by m la být volena s ohledem na velikosti úhl protnutí sm r na vlícovacích bodech. Úhly by nem ly být p íli² ostré ani p íli² tupé. Vodorovná délka základny se minimáln dvakrát zm í pásmem. Dále se z obou koncových bod základny m í sm ry na v²echny vlícovací body a na prot j²í bod základny. Pro kaºdý vlícovací bod se také ur í zenitový úhel. D leºitou kontrolou jsou om rné, které je nutné zm it alespo mezi n kterými vlícovacími body. Pro výpo et sou adnic se do základny vloºí osa x tak, ºe po átek soustavy leºí v jednom z bod základny. Kolmo na osu pak prochází osa y a svisle osa z. Sou adnice x a y jsou vypo ítány protínáním ze sm r i úhl a sou adnice z se ur í trigonometricky vyuºitím zenitových úhl (z = y cotg α). Základna je v t²inou zaji²t na nap íklad d ev nými kolíky a vrchol zenitových úhl je dán osou otá ení dalekohledu. Proto se k vý²ce z ur ené trigonometricky nesmí zapomenout p i íst vý²ka stroje. Následuje p epo et prostorových sou adnic do rovinného systému objektu X, Y orientovaného podle obrázku 4.6. Osu X rovinného systému je moºné nap íklad denovat dv ma vlícovacími body, p i emº bod v levé dolní ásti objektu bude zárove v po átku a bod druhý, vpravo dole, ur í sm r osy. Sou adnice X druhého bodu se vypo te ze sou adnic prostorového systému. Oba body poslouºí k ur ení transforma ního klí e, díky n muº se dopo ítají x-ové sou adnice ostatních vlícovacích bod. Pokud je objekt svislý, lze sou adnice Y v novém systému p evzít ze sou- 57

59 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT z y A 0 základna B x Obr. 4.8: Volba základny a sou adnicového systému adnic z systému starého. Jestliºe tomu tak není, musí být rovina objektu ur ena je²t jedním vlícovacím bodem (umíst ným nejlépe v horní ásti). Snadno lze spo íst jeho sou adnice. Pak dochází k transformaci dvou prostorových systém. Výsledné prostorové sou adnice se p evedou do roviny prostým vypu²t ním jedné osy. Je-li k dispozici totální stanice se samoodrazným systémem m ení délek, bude princip podobný, ov²em velmi se zjednodu²í výpo et sou adnic vlícovacích bod. Ty budou ur eny polární metodou. V terénu je také zapot ebí kreslit p ehled bod a jejich detail s popisem pro správnou identikaci p i digitálním zpracování. To platí i pro p edchozí popsané metody. D leºitým bodem je i úvaha o rozli²ení. Nap íklad pro poºadavek rozli²ení 1cm je v p ípad velikosti senzoru 1600x1200 pixel pot eba snímat plochu o velikosti 16x12 metr (srov. [2]). Metoda zam ení vlícovacích bod je op t zpracovávána pouºitím kolineární transformace, a není tedy podmínkou, aby osa záb ru komory byla kolmá na rovinu objektu. 58

60 KAPITOLA 4. METODIKA M ENÍ OBJEKT z Y y 1[0,0] d 2[d,0] X x y 2[d,0] 1[0,0] d X x Obr. 4.9: Schéma sou adnicových systém : Dolní obrázek znázor uje p dorys (Velkými písmeny jsou ozna eny osy výsledného rovinného systému) 59

61 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO 5 Manuál k aplikaci SIMphoto P edloºený manuál popisuje postup tvorby fotoplánu krok po kroku. Úvodní ást se v nuje základnímu obeznámení s aplikací. Následuje ást vysv tlující ovládání aplikace a po ní jsou za azeny podkapitoly, které se zabývají jednotlivými kroky zpracování snímku. Software SIMphoto je spustitelný na opera ním systému Windows a není pot eba jej instalovat. Aplikace se otevírá pomocí souboru SIMphoto.exe. Po spu²t ní se v horní ásti okna nachází hlavní nabídka a nástrojové li²ty. V t²ina nástroj se aktivuje aº po na tení snímku do aplikace. Obr. 5.1: Nabídka menu a nástrojové li²ty V nabídce Snímek se nacházejí nástroje pro na tení snímku, jeho uloºení, export do formátu PDF a ukon ení aplikace. Záloºka Úpravy obsahuje funkci Zp t, která vrací pozm n ný snímek o jeden krok zp t. Nabídka Fotoplán poskytuje hlavní nástroje pro tvorbu fotoplánu. Nástroje jsou t i a kaºdý zpracovává jednu z metod m ení popsaných v kapitole 4. V nabídce Funkce lze nalézt nástroje, které dopl ují i usnad ují tvorbu fotoplánu. Poslední nabídka se nazývá Zobrazit a nacházejí se v ní funkce, jeº uleh ují zpracování snímku po vizuální stránce. Nástrojové li²ty jsou ty i a obsahují hlavní funkce z nabídek Snímek, Fotoplán, Funkce a Zobrazit. Lze je umístit kamkoliv do hlavního okna. Podstatná je nástrojová li²ta druhá zleva obsahující nástroje pro tvorbu fotoplánu. 5.1 Základní ovládání Po na tení snímku (viz. ást 5.2) se rastr vykreslí do plochy hlavního okna v nezmen²ené podob. Po levé stran je umíst n celkový náhled. Ten je moºné vypnout i zapnout nástrojem Náhled v nabídce Zobrazit. Náhled m ºete p esunout na jiné 60

62 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO místo taºením my²i. Lze jej také ukotvit na pravou i levou stranu hlavního okna. Pohyb po snímku se nejlépe realizuje posunem ráme ku v náhledu. Jemný pohyb je vhodné provád t pomocí ²ipek na klávesnici. Pokud chcete posunout vý ez o celou jeho vý²ku nahoru i dol, vyuºijte tla ítek Page Up a Page Down. P i snímání sou adnic z rastru se m ºe stát, ºe ukazatel v podob zám rného k íºe není na snímku dob e viditelný. Aplikace nabízí moºnost provedení zm ny jeho barvy nástrojem Zm na barvy ukazatele. V dialogu stiskn te erné pole pro ernou barvu nebo bílé pole pro bílou barvu ukazatele. 5.2 Na tení snímku Po spu²t ní aplikace je moºné pouze na íst snímek. Tedy prvním krokem práce v SIMphoto je vºdy otev ení poºadovaného rastru. Tento nástroj podporuje dva formáty JPEG a TIFF. Jiné formáty není moºné otev ít, pokud tedy snímek není uloºen v podporovaných souborech, musí se nejprve provést export v jiném software. Na tení se provede nástrojem Na íst snímek z nabídky Snímek. V dialogovém okn se vybere formát rastru a zvolený snímek. Po potvrzení dojde k na tení. Rastr se zobrazí v plné velikosti a na levé stran hlavního okna se umístí náhled celého snímku. Obr. 5.2: Spu²t ní nástroje Na íst snímek 61

63 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO 5.3 Eliminace distorze objektivu Je-li komora zkalibrovaná, spus te p ed zahájením tvorby fotoplánu nástroj Eliminace distorze v nabídce Funkce. Do jednotlivých polí zobrazeného dialogu vypl te poºadované údaje. Hodnoty a jejich jednotky odpovídají výstupu kalibrace komory provedené v software PhotoModeler. Pokud byla komora kalibrována v této aplikaci, sta í výsledné údaje p ekopírovat do vstupních polí dialogu. Jediný rozdíl je v zápisu koecient K1, K2, K3, P 1 a P 2. PhotoModeler je uvádí ve tvaru nap.: 2, 241e 5, av²ak do aplikace SIMphoto se zadávají v nezkrácené podob : 0, Vstupními parametry pro výpo et eliminace distorze objektivu jsou: sou adnice hlavního snímkového bodu v milimetrech, formát obrazového pole v milimetrech, koecienty radiální distorze (K1 : mm 2, K2 : mm 4, K3 : mm 6 ) a koecienty tangenciální distorze P 1, P 2 v jednotkách mm 1. Po vypln ní v²ech údaj stiskn te tla ítko transformovat. Výpo et m ºe trvat trochu déle. Po p evzorkování se do plochy hlavního okna vykreslí snímek opravený o distorzi. Výsledek je moºné uloºit. Obr. 5.3: Dialog pro vkládání parametr objektivu 62

64 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO 5.4 Tvorba fotoplánu p i m ených vlícovacích bodech V nabídce Fotoplán zvolte nástroj Metoda zam ení vlícovacích bod. V levé stran hlavního okna se zobrazí nástroj pro snímání bod. Stisknutím tla ítka Spustit snímání je do snímku vloºen první bod. Posouváním ráme ku v náhledu vyhledejte vlícovací bod. Stisknutím levého tla ítka my²i v míst bodu je zobrazena lupa vykreslující zv t²ený obraz snímku dané oblasti. V lup vyhledejte p esnou polohu bodu a potvr te ji poklepáním na dané místo. Zna ka vlícovacího bodu s jeho po adovým íslem se umístí na vybranou pozici. Lupu lze vypínat a zapínat stisknutím klávesy F1 nebo pouºitím podnabídky Lupa v nabídce Zobrazit. Obr. 5.4: Nástroj Metoda zam ení vlícovacích bod Vloºení dal²ího bodu se provede bu p ímo v nástroji pro snímání bod stisknutím horní ²ipky vpravo od pole s íslem bodu, nebo p ímo p epsáním ísla bodu 1 na íslo 2 a nebo klávesou Q. Body lze vkládat pouze popo ad. Pokud má tedy aktuální bod íslo 1, je moºné vloºit jen bod s íslem 2. Po vloºení bodu se pokra uje op t jeho p esunem na správnou pozici na snímku. Takto postupujte aº do umíst ní posledního m eného bodu. Chcete-li smazat bod, je moºné tak u init stisknutím tla ítka Odstranit poslední bod. Ze snímku se vºdy smaºe poslední bod bez ohledu na to, který bod je momentáln aktivní. Je-li do snímku vloºeno více bod, m ºete m nit aktuální bod bu pomocí ²ipek vpravo od ísla bodu v nástroji snímání, nebo p ímo p epsáním ísla bodu a nebo pomocí kláves Q a A. Jsou-li v²echny zna ky na správných pozicích, stiskn te tla ítko Otev ít tabulku bod. Zobrazí se dialog s tabulkou vloºených bod. Do sloupc X [m] a Y [m] vypl te sou adnice vlícovacích bod m ených na objektu v jednotkách metr. Sou adnice 63

65 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO Obr. 5.5: Nástroj Snímání bod mohou být také hromadn na teny z textového souboru stisknutím tla ítka Na íst sou adnice, ale pozor na podobu souboru. Ten musí vypadat takto: První ádek tvo í hlavi ku, která má tvar bod x y. Následující ádky obsahují íslo bodu, sou adnici X a sou adnici Y. Jednotlivé poloºky se odd lují bu mezerou nebo tabulátorem. Není d leºité, zda se u sou adnic pí²e desetinná te ka nebo árka. Ukázka správného textového souboru je na obrázku. Obr. 5.6: Textový soubor pro na ítání sou adnic Po na tení sou adnic se okno s vý ezem snímku p esune nad první bod. Zkontrolujte, zda geodetické sou adnice bodu zobrazené v dialogu pod náhledem odpovídají pozici zna ky umíst né v rastru. Pokud ne, p esu te zna ku na správné místo. Souhlasí-li sou adnice s umíst ním, stiskn te tla ítko Dal²í bod. TatẠkontrola, p ípadn oprava se uskute ní na následujícím bod. Takto se projdou v²echny body. Po posledním je otev ena tabulka bod s na tenými sou adnicemi. Pokud je po et bod roven ty em, lze ihned spustit kolineární transformaci stisknutím tla ítka Transformovat. Je-li po et v t²í, musíte nap ed stisknout tla ítko Ukázat opravy. Tím se 64

66 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO Obr. 5.7: Tabulka s na tenými sou adnicemi na kaºdém bod spo tou opravy sou adnic vyplývající z m ení. P ekro í-li n jaká oprava vámi poºadovanou p esnost, m ºe být bod, jemuº oprava p íslu²í, vypu²t n z výpo tu od²krtnutím polí ka ve sloupci Pouºít. Op tovným stisknutím tla ítka Ukázat opravy se opravy p epo tou. Pokud chcete opravit pozici n kterého bodu, m ºete tak u init tla ítkem P ejít na snímání. Tabulka se zav e a je moºné zna ky libovoln p esouvat. Stisknutím Otev ít tabulku bod se vrátíte zp t k tabulce. Tabulka si uchovává v pam ti vloºené sou adnice, není tedy pot eba je znovu zadávat. Je-li v²e v po ádku, doporu uje se uloºit aktuální stav tabulky do textového souboru tla ítkem Uloºit tabulku. Kdykoliv se k ní totiº potom m ºete vrátit. Stisknutím tla ítka Transformovat se objeví dialogové okno, v n mº se zadává velikost pixelu pro výsledný fotoplán. Aplikace vám nabídne orienta ní hodnotu velikosti pixelu. Tu lze samoz ejm zm nit podle va²eho poºadavku na rozli²ení. Stisknutím tla ítka Ok se spustí proces p evzorkování, jehoº výsledkem je fotoplán. Celý postup tvorby fotoplánu se zna n zjednodu²í, pokud existuje textový soubor s uloºenou tabulkou bod. Ihned po na tení snímku do aplikace totiº m ºete importovat uloºenou tabulku pomocí nástroje Na íst tabulku bod v nabídce Funkce. Vyhnete se tím asov náro nému snímání bod a zadávání sou adnic. 65

67 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO Po na tení je moºné spustit transformaci (resp. nejprve vypo íst opravy a pak spustit transformaci), nebo m ºete pozm nit snímání bod stisknutím tla ítka P ejít na snímání. D leºité je, aby na ítaná tabulka p íslu²ela správnému rastru. Ukázka textového souboru pro import tabulky je na následujícím obrázku. Obr. 5.8: Textový soubor pro na ítání tabulky bod 5.5 Tvorba fotoplánu p i m ené síti V nabídce Fotoplán spus te nástroj Metoda zam ení sít. Dialog, který se zobrazí, vybízí k vloºení m ených délek do vyhrazených polí. P epína i zvolte, která úhlop í ka byla m ena. Vypl te hodnoty v²ech m ených vzdáleností (ºádná délka nesmí z stat nulová). Po vloºení délek pokra ujte stisknutím tla ítka Ok. Obr. 5.9: Vkládání m ených délek (metoda zam ení sít ) Pokud jsou m eny ob úhlop í ky, zobrazí se dialog s informací o maximální polohové odchylce na lomových bodech, která vznikla ze dvou r zných výpo t sou- 66

68 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO adnic bod. Sou adnice prvního výpo tu jsou ur eny na základ jedné úhlop í ky a sou adnice druhého výpo tu vycházejí z délky druhé úhlop í ky. Je-li odchylka p íli² velká, m ºete se vrátit k zadávání délek pomocí tla ítka zp t. Pokud odchylka spl uje p edpoklad p esnosti, pokra ujte stisknutím tla ítka Souhlasím. V p ípad m ení jen jedné úhlop í ky ºádná kontrola neprob hne. V levé ásti hlavního okna se objeví nástroj pro snímání sou adnic na snímku. Stiskn te tla ítko Spustit snímání. Do snímku je vloºena celá sí najednou. Umíst te ty i lomové body na správné pozice v rastru. Kongurace sít musí odpovídat schématu na obrázku 5.9. Nesmí tedy být prohozeny nap íklad bod 1 s bodem 3 atd. P epínání aktuálních bod je stejné jako v metod vlícovacích bod (viz. ást 5.4). Po umíst ní v²ech ty bod na ur ená místa v rastru stiskn te tla ítko Otev ít tabulku bod. Tabulka bod není p ístupná pro vkládání geodetických sou adnic, nebo ty jsou vypo teny ze zadaných délek. Tabulku je moºné uloºit a zpracování snímku pokra uje stisknutím tla ítka Transformovat. V následném dialogu op t zadejte výslednou velikost pixelu a tla ítkem Ok spus te p evzorkování. Transformovaný fotoplán se poté zobrazí v hlavním okn. 5.6 Tvorba fotoplánu z m ených délek Tato metoda se spou²tí nástrojem Metoda zam ení délek v nabídce Fotoplán. Je otev en dialog, v n mº se vybírá, zda byla m ena jedna délka nebo dv délky. Dal²í postup se tedy v tví na dv moºné cesty popsané níºe. Obr. 5.10: Dialog pro výb r po tu délek 67

69 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO Postup v p ípad jedné m ené délky Pokud je vybrána jedna délka, otev e se nástroj pro snímání bod. Stisknutím tla- ítka Spustit snímání je do rastru vloºena délka vymezená dv ma zna kami. Tyto p esu te na správné pozice. Manipulace se zna kami je vysv tlena v ásti 5.4. Po lokalizaci délky v rastru stiskn te tla ítko Vloºit délku v nástroji pro snímání. Objeví se dialog, ve kterém se vkládá m ená délka v metrech a velikost pixelu výsledného rastru. Je-li Vámi m ená vzdálenost v objektu svislá, za²krtn te polí ko Délka je svislá. Tla ítkem Transformovat spustíte proces p evzorkování rastru Postup v p ípad dvou m ených délek Jsou-li v dialogu pro výb r po tu délek zvoleny dv m ené délky, zobrazí se op t nástroj pro snímání bod a po stisknutí tla ítka Spustit snímání se do rastru vloºí dv délky, jeº jsou vymezeny t emi body. Linie mezi body 1 a 2 je ur ena pro svislou vzdálenost a linie mezi zna kami 2 a 3 je vodorovná. Toto se musí zachovat i p i p esunu bod na správné pozice v rastru. Je nutné zkontrolovat, zda linie v rastru svírají pravý úhel a zda jsou rovnob ºné s kraji snímku. Pokud jsou vzhledem ke snímku nato eny, musí se je²t p ed touto metodou zpracování provést nato ení rastru (viz. ást 5.9). Stisknutím tla ítka Vloºit délky se objeví dialog, ve kterém zadejte hodnoty m ených délek v metrech a hodnotu velikosti pixelu výsledného rastru. Vloºené údaje potvrdíte tla ítkem Transformovat. Prob hne p evzorkování a v hlavním okn se vykreslí fotoplán. 5.7 M ení vzdáleností ve fotoplánu Pokud je na ten snímek se známým rozli²ením, m ºete ihned zahájit m ení. V opa ném p ípad se z rastru nejprve musí vytvo it fotoplán a pak je moºné spustit nástroj M ení. Modul naleznete v nabídce Funkce. Po jeho spu²t ní se v levé ásti okna zobrazí ovládací dialogové okno a do snímku je vloºena linie. Tu je moºno p esouvat pomocí p emis ování jejích koncových zna ek. Aktuální zna ka se op t m ní pomocí 68

70 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO kláves Q a A nebo p ímo v ovládacím dialogu. P i p esunu zna ky se p epo te aktuální vzdálenost a její hodnota se ukáºe v nástrojovém dialogu. Chcete-li zav ít funkci M ení, stiskn te tla ítko Ukon it m ení. Obr. 5.11: Dialog nástroje M ení 5.8 Vloºení grackého m ítka Pokud chcete do snímku umístit gracké m ítko, je na to p ipraven nástroj Vloºit gracké m ítko v nabídce Funkce. Modul je op t spustitelný pouze v p ípad známé velikosti pixelu. Po spu²t ní se ukáºe dialog, v n mº se nastavují jednotky grackého m ítka (cm aº km), násobek velikosti elementárního dílku a velikost textu. Násobek elementárního dílku slouºí k upravení délky m ítka tak, aby jednotlivé dílky byly vzhledem k snímku vhodn veliké. Nejprve ponechte v²em parametr m jejich implicitní hodnoty a vloºte gracké m ítko do snímku poklepáním na ur itou pozici v rastru. Nyní se na snímku zobrazilo m ítko. Vyzkou²ejte si, ºe poklepáním na jiné místo v rastru se m ítko p esune. Teprve te, kdyº je gracký prvek zobrazen, nastavte dané parametry podle va²eho uváºení. Zm na parametru se projeví aº po novém umíst ní m ítka. Nakonec p esu te prvek na nální pozici rastru a stiskn te tla ítko Dokon it. V této chvíli dojde k p ipojení grackého m ítka ke snímku. 5.9 Oto ení rastru a zm na jeho velikosti V nabídce Funkce se nachází nástroj Oto it rastr / zm nit velikost pixelu. Jeho spu²t ním se otev e dialog, ve kterém jsou za²krtávací polí ka. Jedno pro oto ení 69

71 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO rastru a druhé pro zm nu velikosti snímku. Ob moºnosti je moºné pouºít sou asn. V moment za²krtnutí polí ka oto ení je do snímku vloºena linie, jeº vymezuje svislý sm r. P esu te tedy linii tak, aby byla ztotoºn na se svislým sm rem objektu. Cílový rastr bude podle ní nato en. Je-li za²krtnuto polí ko pro zm nu velikosti snímku, nastávají dv moºnosti: Daný rastr nemá ur enu velikost pixelu, pak se výsledný rozm r nastaví procentuáln vzhledem k p vodním rozm r m, p i emº rastr lze pouze zmen²ovat (zv t²ování nemá prakticky ºádný význam). Druhá varianta nastává, pokud velikost pixelu snímku je známa. Potom se v dialogu vypí²e stávající rozli²ení a vy zadáte rozli²ení rastru nového. Po nastavení v²ech náleºitostí stiskn te tla ítko Transformovat. Spustí se transformace a výsledek se zobrazí v hlavním okn. Obr. 5.12: Dialogové okno nástroje pro oto ení a zm nu velikosti rastru 5.10 Uloºení fotoplánu Snímek je moºné v jakékoliv fázi zpracování uloºit do formátu TIFF nebo JPEG funkcí Uloºit jako v nabídce Snímek. P i uloºení vznikne zárove textový soubor s informacemi o velikosti pixelu rastru a geodetických sou adnicích levého horního a pravého dolního rohu snímku. Pokud na ítáte do SIMphoto d íve uloºený fotoplán, ujist te se, zda je textový soubor s informacemi o rastru umíst n ve stejné sloºce jako rastr. Název souboru je sloºen z názvu snímku, za nímº následuje podtrºítko a formát, ve kterém je rastr uloºen. P ípona souboru je txt. 70

72 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO Obr. 5.13: Ukázka textového souboru s informacemi o fotoplánu 5.11 Tisk fotoplánu do formátu PDF V nabídce Snímek vyberte funkci Tisk fotoplánu do PDF (nástroj je spustitelný pouze p i známé velikosti pixelu). Otev e se okno s náhledem fotoplánu, v n mº vybíráte vý ez pro export. Poklepáním do náhledu umístíte levý horní roh vý ezu a druhým poklepáním ur íte pozici pravého dolního rohu vý ezu. Ur enou oblast lze opakovan m nit. Pokud je plocha oblasti vysvícena ºlut, je moºné pokra ovat v exportu stisknutím tla ítka Dal²í, nebo vý ez je lokalizován. Následující dialog obsahuje náhled papíru formátu A4 a nástroje slouºící k sestavení listu. Vpravo vyberte formát papíru, orientaci a m ítko tisku fotoplánu. Posu te ukazatel do plochy náhledu. Zobrazí se ervený ráme ek, který vymezuje vámi ur ený vý ez. Ten vloºte do papíru poklepáním na vybrané místo bílé plochy. Volbu m ºete zm nit op tovným poklepáním na místo jiné. V pravé dolní ásti vyberte pomocí p epína e volbu Umíst ní nadpisu. Do textového pole napi²te název. Ten se ihned objeví v náhledu. Zvolte velikost písma a poklepáním na vybrané místo v náhledu nadpis p esu te dle pot eby. P epína em zvolte vloºení popisu a stejným zp sobem jako p i vkládání nadpisu umíst te do listu popis. Obsah i parametry velikosti textu lze opakovan upravovat. Zm ny se ihned provád jí i v náhledu. Stisknutím tla ítka Tisknout do PDF bude sestaven rastr pro export. Nadpis a popis netvo í povinný atribut exportu. Generování rastru m ºe chvíli trvat, proto vy kejte, dokud se neobjeví dialog pro uloºení fotoplánu do souboru PDF. Pak vyberte název souboru a stiskn te tla ítko Uloºit. 71

73 KAPITOLA 5. MANUÁL K APLIKACI SIMPHOTO Obr. 5.14: Dialog slouºící k sestavení listu pro export fotoplánu do PDF P i následném posílání souboru PDF na tiskárnu se ujist te, zda v²echny parametry tisku jsou správn nastaveny! Nap íklad volba M ítko stránky: musí být nastavena na šádné, formát papíru a orientace by m ly odpovídat poºadované volb atd. 72