Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Фотка
Вопросы с 1 по 19
1.Понятие о дистанционном зондирования земли. Методы ДЗЗ.
Дистанционное зондирование Земли — изучение Земли по измеренным на расстоянии, без непосредственного контакта с поверхностью, характеристикам. Различные виды съемочной аппаратуры для осуществления дистанционного зондирования устанавливаются на космических аппаратах, самолетах или других подвижных носителях.
Методы ДЗЗ могут быть пассивные, использующие естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов, обусловленное солнечной радиацией, и активные — использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия. Диапазон измеряемых электромагнитных волн — от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Возможность идентификации и классификации объектов основывается на том, что объекты разных типов — горные породы, почвы, вода, растительность и т. д. — по разному отражают и поглощают электромагнитное излучение в том или ином диапазоне длин волн.
2.Понятие об аэро- и космических съёмках, схема получения первичной информации. Задачи, решаемые по материалам АКС, достоинство недостатки.
Аэро- и космические съемки (АКС) – первые технические этапы при решении фотограмметрических задач и дистанционного зондирования. При этом выполняют измерение отраженного или собственного электромагнитного излучения. Измеряют и регистрируют излучение с некоторого расстояния от излучаемого объекта с помощью различных датчиков или съемочных систем.
Под съемочной системой понимают технические средства, с помощью которых регистрируют электромагнитные излучения.
В зависимости от места установки съемочной системы измеряют и регистрируют излучение в наземных условиях, с воздушного аэро или космического летательного аппарата (носителя). При получении информации о земной поверхности большой протяженности аэро и космические методы наиболее эффективны и оперативны.
Достоинства и недостатки:
+ Высокая точность результатов, т.к. снимки объектов полученены высокотоными фотоаппаратми и цифровыми камерами, а обрабатываются только строгими методами; высокая производительность достигается благодаря тому, что измеряются не сами объекты, а их изображения; объективная и достоверная информация; возможность получить в короткий срок мнформацию как всего объекта, так и отдельных его частей; безопасность ведения работ; возможность изучать движение рбъектов и быстропротекающих процессов.
- Зависимость фотографических съемок от метеоусловий; необходимость выполнять геодезические работы с целью контроля и привязки к объекту; непоный объем информации который можно получить со снимков; некоторые организаторские трудности (запросы на полеты);
3. Предмет фотограмметрии, ее содержание и задачи.
Фотограмметрия - наука, изучающая способы определения форм, размеров, пространственного положения и степени изменения во времени различных объектов, по результатам измерений их фотографических изображений. Дословный перевод - измерение светозаписи.
Предметы изучения фотограмметрии это геометрические и физические свойства снимков, способы их получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки.
В качестве исходного материала для определения количественных характеристик объектов, фотограмметрическим методом является снимки (изображения). Построение модели по снимкам основано на принципе обратимости фотографического процесса. Характеристики объекта могут изучаться по его изображению на одиночном снимке или по паре перекрывающихся снимков, полученных из различных точек пространства. Если при изучении объекта используются свойства одиночного снимка, то такой метод получения необходимой информации называют фотограмметрическим. По одиночному снимку можно построить только плоскую модель местности, т.е. определить только плановые координаты: X, У точек объекта. Если же он изучается по паре перекрывающихся снимков, то метод называют стереофотограмметрическим. По паре снимков полученных из различных точек пространства можно построить пространственную (объемную) геометрическую модель местности, а, следовательно, определить три координаты: X, У, Z, точек объекта, если эти точки изображены в зоне перекрытия снимков. В этом случае снимки должны быть получены из разных точек пространства.
Выделяют три направления исследований:
- изучение и развитие методов картографирования земной поверхности по снимкам.
- решение прикладных задач в различных областях науки и техники.
- развитие технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленной на космических летательных аппаратах.
Снимки получают специальными съемочными камерами, в настоящее время разработано большое разнообразие технических средств, для получения изображений с точки зрения физического способа построения изображения.
Съемочные системы делятся на:
• пассивные съемочные системы (ПСС). Строят изображение, фиксируя энергию, отраженную от объектов съемки и излучаемую, либо естественным источником излучения (солнца), либо искусственным, либо фиксирует собственное излучение самих объектов, которое в основном относится к тепловой (инфракрасной зоне спектра). К съемочным системам (СС) относятся: фотографические системы, телевизионные, фототелевизионные, тепловые (ИК сканеры), многозональные сканеры, съемочные системы на основе ПЗС (приборы с зарядовой связью)
• активные съемочные системы (АСС). Строят изображение объектов, фиксирую энергию, отраженную объектов и формируемую самими съемочными системами, радиолокационные, лидары (лазерные СС), радио интерферометрические. Различие СС состоит в том, что они фиксируют отраженные электромагнитные волны в различных зонах спектра.
С точки зрения геометрического принципа построения изображения СС делятся: кадровые, щелевые, панорамные, сканеровые.
Количественные характеристики объектов, полученные фотограмметрическим методом, т. е в результате обработке снимка, необходимы для решения широкого круга задач народного хозяйства.
Основными достоинствами фотограмметрического и стереофотограмметрического методов являются:
- высокая точность результатов, так как снимки объектов получают прецизионными фотокамерами, а их обработку выполняют, как правило, строгими методами;
- высокая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряют не сами объекты, а их изображения. Это позволяет обеспечить автоматизацию процесса измерений и последующих вычислений;
- объективность и достоверность информации, возможность при необходимости повторения измерений;
- возможность получения в короткий срок информации о состоянии, как всего объекта, так и отдельных его частей;
- безопасность ведения работ, так как съемка объекта выполняется неконтактным (дистанционным) методом. Это имеет особое значение, когда объект недоступен или пребывание в его зоне опасно для здоровья человека.
- возможность изучения движущихся объектов и быстро протекающих процессов.
Наряду с отмеченными достоинствами рассматриваемые методы имеют и недостатки. К ним следует отнести зависимость фотографических съемок от метеоусловий и необходимость выполнения полевых геодезических работ с целью контроля всех технологических процессов. Поэтому только разумное их сочетание с другими методами получения информации может обеспечить решение поставленной задачи с минимальными затратами труда и средств.
4. Исторические аспекты развития фотографии.
Фотография не была всего лишь техническим новшеством, подобно многим другим изобретениям девятнадцатого века, как утверждают многие издания по истории фотографии. Фотография стала принципиально иным способом взаимодействия человека с окружающим миром и преподнесла иную визуальную практику, до того времени незнакомую. Художники, давно искавшие возможность отразить, подобно зеркалу, мельчайшие грани того, что называется реальностью, казалось, получили ответ, но не от гениального мастера - собрата по художественному цеху, а от созданной наукой «машины для запечатления мира». Возникновение изображения с помощью солнечного света, а не кисти или карандаша, несомненно, должно было казаться чудом.
Эксперименты по фиксированию фотографического изображения проводились во многих странах, а оптика и химия уже давно подготовили почву для появления фотографии. Уильям Генри Фокс Тэлбот и Нисефор Ньепс в один и тот же год добились сходных результатов, однако между их открытиями существовала принципиальная разница. Французское изобретение (дагерротип) предполагало использование негатива (который одновременно являлся позитивом) на металлической пластине, а Тэлбот изобрёл негативно-позитивный метод (калотип) с бумажными негативами, отпечатки с которых можно было бесконечно размножать, что положило начало современной фотографии.
Начиная с середины XIX века, а действительно научно только с 1930-х годов, производится «конструирование» истории «нового искусства». При этом сами фотографы в своих работах, прежде всего, старались проявить максимум вторжения в процесс фотографирования.
Нужно помнить, что феномен фотографии и специфика её восприятия затрагивают серьёзные проблемы, связанные с эволюцией искусства и, в конечном счёте, с вопросом: что же представляет собой искусство вообще? Также существенной является проблема, как тесно связана фотография с внедрением новых технологий в развитие искусства.
Появление фотографии вызвало сильное удивление современников. Прежде всего, способность «солнечного карандаша» к механическому воспроизведению натуры, как казалось, без усилий и за короткое время, составляла разительный контраст напряжённому труду художника, его долгосрочному обучению и постепенной работе. Вторая черта фотографии, поразившая (и продолжающая поражать до сих пор) зрителей, - её способность к миметическому «совершенству», воссозданию мельчайших подробностей реальности, которые даже человеческий глаз не в состоянии заметить. Новый метод запечатления мира находил как сторонников, так и противников. Все аргументы критиков вращаются вокруг миметической природы фотографии и роли автора в процессе воспроизведения реальности.
В XIX веке возрос интерес ко всему видимому: доверяли зрению, которое считалось тем источником познания, на который можно положиться. Правдивость видения художника не подвергалась сомнению, что отразилось на сложении штампа - «он так видит», связанного с тем, что художник воспринимается как творец. Фотокамеру часто сравнивали с глазом, умеющим сохранять зрительные впечатления и фиксировать их.
Противники фотографии постоянно говорили о том, что она механистична и не является искусством, поскольку действует не художник, а фотокамера. Для них слово «фотография» становится синонимом бездушного инструмента, лишённого вдохновения и демиургической воли художника. Одним из доводов в пользу художественной фотографии становится наличие автора, одушевляющего безликую машину. Такие понятия, как вдохновение, темперамент, интерпретация очень характерны для художественной критики эпохи. Они часто используются критиками фотографических выставок применительно к произведениям талантливых фотографов. Таким образом, «умный фотограф» создаёт язык, которым выражает свою мысль, чувства, идеи.
Необходимо отметить, что сторонники фотографии говорят о фотографе, а не о фотографии вообще. По их мнению, её оправдывает то, что она является таким же инструментом, как кисть или карандаш, будучи всего лишь средством, находящимся под контролем автора. В 1853 году в статьях критика Эрнеста Лакана появляется образ «художника-фотографа». Мастерская фотомастера, методы его работы, да и вся его жизнь представлены как «поэтический», «артистический» мир, в котором царят фантазия, «живописный беспорядок». Он творит на лоне природы, в блузе, в широкополой шляпе. Этот персонаж умён, образован, «но не без странностей». Он заявляет о себе: я - художник!
Заметим, впрочем, что даже сторонники фотографии признавали некоторую её «неполноценность» по сравнению с живописью. Место фотографии по отношению к прочим искусствам признаётся подчинённым, в особенности из-за невозможности добиться свободы манипуляций художника, и, в частности, это касается отсутствия цвета в фотографии. Она воспринимается как техника, неразрывно связанная с натурой; степень творческой свободы фотографа не так велика, как у живописца. В этом сторонники фотографии отчасти согласны с её противниками.
В заключении, отметим, что споры о фотографии в период второй половины XIX века развиваются вокруг проблемы «фотография как искусство». Критики считают её целиком зависимой от живописи и графики. Поэтому главным «обвинением» фотографии является упрёк в механистичности, а её сторонники утверждают, напротив, что фотограф как Мастер привносит элемент рукотворного, а значит, человеческого.
5.Схема получения первичной информации. Информационные канал «местность-снимок».
Рассмотрим общую схему получения первичной видеоинформации при проведении аэро- и космических съемок земной поверхности.
При съемке в отраженных лучах радиационный поток проходит путь от источника излучения до объекта через атмосферу, где происходят его энергетические изменения.
В результате взаимодействия с объектом часть радиационного потока отражается в пространство и имеет иной спектральный состав, поляризацию и энергию. Характер изменений зависит от химических и физических свойств снимаемых объектов. Поэтому отраженный поток электромагнитного излучения несет сведения о свойствах изучаемых объектов.
На пути от объекта до приемника съемочного устройства отраженное излучение объекта подвергается искажению под воздействием различных компонентов, входящих в состав атмосферы. При регистрации собственного излучения оно также подвергается воздействию атмосферы. Излучение радиодиапазона искажается помехами, вызванными в основном радиомагнитным полем Земли, ионосферным и тропосферным влиянием атмосферы на флуктуации прохождения радиосигнала.
В качестве приемников излучения в съемочных системах служат фотографические пленки, фотоэлектрические и термоэлектрические элементы. Если съемку выполняют с помощью радиосъемочной аппаратуры, то для приема радиоизлучения, отраженного от объекта, используют антенны.
Материалы съемок поступают на пункты приема. При выполнении фотографических съемок здесь выполняют фотохимическую обработку фотопленки, изготавливают контактные снимки. При съемке нефютографическими съемочными системами, передающими результаты измерений излучения по радиоканалу, на пунктах приема записывают передаваемую информацию, проводят ее визуализацию и размножают цифровые изображения.
Характеристики информационного канала «Местность – снимок». Потери информации об объектах аэроландшафта в данном канале. Математические и эмпирические зависимости.
6. Электромагнитная энергия как переносчик информации о Земной поверхности.
При проведении аэро- и космических съемок для создания картографических материалов, экологического изучения территорий, мониторга земель используют наиболее информативные для этого диапозоны и радиодиапазоны.
Оптический диапозон делят на облости и зоны спектра. Основной естественный источник облучения земной поверхности - Солнце. Поэтому при съемке земной поверхности чаще всего регистрируются отраженное от объектов солнечного излучение.
Спектр электромагнитного излучения абсолютно черного тела с температурой 5570 К. распределение энергии по спектру зависит от длины волны и характеризуется спектральной плотностью энергетической яркости.
Электромагнитное излучение , поступающее на снимаемую поверхность, состоит из двух составляющих: прямое солнечное излучение и диффузное – рассеянное атмосферой и отраженное объектами земной поверхности. От соотношения доли прямой и диффузной радиации зависит освещенность объектов. В общем случае при безоблачном небосводе вклад рассеянной радиации в суммарную освещенность невелик.
7.Спектральная освещенность земной поверхности.
Основным источником, определяющим естественную освещенность, является Солнце. Спектральный состав солнечного излучения на границе атмосферы принято аппроксимировать излучением черного тела с температурой К. Истинное распределение энергии в спектре солнечного излучения несколько отличается от распределения для черного тела с К: в области 0,4...0,75 мкм Солнце излучает больше энергии, чем черный излучатель при К, в ультрафиолетовой области – меньше, а в инфракрасной области отличия несущественны. Солнце как излучатель представляет собой шар и теоретически излучает расходящийся поток лучей, однако из-за большого удаления Солнца его излучение на земной поверхности практически представляет поток параллельных лучей. Энергетическая освещенность, которую создают солнечные лучи на перпендикулярной к ним плоскости вне земной атмосферы на среднем расстоянии от Земли до Солнца, характеризуется солнечной постоянной .
8. Фотометрические величины.
Фотометри́ческая величина́ — аддитивная физическая величина, определяющая временно́е, пространственное, спектральное распределение энергии оптического излучения и свойств веществ, сред и тел как посредников переноса или приемников энергии (определение взято из ГОСТ 26148—84[1]). Фотометрические величины используются в фотометрии, оптикеи других отраслях науки и техники.
По количественному выражению фотометрические величины делятся на следующие группы:
По широте использования среди редуцированных фотометрических величин выделяются световые величины.
Распределения фотометрических величин во времени, пространстве и по спектру описываются с помощью:
Средством измерения фотометрических величин служат фотометры.
9. Классификация аэро- и космических съемочных систем.
Классифицировать съёмочные системы можно по различным критериям. Съёмочные системы разделяют:
- на воздушные и космические;
- пассивные и активные;
- работающие в оптическом или радиодиапазоне;
- однозональные и многозональные. При выполнении многозональных съёмок получают одновреммено несколько изображений одной и той же территории в различных зонах спектраэлектромагнитного излучения;
- фотографические и нефотографические съёмочные системы. Фотографирование можно выполнять на чёрно-белых или цветных фотоматериалах. Цвет изображения может быть натуральным или псевдоцветным (спектрозональное фотогафирование);
- оперативные и неоперативные в зависимости от способа и сроков доставки видеоинформации. Фотографические съёмочные системы являются неоперативными ,так для доставки экспонированной плёнки требуется посадка летательного аппарата или спуск на Землю специального контейнера. Нефотографические системы относят к оперативным. С их помощью видеоинформация передаётся по радиоканалу в реальном времени съёки или записывается на магнитном носителе с последующей передачей в эфир; использующие для построения изображения законы центральной проекции (кадровые – фотографические и телевизионные системы),строчно-кадровую развёртку (сканеры) и иные законы.
При создании топографических крупномасштабных планов и карт фотограмметрическим методом используют в основном снимки, получаемые кадровыми аэрофотоаппаратами.
Классификация может быть продолжена, исходя из многообразия конструкций и технических характеристик систем.
10. Кадровые топографические АФА. Достоинства и недостатки. Схема построения изображения.
Аэрофотоаппараты классифицируются по их техническим характеристикам, которые являются следствием особенностей устройства основных узлов аэрофотоаппарата. Так, например, в зависимости от величины угла поля зрения и фокусного расстояния аэрофотообъективов различают узкоугольные (длиннофокусные), нормальноугольные (нормальные), широкоугольные (короткофокусные) и сверхширокоугольные (сверхкороткофокусные) аэрофотоаппараты. По степени автоматизации различают аэрофотоаппараты автоматические и полуавтоматические.
Наибольший интерес имеет классификация аэрофотоаппаратов по назначению. В этом случае все аэрофотоаппараты принято делить на два больших класса: топографические аэрофотоаппараты и аэрофотоаппараты нетопографического назначения.
Топографические аэрофотоаппараты предназначены для получения ортоскопических аэроснимков земной поверхности, поверхности Луны и других небесных тел с целью их картографирования. Использование аэроснимков, полученных топографическими аэрофотоаппаратами, для составления топографических карт предопределяет требования к их конструкции и характеристикам.
Топографические аэрофотоаппараты обеспечивают получение аэроснимков, обладающих высокими как измерительными, так и изобразительными свойствами. Так как фотограмметрические методы, применяемые в настоящее время при составлении топографических карт по аэроснимкам, основаны на предпосылке, что аэроснимок является центральной проекцией точек местности на плоскость, то конструкция топографических аэрофотоаппаратов должна обеспечивать получение ортоскопических аэроснимков. Поэтому топографические аэрофотоаппараты являются кадровыми, в них не применяются шторно-щелевые аэрофотозатворы. Для обеспечения высоких измерительных и изобразительных свойств получаемых аэроснимков топографические аэрофотоаппараты снабжаются ортоскопическими аэрофотообъективами с хорошей контрастно-частотной характеристикой; конструкция этих аэрофотоаппаратов обеспечивает высокоточное выравнивание аэрофотопленки в плоскость при экспонировании, возможность получения аэроснимков с заданным продольным перекрытием. Непременное условие, выполнение которого предусматривается в топографических аэрофотоаппаратах, - неизменяемость элементов внутреннего ориентирования аэрофотокамеры и остаточной дисторсии, а также постоянство других характеристик аэрофотоаппаратов в любых условиях их эксплуатации: на малых и больших высотах, при низких и высоких скоростях полета, при использовании пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов.
Так как решение измерительных задач по аэроснимкам требует точного знания элементов внутреннего ориентирования аэрофотокамеры и дисторсии изображения, то топографические аэрофотоаппараты периодически калибруются. Кроме того, в топографических аэрофотоаппаратах дополнительная информация регистрируется наиболее полно.
Аэрофотоаппараты нетопографического назначения применяются для получения аэроснимков с целью их топографического, геологического, ландшафтного и других видов дешифрирования, т. е. опознавания и определения качественной и количественной характеристик изображенных на них объектов. В этом случае решение измерительных задач по аэроснимкам ограничивается определением цифровых характеристик от дешифрированных объектов (глубины оврагов, высоты деревьев и пр.). На этом основании требования к ортоскопии аэроснимков, получаемых этими аэрофотоаппаратами, значительно снижаются.
Общим свойством топографических и нетопографических аэрофотоаппаратов являются одинаково высокие требования к изобразительным свойствам получаемых аэроснимков.
Для увеличения разрешения на местности, улучшения дешифрируемости аэроснимков, что зависит не только от их изобразительных свойств, но и от масштаба аэроснимков, последние в целях детального дешифрирования получают в более крупном масштабе, поэтому аэрофотоаппараты нетопографического назначения для получения крупномасштабных аэроснимков снабжаются более длиннофокусными объективами, чем топографические.
Топографические аэрофотоаппараты для обеспечения более высокой экономической эффективности аэрофототопографического метода создания карт имеют, как правило, широкоугольные, а в ряде случаев даже сверхширокоугольные объективы. Нормальноугольные объективы используются реже.
Как видно, топографические и нетопографические аэрофотоаппараты дополняют друг друга, поэтому аэрофотосъемочный комплекс включает те и другие аэрофотоаппараты. При аэрофотосъемке в картографических целях фотографирование выполняется, как правило, одновременно топографическим и нетопографическим длиннофокусными аэрофотоаппаратами. В этом случае первый считается основным, а второй - дополнительным. Аэроснимки, полученные топографическим аэрофотоаппаратом, используются для фотограмметрических работ, а аэроснимки, полученные нетопографическим длиннофокусным аэрофотоаппаратом, - для топографического дешифрирования.
К аэрофотоаппаратам нетопографического назначения относится также небольшая группа аэрофотоаппаратов, применяемых для обзорной или рекогносцировочной аэрофотосъемки. Это, как правило, сверхширокоугольные аэрофотоаппараты, часто малоформатные.
11. Щелевые АФА. Схема построения изображения.
При щелевом фотографировании (метод щелевой аэрофотосъемки разработан В. С. Семеновым в 1936 г.) изображение местности 1 получается в результате непрерывного экспонирования фотопленки 2, движущейся по направлению летательного аппарата; аэрофотопленка экспонируется при помощи объектива 4 через постоянно открытую щель 3, расположенную в фокальной плоскости объектива перпендикулярно направлению летательного аппарата. Скорости перемещения аэрофотопленки и летательного аппарата согласованы. Результатом фотографирования местности в этом случае являются не отдельные кадры, а сплошная лента - фотографическое изображение маршрута полета летательного аппарата, причем в поперечном направлении (по ширине аэрофотопленки) щелевой снимок представляет центральную проекцию, а в продольном- ортогональную проекцию фотографируемой местности.
Таким образом, в щелевом аэрофотоаппарате светочувствительный материал непрерывно экспонируется через щель, расположенную в фокальной плоскости объектива перпендикулярно к линии полета.
Отсюда можно сделать выводы:
1. Перемещение аэрофотопленки с определенной скоростью в направлении полета летательного аппарата исключает сдвиг, вызывающий нерезкость изображения.
2. Для сохранения заданной выдержки t необходимо с изменением скорости движения аэрофотопленки пропорционально изменять ширину щели, которая обычно изменяется от 1,5 до 10 мм.
3. Допустимая выдержка в щелевом аэрофотоаппарате, определяемая допустимым сдвигом, значительно больше допустимой выдержки при использовании кадровых аэрофотоаппаратов в тех же условиях.
4. В щелевом аэрофотоаппарате затвор отсутствует, регулирование экспозиции производится изменением ширины щели и диафрагмированием.
5. Изображение местности получается в виде сплошной ленты. Щелевые аэрофотоаппараты бывают однообъективные и двухобъективные; они имеют две основные системы механизмов: систему механизмов синхронизации движения аэропленки и систему механизмов регулирования экспозиции (регулирование ширины щели). Управление этими механизмами выполняется в полуавтоматическом или чаще всего в автоматическом режиме работы.
12. Панорамные АФА. Схема построения изображения.
При панорамном фотографировании участка местности 4 используется объектив 3, оптическая ось которого вращается вокруг оси, проходящей через заднюю узловую точку параллельно образующей цилиндра, на котором располагается фотопленка 1. При этом задняя узловая точка находится на оси цилиндра, которая обычно параллельна направлению полета; радиус цилиндра равен фокусному расстоянию объектива. Панорамный аэроснимок получается путем последовательного перемещения щели 2 по поверхности аэрофотопленки и ее экспонирования. По форме это обычно прямоугольный снимок в виде кадра, но экспонирование аэрофотопленки происходит не одновременно, а последовательно в соответствии со скоростью вращения объектива. Таким образом, панорамный аэроснимок представляет собой развертку местности на цилиндрическую поверхность.
Панорамные аэрофотоаппараты бывают прямого сканирования, осуществляемого качанием (вращением) объектива, и косвенного сканирования, осуществляемого вращением призм или зеркал, установленных перед объективом.
Выдержка tск, получаемая в ПАФА, определяется скоростью вращения объектива vоб или скоростью сканирования vск и шириной щели lщ, т. е.
tск = lщ / vск
В современных ПАФА скорость сканирования vск изменяется от 30 до 700 см/с, а ширина щели lщ от 1 до 10 мм; в соответствии с этим величина выдержки изменяется в очень широких пределах - от 1/30 до 1/15000 с.
Особенности панорамных аэрофотоаппаратов:
1. Используется только центральная часть поля зрения объектива, что способствует получению высоких изобразительных свойств панорамных снимков.
2. Скорость поворота проектирующего пучка при сканировании не зависит от путевой скорости W, что позволяет успешно использовать ПАФА для фотографирования с любого летательного аппарата.
3. Большая ширина снимаемой полосы местности (угол панорамирования составляет 140-180°).
4. Необходима точная синхронизация поворота проектирующего пучка с движением аэрофотопленки мимо щели при косвенном способе сканирования.
5. Сравнение ПАФА с многокамерными АФА и АФА в качающих аэрофотоустановках показывает, что трехобъективная система гораздо проще размещается в самолете, чем ПАФА, для вращения объектива или призмы которого необходим люк больших размеров, но аэрофильм, полученный ПАФА, гораздо удобнее для рассматривания, хотя менее удобен для определения координат.
6. Применение ПАФА для картографических целей ограничивается сложностью их калибровки (определение элементов внутреннего ориентирования) и недостаточной геометрической определенностью получаемых аэроснимков, что является следствием механических перемещений частей АФА во время экспонирования (неодновременностью экспонирования всего снимка), однако эти трудности не являются непреодолимыми.
13. Влияние атмосферы на проходящее излучение.
При съемке в отраженных лучах радиационный поток проходит путь от источника излучения до объекта через атмосферу, где происходят его энергетические изменения.
В результате взаимодействия с объектом часть радиационного потока отражается в пространство и имеет иной спектральный состав, поляризацию и энергию. Характер изменений зависит от химических и физических свойств снимаемых объектов. Поэтому отраженный поток электромагнитного излучения несет сведения о свойствах изучаемых объектов.
На пути от объекта до приемника съемочного устройства отраженное излучение объекта подвергается искажению под воздействием различных компонентов, входящих в состав атмосферы. При регистрации собственного излучения оно также подвергается воздействию атмосферы. Излучение радиодиапазона искажается помехами, вызванными в основном радиомагнитным полем Земли, ионосферным и тропосферным влиянием атмосферы на флуктуации прохождения радиосигнала.
В качестве приемников излучения в съемочных системах служат фотографические пленки, фотоэлектрические и термоэлектрические элементы. Если съемку выполняют с помощью радиосъемочной аппаратуры, то для приема радиоизлучения, отраженного от объекта, используют антенны.
Материалы съемок поступают на пункты приема. При выполнении фотографических съемок здесь выполняют фотохимическую обработку фотопленки, изготавливают контактные снимки. При съемке нефотографическими съемочными системами, передающими результаты измерений излучения по радиоканалу, на пунктах приема записывают передаваемую информацию, проводят ее визуализацию и размножают цифровые изображения. На пунктах приема также оценивают изобразительное и фотограмметрическое качество материалов съемок, выполняют фотометрическую и геометрическую коррекцию нефотографической видеоинформации. После этого результаты дистанционного зондирования передают потребителю на фотографических или магнитных носителях. На территории страны существует сеть региональных государственных и негосударственных пунктов приема космической информации. Потребитель информации практически одновременно с проведением съемки может получать интересующие сведения об объектах (так называемая съемка в реальном или близреальном времени).
Как видно, процедура получения видеоинформации достаточно сложная. На каждом этапе происходит искажение электромагнитного излучения, формирующего изображение. Знание особенностей этих искажений позволяет учитывать их при планировании, выполнении съемок или при дальнейшей обработке материалов аэро- и космических съемок.
14.Оптические свойства объектов местности.(единственное что могла найти ,какая то экспедиция)))
Значение оптических характеристик поверхности и атмосферы Земли – информационная основа проектирования и применения авиационных и космических средств видеонаблюдения и съемки. Впервые это было теоретически обосновано и экспериментально подтверждено Г.А. Тиховым (см. «Улучшение фотографической и визуальной разведки», Центральная Аэронавигационная станция, Киев, 1917г.) С тех пор путем, главным образом, наземных измерений определены тысячи спектральных характеристик различных объектов местности; их осредненные значения используются при проектировании средств видеонаблюдения.
Главной задачей воздушной и космической съемки в течение многих лет было и остается сегодня создание и обновление топографических и тематических карт, основой которых являются измерения геометрических характеристик объектов местности по материалам съемки фотограмметрическими методами.
Теория и методы фотограмметрии хорошо разработаны и успешно применяются на производстве. Оптические характеристики при этом используются косвенно по тону, цвету изображения. Всевозможные преобразования снимков направлены на достижение максимально возможного качества изображения с точки зрения визуального дешифрирования снимков. Для этого не требуется знание фактических значений характеристик оптических свойств объектов местности.
В последние годы положение стало изменяться. Проведенные исследования показали: коэффициент зональной яркости (КЗЯ) является эффективным дешифровочным признаком почвенных и растительных покровов Земли, а процесс дешифрирования на основе коэффициента зональной яркости и производных от него величин может быть автоматизирован.
С другой стороны, возросло значение глобального изучения оптических свойств почвенных и растительных покровов, прежде всего в интересах оценки состояния экологии, которое по современным оценкам находится на грани угрозы самому существованию человеческой цивилизации.
Измерение характеристик оптических свойств объектов местности задача существенно более сложная, чем измерение их геометрических характеристик. Последние дискретны и постоянны. Значения оптических характеристик зависит от многих факторов; для определения оптических свойств одного и того же объекта необходимо выполнить множество измерений при разных условиях освещения, состояния атмосферы, в разное время года, при разных состояниях поверхности объектов, то есть объем работ чрезвычайно велик и без автоматизации процесса измерений практически не реализуем.
В 1985-1990г. Госцентр «Природа» выполнил заданную постановлением Совета Министров СССР закрытую работу шифр «Ритуал ГК», в ходе которой было разработано «Руководство по фотограмметрическим измерениям по материалам аэрокосмической фотосъемки».
Были разработаны два способа измерений: визуально-инструментальный и автоматический (машинный). В последнем случае фотоснимок преобразовывался в матрицу значений оптической плотности, которая вводилась в ЭВМ, а на выходе получали матрицу значений и производных от его величин (контраст и деталь яркости смежных элементов местности), соответствующих значению оптической плотности элементов исходной матрицы.
Главная задача КЭ «Фон» ? разработка технологии автоматизированного способа измерения коэффициента зональной яркости и контраста элементов земной поверхности по материалам цифровой оптико-электронной съемки, которая в дальнейшем должна быть реализована на автоматических космических аппаратах. Для решения этой задачи потребуется:
- создание цифровой оптико-электронной видеорадиационной аппаратуры;
- калибровка ее, для осуществления которой потребуется исследование физических и геометрических свойств и определение ряда характеристик оптико-электронных приемников излучения;
- отработка метода автоматического определения коэффициентов зонального пропускания и задымленности атмосферы способом «двух полей» и решения ряда других теоретических и организационно – технических проблем. Реализация новой технологии существенно повысит производительность измерений, позволит приступить к глобальному изучению оптических свойств поверхности и атмосферы Земли.
Новизна эксперимента:
Многозональная видеорадиометрическая съемка с автоматическим определением коэффициента зональной яркости объектов местности впервые будет осуществлена с помощью цифровой оптико-электронной аппаратуры. При этом будут применены оригинальные авторские методики калибровки видеорадиометра и способ автономного определения коэффициентов пропускания из-за задымленности атмосферы. По сравнению с ранее разработанным способом решения этой задачи с помощью фотографической аппаратуры применение оптико-электронных средств съемки улучшит технологический процесс определения оптических характеристик, существенно позволит производительность работ, откроет возможности глобального изучения оптических свойств земной поверхности и атмосферы.
15.Устройствыо кадрового АФА.
В корпусе кадрового АФА расположены объектив, затвор и распределительный механизм. Верхнее основание корпуса является прикладной рамкой,к которой при помощи выравнивающего устройства (прижимного столика и выравнивающего стекла) прижимается в момент экспонирования фотоплёнка. На прикладной рамке нанесены координатные метки, определяющие положение координатных осей аэрофотоснимка. В верхней части корпуса смонтирована кассета II, в нижней - установлены светофильтры и защитная бленда. В кассете размещена плёнка, которая в процессе аэрофотосъёмки перематывается с катушки на катушку '. Корпус аэрокамеры прикреплён к аэрофотоустановке III, которая предназначена для монтирования АФА над люком самолёта, сохранения нужного его положения и уменьшения вибраций, возникающих от работы мотора и толчков при взлёте и посадке. Простейшая аэрофотоустановка III состоит из металлического каркаса в виде кольца и укреплённого внутри него карданного устройства. Каркас опирается на корпус самолёта при помощи пружинных амортизаторов.
Кадровые АФА, которые предназначены для съемки с больших высот.
Имеют оптическую или механическую компенсацию сдвига изображения. К ним относятся АФА - МК, НАФА - МК /ночной/, АФА -42, АФА - 40.
Кадровые АФА без компенсации сдвига изображения относятся к группе специальных АФА. Отличаются небольшими размерами кадров /менее 18 х 18 см/ и небольшими фокусными расстояниям аэрофотообъективов. К ним относятся АФА - 39, АФА - БА.
16. Фотографический объектив и его характеристики
Современный фотообъектив является сложным оптическим прибором, который дает действительное изображение фотографируемых предметов. Он состоит из ряда специально подобранных положительных и отрицательных линз, имеющих одну общую главную оптическую ось и заключенных в оправу. Линзыфотообъективов изготавливаются из специального оптического стекла, которое обладает высокой степенью прозрачности и однородности.
От качества фотообъектива зависит и качество изображения.
Основными характеристиками объектива являются: фокусное расстояние, светосила, угол изображения, разрешающая сила, глубина резкости и рабочий отрезок.
Фокусное расстояние объектива – это расстояние от задней главной точки объектива до заднего главного фокуса. Так как объектив представляет собой собирающую оптическую систему, то у него, как и у собирающей линзы, фокусное расстояние является величиной постоянной. Исключение составляют объективы с переменным фокусным расстоянием.
От величины фокусного расстояния объектива зависит масштаб изображения, который при съемке с одного и того же расстояния будет тем больше, чем больше фокусное расстояние объектива.
Фокусное расстояние нормального объектива примерно равно диагонали даваемого им кадра. У длиннофокусных объективов, предназначенных для съемки с дальних расстояний, оно гораздо больше диагонали кадра, а у короткофокусных – меньше.
Величина фокусного расстояния объектива гравируется на его оправе в сантиметрах или миллиметрах.
Светосила фотообъектива определяется его способностью создавать определенную яркость изображения. Светосила зависит от относительного отверстия объектива – отношения диаметра действующего отверстия объектива к его фокусному расстоянию.
Действующее отверстие фотообъектива уменьшается с помощью ирисовой диафрагмы, которая состоит из серповидных стальных пластинок, прикрепленных к подвижному металлическому кольцу, охватывающему оправу объектива. При вращении кольца пластинки плавно поворачиваются, изменяя диаметр действующего отверстия объектива и сохраняя при этом его круглую форму.
Поскольку диафрагма изменяет диаметр действующего отверстия объектива, то каждому отверстию диафрагмы будет соответствовать свое относительное отверстие. На оправе объектива наносится шкала значений относительных отверстий при различной степени диафрагмирования. Эта шкала называется шкалой диафрагм.
В настоящее время принят стандартный ряд значений относительных отверстий – 1 : 0,7; 1 : 1; 1 : 1,4; 1 : 2; 1 : 2,8; 1 : 4; 1 : 5,6; 1 : 8; 1 : 11; 1 : 16; 1 : 22; 1 : 32. Этот ряд подобран так, что при переходе от одного относительного отверстия к другому величина выдержки изменяется вдвое. На шкале диафрагм проставляется только знаменатель, начиная с числа, соответствующего полному открытию диафрагмы. Первое значение относительного отверстия объектива не всегда соответствует стандартному ряду.
Светосила фотообъектива прямо пропорциональна квадрату диаметра его действующего отверстия, потому что чем больше площадь отверстия объектива, тем больше будет поступать света от фотографируемого объекта на светочувствительный материал, а следовательно, будет больше яркость оптического изображения.
Угол изображения объектива. Если через фотографический объектив спроецировать изображение предмета на экран, то изображение на экране получится неравномерно освещенным и неодинаково резким. В центральной части круга изображение будет более резким и равномерно освещенным, к краям же резкость и освещенность изображения уменьшаются.
Световой круг, охватывающий видимую часть изображения, называется полем зрения объектива, а угол, определяющий поле зрения – углом зрения объектива.
Центральная часть поля зрения, в пределах которой изображение получается достаточно резким и равномерно освещенным, называется полем изображения, а соответствующий ему угол – углом изображения.
В зависимости от угла изображения объективы делятся на три группы: нормальные – 45-60º; широкоугольные – от 70º и больше; длиннофокусные – от 30º и меньше.
Разрешающая сила фотообъектива – это его способность передавать в оптическом изображении очень близко расположенные мелкие детали объекта съемки. Она выражается максимальным числом линий, раздельно различаемых на 1 мм изображения.
Разрешающая сила объектива зависит от его относительного отверстия. Она возрастает с его уменьшением, достигает максимума при относительном отверстии 1 : 8, 1 : 11, а затем уменьшается.
Глубина резкости – это способность объектива давать достаточно резкое изображение предметов, расположенных на различных расстояниях от него.
Глубина резкости фотообъектива зависит от ряда факторов. Она тем больше, чем меньше отверстие диафрагмы. На глубину резкости объектива влияют величина главного фокусного расстояния, расстояния от объектива до предмета, по которому определяется резкость, и заданная степень резкости. Она тем больше, чем меньше главное фокусное расстояние объектива и чем дальше от объектива находится плоскость наведения на резкость.
При съемке удаленных объектов объектив устанавливается на бесконечность. В этом случае получается резким изображение не только удаленных предметов, но и предметов, расположенных сравнительно недалеко от объектива. Расстояние от объектива до ближайших предметов, которые получаются резкими в изображении при установке объектива на бесконечность, называетсягиперфокальным.
Гиперфокальное расстояние обладает такой особенностью, что если объектив навести на резкость по предметам, расположенным на гиперфокальном расстоянии, то передняя граница резкости вдвое приблизится к объективу. В этом случае резким окажется изображение всех предметов, расположенных на расстоянии от половины гиперфокального расстояния до бесконечности.
17. Фотохимическая обработка.(негативный и позитивный процесс)
Негативный процесс.
Негативный процесс – это процесс обработки экспонированных фотоматериалов в фотографических растворах. Негативный процесс в фотографии, являясь первым звеном в цепи фотохимических реакций проявления скрытого фотографического изображения, чрезвычайно сложен и трудоемок. Состоит из пяти последовательных операций:
1)проявление скрытого изображения;
2)промежуточная промывка;
3)закрепление проявленного изображения (фиксирование);
4)окончательная промывка;
5)сушка.
Для осуществления негативного процесса пленка предварительно помещается в фотобачок. Эта операция проводится, как правило, в темной комнате или в светозащитном рукаве.
Бачок представляет светонепроницаемую конструкцию, состоящую из корпуса, крышки и катушки. Фотопленка размещается на катушке со спиральными пазами, которые предотвращают ее слипание и обеспечивают доступ обрабатывающих растворов ко всем участкам пленки. По своей конструкции катушки могут быть односпиральные (спираль на одной щеке катушки, вторая щека гладкая) и двухспиральные (спирали имеются на обеих щеках катушки). Выступающий из бачка конец катушки снабжен ручкой, за которую она при обработке проворачивается вокруг собственной оси. обеспечивая перемешивание растворов.
Проявление осуществляется в проявителях, представляющих собой водные многокомпонентные растворы, реже пасты. В состав проявителя входят:
1)проявляющие,
2)ускоряющие,
3)сохраняющие (антиокислители),
4)противовуалирующие вещества,
5)иногда активаторы, растворители галогенидов серебра, дубители, поверхностно-активные вещества (смачиватели), спирты и др.
Проявляющие вещества - это химические соединения, которые избирательно восстанавливают ионы серебра до атомарного состояния в экспонированных микрокристаллах галогенида серебра, образуя видимое изображение. Наиболее широко применяются органические проявляющие вещества: метол, гидрохинон, фенидон, глицин, амидол, парафенилендиамин, пирокатехин. Проявляющие вещества в водных растворах образуют ионы водорода. Концентрация этих ионов, мерой которых является величина рН. влияет на скорость восстановления галогенидов серебра до металлического серебра.
Ускоряющие вещества (щелочи) повышают активность проявляющих веществ и скорость процесса проявления. С увеличением рН проявляющего раствора скорость проявления растет. Ускорение процесса проявления достигается введением в проявитель углекислого натрия, углекислого калия (К2СО, - поташ), тетраборнокислого натрия, едких щелочей - гидратов окисей натрия и калия (N8014, КОН) и др. Кроме увеличения величины рН ускоряющие вещества стабилизируют уровень рН в течение срока службы проявляющих растворов.
Сохраняющие вещества (антиокислители) предохраняют проявляющие вещества от окисления кислородом воздуха и поддерживают постоянство концентрации активной формы проявляющего вещества. В качестве сохраняющих веществ наиболее часто применяют сульфит натрия, в некоторых случаях используют гидроксиламин, аскорбиновую кислоту, метабисульфиты щелочных металлов.
Противовуалирующие вещества предотвращают рост вуали, поскольку повышают избирательную способность проявителя, которая заключается в меньшем замедлении проявления изображения на экспонированных участках фотоматериала и в сильном замедлении проявления вуали. Наиболее широкое применение в качестве противовуалирующих веществ находят бромистый калий, бензотриазол, 5-метилбензотриазол, йодистый калий и др. К сожалению, большие концентрации противовуалирующих веществ приводят к растворению галогенидов серебра, которые в растворенном состоянии проявляются легче, чем в форме кристаллов, что приводит к росту вуали.
Специальные добавки. С целью повышения чувствительности и ускорения процесса проявления в проявители вводят активаторы проявления (этиленгликоль, гидразин, спирты и др.): растворители галогенидов серебра (тиосульфаты и тиоцианаты щелочных металлов); дубители - вещества, способствующие повышению механической прочности эмульсионного слоя фотоматериалов для предохранения его от чрезмерного набухания в обрабатывающих растворах и предотвращения его отслаивания от подложки (алюмокалиевые и хромокалиевые квасцы, формалин и др.); поверхностно-активные вещества (добавляемые для улучшения равномерности проявления).
Время проявления экспонированного негативного материала зависит от самого фотоматериала, состава проявляющего раствора, степени его отработанности, температуры и интенсивности перемешивания.
Свойства проявленного фотографического изображения в значительной степени зависят от скорости проявления. При быстром проявлении достигается высокий контраст изображения при значительной оптической плотности сильно экспонированных участков. При медленном проявлении (например, в выравнивающем проявителе) увеличивается фотографическая широта фотоматериала, что позволяет регулировать контраст изображения. Скорость проявления влияет также на зернистость изображения, которая при медленном проявлении уменьшается, при быстром - увеличивается.
Стандартная температура проявления 20°C. С увеличением температуры проявителя скорость проявления возрастает, быстрее достигается максимальное почернение, высокий контраст, но при этом увеличивается фотографическая вуаль. При температуре проявителя 17-18°C процесс существенно замедляется, требуется увеличение времени проявления в 1,5 раза, при 10-11°C процесс проявления практически останавливается (в этих случаях пользуются проявителями для низких температур).
Существенное влияние на ход проявления оказывает перемешивание раствора, при котором от поверхности фотослоя отводятся продукты реакции, в результате чего процесс протекает более интенсивно за счет активной диффузии проявляющих веществ, предупреждается возникновение пограничных эффектов проявления, искажающих изображение. Но существуют способы проявления без перемешивания раствора (например, голодное проявление), обеспечивающие хорошую проработку деталей изображения.
С увеличением времени проявления растут светочувствительность фотоматериала и контрастность изображения, но и повышается плотность вуали. Можно воспользоваться значением времени проявления, указанным на упаковочной коробке фотопленки, однако напоминаем, что это значение времени проявления завод-изготовитель предписывает для стандартных процедур обработки (определенная рецептура проявляющего раствора и температура проявителя 20°C).
Для того чтобы учесть все факторы, влияющие на качество изображения, получаемого при проявлении, его время можно определить опытным путем по пробе. Для этого засвеченный кусочек пленки, которую предстоит проявить (обычно зарядный конец, дополнительно засвеченный на ярком свете), наполовину погружают в проявитель. При этом эмульсионный слой погруженного конца пленки впитывает проявитель и поэтому становится светлее, а затем вследствие проявления темнеет, сначала сравнивается по оттенку с непогруженной частью пленки, а затем быстро становится более темным. При помощи секундомера или часов с секундной стрелкой определяют время в секундах, за которое погруженный кусочек пленки сравнивается по оттенку с непогруженным, делят его значение на 3 и получают время проявления в минутах данной пленки в данном проявителе при данной температуре. Например, если указанное время 45 с, время проявления составит 15 мин.
Следует еще раз подчеркнуть, что для получения качественного мелкозернистого изображения процесс проявления необходимо вести медленно, его время должно быть не менее 10мин. Этому требованию соответствуют проявители для фотопленок. Если же имеется только проявитель для фотобумаги (время проявления в котором менее 5 мин), его необходимо разбавить чистой водой комнатной температуры в 2-3 раза, после чего определить по пробе время проявления.
Несенсибилизированные, ортохроматические и изоортохроматические фотоматериалы обрабатывают в фотографических растворах при красном свете, а панхроматические - при темно-зеленом освещении. Изопанхроматические фотоматериалы обрабатывают в полной темноте.
Промежуточная промывка предназначена для удаления проявляющего раствора из фотослоя перед переносом проявленной пленки в закрепитель. Время промывки 30-60с в проточной воде, если проточная вода отсутствует, то воду в фотобачке необходимо заменять 5-6 раз.В некоторых случаях (при обработке пленки в скоростных, сверхскоростных, сверхконтрастных и высокотемпературных проявителях) после проявления используется операция прекращения проявления или стоп-ванна (раствор кислой соли либо слабой кислоты) для нейтрализации проявителя.
Процесс закрепления или фиксирования полученного при проявлении изображения состоит из двух стадий:
1)растворение непроявленных галогенидов серебра с образованием комплексных солей серебра и натрия;
2)удаление этих солей из эмульсионного слоя.
На каждую из этих стадий уходит примерно одинаковое время. Окончание первой стадии закрепления можно установить по осветлению негатива - исчезновению из фотослоя видимых следов молочно-мутного галогенного серебра. После этого необходимо дать возможность растворимым солям серебра диффундировать из фотослоя.
Скорость закрепления зависит от состава и концентрации фиксирующего раствора, степени его истощения, температуры и перемешивания.
Основой всех закрепителей является водный раствор тиосульфата натрия. С повышением процентной концентрации тиосульфата натрия растет скорость закрепления, достигая максимума в 40%-ном растворе. Дальнейшее увеличение концентрации снижает скорость закрепления.
С повышением температуры раствора возрастает и скорость фиксирования, однако с ростом температуры снижается механическая прочность желатинового слоя. Наиболее приемлемой температурой считается 18-20°C и время 10\15.мин.
Окончательная промывка негативов после закрепления необходима для вымывания из фотослоя тиосульфата натрия, который впоследствии может вызвать постепенное пожелтение и выцветание изображения. Время промывки в проточной воде примерно 30 мин. при температуре воды 20°C. С понижением температуры время промывки увеличивается: при 10°C - 40 мин., при 5°C -50 мин., при 0°C - 1 час. При повышении температуры время промывки снижается, например, при 35°C время уменьшается до 10мин. Более высокие температуры снижают механическую прочность желатинового слоя фотопленки.
Позитивный процесс.
Позитивный процесс - завершающая стадия химико-лабораторной обработки фотоматериалов, в процессе которой изготавливаются фотографические снимки. Позитивное фотографическое изображение может быть получено на фотобумаге, позитивной пленке или диапозитивной фотопластинке.
Процесс получения позитивных изображений с негатива включает две основные группы операций:
1)фотопечать;
2)химико-фотографическую обработку экспонированного позитивного материала.
Экспонирование фотобумаги можно произвести контактным или проекционным способами. В первом случае эмульсионный слой негатива соприкасается с эмульсионным слоем фотобумаги. Во втором изображение негатива проецируется на лист фотобумаги с помощью фотоувеличителя.
При контактном способе размер отпечатка соответствует размеру негатива, как и резкость изображения. При проекционном способе размер изображения на фотобумаге может быть любым, больше или меньше размера негатива, однако, в связи с тем, что негативы имеют малые размеры, в процессе печати используется увеличение изображения. При этом резкость изображения снижается, а дефекты становятся заметнее.
Контактную печать применяют в основном для получения контрольных отпечатков, по которым достаточно легко можно выбрать наиболее удачный снимок, в некоторых случаях контактная печать применяется при проведении криминалистических экспертиз и при размножении снимков.
В экспертной практике широкое распространение получили отечественные приборы для контактной печати КП-8 и КП-11М. Для контактной печати можно использовать также копировальные рамки различной конструкции.
Для проекционной печати применяют фотоувеличители двух типов, различаемые по принципу освещения негатива:
1) конденсорные (направленного света);
2) увеличители с мягким, рассеивающим светом.
Большинство современных увеличителей - конденсорного типа, поскольку они позволяют получать яркое и четкое увеличенное изображение. Вместе с тем эти приборы обладают и некоторыми недостатками: они четко воспроизводят зернистость и все механические дефекты негативного изображения, а также требуют тщательной центровки осветительной лампы.
Фотоувеличители различных моделей отличаются друг от друга лишь конструктивным выполнением отдельных узлов, но все они вертикального типа с проекцией изображения на горизонтальный экран, на котором удобно располагать фотобумагу.
Равномерность освещенности поля изображения контролируют визуально. Для этого корпус увеличителя устанавливают на среднем расстоянии от экрана, в негативную рамку помещают какой-либо негатив, на экран увеличителя укладывают лист белой бумаги по размеру больший, чем поле изображения, и, включив в увеличителе лампу, производят наводку объектива на резкость. Далее из негативной рамки вынимают негатив и рассматривают освещенность листа бумаги, лежащего на экране. Если для глаза незаметна неравномерность освещенности листа, центрировать лампу не нужно, а требуется лишь установить ее на оптимальном расстоянии от конденсора - приближение лампы к конденсору и ее удаление должны вызывать в равной степени ухудшение равномерности освещения листа бумаги.
18. Состав и структура светочувствительных слоев.
Фотоэмульсионный слой или светочувствительный слой — взвесь (суспензия) светочувствительных микрокристаллов (зёрен) галогенида серебра в твёрдом растворе защитного коллоида, чаще всего фотографической желатины. Фотографическая эмульсия представляет собой при температуре выше 40°С вязкую жидкость, которая с понижением температуры превращается в студень. Она наносится на стекло, целлулоидную пленку и бумагу в виде тонкого слоя, который после высушивания образует светочувствительный слой фотоматериала.
Физическое созревание
Первое созревание — физическое — заключается в выдерживании фотографической эмульсии при постоянной температуре и помешивании. За время созревания происходит непрерывное уменьшение числа микрокристаллов и увеличение их среднего размера, вызываемое растворением более мелких кристаллов и роста за их счёт более крупных. Фотографическая желатина во время эмульсификации и первого созревания препятствует слипанию микрокристаллов галогенидов серебра и их выпадению на дно сосуда.
После завершения первого созревания фотографическая эмульсия студенится понижением температуры, затем измельчается в продолговатые кусочки — «червяки», которые несколько часов промывают проточной водой. Промывка нужна для удаления побочных веществ: аммиака, азотнокислого калия, избытка бромистого калия и других веществ, образовавшихся при эмульсификации.
У некоторых видов эмульсий для фотобумаг промывка исключается из производственного цикла.
Химическое созревание
После завершения промывки следует стадия второго, или химического, созревания. Во время его на поверхности эмульсионных микрокристаллов, сформированных в первом созревании, происходят химические процессы. Они заключаются во взаимодействии бромистого серебра с примесями, содержащимися в желатине, в результате чего образуются центры созревания, которые состоят из ничтожно малых количеств металлического и сернистого серебра. Под влиянием температуры центры созревания постепенно перерастают в центры светочувствительности, наличие которых обусловливает светочувствительность. После завершения второго созревания эмульсия вновь студенится и хранится при температуре 4-6 °C до нанесения на подложку.
Полив
Процесс подготовки эмульсии к поливу заключается в ее расплавлении до жидкого состояния, фильтрации и введения следующих веществ:
Когда физико-химические свойства эмульсии достигнут заданных параметров, её с помощью поливочных машин наносят на соответствующую подложку и подвергают сушке при строго определённой температуре и влажности. Особое значение при сушке имеет воздух, который тщательно очищается от пыли. Нарушение режима сушки и её продолжительности даёт брак.
Состав и расходы фотоэмульсии
Готовая эмульсия содержит обычно по весу около 6 % сухой желатины и 4 % галоидного серебра. На каждый квадратный метр готовых негативных материалов расходуется от 12 до 15 г, а позитивных — от 1,5 до 8 г серебра.
19. Аэрофотопленка .Сенсиметрические характеристики.
Аэрофотоплёнка имеет в качестве светочувствительного слоя эмульсию, содержащую кристаллы галоидного серебра. Химическая обработка фотоматериалов и их дешифрирование выполняются наземной службой. На некоторых типах ЛА фотоматериалы могут автоматически обрабатываться на борту во время полёта, а также сбрасываться на землю в специальных контейнерах. Распространённая аэрофотоплёнка Тип 15 имеет светочувствительность 700 ед. ГОСТ, Тип 17 — 350 ед., Тип 18 — 90 ед., и Тип 20 — 350 ед.
Сенсиометрические характеристики определяют свойства фотоэмульсионного слоя реагировать на поступающий на него при съемке световой поток. Эти характеристики для каждой фотоэмульсии получают в результате сенсиометрических исследований. Учение о методах исследований сенсиометрических характеристик светочувствительных материалов называют фотографической сенсиометрией.
Собственно характеристики:
- световой поток F-мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению; 1 люмен-зрительное ощущение, создаваемое 0,0016 Вт лучистой энергии при дли не волны 556 нм;
- сила света J-отношение светового потока к телесному углу, в котором он распространяется: J=1лм/1стер=1 свеча, 1 стерадиан-телесный угол П=57,3 градуса;
-яркость B – характеристика светящихся тел, равная отношению силы света в данном направлении к площади поверхности источника, видимой по этому направлению, измеряется в системе СИ в нитах (нт);
-освещенность Е – отношение светового потока к величине поверхности (распределение светового потока по площади), измер. В люксах (лк);
-выдержка (время освещения) t – время, в течении которого фотографический слой подвергается непрерывному воздействию света;
-экспозиция – количество световой энергии, поступающей на светочувствительный слой; определяется как произведение освещенности Е на время освещения t;
- оптическая плотность D – мера фотографического почернения светочувствительного слоя.
D=lg(1/T)= lg Q, где Т-коэффициент пропускания (прозрачности); Q-коэффициент непрозрачности.
20.критерии отражательной способности объектов аэроландшафтов
Аэроландшафт-совокупность объектов, как искуственного, так и естественного происхождения, расположенные на земной поверхносте, наблюдаемые с летательного аппарата. Критерии:
-коэффициент спектральной яркости(r)-отношение яркости объекта к яркости белой, идеально рассеюващей поверхности находящейся в тех же условиях освещения и наблюдения;
-контраст объектов-возможность выявлять визуально и по снимкам, во многом определяется по их различиям;
-интервал яркости-определяется как десятичный логорифм отношения La=Lg*Bmax-Bmin/Bmax
-деталь яркости объекта-оценка различий яркости двух соседних элемнтов одного и того же объекта фотографирования
21.деформации, возникающие при построении изображений АФА
В идеальной центр. проекц. точка изобр., центр проекции и точка местности наход. на одной прямой- УСЛОВИЕ КОЛЛИНЕАРНОСТИ.
Основные факторы, вызывающие нарушение условий коллинеарности проектирующих лучей, проявляют свое действие совместно. Исключить или уменьшить их влияние можно путем выбора соотв съемочных средств и условий проведения съемок или учитывая их при фотограм обработке.
а)Рефракция света в атмосфере. Атмосфера – некая среда, состоящая из газов, водяных паров, механических включений. 1) условие коллиниарности – условие для фотограмметрии(рис: от поверх земли до снимка проходит луч, проходящий через S). 2) условие изоморфизма – условие для дешифр. В(объект) стрелка в обе стороны D(цвет).
ИИ(источник излучения) – объект. Атмосфера на излучение воздействует двояко: 1) изменяет спектральный состав проходящего излучения. 2) геометрическое искажение излучение, нарушение прямолинейности в лучах.
б) рефракция в защитном стекле фотолюка. В результате разности температур и давления воздуха на внешней поверхности стекла люка защитное стекло прогибается, возникает кривизна и клиновидность. Происходит отклонение луча ,что вызывает дефокусировку камеры и искажает ортоскопию изображения.
в) рефракция в светофильтре вызвана не параллельностью его сторон, в зависимости от качества изготовления может достигать несколько мкм.
г) дисторсия объектива аэрофотоаппарата. В топо графич АФА дисторсия равна 2-3мкм, в нефото –сотые доли мм.
д)фото смаз изображения. Вызван линейными и угловыми перемещениями оптического изображения относительно фотопленки при фотографировании ,в зависимости от метода фотограмметрической обработке снимов допускается в пределах 0,02-0,05мм.
е) отклонение поверхности аэрофотопленки от фокальной плоскости АФА. Определяется размером зазора между светочувствительными слоем и плоскостью прикладной рамки и составляет 5-30 мкм.
ж) остаточная погрешность выравнивания пленки в плоскость. Для уменьшения геометр искажений и повышения резкости изображения в АФА пленка перед экспонированием выравнивается в плоскость. Погрешность выравниваея зависит: от способа выравнивания пленки, клиновидности, отлщины и размера прогиба выравнивающего стекла. В центральной части невыранивание пленки вызывает смещение изображение на 2-2,5 мкм, а на краю м.б. 150 мкм.
з0) неравномерность толщины фотоэмульсионного слоя в аэропленке. При ее изготовлении фотоэмульсионный слой наносят на основу. Толщина слоя в пределах снимка неодинакова. Для пленок на триацетатной основе изменение толщины эмульсионного слоя не превышает 2мкм на 10 мм. Смещение точки изображения в центральной части снимка примерно равна 2 мкм, на краю м.б. 20 мкм. Деформация пленки после сушки после фотохим обработки и хранения снимков.
22. условия правильного фотографирования.
23. особые условия проведения съемок городских территорий.
Аэрофотосъемку городов и крупных поселений городского типа выполняют с учетом некоторых особенностей организации полетов и технических требований к получаемым изображениям фотографируемых территорий.
Важный этап подготовки проведения летно-съемочных работ — согласование режима полетов над территорией города. При этом утверждают сроки, время суток и минимально допустимую высоту аэрофотографирования, воздушные коридоры подлета к участку съемки, типы аэросъемочных летательных аппаратов.
Технические параметры и условия проведения аэрофотосъемки определяются спецификой городского ландшафта. Это прежде всего значительная плотность высотных объектов (зданий и сооружений), которые при съемке кадровыми АФА закрывают определенные участки местности, так называемые «мертвые зоны». Помимо «мертвых зон» высотные объекты создают тени, длина которых пропорциональна их высотам и обратно пропорциональна высоте солнца. Участки местности, находящиеся в «мертвых зонах» и закрытые тенью, в большинстве случаев становятся недоступными для изучения по аэрофотоснимкам. Кроме того, на снимках недостаточно полно отображаются линии электропередачи, связи, колодцы теплосетей, водопроводов и других коммуникаций.
Особенности городского ландшафта предъявляют специальные требования к проведению аэрофотосъемки:
для уменьшения «мертвых зон» аэрофотосъемку проводят с продольным перекрытием снимков и поперечным перекрытием и более;
если аэрофотоснимки в дальнейшем будут использовать для получения только плановых координат (X, У) точек местности (например, при инвентаризации земель), то применяют аэрофотоаппараты с длиннофокусным объективом высокой разрешающей способности;
для улучшения изобразительных свойств аэроснимков применяют аэрофотопленки с высокой разрешающей способностью и большой фотографической широтой; фотохимическую обработку экспонированной аэрофотопленки проводят в мелкозернистом проявителе. Для проработки изображений деталей объекта в тенях коэффициент контрастности проявленного изображения должен быть равен 1,0 ± 0,2;
для уменьшения влияния теней от высотных объектов съемку проводят при максимально возможных высотах солнца. Если позволяют погодные условия, выполняют так называемую съемку «под зонтиком» — летательный аппарат находится ниже сплошной высокой облачности. При этом объект съемки освещается только рассеянной радиацией и поэтому теней практически не образуется.
24 оценка качества материалов аэрофосъмки
Оценка качества - выполняют с целью выявления соотв. реально получаемых результ. требованиям техн. задания и существ. нормативам, знач. которых опред. инструкц. и наставлениями. Делится на:
-фотографическое (зависит от сост. атмосферы,освещ. объекта съемки, техн. услов. провед. аэрофотограф. ,фотохимической обработки)При визуальной оценке не должно быть обнаружено изобр.облаков,теней от них,бликов,ореолов.Изобр должно быть резким,с хорошей проработкой деталей.(можно исп.снимки эталоны)
-фотограмметрическое
а)продольное и поперечное перекрытие
Поперечн-перекрытие сосед. снимков(мин. 20%),Продольно-перекрыт. одного маршрута.(мин перекрыт. 56%)
б)непрямолинейность - Отношение стрелки прогиба к длине маршрута(в %)
Она не должна превышать 2% при высоте фотограф. H >750м,и 3% если H <750м
в)Елочка-разворот снимка относительно направления маршрута.Можно опр. 2мя способами
г)Углы наклона опр. по изобр кругового уровня в одном из углов снимка.Если его нет,то углы накл. опред.фотограмметр.способом (приплановой съемке не более 3град.)
д)Высота фотографир. - опред. по измерен. базисам на накидном монтаже и топограф. карте. H=fdk(к мал)*M/dнм(нм мал)
dk-базис на карте,M-знаменатель масштаба карты,dнм-базис на накидном монтаже.
е)Обеспеченность границ участка съемки и проверка наличия аэрофотоснимков,покрывающих всю террит. границ участка съемки. Контроль выполн по накидным монтажам.Для этого опон. поворотные точки границ участка и сравн с обозначенными проектн. границами на топограф. плане.
.
Оценка качества производится в журнале по фотографическому качеству(хор, отл.)фотограмметрическому качеству, кот вкл проценты перекрытия продольное и поперечное, «елочку», прямолинейность и угол наклона.
Фотографическое качество зависит от состояния атмосферы, освещения объекта съемки, технических условий проведения аэрофотографирования, фотохим обработки. При визуальной оценке не должно быть механических повреждений, изображений облаков ,их теней. Изображение должно быть резким. При визуальном способе используют ля сравнения снимки – эталоны – это снимки, фотографическое качество кот оценено экспертами. Оценивается фотографическое качество по 4х бальной шкале: неудовлет, удовлет, хорошо, отл.
Определение не прямолинейности маршрута можн так. На каждом маршруте отмечается положение главных точек крайний и среднего аэрофотоснимка. Главная точка закрыта после снимками. Чтобы главные точки можно было использовать в дальнейшем необходимо перенести их на верхние снимки или удалить закрывающие их снимки. Затем соединяют главнее точки крайних снимков и измеряют длину маршрута L. Измеряют длину стрелки прогиба каждого маршрута. Стрелкой прогиба назыв уклонение главной точки наиболее удаленного снимка от линии соединяющей главные точки крайних снимков маршрута. Отношение стрелки прогиба к длине маршрута, выраженное в процентах, есть не прямолинейность маршрута: n=1*100%/L. Величина не прямолинейности маршрута не должна превышать 2 % при высоте фотографирования H > 750 м и в масштабе мельче 1:5000. И не более 3% если Н< 750 м и крупнее 1:5000.
Елочку определяется 2 способами. Первый – путем измерения угла между линией ХХ, соединяющей координатные метки снимка, и базисом фотографирования. Второй – измерение угла между осью маршрута и поперечной стороной снимка. Допустимые углы елочки при фокусном расстоянии 100, 140, 200, 350 и 500мм соот равно 5, 7, 10, 12, 14 градусам.
Углы наклона снимка. В углах снимка имеется изображение круглого уровня ,то по положению пузырька можно определить приблизительное значение углов наклона. Цена деления круглого уровня равна 0,5. При плановой съемке углы наклона не должны превышать 3.
Определение среднего масштаба аэрофотоснимков. В углах накидного монтажа выбирают 4 контурные точки, уверенно опознающиеся на топо карте. В качестве контурных точек используется изображение углов заборов, пересечения тропинок, канав, углы лесных массивов и т.п. измеряют диагонали 4хугольника, образуемого контурными точками, на накидном монтаже и топо карте. Знаменатель масштабов снимков по формуле: m=LM/1(M –знаменатель масштаба).
Фактическую высоту фотографирования. Для этого используют полученный средний масштаб снимков m и формулу 1/m=f/H.
25.продольное и поперечное перекрытие снимков. Требования к величинам перекрытий.
перекрытие фотоснимков в процессе аэрофотосъемки по маршруту (а) (продольное перекрытие) и между двумя смежными маршрутами (б) (поперечное перекрытие) с целью исключения разрывов в изображаемой на них местности и возможности получения стереоскопического эффекта.
Допустимое минимальное продольное перекрытие - 56 %, оптимальное - 60, в горной местности - 70 %. Правильность продольного перекрытия проверяется соответствием фактического и расчетного количества снимков в маршруте.
Схема продольного (а) и поперечного (б) перекрытий в маршрутах полетов при аэрофотосъемке площади лесов. Допустимое минимальное поперечное перекрытие -- 20 %, оптимальное -- 30 %. Проверка поперечных перекрытий аэрофотоснимков выполняется по измерениям аэрофотоснимков соседних маршрутов при совмещении перекрывающейся части маршрута.
При двухкамерной аэрофотосъемке минимальное поперечное перекрытие на первом аэрофотоаппарате должно быть 30, а на втором -- 15 %.
Перекрытие аэрофотоснимков в направлении маршрута съемки называется продольным и обозначается буквой p.
Перекрытие аэрофотоснимков смежных маршрутов называется поперечным и обозначается буквой q.
Величины перекрытий выражаются в процентах относительно размера соответствующей стороны аэрофотоснимка.
Продольное и поперечное перекрытия необходимы для связи аэрофотоснимков в общую систему при их фотограмметрической обработке.
26.оценка фотографического качества материалов аэрофотосъёмки.
Фотографическое качество зависит от состояния атмосферы, освещения объекта съемки, технических условий проведения аэрофотографирования, фотохимической обработки. При визуальной оценке на аэрофотонегативах не должно быть обнаружено механических повреждений, изображений облаков, теней от них, бликов, ореолов. Изображение на снимках должно быть резким, с хорошей проработкой деталей в светлых и темных участках. Оптическая плотность (тон) и контрастность должны соответствовать нормативам. При визуальном способе для сравнения можно использовать снимки-эталоны, т. е. снимки, фотографическое качество которых оценено высококвалифицированными специалистами-экспертами. Применение приборов позволяет более точно и объективно оценить фотографическое качество аэрофотоизображений.
27. оценка фотограмметрического качества материалов аэрофотосъёмки.
Фотограмметрическое качество материалов аэрофотосъемки оценивают по следующим критериям.
1. Определение продольных и поперечных перекрытий. Величину перекрытий определяют с помощью специальной линейки, позволяющей измерять перекрытия в процентах. Если аэрофотосъемка выполнена с продольным перекрытием 60 или 80%, то минимальное значение перекрытия допускается соответственно 56 и 78 %. Минимальное поперечное перекрытие допускается 20 %. Обычно определение перекрытий выполняют по накидному монтажу.
Накидным монтажом называют временное соединение контактных снимков, осуществляемое совмещением (наложением) их перекрывающихся частей. В результате получают непрерывное фотографическое изображение снятой территории.
Снимки укладывают и закрепляют на специальных деревянных щитах, иногда покрытых пробковым слоем. При 80 % перекрытия снимки укладывают через один, при 90 % — через два. Независимо от величины продольного перекрытия обязательно используют крайние снимки маршрутов. Укладывают снимки так, чтобы номера снимков были видны на накидном монтаже. Снимки размещают на щите так, чтобы их номера располагались горизонтально. Номер может быть в правом верхнем углу или на южной (нижней) стороне снимка.
Первый закрепленный снимок укладывают на второй из данного маршрута так, чтобы максимально точно совместить изображения их перекрывающихся частей. Совмещают изображения способом «мельканий». Суть этого способа заключается в том, что на предыдущий снимок укладывают последующий так, чтобы изображения их перекрывающихся частей примерно совпали. Затем верхний снимок многократно в быстром темпе отгибают и прижимают к нижнему. При неточном совмещении снимков наблюдаемые изображения объекта будут перемещаться. Возникает эффект мультипликации. Для устранения перемещения положение верхнего снимка уточняют, сдвигая в нужном направлении. После закрепления второго снимка аналогично укладывают остальные снимки маршрута. Снимки второго и последующих маршрутов укладывают также способом «мельканий», добиваясь совмещения изображений как в зонах продольных, так и поперечных перекрытий. При 30%-м поперечном перекрытии монтируют все маршруты, при 60%-м — через маршрут. При значительной территории съемочного участка составляют несколько накидных монтажей, каждый из которых, как правило, покрывает четыре смежных трапеции.
После этого измеряют уклонение от этой прямой главной точки наиболее удаленного снимка. Это уклонение называют стрелкой прогиба маршрута. Отношение стрелки прогиба к длине маршрута, выраженное в процентах, есть непрямолинейность маршрута:
Непрямолинейность маршрута не должна превышать 2 % при высоте фотографирования более 750 м и в масштабе съемки 1: М мельче 1:5000 и не более 3 %, если Н< 750 м и 1:М крупнее 1:5000.
28. основные элементы центральной проекции
При картографировании земной поверхности используют различные картографические проекции. Задачи организации территорий, земельного и городского кадастра, инженерных изысканий удобнее решать по планам, созданным по законам ортогонального проецирования, — точки элементов ситуации при этом проецируют на горизонтальную плоскость отвесными линиями с одновременным масштабированием результатов.
На снимках, полученных с помощью кадровых съемочных систем, изображение, как отмечалось ранее, строится по законам центрального проецирования. Проектирующие лучи здесь представляют собой пучок линий, проходящих через единую точку — центр проекции.
Основные элементы центральной проекции следующие:
S— центр проекции, в фотограмметрии — задняя узловая точка объектива съемочной камеры;
- картинная плоскость (негативная) — фокальная плоскость объектива съемочной камеры;
P- картинная плоскость позитивная
Е - предметная плоскость — горизонтальная секущая плоскость снимаемого участка местности;
о (о') — главная точка картины — главная точка снимка, получаемая при пересечении главного луча (оптической оси) объектива съемочной камеры So с плоскостью картины;
W— плоскость главного вертикала, проходящая через точку S перпендикулярно плоскостям Р(Р') и Е;
— главная вертикаль — след пересечения плоскостей P(P') и W;
voV — проекция главной вертикали;
п(п') — точка надира — точка пересечения плоскости Р(Р') с отвесным лучом;
N— проекция точки надира — точка пересечения плоскости Е отвесным лучом, проходящим через точку S;
— угол наклона картины (снимка) — угол между плоскостями Р() и Е или лучами SO и SN;
c() — точка нулевых искажений — точка пересечения плоскости Р(Р) биссектрисой угла аР;
С - проекция точки нулевых искажений;
hnhn (h'nh'n) —горизонталь, проходящая через точку п(п'), — линия в плоскости Р(Р'), перпендикулярная .
Горизонтали могут проходить через любую точку картины, например через точку о — hoho или точку с — hchc. В одной из систем координат снимка главную вертикаль vov принимают за ось абсцисс, а любую из горизонталей — за ось ординат.
Точки о, п, с располагаются на главной вертикали, а точки О, С, N— на ее проекции. Отстояния точек n и с от точки о определяют по формулам:
и (1)
Эти точки, в общем случае, близки друг к другу. Например, на плановых снимках при аР= 2° и f = 100 мм on = 3,5 мм и ос=1,8 мм, а на снимках, полученных с использованием гиростабилизированной АФУ, при аР= 20' on = 0,6 мм и ос = 0,3 мм. Это положение неоднократно будем использовать в дальнейшем при анализе метрических свойств снимков и описании технологии их применения.
Расстояние oS— главное расстояние, и обозначают его буквой f. В фотограмметрии этот отрезок называется фокусным расстоянием съемочной камеры. Расстояние SH = Н называют высотой съемки.
29. построение перспективы точки.
Изображения получаются путем проектирования точек. Процесс построения изображения точек пространства на избранной поверхности по определенному закону назыв проектированием, а его результат – проекцией. Фотоснимок явл перспективным изображением снимаемого объекта. Геометрически фотографирование – центральное проектирование на плоскости. Центральная проекция характеризуется тем, что все проектирующие лучи идут через центр проекции, кот явл центром фотографирования(объектив фотоаппарата). Полученное в результате центрального проектирования изображение предмета явл его перспективой. Каждая точка объекта геометрически строится на плоскости фотоснимка по законам линейной перспективы. Линейная перспектива получается, имеет место тогда, когда центральное проектирование введется на плоскость. Плоскость на кот строится изображение объекта назыв картинной плоскостью. В фотограмметрии картинной плоскости соотв снимок. Картинная плоскость делится на: негатиныю плоскость(негатив) и позитивная(снимок). Т.о. можно сказать ,что снимок – это центральная проекция. Главной задачей фотограмметрии явл преобразование снимка в план(из центральной в ортогональную проекцию) –частный случай центральной проекции, когда центр S наход в бесконечности ,а проектирующие лучи идут параллельно друг другу.
S-центр объектива фотоаппарата ; Р- картинная плоскость; угол альфа – угол наклона картинной плоскости к горизонтальной плоскости Е – предметной плоскости; E’ – проходит чер центр проекции S и параллельна предметной плоскости назыв плоскостью действительного горизонта; линия hihi- линия действительного горизонта; TT – ось перспективы (линия основы картинной плоскости), масштаб =1; i –главная точка схода картинной плоскости; o- главная точка картинной плоскости; n- тчк надиры; плоскость W проходящая чер центр проекции S перендикулярна плоскостям E,E’,P назыв плоскостью главного вертикала; iv0 – главная вертикаль; hchc- линия нулевых масштабов, по этой линии масштаб всегда равен главному масштабу: 1/mc=f/H.
Точка n надиры картинной плоскости явл точкой схода всех перспектив отвесных линий, расположенных в предметной плоскости. Согласно теореме Шаля: если при изменении угла наклона альфа сохраняется параллельность плоскостей действительного горизонта Е’ и предметной плоскости, то перспективная плоскость соответствие точек в картиной плоскости не изменяется.
На картинной плоскости имеется точка а(отрезок) проводим через точку(прямую) линию до hihi и ТТ. от hihi проводим линию до S и от линии ТТ параллелельно линии hihiS. Проводи линию от S через тчк а(отрезок). При пересечении линии ТТ и Sa и есть точка на местности.
30. построение перспективы горизонтального отрезка
31. построение перспективы отвесного отрезка
Изображения получаются путем проектирования точек. Процесс построения изображения точек пространства на избранной поверхности по определенному закону назыв проектированием, а его результат – проекцией. Фотоснимок явл перспективным изображением снимаемого объекта. Геометрически фотографирование – центральное проектирование на плоскости. Центральная проекция характеризуется тем, что все проектирующие лучи идут через центр проекции, кот явл центром фотографирования(объектив фотоаппарата). Полученное в результате центрального проектирования изображение предмета явл его перспективой. Каждая точка объекта геометрически строится на плоскости фотоснимка по законам линейной перспективы. Линейная перспектива получается, имеет место тогда, когда центральное проектирование введется на плоскость. Плоскость на кот строится изображение объекта назыв картинной плоскостью. В фотограмметрии картинной плоскости соотв снимок. Картинная плоскость делится на: негатиныю плоскость(негатив) и позитивная(снимок). Т.о. можно сказать ,что снимок – это центральная проекция. Главной задачей фотограмметрии явл преобразование снимка в план(из центральной в ортогональную проекцию) –частный случай центральной проекции, когда центр S наход в бесконечности ,а проектирующие лучи идут параллельно друг другу.
32. построение перспективы сетки квадратов. выводы
Построим на эпюре растяжения сетку квадратов. На картинной плоскости ее перспективу. Как видно из чертежа масштаб перспективы сетки квадратов в картинной плоскости бу разным. Такая разно масштабность перспективы будет в случае, когда угол альфа не равен нулю. Если когда альфа равен 0 изображение в сетке квадратов картинной плоскости бу так же сетка квадратов, т.е. изображение бу подобно сетки квадратов предметной плоскости. Если альфа не равен масштаб перспективы неодинаков. Линии, проходящие параллельно оси перспективы ТТ назыв горизонтальными. Масштаб вдоль каждой горизонтали бу величиной постоянно, но для разных горизонталей бу меняться. По горизонтали масштаб hihi равен 0. Масштаб картинной плоскости бу от 1 до 0. Т.О. масштаб перспективы меняется в сторону уменьшения по направлению к линии действительного горизонта, где =0. Наибольшие изменения масштаба происходит по анти вертикали. Для горизонталей, проходящей через, т.е. масштаб перспективы всегда бу равен главному4 масштабу съемки: 1/m=f/H, т.е. он равен масштабу горизонтального снимка(альфа равен 0).
33. масштаб горизонтального снимка равнинной местности. Формула главного масштаба. Выводы
34. масштаб перспективного снимка по любому направлению
Элементы внутреннего ориентирования снимка формируют связку проектирующих лучей, существовавшую при съемке. Ее положение в пространстве определяют элементы внешнего ориентирования снимка. Их шесть. Это три линейных элемента — гео- координаты центра проекции S (Xs, Ys, Zs) и три угловых элемента наклона и поворота снимка (рис. 12.6, б):
а — продольный угол наклона снимка (угол между осью Z и проекцией главного луча на плоскость XZ);
со — поперечный угол наклона снимка (угол между главным лучом и проекцией главного луча на плоскость XZ);
ае — угол поворота снимка (угол на снимке между осью у и следом сечения плоскости снимка с плоскостью, построенной на главном луче и оси Y).
В аналитической фотограмметрии горизонтальным снимком называют снимок, все три угла наклона и поворота которого равны нулю, т. е. а = со = ае = 0.
35 и 36
Совместное влияние рельефа местности и угла наклона снимка на его геометрические свойства
Ранее установлено, что метрические свойства снимков зависят в основном от их наклона и рельефа местности.
Влияние этих факторов различно. Значение аргумента в формулах (2)...(11) может быть любым (в допустимых пределах), но постоянным для каждого снимка. Поэтому распределение значений смещения точек с соответствующим изменением масштаба изображения и искажением площадей и направлений будет строго регулярным по полю снимка (см. рис. 7 и 8). Рельеф местности в зависимости от его характера влияет на метрические свойства снимка различно. При съемке сильно пересеченной местности с беспорядочным изменением направлений и крутизны скатов изменение масштаба изображения отдельных участков в пределах кадра с соответствующим искажением длин линий, площадей и др. можно отнести к случайным. Земли, используемые в сельскохозяйственном производстве, редко располагают на таких территориях. Укрупнение съемочного масштаба с соответствующим сокращением отображающейся в кадре земной поверхности сокращает степень стохастичности экспозиций отдельных участков. При выполнении работ по инвентаризации приусадебных земель метрические операции выполняют обычно автономно в каждом населенном пункте. Последние располагают в большинстве случаев на территориях, представляющих собой односкатные плоскости, реже — сочетания двух-трехскатных плоскостей с разными направлениями скатов. Поэтому вероятностный подход к определению совместного влияния анализируемых факторов будет некорректным. Более правильным в данном случае будет определение предельного совместного влияния этих факторов на геометрию снимка с последующей оценкой приемлемости непосредственного использования снимков для измерительных целей.
Предельным искажение будет в случае, когда направление главной вертикали совпадет с направлением ската участка. Предельное относительное искажение площадей можно определить, например, по формуле
(18)
где х — максимальная абсцисса центра подлежащих обмеру участков в системе координат: vov — ось абсцисс; hoho — ось ординат.
Поскольку направление главной вертикали не известно, то максимальное значение х можно заменить отстоянием наиболее удаленного угла рабочей площади снимка от его главной точки.
Величину в упрощенном, но достаточно точном варианте
можно определить по формулам (10), (16) и формуле:
(8.19)
Особенности центральной проекции — неравенство метрических характеристик в центральной части снимка и на его периферии — можно использовать для непосредственных измерений центральной зоны каждого снимка. Масштаб для такой зоны будет практически единым. Размеры зоны (радиус окружности) с допустимыми искажениями определяют по формулам, приведенным в данной главе. Пример ограничения такой зоны показан на рисунке 12 пунктирной окружностью. Периферийные части снимков используют обычным образом.
Эти же формулы используют и для определения параметров новой съемки с заданными метрическими характеристиками всего снимка или в пределах его рабочей площади.
37. системы координат в фотограмметрии
В фотограмметрии обычно используют следующие системы координат.
Для определения положения точки на снимке, как уже описывалось в части II, применяют правую плоскую прямоугольную си-
стему координат снимка о'ху (рис. 12.1). Началом системы координат является точка о' — точка пересечения прямых, соединяющих координатные метки снимка 1—2 и 3—4, Ось х совпадает с прямой 1—2, а ее положительное направление — с направлением полета. Ось у перпендикулярна оси х и проходит через о'. Координаты точек (х, у), измеренные в системе координат снимка, называют плоскими координатами.
Для определения положения центра проекции S относительно снимка используют пространственную систему координат снимка o'xyz (рис. 12.2). В этом случае начало системы координат и оси х и у те же, что и в плоской системе координат снимка. Ось o'z перпендикулярна плоскости снимка и дополняет систему до правой.
Взаимное положение точек местности определяют в пространственной фотограмметрической системе координат. Это правая система координат. Начало системы и направления координатных осей выбирают произвольно. Часто начало системы координат совмещают с центром проекции S— SXYZvuivi с какой-либо точкой местности М— MXYZ. Плоскость XYпринимают горизонтальной или параллельной плоскости снимка (рис. 12.3).
Положение точек местности определяют в левой геодезической системе прямоугольных координат Гаусса— ОГ Хг Yr Zr. Начало геодезической системы координат Ог находится в точке пересечения осевого меридиана данной зоны и экватора. Плоскость XrYr — горизонтальная. Ось YT направлена на восток, ось Хг — на север (рис. 12.4). Условная геодезическая система координат может иметь началом любую точку местности, а ее оси сонаправлены соответствующим осям системы координат Гаусса (рис. 12.5).
38. плоская и пространственная системы координат снимка
30. построение перспективы горизонтального отрезка.
31. построение перспективы отвесного отрезка.
32. построение сетки квадратов на эпюре растяжения. Выводы
Для поиска путей решения той же задачи при недостаточной точности использования среднего масштаба рассмотрим рисунок 8.7, на котором тонкими линиями показана сетка квадратов (прообраз) с поворотными пунктами общей границы ао, b$, do и /0, а также преобразованное за наклон снимка изображение прообраза. Поворотными пунктами последнего будут a, b, du I.
Для повышения наглядности характера преобразования в данном случае использован простейший вариант — главная вертикаль снимка vov проходит через центр сетки и совпадает с одним из направлений ее сторон. Квадраты при этом преобразуются в трапеции. В общем же случае — в четырехугольники более сложной конфигурации. Для иллюстрации этого утверждения воспользуемся репродукцией картины Н. Н. Ге (рис. 8.8), на которой квадратные элементы пола наблюдаются под значительным углом (в нашей терминологии — под углом съемки ар) случайного направления.
Вернемся к рисунку 8.7. При существенном изменении масштаба изображения квадратов в пределах всей сетки, например в зонах при точках avid (обозначены окружностями), в пределах каждой из этих зон разномасштабность существенно меньшая.
Рис. 7. Искажение сетки квадратов на плановом снимке при совпадении направления главной вертикали с направлением продольных сторон исходной сетки (прообраза)
Рис. 8. Иллюстрация перспективного искажения произвольно ориентированной сетки квадратов относительно направления главной вертикали
Следовательно, необходимая точность выполнения метрических действий непосредственно по снимку может быть достигнута путем использования отдельных масштабов для его разных зон — частных масштабов.
33. масштаб горизонтального снимка равнинной местности. Формула главного масштаба, выводы
Различие по величине смещения точек за влияние угла наклона снимка обусловливает непостоянство масштаба по полю кадра. Ранее отмечалось, что точки, расположенные на линии hchc, за влияние наклона не смещаются. Очевидно, масштаб по этой линии будет постоянным и равным масштабу горизонтального снимка:
(4)
Горизонталь hchc называют линией неискаженных масштабов. На прочих горизонталях масштаб также будет постоянным, но на каждой горизонтали свой. Его выражают формулой:
(5)
в которой хс — абсцисса горизонтали при начале координат в точке с. Масштаб вдоль главной вертикали определяют по формуле:
(6)
Масштаб по произвольному радиальному направлению может быть вычислен по формуле:
(7)
В результате анализа формул 5 и 7 можно установить:
Используя формулы, можно решить ряд практических задач, например определить возможности выполнения метрических действий непосредственно по снимку равнины с помощью его среднего масштаба. Такая задача может возникнуть, например, при нанесении промерами на снимок не изобразившихся по тем или иным причинам объектов (досъемка при дешифрировании). При создании кадастровых планов и карт досъемочные работы выполняют с использованием линейных промеров длиной 15... 25 мм на снимке. Средняя абсолютная погрешность измерения линий на снимке в полевых условиях — 0,15...0,20 мм. Средняя относительная погрешность при этом будет примерно 1/100. Погрешность за разномасштабность, обусловленная наклоном снимка, должна быть примерно той же и точнее.
Ранее установлено, что наиболее интенсивно масштаб снимка изменяется вдоль главной вертикали. Поэтому допустимость выполнения метрических действий непосредственно по снимку равнины должна определяться именно по этому направлению. Критерием допустимости может быть среднее относительное отклонение знаменателя масштаба изображения вдоль главной вертикали (mvv) от знаменателя главного масштаба снимка (m):
Аэрофотосъемку в целях создания кадастровых планов и карт выполняют преимущественно с использованием гиростабилизированных АФУ. Поэтому в большинстве случаев метрические действия непосредственно на снимках равнины можно выполнять с использованием единого главного масштаба, определяемого по известным значениям/и Н, с помощью измерений в натуре базисов или по координатам опознанных на снимках точек геодезической опоры.
34. масштаб перспективного снимка по любому направлению.
35. влияние угла наклона снимка на его геометрические свойства. Анализ формулы.
Стр. 112
На снимке равнинной местности (рис. 2, плоскость Е), полученном при отвесном положении оптической оси съемочной камеры, элементы ситуации изобразятся без искажений. Сетка квадратов на местности, напр., изобразится на снимке подобной сеткой в масштабе:
Рис. 2. Горизонтальный снимок равнинной местности
Наклон камеры на некоторый угол аР нарушит подобие — изображение сетки квадратов перспективно преобразуется (рис. 3). На рис. 4 показаны: в позитивном варианте горизонтальный снимок Р0 и наклонный снимок Р, а также равнинная местность Е в сечении их плоскостью главного вертикала. Снимки Ро и Р пересекутся по горизонтали hchc, так как oS==f. В прямоугольных треугольниках и общая гипотенуза и равные катеты; следовательно, эти треугольники равны; поэтому Sc — биссектриса угла аР a точка с лежит на hchc.
Рис. 3. Наклонный снимок равнинной местности
Рис. 4. Смещение точек снимка вследствие его наклона
Произвольно выбранные на снимке точки а и b , изобразятся на снимке Ро точками а0 и bо. Приняв за начало отсчетов общую для обоих снимков точку с, отложим на снимке Ро отрезки и . В результате получим размеры смещения изображения точек А и В соответственно и .
Значение δа для точек, расположенных не на главной вертикали, будет зависеть также от угла φ, отсчитываемого от положительного направления главной вертикали до направления, исходящего из точки с на анализируемую точку, например на точку а (рис.5), против хода часовой стрелки.
(2)
где rс — отстояние определяемой точки снимка от точки нулевых искажений.
Рис.5 Правило измерения углов φ при определении смещения точек снимка вследствие его наклона
Анализ формулы показывает:
При использовании снимков плановой съемки (а < 3°) можно применять упрощенные формулы:
или (3)
так как выражение имеет существенно меньшее значение в сравнении с величиной f. В формуле выражены через хс — абсциссу точки в системе координат vov — ось х, hchc — ось у (рис. 5).
Различие по величине смещения точек за влияние угла наклона снимка обусловливает непостоянство масштаба по полю кадра. Ранее отмечалось, что точки, расположенные на линии hchc, за влияние наклона не смещаются. Очевидно, масштаб по этой линии будет постоянным и равным масштабу горизонтального снимка:
(4)
Горизонталь hchc называют линией неискаженных масштабов. На прочих горизонталях масштаб также будет постоянным, но на каждой горизонтали свой. Его выражают формулой:
(5)
в которой хс — абсцисса горизонтали при начале координат в точке с. Масштаб вдоль главной вертикали определяют по формуле:
(6)
Масштаб по произвольному радиальному направлению может быть вычислен по формуле:
(7)
В результате анализа формул 5 и 7 можно установить:
Используя формулы, можно решить ряд практических задач, например определить возможности выполнения метрических действий непосредственно по снимку равнины с помощью его среднего масштаба. Такая задача может возникнуть, например, при нанесении промерами на снимок не изобразившихся по тем или иным причинам объектов (досъемка при дешифрировании). При создании кадастровых планов и карт досъемочные работы выполняют с использованием линейных промеров длиной 15... 25 мм на снимке. Средняя абсолютная погрешность измерения линий на снимке в полевых условиях — 0,15...0,20 мм. Средняя относительная погрешность при этом будет примерно 1/100. Погрешность за разномасштабность, обусловленная наклоном снимка, должна быть примерно той же и точнее.
Ранее установлено, что наиболее интенсивно масштаб снимка изменяется вдоль главной вертикали. Поэтому допустимость выполнения метрических действий непосредственно по снимку равнины должна определяться именно по этому направлению. Критерием допустимости может быть среднее относительное отклонение знаменателя масштаба изображения вдоль главной вертикали (mvv) от знаменателя главного масштаба снимка (m):
Аэрофотосъемку в целях создания кадастровых планов и карт выполняют преимущественно с использованием гиростабилизированных АФУ. Поэтому в большинстве случаев метрические действия непосредственно на снимках равнины можно выполнять с использованием единого главного масштаба, определяемого по известным значениям/и Н, с помощью измерений в натуре базисов или по координатам опознанных на снимках точек геодезической опоры.
Для поиска путей решения той же задачи при недостаточной точности использования среднего масштаба рассмотрим рисунок 8.7, на котором тонкими линиями показана сетка квадратов (прообраз) с поворотными пунктами общей границы ао, b$, do и /0, а также преобразованное за наклон снимка изображение прообраза. Поворотными пунктами последнего будут a, b, du I.
Для повышения наглядности характера преобразования в данном случае использован простейший вариант — главная вертикаль снимка vov проходит через центр сетки и совпадает с одним из направлений ее сторон. Квадраты при этом преобразуются в трапеции. В общем же случае — в четырехугольники более сложной конфигурации. Для иллюстрации этого утверждения воспользуемся репродукцией картины Н. Н. Ге (рис. 8.8), на которой квадратные элементы пола наблюдаются под значительным углом (в нашей терминологии — под углом съемки ар) случайного направления.
Вернемся к рисунку 8.7. При существенном изменении масштаба изображения квадратов в пределах всей сетки, например в зонах при точках avid (обозначены окружностями), в пределах каждой из этих зон разномасштабность существенно меньшая.
Рис. 7. Искажение сетки квадратов на плановом снимке при совпадении направления главной вертикали с направлением продольных сторон исходной сетки (прообраза)
Рис. 8. Иллюстрация перспективного искажения произвольно ориентированной сетки квадратов относительно направления главной вертикали
Следовательно, необходимая точность выполнения метрических действий непосредственно по снимку может быть достигнута путем использования отдельных масштабов для его разных зон — частных масштабов.
Непостоянство масштаба снимка равнины при приведет к искажению площадей. Относительная ошибка определения площади выражается формулой, предложенной Н. Н. Веселовским:
где хс — абсцисса центра измеряемого участка в принятой ранее системе координат.
Проанализируем приведенную формулу:
искажение площади уменьшается с увеличением f и соответственным увеличением высоты съемки;
искажение уменьшается также с приближением участка к горизонтали hchc . Площади участков, центр которых расположен на горизонтали hchc, не искажаются.
Поскольку положение горизонтали обычно не известно, то это заключение имеет чисто теоретическое значение. Но в частном случае площади участков, центр которых совмещается с главной точкой (строго — с точкой с), за наклон снимка не искажаются.
Очевидно, искажения площадей участков за наклон снимка в определенных его частях будут близкими между собой и могут оказаться в пределах установленных норм. Это значит, что, используя частные масштабы зон, площади участков можно определять непосредственно по снимкам.
Наличие искажения направлений на наклонном снимке можно видеть на рисунке 7. Например, направление стороны сетки ае изменилось на . Здесь можно выявить также строгую закономерность в распределении значений искажений по полю снимка. В данном частном случае (vov направлена вдоль стороны сетки) направления, перпендикулярные vov, не исказятся. Иллюстрацией искажения направлений в общем случае может служить также репродукция картины Н. Н. Ге (рис. 8).
Определить искажения направления за наклон снимка можно с помощью рисунка 9. Исследуемое направление проходит через точки а и b (на рисунке показана правая верхняя часть снимка). Это направление пересечется с горизонталью hchc в точке к под углом . Опустив на линию аb перпендикуляр, получим точку d. Угол, образованный направлениями перпендикуляра и главной вертикали, будет также равен А.. Введя в положение точки d поправку, определенную по формуле (2), найдем не смещенное за угол наклона снимка положение этой точки — . Наклонный и горизонтальный снимок пересекаются по линии hchc. Это значит, что точка к принадлежит и неискаженному направлению, проходящему через точку . Угол , образованный при этом, будет выражать значения искажения направления за наклон снимка.
Рис. 9. Геометрическая интерпретация искажения направления на наклонном снимке
Вычислить можно по формуле Я. И. Гебгарта:
где — кратчайшее расстояние от точки с до исследуемого направления.
Положения точки с и главной вертикали обычно неизвестны. Поэтому полученную формулу применяют при определении возможности использования конкретных снимков для решения графических задач непосредственно по снимкам, вычисляя при этом предельные искажения. Для этого можно использовать упрощенную формулу при различных аргументах и фокусных расстояниях.
36. влияние рельефа местности на геометрические свойства снимка. Анализ формулы.
Стр. 112
Сечение горизонтального снимка Ро и земной поверхности (с точками А, В и D) отвесной плоскостью, проходящей через центр проекции S, показано на рисунке 10. Эта плоскость пересечет снимок по линии, проходящей через точку надира п. Здесь же, в данном случае, располагаются точки о и с. Пересечем местность произвольной горизонтальной плоскостью Е. Точки А0 и Во — ортогональные проекции точек А и В на плоскость Е. Превышения точек А и В над плоскостью Е соответственно -hA и +hВ. На снимке точки местности и их ортогональные проекции на плоскость Е изобразятся соответственно точками а и b, a0 и bо. Заметим, что точка а, с отрицательным превышением, сместилась относительно точки а0 к точке надира, а точка b, с положительным превышением, — от точки надира. Величины aoa и bob — смещения точек а и b за влияние рельефа местности. Изображение точки местности D, лежащей на отвесном проектирующем луче, не сместится, независимо от ее превышения над плоскостью Е. Вывод: точки снимка за влияние рельефа местности смещаются по направлению к точке надира или от нее в зависимости от знака превышения.
Смещения точек за влияние рельефа местности определяют по формуле:
где — отстояние определяемой точки на снимке от точки надира; h — превышение точки над горизонтальной плоскостью, принятой за исходную; H—высота съемки над той же плоскостью; т — знаменатель масштаба изображения, отнесенного к той же плоскости.
Для выяснения влияния рельефа местности на изменение масштаба частей снимка, соответствующих различно расположенным на неровной земной поверхности участкам, воспользуемся рис. 11. На нем показано сечение отвесной плоскостью, проходящей через центр проекции S, горизонтального снимка Ро, а также четырех участков: наклоненного на угол v в сторону от точки S—АВ, наклоненного под таким же углом к точке S— LG и двух горизонтальных с разными высотами — BD и KL. Ортогональные проекции на плоскость Е всех сечений равны между собой — АВ0 = B0D0 = KL = LGo. Очевидно, что в центральной проекции на горизонтальный снимок Pони изобразятся равными отрезками - (ab0 =b0d0= kl= lq0).
Рис. 11. Влияние рельефа местности на масштаб изображения различно расположенных на земной поверхности отрезков
По результатам центрального проецирования реальных линий местности можно сделать следующие выводы:
изображение линий, наклоненных от точки S, в центральной проекции всегда будут меньше изображения их в ортогональной проекции. С увеличением угла наклона участка точки А и В могут оказаться на одном проецирующем луче. Линия АВ в этом случае изобразится на снимке точкой, а участок местности — линией. При дальнейшем увеличении угла (скаты балок, оврагов и др.) участок окажется в «мертвой зоне» и совсем не отобразится на снимке;
изображение линий, наклоненных к точке S, всегда крупнее изображения их ортогональной проекции. Очевидно, наибольшее различие будет в случае, когда линия будет перпендикулярной проецирующему лучу, проходящему через ее середину;
масштаб изображения линий, располагающихся вдоль ската наклонных участков, будет зависеть от их ориентации относительно центра проекции, значения угла их наклона и отстояния изображения участка от точки надира.
Масштаб изображения ровных горизонтальных участков местности BD и KL зависит от их высоты или, иными словами, от высоты фотографирования над этими участками. Среднее относительное изменение масштаба изображения таких участков можно выразить формулой:
где — разность знаменателей масштаба изображения разновысоких равнинных участков; — среднее значение знаменателей масштаба этих участков; h — превышение между участками; — средняя высота съемки.
Очевидно, что масштаб изображения наклонных участков по топографической горизонтали будет постоянным и зависит от ее высоты.
Из результатов анализа влияния рельефа местности на изменение масштаба изображения можно заключить, что соответственно исказятся и площади различно расположенных по рельефу участков.
Искаженная за влияние рельефа сетка показана на рисунке 12 утолщенными линиями. Здесь за исходную принята сетка (показана тонкими линиями), преобразованная за наклон снимка. Граница прообраза обозначена утолщенным пунктиром.
Для получения искаженной за рельеф сетки в положение каждого узла ее введены смещения, рассчитанные по формуле:
где r'n — расстояние от точки надира до смещаемой точки.
Превышения узлов над принятой за начальную плоскостью с отметкой 30 определяли по горизонталям, вычерченным тонкими пунктирными линиями.
Из рисунка видно, что на участках со спокойными затяжными скатами (на рис. 8.12 между горизонталями с отметками 20 и 40 м) метрические действия непосредственно по снимку можно выполнять аналогично тому, как это делают на наклонных снимках равнинной местности.
При работе на снимках сильно пересеченной местности, особенно с некрупными формами рельефа, работа с частными масштабами может оказаться малопроизводительной. Метрические действия непосредственно на снимках станут невыгодными.
Рис. 12. Искажение сетки квадратов вследствие совместного влияния наклона снимка и рельефа местности
Для определения возможностей непосредственного измерения площадей участков по снимкам в этом случае можно воспользоваться формулой максимального относительного искажения площади за наклоном участка
где — погрешность в площади, обусловленная влиянием рельефа; r—максимальное отстояние центра участка от главной точки снимка (строго от точки надира); — максимальный угол наклона участков снимаемой территории.
Влияние рельефа на искажение направлений на снимке показано на рисунке 13. Исследуемое направление проходит через точки а и b. Допустим, что соответственная точка А на местности ниже соответственной точки В на величину h. Неискаженное положение точки снимка а можно найти, введя поправку , вычисленную по формуле (12). Направление будет неискаженным, а образовавшийся при точке b угол — величиной искажения направления.
Я. И. Гебгартом предложена формула для определения . Как и в предыдущем случае, знание искажения может оказаться полезным только для определения возможности выполнения на конкретных снимках метрических или проектных действий. Поэтому воспользуемся преобразованной формулой для вычисления максимальных искажений направлений
где l—отрезок прямой, искажение направления которого определяют.
Для случая, когда r= 1= 90 мм, и различных отношений Л и Я максимальные искажения направлений составят:
|
h/H |
1/5 |
1/10 |
1/20 1/40 |
|
|
|
11° |
6° |
3° 1,5˚ |
Искажения направлений в некоторых случаях могут быть значительными.
Отметим, что в данном случае рассматривают искажение направления, проходящего пространственно через некоторую пару точек, — геометрическое направление. Для выяснения возможностей выполнения проектных работ непосредственно на снимках важно также знать, как влияет рельеф на изменение формы линий, проходящих по земной поверхности.
Анализируя рисунок 13, можно сделать следующие выводы:
прямая в натуре линия не будет деформирована, если проходит она по плоскому, сколь угодно наклоненному участку местности. Примером может служить звено линии
Рис. 13. Геометрическая интерпретация влияния рельефа местности на искажение направлений на снимке
остальная часть этой линии искривилась — стала выпуклой относительно соответственно линии ае. Такое искажение будет в случае, если линия проходит через возвышенность относительно принятой за начальную секущей плоскости. В противном случае искривление будет вогнутым, например на линиях и .
Очевидно, идеально прямолинейная в плане трасса шоссе изобразится на снимке криволинейной, если она проходит по всхолмленной местности и не совпадает с проекцией точки надира.
5) Влияние прочих факторов на геометрические свойства снимка
Рассмотренные ранее факторы не нарушают строгости центральной проекции — влияние их обусловливает только отклонение результатов проецирования от ортогональной проекции снимаемого объекта. Аналогично на геометрию снимка влияет кривизна Земли. Расстояние некоторой точки снимка (на рис. 14 точки а) от точки надира сократится при этом на значение
где R — радиус Земли.
При крупномасштабных съемках с использованием камеры f= 200 мм максимальное смещение точек изображения будет порядка 0,004 мм, что не повлияет существенно на точность построения плана — влияние кривизны Земли меньше точности измерения на снимке.
Ряд факторов (атмосферная рефракция, дисторсия объектива съемочной камеры, деформация фотопленки, непараллельность плоскостей стеклянного светофильтра, неточность выравнивания аэропленки и др.) нарушают строгость центральной проекции. Однако съемка со сравнительно малых высот современными камерами с использованием новейших фотоматериалов не приведет к погрешностям, выходящим за пределы нескольких микрометров. К тому же некоторые из них, например дисторсию объектива, систематическую деформацию фотоматериалов, учитывают при высокоточных фотограмметрических работах.
Центр Земли
Рис. 14. Влияние кривизны Земли на смешение точек снимка
37. системы координат, применяемые в фотограмметрии.
Стр. 152
В фотограмметрии обычно используют следующие системы координат.
Для определения положения точки на снимке применяют правую плоскую прямоугольную систему координат снимка о'ху (рис. 12.1). Началом системы координат является точка о' — точка пересечения прямых, соединяющих координатные метки снимка 1—2 и 3—4. Ось х совпадает с прямой 1—2, а ее положительное направление — с направлением полета. Ось у перпендикулярна оси х и проходит через о'., Координаты точек (х, у), измеренные в системе координат снимка, называют плоскими координатами.
Для определения положения центра проекции 5 относительно снимка используют пространственную систему координат снимка о'хуг (рис. 12.2). В этом случае начало системы координат и оси хи у те же, что и в плоской системе координат снимка. Ось о'z перпендикулярна плоскости снимка и дополняет систему до правой.
Взаимное положение точек местности определяют в пространственной фотограмметрической системе координат. Это правая система координат. Начало системы и направления координатных осей выбирают произвольно. Часто начало системы координат совмещают с центром проекции S— SХYZ или с какой-либо точкой местности М— МХYZ. Плоскость XY принимают горизонтальной или параллельной плоскости снимка (рис. 12.3).
Положение точек местности определяют в левой геодезической системе прямоугольных координат Гаусса— ОГ Хг У* 2*. Начало геодезической системы координат Ог находится в точке пересечения -осевого меридиана данной зоны и экватора. Плоскость ХГУТ — горизонтальная. Ось У направлена на восток, ось ХТ — на север (рис. 12.4). Условная геодезическая система координат может иметь началом любую точку местности, а ее оси сонаправлены соответствующим осям системы координат Гаусса (рис. 12.5).
38. плоская и пространственная системы координат снимка.
39. элементы ориентирования одиночного снимка.
Стр.154
Различают элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка.
Элементы внутреннего ориентирования определяют положение центра проекции S относительно снимка. Ими являются координаты точки S в пространственной системе координат снимка (рис. 12.6, a). Поскольку проекцией точки S на плоскости снимка является главная точка о, то их плановые координаты х и у в системе координат снимка совпадают, аппликатой точки Sявляется расстояние Sо, т. е. фокусное расстояние АФА f. Таким образом, элементами внутреннего ориентирования снимка являются координаты главной точки снимка xo, yo и фокусное расстояние АФА f. Эти элементы почти всегда известны с высокой точностью и записаны в паспорте АФА. Например,f= 100,020 мм; xo, = -0,012 мм; у0 = +0,023 мм.
Элементы внутреннего ориентирования снимка формируют связку проектирующих лучей, существовавшую при съемке. Ее положение в пространстве определяют элементы внешнего ориентирования снимка. Их шесть. Это три линейных элемента — гео дезические координаты центра проекции S (Xs, Уs, Zs) и три угловых элемента наклона и поворота снимка (рис. 12.6, б):
α — продольный угол наклона снимка (угол между осью Z и проекцией главного луча на плоскость XZ);
ω — поперечный угол наклона снимка (угол между главным лучом и проекцией главного луча на плоскость ХZ);
æ— угол поворота снимка (угол на снимке между осью у и следом сечения плоскости снимка с плоскостью, построенной на главном луче и оси Y).
В аналитической фотограмметрии горизонтальным снимком называют снимок, все три угла наклона и поворота которого равны нулю, т. е. α = ω= æ = 0.
Следует заметить, что для всех снимков, полученных данным АФА, элементы внутреннего ориентирования можно считать постоянными известными величинами. Однако элементы внешнего ориентирования у каждого снимка свои и, как правило, неизвестны.
40. зависимость между пространственными и плоскими координатами точек снимка(уравнения коллинеарности).
Три пространственные геодезические координаты точки местности А (Xr Yr Zr) связаны с плоскими координатами точки а снимка (х, у) с помощью элементов ориентирования снимка.
X rA – XrS a1(x-x0)+a2(y-y0)-a3f (12.1) ZrA - ZrS =c1(x-x0)+c2(y-y0)-c3f
Y rA – YrS b1(x-x0)+b2(y-y0)-b3f ( ZrA - ZrS =c1(x-x0)+c2(y-y0)-c3f
Уравнения (12.1) называются уравнениями коллинеарности проектирующих лучей, или формулами связи координат точек снимка и местности. В этих формулах коэффициенты a1, а2,..., с2, сз называются направляющие косинусы.
Направляющие косинусы определяют угловое ориентирование двух развернутых относительно друг друга систем координат — пространственной системы координат снимка и геодезической системы координат. Это косинусы углов, образованных парами координатных осей этих систем координат. Пары координатных осей, взятых по одной из каждой системы, образуют 9 углов, косинусы которых приведены в таблице 12.1.
12.1. Направляющие косинусы
|
Оси геодезической системы координат |
Оси пространственной системы координат снимка |
||
|
x |
y |
z |
|
|
Xr |
a1 |
a2 |
a3 |
|
Yr |
b1 |
b2 |
b3 |
|
Zr |
c1 |
c2 |
c3 |
Строки таблицы названы осями геодезической системы координат, столбцы — осями пространственной системы координат снимка. На пересечении строки и столбца находится косинус угла, составленного соответствующими осями. Так, направляющий косинус b1— косинус угла, образованного осью х снимка и осью Yr геодезической системы.
Девять направляющих косинусов связаны между собой шестью независимыми уравнениями:
a21+ a22+ a23=1
b21+ b22+ b23=1
c21+ c22+ c23=1
a1b1+ a2b2+ a3b3=0
a1c1+ a2c2+ a3c3=0
c1b1+ c2b2+ c3b3=0
Поэтому девять направляющих косинусов зависят от трех углов. В фотограмметрии этими углами являются три угла наклона и поворота снимка — α,ω,æ.
Направляющие косинусы являются функциями угловых элементов внешнего ориентирования снимка, и вычисляют их по следующим формулам:
a1=cos α*cos æ – sin α*sin ω*sin æ
a2= - cos α*sin æ – sin α*sin ω*sin æ
a3= - sin α*cos ω
b1=cos ω*sin æ
b2=cos ω*cos æ
b3= - sin ω
c1=sin α*cos æ + cos α*sin ω*sin æ
c2= - sin α*sin æ + cos α*sin ω*sin æ
c3= cos α*cos ω
Если направляющие косинусы известны, то можно определить угловые элементы внешнего ориентирования снимка:
α = arctg(a3/c3)
ω = arcsin(-b3)
æ = arctg(b1/b2)
Для горизонтального снимка матрица направляющих косинусов превращается в единичную матрицу, все элементы которой равны нулю, кроме элементов, стоящих на главной диагонали а1 = b2 = с3=1.
Как следует из анализа формул (12.1), связь между геодезическими координатами точки местности и ее плоскими координатами на снимке осуществляется посредством элементов внутреннего и внешнего ориентирования снимка.
41. зависимость между координатами точек горизонтального и наклонного снимка.
Под влиянием угла наклона аэрофотоснимка возникают линейные и угловые искажения изображения на снимке.
Зависимость между координатами горизонтального и наклонного снимков можно отметить с помощью строгих и простых соотношений. Их можно написать, если начало координат на снимке и на местности совместить с точкой нулевых искажений с:
|
|
|
Из зависимостей между координатами горизонтального и наклонного снимков можно сделать вывод:
Это означает, что если наклонный снимок совместить с горизонтальным, вращением его вокруг линии неискаженных масштабов (рис. 13.) то соответствующие точки окажутся на одном луче, проходящем через точку нулевых искажений c.
42. стереоэффект ( понятие, основные условия получения).
Стр. 118
Представим, что используемые ранее точки пространства А и D регистрируются двумя камерами с фокусным расстоянием f, расположенными на концах базиса съемки В=br (рис. 1). В плоскости негативов и точки А и D изобразятся соответственно точками а1 и а2, d1 и d2. Направление проектирующих лучей, а следовательно, и значения углов и останутся теми же, что и при наблюдении этих точек человеком.
Если реальные точки А и D заменить парой позитивных изображений и так, чтобы левый глаз наблюдателя видел только левый снимок, а правый глаз — только правый снимок, на сетчатке глаз возникнет ситуация, существовавшая при непосредственном наблюдении этих точек. Наблюдатель воспримет пару плоских изображений пространственно. Такое восприятие называют прямым стереоэффектом, а мнимое пространственное изображение снятого объекта, воспринимаемое наблюдателем, — стереоскопической моделью (стереомоделью). Стереомодель будет наблюдаться только в пределах перекрытия снимков.
Два смежных частично перекрывающихся снимка, полученных с концов некоторого базиса, называют стереопарой, или парой снимков. Теперь, очевидно, стало более понятным требование обеспечения определенного продольного перекрытия снимков (примерно 60 % при съемке равнины). Сокращение перекрытия может привести к риску образования разрывов между стереомоделями и соответственно к усложнению или невозможности процесса получения трехмерной метрической информации со снимков. Увеличение перекрытий уменьшит углы засечки наблюдаемых точек, что приведет к снижению точности в определении разностей их отстояний (превышений).
Если снимки перед глазами поменять местами, то наблюдатель также увидит стереомодель, но с обратным стереоэффектом — удаленные элементы ландшафта будут восприниматься близкими, и наоборот, близкие элементы покажутся удаленными. Этот вариант стереоскопического наблюдения снимков используют при анализе отрицательных микроформ рельефа (промоин, канав, кюветов и др.). Может быть еще вариант наблюдения пары снимков, при котором оба снимка развертываются в своей плоскости на 90°. Наблюдатель при этом вне зависимости от рельефа увидит плоское пластичное изображение местности. Стереоэффект, получаемый при этом, называют нулевым.
Точность (детальность) стереоскопического восприятия по снимкам элементов пространственных объектов зависит, как уже отмечалось, от угла засечки этих элементов. Значение угла определяется размерами базиса В и высотой съемки Н. Точность восприятия стереомодели зависит также от условий наблюдения снимков. Минимальная разность отстояний (высот) наблюдаемых точек для расстояния наилучшего видения (250 мм)
где v — увеличение стереоприбора; b — базис съемки в масштабе снимков.
Пользуясь этой формулой, вычислим для наблюдения снимков, полученных с некоторых высот, наиболее используемых при выполнении землеустроительных и кадастровых работ, а также при дистанционном зондировании. При этом примем, что наблюдаются снимки формата 18 х 18 см с продольным перекрытием 60 % с использованием стереоскопа с полуторакратным увеличением.
При высотах съемки 500,1000, 2000 и 5000 м значения будут соответственно равны 0,2, 0,3, 0,7 и 1,7 м.
По снимкам, полученным с космических платформ с высоты 300 и 900 км, значения будут соответственно 102 и 310 м.
Точность восприятия превышений при наблюдении космических снимков можно повышать, увеличивая базис съемки. Сделать это можно за счет увеличения угла поля изображения съемочной системы или использования конвергентной съемки. В первом случае могут быть варианты: увеличение формата кадра или уменьшение фокусного расстояния съемочной камеры. Последний вариант приведет к уменьшению съемочного масштаба и геометрического разрешения снимков.
43. стереопара снимков. элементы ориентирования стереопары.
Два смежных частично перекрывающихся снимка, полученных с концов некоторого базиса, называют стереопарой, или парой снимков. Теперь, очевидно, стало более понятным требование обеспечения определенного продольного перекрытия снимков (примерно 60 % при съемке равнины). Сокращение перекрытия может привести к риску образования разрывов между стереомоделями и соответственно к усложнению или невозможности процесса получения трехмерной метрической информации со снимков. Увеличение перекрытий уменьшит углы засечки наблюдаемых точек, что приведет к снижению точности в определении разностей их отстояний (превышений).
Если снимки перед глазами поменять местами, то наблюдатель также увидит стереомодель, но с обратным стереоэффектом — удаленные элементы ландшафта будут восприниматься близкими, и наоборот, близкие элементы покажутся удаленными. Этот вариант стереоскопического наблюдения снимков используют при анализе отрицательных микроформ рельефа (промоин, канав, кюветов и др.). Может быть еще вариант наблюдения пары снимков, при котором оба снимка развертываются в своей плоскости на 90°. Наблюдатель при этом вне зависимости от рельефа увидит плоское пластичное изображение местности. Стереоэффект, получаемый при этом, называют нулевым.
Точность (детальность) стереоскопического восприятия по снимкам элементов пространственных объектов зависит, как уже отмечалось, от угла засечки этих элементов. Значение угла определяется размерами базиса В и высотой съемки Н. Точность восприятия стереомодели зависит также от условий наблюдения снимков. Минимальная разность отстояний (высот) наблюдаемых точек для расстояния наилучшего видения (250 мм)
где v — увеличение стереоприбора; b — базис съемки в масштабе снимков.
Пользуясь этой формулой, вычислим для наблюдения снимков, полученных с некоторых высот, наиболее используемых при выполнении землеустроительных и кадастровых работ, а также при дистанционном зондировании. При этом примем, что наблюдаются снимки формата 18 х 18 см с продольным перекрытием 60 % с использованием стереоскопа с полуторакратным увеличением.
При высотах съемки 500,1000, 2000 и 5000 м значения будут соответственно равны 0,2, 0,3, 0,7 и 1,7 м.
По снимкам, полученным с космических платформ с высоты 300 и 900 км, значения будут соответственно 102 и 310 м.
Точность восприятия превышений при наблюдении космических снимков можно повышать, увеличивая базис съемки. Сделать это можно за счет увеличения угла поля изображения съемочной системы или использования конвергентной съемки. В первом случае могут быть варианты: увеличение формата кадра или уменьшение фокусного расстояния съемочной камеры. Последний вариант приведет к уменьшению съемочного масштаба и геометрического разрешения снимков.
44. продольный и поперечный параллаксы.
Стр.122
Совокупность проектирующих лучей, проходящих через центр проекции, называют связкой проектирующих лучей.
Базисной плоскостью называют плоскость, проходящую через базис съемки и любой проектирующий луч.
Если этим лучом является главный луч, то базисную плоскость называют главной. Очевидно, что в момент съемки любая пара соответственных лучей будет располагаться в одной базисной плоскости — условие компланарности.
Ранее мы использовали прямоугольную систему координат, осью абсцисс в которой служила главная вертикаль снимка, а осью ординат — любая из горизонталей. Это удобно при анализе метрических свойств снимков и определении возможностей использования их для непосредственного получения метрической информации: измерения площадей, длин линий и др.
При фотограмметрической обработке снимков применяют иную систему координат — осью абсцисс служит линия, соединяющая противоположные, расположенные вдоль направления маршрута координатные метки, а осью ординат — линия, соединяющая оставшуюся пару координатных меток. Началом в этой системе координат должна быть главная точка снимка. В общем случае точка пересечения указанных координатных осей может не совпадать с главной точкой. Значение несовпадения указывают в паспорте съемочной системы. Поправки, по необходимости, вводят в измеряемые на снимке координаты точек.
Пара горизонтальных снимков Р1 и Р2, полученных с горизонтального базиса В=S1S0, с осями абсцисс, лежащими на одной прямой (идеальный случай съемки), в позитивном варианте, показана на рисунке 9.4. Отвесная линия АD (на местности — столб, заводская труба и т.п.) отобразилась на снимках отрезками а1d1 и a2d2, направленными в точки о1 и о2 соответственно, так как точки надира n1 и п2 на горизонтальных снимках совмещаются с главными точками. Точки а1 и а2 будут иметь равные ординаты Уa1 =Уа2, так как в идеальном случае съемки след сечения снимков базисной плоскостью будет параллелен общему направлению осей абсцисс этих снимков. Аналогичное равенство будет справедливым для любой пары соответственных точек.
Разность ординат соответственных точек пары' снимков называют поперечным параллаксом точки.
На реальных снимках в общем случае q≠0. Такие снимки, если значение q превышает определенные допуски, преобразуют (трансформируют). Ординаты после преобразования называют трансформированными и обозначают символами и .Для трансформированных ординат должно выполняться условие:
Из этого можно сделать вывод; поперечные параллаксы являются функцией некоторых величин, определяющих взаимное положение пары снимков (элементов взаимного ориентирования снимков).
Разность абсцисс пары соответственных точек на левом и правом снимках называют продольным параллаксом точки:
На реальных снимках абсциссы и соответственно продольные параллаксы будут искаженными (вспомним о смещении точек снимка вследствие его наклона). Следовательно, продольные параллаксы определяемых точек предварительно должны быть освобождены от искажений, т. е. трансформированы. Аналогично предыдущему трансформированные абсциссы и продольные параллаксы обозначают добавочным символом:
45. определение высот объективов по паре снимков.
На снимках идеального случая съемки координаты точек не искажены. Следовательно, значения продольных параллаксов зависят только от высот изобразившихся на снимках точек. Превышение одной точки над другой, например точки А над точкой D (см. рис. 9.4), вычисляют по формуле:
,
где - высота фотографирования над точкой, принятой за начальную (в примере HD) — продольный параллакс той же точки; - разность продольных параллаксов определяемой и начальной точек.
В практике пары снимков, которые можно было бы отнести к идеальному случаю съемки, встречаются редко. Поэтому возникает задача определения возможностей использования реальных снимков для определения превышений отдельных точек простейшим способом. Необходимость в этом возникает в основном при определении высот (глубин) дешифрируемых объектов, например средней высоты леса, высоты зданий при крупномасштабном картографировании, элементов рельефа антропогенного происхождения (курганов, ям) и др. В большинстве случаев при этом точки, превышение которых определяют, располагаются одна вблизи другой. Поэтому искажения абсцисс этих точек, а следовательно, и продольных параллаксов будут близкими по значению и при определении разностей продольных параллаксов могут не оказать существенного влияния на точность измерения превышений.
Приемлемое расстояние между точками, превышение которых определяют, зависит от степени наклона снимков, поворота их в своей плоскости относительно используемой при измерении общей для пары снимков оси абсцисс, а также от значения f АФА. По результатам анализа зависимости искажения абсцисс точек снимка от перечисленных факторов с экспериментальным подтверждением результатов установлено:
на плановых снимках отстояние одной точки от другой в 5 мм может привести к погрешности в Ар до 0,05 мм при f = 200 мм и до 0,10 мм при f = 100 мм;
на гиростабилизированных снимках погрешности сократятся до 0,02 мм при f = 200 мм и до 0,03 мм при f = 100 мм.
Приведенные данные позволяют с достаточной точностью определять допустимое значение расстояния между определяемыми точками для других условий съемки, используя при этом линейную интерполяцию. Отметим также, что при работе с гиростабилизированными снимками (углы наклона 10...20°) при f = 200 мм по паре снимков с достаточной точностью можно определять превышения точек местности, отстоящих одна от другой до 20 мм.
При обработке снимков равнинной и всхолмленной местности формула (9.10) может быть упрощена. В качестве Hнач можно принять среднюю высоту съемки для используемой пары снимков Н, если замена не приведет к недопустимым погрешностям в определяемых превышениях точек. Зависимость точности вычисления превышений от точности используемой в вычислениях высоты — линейная, т. е.
,
где — допустимая относительная погрешность определения превышений точек или высот объектов.
Рассуждая аналогично, можно перейти к использованию среднего значения параллакса в рассматриваемой формуле и одновременно опустить в знаменателе величину , так как значение для снимков с продольным перекрытием около 60 % составляет около 70 мм, а при определении высот дешифрируемых объектов в сельских поселениях, лесах и т. п. — около 1 мм. Относительная погрешность, обусловленная этим упрощением, составит 1/70, что вполне приемлемо при выполнении этих работ.
Формула примет вид:
46. элементы взаимного ориентирования пары снимков.
Стр. 170
Элементы взаимного ориентирования— угловые элементы — определяют взаимное положение пары снимков но время фотографирования, при котором каждая пара соответственных лучей пересекается. Все множество точек пересечения соответственных лучей является пространственной моделью местности.
В фотограмметрии используются две системы взаимного ориентирования пары снимков, которые отличаются выбором системы пространственных координат. В обеих системах началом является левый центр фотографирования S1.
В первой системе - базисной - ось X совмещена с базисом фотографирования, главный луч левого снимка находится в плоскости XZ (рис. 12.13). Таким образом, в этой системе координат у левого снимка отсутствует поперечный угол наклона ω1. Элементами взаимного ориентирования в базисной системе являются пять углов:α1,æ1,α2,ω2,æ2.
Суть каждого из этих углов аналогична соответствующему углу ориентирования одиночного cнимка.
Во второй системе — левого снимка — оси X, Y соответственно параллельны осям х, у левого снимка, ось Z совпадает с его главным лучом (рис. 12.14). У левого снимка в этой системе координат отсутствуют углы наклона и поворота. Угловыми элементами ориентирования правого снимка будут:
взаимные углы наклона снимков ∆α — продольный, ∆ω — поперечный и ∆æ — угол поворота снимков.
Направление базиса фотографирования определяют углы τ (горизонтальный угол поворота базиса) и ν (вертикальный угол наклона базиса).
Элементы взаимного ориентирования в системе левого снимка: ∆α, ∆ω, ∆æ, τ, ν.
47. элементы внешнего ориентирования стереопары (стереомодели).
Стр. 170
Элементы внешнего ориентирования пары снимков определяют их пространственное положение во время фотографирования.
К ним относятся:
геодезические координаты левого и правого центров проекции
углы наклона и поворота левого и правого снимков.
Таким образом, пара снимков имеет 12 элементов внешнего ориентирования.
Расположить пару снимков в геодезическом пространстве так, как она располагалась во время фотографирования можно используя иные 12 элементов ориентирования: 5 элементов взаимного ориентирования пары снимков и 7 элементов внешнего (геодезического) ориентирования построенной модели местности.
48. системы элементов взаимного ориентирования пары снимков.
Стр. 172
49. условие взаимного ориентирования пары снимков.
Условие пересечения пары соответственных лучей —их принадлежность одной б гиеной плоскости. Если два снимка взаимно ориентированы, то любая пара соответственных точек лежит в одной базисной плоскости, т. е. четыре точки 5Ь *%, щ, а2 принадлежат одной плоскости (рис. 12.15). Напомним (см. разд. 9.14), что это условие называют условием компланарности проектирующих лучей. Аналитически оно выражается в виде уравнений взаимного ориентирования- Для плановых снимков они имеют вид:
в базисной системе
- x1æ1+x2æ2-q=0
в системе левого снимка
∆ω+x2∆æ-q=0
X1,y1,x2,y2 — координаты соответственных точек на левом м правом снимках стереопары в системах координат левого и правого снимков соответственно; р — продольный параллакс определяемой точки; q- поперечный параллакс той же точки.
Решают систему уравнений взаимного ориентирования по способу наименьших квадратов до тех пор, пока значение свободного члена (остаточного поперечного параллакса) не будет меньше заранее заданного значения. Значение остаточного поперечного параллакса устанавливают, исходя из требуемой точности конечной продукции.
Найденные элементы взаимного ориентирования пары снимков позволяют получить фотограмметрическую модель местности, являющуюся совокупностью фотограмметрических координат ее точек.
50. прямая фотограмметрическая засечка для стереопары.
Стр. 175
Определить геодезические координаты точек местности по паре снимков можно также на основе использования уравнений коллинеарности. Для этого необходимо знать элементы внешнего ориентирования левого и правота снимков. Тогда для любой точки местности, расположенной в зоне перекрытия, можно составить четыре уравнения коллинеарности:
Xr = XrS1+(Zr-ZrS1)(a1(x1-x0)+a2(y1-y0)-a3f))/(c1(x1-x0)+c2(y1-y0)-c3f)
Yr = YrS1+(Zr-ZrS1)(b1(x1-x0)+b2(y1-y0)-b3f))/(c1(x1-x0)+c2(y1-y0)-c3f)
В полученной системе уравнений искомыми величинами являются Хт Уг, 2Г — геодезические координаты точки местности.
Первые два уравнения выражают связь геодезических координат точки местности и плоских координат ее изображения на левом снимке. Последние два уравнения выражают ту же связь, но с использованием правого снимка-
Систему из четырех уравнений с тремя неизвестными решают с контролем при условии, что элементы внутреннего и внешнего ориентирования левого и правого снимков известны.
Для определения двенадцати элементов внешнего ориентирования снимков:
XS1YS1ZS1 α1ω1æ1 XS2YS2ZS2 α2ω2æ2
используют опорные точки, которые обязательно должны быть планово-высотными, но не обязательно располагаться в зоне перекрытия снимков.
51. прямая фотограмметрическая засечка для одиночного снимка.
Задачу по определению геодезических координат точки местности по измеренным координатам ее изображения на снимке называют прямой фотограмметрической засечкой.
Однако система из двух уравнений с тремя неизвестными не имеет однозначного решения. Следовательно, по одиночному снимку нельзя определить все три пространственные координаты точки местности. Однозначности решения достигают в том случае, если одну из неизвестных величин задают с достаточной точностью. При аналитической обработке одиночного снимка этой величиной является высотная координата Zr точки местности.
Существует несколько способов задания высоты точки местности для решения прямой фотограмметрической засечки.
Если требуется вычислить плановые координаты небольшого числа точек, то высоты этих точек могут быть определены по имеющимся планам с горизонталями при отождествлении на них этих точек.
В случае равнинной местности всем точкам присваивают одинаковую высоту 2^, равную средней отметке снимаемой местности. Возможность использования этого способа определяется предварительным расчетом допустимых перепадов высот снимаемой местности. Предварительный расчет проводят по формуле:
(12.3) 2ᵹhдопMf
hпред = -----------------------
rмах
где hпред — допустимый перепад высот снимаемой местности; ᵹhдоп — допустимое смещение точек за рельеф на плане; М— знаменатель масштаба создаваемого плана; f— фокусное расстояние АФА; rмах — расстояние от точки надира до угла рабочей площади снимка.
Действительный перепад высот на снимаемой местности можно определить по существующим планам с горизонталями. Если он меньше допустимого, рассчитанного по формуле (12.3), то местность можно считать равнинной и всем точкам местности присвоить одинаковую высоту Zср,.
В случае когда действительный перепад высот превышает допустимый, создают цифровую модель рельефа. Высоты точек местности определяют посредством ЦМР.
Точность определения плановых геодезических координат Хr, Yr точки местности зависит от точности задания высотной координаты Zr. Таким образом, одиночный снимок дает возможность вычислять плановые геодезические координаты Xr, Yr точек местности, если известны элементы ориентирования снимка и имеется информация о рельефе местности.
52. обратная фотограмметрическая засечка.
Стр.161
Определение элементов внешнего ориентирования снимков с использованием опорных точек называют обратной фотограмметрической засечкой, или задачей по ориентированию снимка. Ее решают аналитически с использованием уже известных уравнений (12.2) связи координат точек снимка и местности.
Xr = XrS1+(Zr-ZrS1)(a1(x1-x0)+a2(y1-y0)-a3f))/(c1(x1-x0)+c2(y1-y0)-c3f) (12.2)
Yr = YrS1+(Zr-ZrS1)(b1(x1-x0)+b2(y1-y0)-b3f))/(c1(x1-x0)+c2(y1-y0)-c3f)
В правых частях уравнений (12.2) содержатся все шесть искомых элементов внешнего ориентирования снимка. Для одной опорной точки с геодезическими координатами (Xr, Yr, Zr) и измеренными координатами (х,у) ее изображения на снимке можно составить два независимых уравнения вида (12.2) с шестью неизвестными величинами XrS, YrS, ZrS, α, ω, æ. Чтобы однозначно определить все шесть элементов внешнего ориентирования, необходимо объединить в систему не менее шести независимых уравнений, содержащих искомые элементы. Для этого требуется не менее трех планово-высотных опорных точек.
Для решения обратной фотограмметрической засечки с контролем используют четыре опорные точки и более, расположенные по углам снимка. Увеличение числа опорных точек позволяет также отбраковывать грубые измерения.
53. двойная обратная фотограмметрическая засечка.
Если элементы внешнего ориентирования снимков неизвестны, но стереопара обеспечена опорными точками, то координаты точек местности можно найти методом двойной обратной фотограмметрической засечки.
Двойная обратная фотограмметрическая засечка решается в четыре этапа и суть ее состоит в следующем:
На первом этапе определяются элементы взаимного ориентирования пары снимков.
На втором этапе вычисляются координаты точек местности в фотограмметрической системе координат, произвольно ориентированной относительно геодезической системы координат, т.е. строится произвольно ориентированная модель местности – цифровая модель местности (ЦММ), в произвольном масштабе. ЦММ подобна местности, поскольку, она есть совокупность точек пересечения соответственных лучей. Масштаб может быть выбран любым, так как расстояние между центрами проекции при взаимном ориентировании выбирается произвольно и длина базиса в общем случае может быть не дана.
На третьем этапе определяют элементы ориентирования модели и ее масштаб относительно геодезической системы координат. Данная задача решается по опорным точкам – точкам, координаты которых известны в фотограмметрической и геодезической системах координат.
На четвертом этапе выполняется вычисление геодезических координат определяемых точек местности, т.е. строится ЦММ в геодезической системе координат путем пересчета фотограмметрической ЦММ в геодезическую систему координат по элементам ориентирования модели.
54. Фотосхемы и способы их изготовления.
Стр. 129,130
Фотосхемой называют фотографическое изображение местности, составленное из рабочих площадей снимков. Материалом для монтажа фотосхем служат контактные и, реже, увеличенные снимки.
Отметим, что при съемке с помощью сканирующих съемочных систем, например АDS-40, получают непрерывное для всего маршрута изображение. Оно, в первичном состоянии, адекватно маршрутной фотосхеме, и его можно использовать для решения задач, перечисленных в начале данной части.
Удобнее изготавливать одномаршрутные фотосхемы. Если возникает необходимость в обеспечении фотосхемами территорий, выходящих по площади за пределы одномаршрутной фотосхемы, монтируют несколько одномаршрутных фотосхем. Наклеивают их на основу одну под другой. Это позволяет избежать в некоторых случаях значительных расхождений ситуационных элементов в полосе поперечного перекрытия фотосхем. Маршрутные границы рабочих площадей фотосхем, проведенные по их идентичным точкам, могут существенно различаться по начертанию.
Возможность изготовления единой многомаршрутной фотосхемы при благоприятных условиях (местность равнинная, снимки гиростабилизированные) не исключается.
Важное достоинство фотосхем — для их изготовления не требуется геодезической подготовки снимков и на монтажные работы требуется мало времени.
Различают два способа монтажа фотосхем:
1. по соответственным точкам
2. по начальным направлениям.
1. Способ монтажа фотосхем по соответственным точкам
Может быть реализован в двух вариантах:
Достоинство рассмотренного способа — высокая производительность и простота технологии. Однако влияние рельефа местности и угла наклона снимка на смещение точек, используемых при монтаже, может существенно искривить направление фото
схемы даже при идеальной прямолинейности съемочного маршрута.
2. Способ монтажа по начальным направлениям сложнее по технологии и менее производителен, но он позволяет сохранить то направление маршрута, которое было при съемке, например прямолинейное.
Технология монтажа этого способа следующая. На всех снимках накалывают рабочие центры — четкие точки изображения, надежно опознаваемые на смежных снимках. Они должны располагаться не далее чем 0,05 от главной точки снимков. Опознают и накалывают выбранные рабочие центры на смежных снимках. Направления на снимке, исходящие из собственного рабочего центра на рабочие центры, перенесенные со смежных снимков, называют начальными.
55. способы монтажа схем.
Различают два способа монтажа фотосхем — по соответственным точкам и по начальным направлениям.
Первый способ может быть реализован в двух вариантах — индивидуальной и совместной обрезки снимков. При индивидуальной обрезке вблизи средней линии продольного перекрытия снимков выбирают и накладывают на обоих снимках две надежно идентифицирующихся точки (на рис. 1 точки a1,d1,a2,d2)-Разумеется, что эти точки должны располагаться на возможно большем расстоянии одна от другой. Приложив поочередно ли нейку к наколотым точкам на одном и другом снимках, их обрезают по линиям a1d1 и a2d2. Аналогично обрезают остальные снимки маршрута.
При работе с гиростабилизированными снимками равнины выгодно использовать в монтаже только четные или нечетные снимки (монтаж через снимок). Линии порезов пройдут примерно по середине оставшегося (примерно 20 %) продольного перекрытия. Объем работ при этом сократится при улучшении или, лучше сказать, предсказуемости метрических свойств фотосхемы.
Для совместной обрезки смежные снимки накладывают один на другой, добиваясь наилучшего совмещения элементов изображения вдоль средней линии перекрытия. Качество укладки контролируют наколами в верхней и нижней частях перекрытия, а также в его средней части. Уклонения контролируемых точек в середине должны быть минимальными, а вверху и внизу направлены вдоль средней линии.
Закрепленные грузиками снимки разрезают совместно по кривой или ломаной линии с небольшими отклонениями от средней линии перекрытия снимков. При выборе направления изгибов линии пореза желательно линейные элементы топографической ситуации и границы угодий проходить под углами, близкими к прямому, а компактные элементы обходить.
Отрезанные средние части снимков наклеивают безводным клеем на лист плотной бумаги, картона или другого материала. Разрезая снимки индивидуально, добиваются минимального расхождения элементов изображения в середине пореза.
Достоинство рассмотренного способа — высокая производительность и простота технологии. Однако влияние рельефа местности и угла наклона снимка на смещение точек, используемых при монтаже, может существенно искривить направление фотосхемы даже при идеальной прямолинейности съемочного маршрута.
Для рассмотрения влияния рельефа местности на искривление одномаршрутной фотосхемы возьмем снимки 1 и 2 (рис. 2). Допустим, что точка а выше точки d на некоторую величину h. В соответствии с формулой ᵹh=rnh/H= rnh/fm точка а снимка 1 сместится по направлению от главной точки о (строго от точки надира) на ᵹ=a˚1a1 , аналогично сместится и точка а2 на снимке 2. Линии порезов при этом пройдут по направлениям а1d1 и a2d2. Искажение направлений пореза ей для каждого снимка определяют по формуле tgεhmax=rh/Hl. Снимок 2 при этом развернется относительно направления съемочного маршрута на величину еh,1 + еh,2. Подсоединение последующих снимков в зависимости от особенностей рельефа может привести к нарастанию отклонения и образованию прогиба фотосхемы или к случайным искривлениям ее. Аналогично воздействует на непрямолинейность направления фотосхемы и наклон используемых для монтажа снимков.
Это усложняет процесс ограничения рабочих площадей на смежных одномаршрутных фотосхемах и практически исключает возможность изготовления качественной единой многомаршрутной фотосхемы.
Второй способ монтажа сложнее по технологии и менее производителен, но он позволяет сохранить то направление маршрута, которое было при съемке, например прямолинейное.
Технология монтажа этого способа следующая. На всех снимках накалывают рабочие центры — четкие точки изображения, надежно опознаваемые на смежных снимках. Они должны располагаться не далее чем 0,05f от главной точки снимков. Опознают и накалывают выбранные рабочие центры на смежных снимках. Направления на снимке, исходящие из собственного рабочего центра на рабочие центры, перенесенные со смежных снимков, называют начальными.
а б
Рис. 10.2. Искривление фотосхемы рельефной местности
Примерно в пересечении начальных направлений со средними линиями перекрытия снимков выбирают и накалывают вспомогательные точки (на рис. 10.3 k1,k2). Эти точки опознают и накалывают на смежных снимках. С помощью измерителя устанавливают степень разномасштабности используемых снимков. Для этого определяют разность расстояний между собственным и перенесенным рабочими центрами каждой пары смежных снимков. Если разности не превышают 1 мм, с помощью пуансона пробивают отверстия на всех наколотых точках. При большей разности отверстия пробивают на вспомогательных точках всех снимков и на рабочих центрах четных или нечетных снимков. На остальных снимках через рабочие центры вдоль начальных направлений прочерчивают штрихи длиной 5 мм (см, рис. 10.3).
Подготовленные снимки попарно укладывают один на другой так, чтобы отверстия на вспомогательных точках совпали точно, а несовмещения отверстий на рабочих центрах были направлены по начальному направлению. Если рабочие центры пробивались через снимок, то штрихи нижнего снимка должны совпадать с центрами отверстий верхнего снимка. Обрезка снимков в данном способе может выполняться только совместно по кривым или ломаным линиям.
Качество монтажа фотосхемы оценивают с помощью обрезков. На каждом порезе можно использовать любой из двух обрезков. Обрезок прикладывают к порезу так, чтобы элементы изображения на нем точно совпали с соответственными элементами вмонтированного в фотосхему фрагмента того же снимка. Иглой вдоль пореза, возможно ближе к нему, через 2...3 см накалывают четкие точки изображения. Сняв обрезок, измеряют отклонения наколов от точек, которые накалывали на обрезке. Аналогично выполняют контроль по другим порезам. Принципиально можно измерять абсолютные отклонения. Но более важно оценить размер смещения накола в продольном направлении. Если накол оказался между линией пореза и точкой, наколотой на обрезке, то изображение в этом участке пореза дублируется — смещение на корректурном листе обозначают знаком «плюс». В противном случае на фотосхеме образовался вырез, размер которого показывают на корректурном листе со знаком «минус*. Корректурный лист представляет собой уменьшенное схематическое изображение фотосхемы с примерным сохранением формы порезов.
56. трансформирование снимков. Основные аналитические зависимости трансформирования.
Конечная цель фотограмметрической обработки снимков — преобразование их в заданную картографическую проекцию местности. В Российской Федерации, как известно, такой проекцией является конформная проекция Гаусса— Крюгера. Преобразование снимков в проекцию Гаусса— Крюгера требует выполнения громоздких вычислений. При крупномасштабном картографировании проекция Гаусса— Крюгера как математическая основа топографической карты часто заменяется близкой к ней по геометрическим свойствам ортогональной проекцией.
В фотограмметрии под трансформированием понимают преобразование аэро- или космических снимков, полученных в большинстве случаев в центральной проекции, в ортогональную или какую-либо иную картографическую проекцию.
Суть аналитического трансформирования заключается в преобразовании координат точек снимка в координаты соответствующих точек местности с использованием строгих математических зависимостей.
57. ортофототрансформирование снимков. Ортофотоплан.
Ортофотоплан — фотографическое изображение местности в ортогональной проекции. Первоначально по экономическим соображениям ортофотопланы изготавливали преимущественно на горные территории. В настоящее время ортофотопланы получают на различные районы местности с любыми превышениями и формами рельефа.
В данной схеме технической базой является автоматизированная система кадастрового картографирования Intergraph.
Отличительная особенность данной технологии — использование стереоскопической обработки снимков, при которой в полной мере учитывается рельеф местности. Методы цифровой фотограмметрии позволяют организовать процесс изготовления ортофотопланов с требуемой точностью, но с меньшими материальными, трудовыми и временными затратами.
Рассмотрим основные этапы создания ортофотоплана.
Полевая маркировка представляет собой процесс установления па местности искусственных опорных знаков (опознаков). Маркировку искусственными опознавательными знаками выполняют на местности, где нет естественных контуров, уверенно опознаваемых на снимках. Эту работу проводят до аэрофотосъемки. На местности роют неглубокие канавы, наносят линии известью или используют иные материалы. Форма опознавательного знака может быть различной: крест, квадрат и т. п. Размер знака зависит от масштаба получаемых снимков. Маркировку осуществляют в заранее намеченных зонах, удовлетворяющих требованиям фотограмметрической обработки снимков. Для облегчения нанесения границ маркируют сохранившиеся поворотные пункты границ землепользовании.
Масштаб аэрофотосъемки, высоту фотографирования рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить необходимую точность определения плановых и высотных координат.
|
Подготовительные работы |
||||
|
Маркировка опорных точек |
||||
|
АФС Полученне аэрофотоснимков к ОР5-нзмереннй |
||||
|
Сканирование аэрофотоснимков |
||||
|
Составление проекта основных видов работ |
вычисление координат центров фотографирования |
|||
|
Разреженная привязка снимков |
||||
|
Фотогриангуля ция (получение ЭВО ) |
||||
|
Создание ЦМР |
||||
|
Ортофототрансформирование снимков. Получение ортофотоизображений |
||||
|
' |
||||
|
Дешифрирование на экране монитора в стереорежиме |
Ж Создание ортофотоплана |
Полевое дешифрирование и сбор кадастровых данных |
||
|
: |
||||
|
Создание цифровых контур- ных планов в растровой форме |
||||
|
Создание цифровых контурных планов е векторной форме |
Создание информационной кадастровой базы данных |
|||
|
Печать планов на жесткой основе |
Рис. 17.2. Технологическая схема создания ортофотоплана на основе стереофото-грамметрической обработки свнмков
При разреженной привязке снимков опорные точки располагают в углах и в центре маршрута или блока.
Фотограмметрическая обработка включает: сканирование снимков и создание библиотеки цифровых изображений на магнитных носителях, ввод необходимых данных для обработки снимков, маршрутную или блочную фототриангуляцию, создание цифровой модели местности, ортофототрансформирование, изготовление электронного ортофотоплана. Потребителю ортофотоплан передают в растровой или векторной форме на магнитном или бумажном носителе.
58. цифровые модели рельефа (понятие, типы).
стр. 159
Цифровая модель рельефа (ЦМР) — это цифровое представление земной поверхности как непрерывного явления, описывающее ее с определенной точностью. Под ЦМР понимают множество точек с известными геодезическими координатами (Xr, Yr, Zr) и правило определения высоты Zr любой другой точки, не входящей в это множество. Точки с известными геодезическими координатами в данном случае принято называть высотными пикетами. Правило определения высоты называют правилом интерполяции высот, или аналитической моделью рельефа (АМР).
Методы построения цифровых моделей рельефа различаются по схемам расположения высотных пикетов и по способам интерполяции высот в промежутках между ними.
По схемам расположения высотных пикетов ЦМР делят на регулярные, полурегулярные и структурные.
В регулярных моделях высотные пикеты расположены в уздах сеток квадратов, прямоугольников или равносторонних треугольников. Недостатком этих моделей является то, что наиболее значимые точки рельефа, находящиеся на линиях тальвегов и водоразделов, перегибах скатов, могут оказаться между узлами сетки и не отобразиться на ЦМР. В связи с этим важно выбрать оптимальный шаг сетки, так как с его увеличением возрастают погрешности ЦМР, а с уменьшением — объем ЦМР, время и средства на ее создание.
В полурегулярных моделях высотные пикеты располагают на поперечниках к заданным линиям. Пикеты могут находиться на поперечниках либо на одинаковых расстояниях друг от друга, либо на перегибах скатов. Полурегулярные ЦМР в основном используют при проектировании трасс линейных сооружений (дорог, линий электропередач, нефте- и газопроводов и т. п.).
Для наиболее правильного описания характера рельефа меньшим числом высотных пикетов создают структурные ЦМР. В этих моделях положение высотных пикетов определяется структурой рельефа — их выбирают в его характерных точках.
Координаты высотных пикетов, используемых для построения ЦМР, могут быть получены в результате полевых геодезических измерений, по топографическим картам, по результатам воздушного и космического лазерного сканирования, путем стереофотограмметрической обработки снимков.
Для определения отметок точек, находящихся между высотными пикетами, применяют различные способы линейного и нелинейного интерполирования.
При использовании регулярных ЦМР с малым шагом сетки отметки промежуточных точек можно определить двойным линейным интерполированием.
В структурных ЦМР применяют, как правило, линейные методы интерполяции.
Цифровые модели рельефа используют при изготовлении ортофотопланов, для создания оригинала рельефа в горизонталях и как самостоятельный слой в геоинформационных системах (ГИС).