Технології фотограмметрії

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Завдання дисципліни "Фотограмметрія"

Дисципліна "Фотограмметрія" вивчає різноманітні об'єкти та явища шляхом виконання вимірювань за їх фотографіями, а також вивчає властивості фотозображення, розробляє прилади та методи вимірювання фотознімків. Головною особливістю дисципліни "Фотограмметрія" є безконтактне та дистанційне (на якійсь певній відстані) вивчення об'єкту.

Під терміном "дистанційне зондування" розуміють фотографічні та нефотографічні методи зйомки для зондування Землі з літака або супутника. До фотографічних методів відносять класичні методи аерофотозйомки та аналізу, до нефотографічних методів відносять перш за все реєстрацію даних за допомогою оптико-механічного сканера.

Слово "Фотограмметрія" походить від грецьких слів: "фотос" -світло, "грамма" - запис, "метрео" - вимірювання і означає вимірювання світло-запису, тобто вимірювальну фотографію.

Фотограмметрія має такі переваги:

· значно підвищує продуктивність праці, тому що вимірюються не об'єкти, а їх фотозображення;

· забезпечує високу точність вимірювань і визначень, що гарантується сучасними вимірювальними та обчислювальними засобами;

· гарантує об'єктивність, достовірність і оперативність (швидкість) отримання інформації;

· надає можливість вивчення рухомих об'єктів та короткочасних явищ;

· надає можливість автоматизації робіт.

Розділи фотограмметрії, що вивчають засоби визначення просторового (тримірного) положення точок об'єкта називається стереофотограмметрією, а засоби визначення площинного (двомірного) зображення - плановою або контурною фотограмметрією.

За методами обробки фотознімків і характером отриманої продукції розрізняють п'ять видів топографічних зйомок: контурна аерозйомка, комбінована, стереотопографічна, наземна фототопографічна та космічна зйомки.

Контурна зйомка - це сукупність робіт, в результаті виконання яких отримують контурний план (фотоплан) місцевості.

Початковою стадією контурної аерозйомки є аерофотозйомка місцевості, в результаті якої отримують аерофільм, з якого виготовляють аеронегативи і друкують аерофотознімки. Але отримані аерофотознімки не є фотографічним планом місцевості, внаслідок спотворення зображення через їх нахил під час зйомки, впливу рельєфу місцевості та інших факторів.

З метою отримання фотоплану (одномасштабного фотографічного зображення місцевості) необхідно трансформувати аеронегативи. Для цього необхідно мати на аеронегативі чотири точки з відомими координатами, які визначаються при проведенні фототріангуляції, тобто розпізнання точок на знімку і на місцевості та визначення їх геодезичних координат.

Комбінована зйомка заключається у виготовленні фотоплану методами контурної аерозйомки та польової рисовки рельєфу на ньому за допомогою мензули та кіпрегеля. Під час зйомки рельєфу виконують і дешифрування. Таким чином, після виконання всіх робіт отримують топографічний фотоплан місцевості.

Стереотопографічна зйомка вирішує завдання складання топографічних карт (планів) шляхом камеральної обробки пар аерофотознімків, що перекриваються (стереопар), диференційним або більш точним універсальним методом.

При диференційному методі складається фотоплан методами контурної аерозйомки, а рисовку рельєфу і горизонталі на аерофотознімках виконують за допомогою стереоприладів. Потім горизонталі та елементи дешифрування переносять, на фотоплан, отримуючи топографічний фотоплан місцевості.

При універсальному методі на точних універсальних стереоприладах за парами знімків безпосередньо складають топографічну карту (план) місцевості.

Наземна фототопографічна зйомка в основному застосовується для складання топографічних карт гірських і високогірних районів, зйомки кар'єрів та ін., при дорожніх, геологічних, гідротехнічних і гляціологічних вишукуваннях в гірських районах, при зйомках різноманітного роду інженерних споруд для вивчення деформації, точності монтажу будівельних конструкцій, при архітектурних обмірах тощо. При цій зйомці фотографування виконують за допомогою спеціальних фотоапаратів - фототеодолітів.

Космічна зйомка забезпечує найбільш швидке отримання об'єктивної інформації про поверхню Землі або її великих регіонів, а також про явища, які відбуваються на ній.

В фотограмметрії використовують знімки, отримані різноманітними методами:

фотографічними, радіо- та звуколокації, рентгеноскопії, голографії, телебачення тощо; при використанні їх з метою вимірювання та дешифрування знімків мають свої особливості.

Розвиток фотограмметрії ґрунтується на отриманні високоякісних фотоматеріалів, використанні якісних аерофотоапаратів для отримання аерофотознімків і космічних фотознімків з високою роздільною здатністю та високими метричними властивостями (без викривлень), а також при використанні високоякісних і надійних фотограмметричних і стереофотограмметричних приладів на базі сучасної техніки та електроніки.

Ідею автоматизації процесу стереовимірювань висунуто ще в 20-30-х роках XX століття проф. О.С. Скірідовим. В даний час фірма "Вільд" (Швейцарія) спільно з іншими фірмами розробила та виготовила прилад "Стереомат" декількох модифікацій. Також фірма "Цейс" (Німеччина) займається цими проблемами. Але використання таких приладів поки що стримується високою їх вартістю, недоліками конструкції та роботи без втручання людини (оператора).

У 80-х роках XX століття цифрова фотограмметрія почала розвиватися і широко використовуватися на виробництві. Так в Україні використовуються стереограф і цифрова станція "Дельта".

Подальше вдосконалення автоматичних універсальних стереоприладів і систем дозволяє розширити їх можливості до такого ступеня, що вони будуть здатні обробляти знімки будь-яких регіонів без допомоги оператора і суттєво підвищать продуктивність фотограмметричних робіт.

Наукові та технічні проблеми фотограмметрії можна звести до таких вимог:

Проблема побудування об'єктивами якісних за всіма параметрами зображень, отримання, реєстрації та збереження зображень за допомогою високоякісних фотоматеріалів або інших засобів без срібла і разом - мати зображення без спотворень (високих метричних властивостей) і з великою дозвільною спроможністю.

Проблема hозробки і створення надійних сучасних фотограмметричних та стереофотограмметричних приладів на базі найсучаснішої електронної техніки і повністю автоматизованих.

Економічні проблеми вартості і фінансування названих робіт.

Все це пов'язано з загальними проблемами розвитку науки івиробництва. Названа перша проблема повинна вирішувати завдання створення системи побудування зображення такої якості, щоб збільшення до 15 разів без втрати точності та якості стало звичайною справою. Для цього треба створити дуже якісні та недорогі оптичні системи для об'єктивів. Друга проблема в даний час може вирішуватись застосуванням цифрової фотограмметрії. Перспективи розвитку фотограмметрії також можуть забезпечити застосування супутникових систем GPS (глобальні позиційні системи) та автоматизацію спостережень.

Фотограмметрія, як технічна дисципліна, в першу чергу ґрунтується на фізико-математичних дисциплінах, геодезії. З них особливо важливі розділи оптики, геометрії та тригонометрії.

Питання дешифрування, особливо сільськогосподарського, вимагають знання основ ґрунтознавства, геоботаніки, землеробства, меліорації, рослинництва та шляхових справ.

Питання зйомки рельєфу потребують достатніх знань геоморфології.

При вивченні фотограмметрії необхідно знати потреби землеустрою та планування сільських населених пунктів.

Сучасний облік земель та висока механізація сільськогосподарських угідь підвищили вимоги до землеустрою, а відповідно, і до якості планів місцевості та їх детальності. Тому землеустрій потребує переважно великомасштабних планів.

Для розвитку економіки країни та для виконання багатьох реформ треба мати повну інформацію про природно-географічіний стан всіх регіонів. Така інформація надається створенням Топографічних карт. Найбільш оперативним, об'єктивним, економічно вигідним і сучасним методом створення і оновлення карт є фотограмметричний метод, з використанням аерофотознімків та результатів космічного фотографування.

Фотограмметричний метод легше за інші піддається вдосконаленню, переходу на сучасніші методики і технології. Основним методом в геодезії є аерофотографування.

Аерофотозйомкою називається сукупність робіт, в результаті яких отримують аеронегативи (аерофотознімки) місцевості, тобто фотографування землі з літального апарату.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аерофотозйомку поділяють на планову (горизонтальну), коли оптична вісь аерофотоапарата відхиляється від заданого прямовисного положення не більше ніж на 3°, і перспективну (нахилену) - при більшому її відхиленні.

У випадку використання при плановій аерозйомці (а < 3°) гіроскопічної стабілізації аерофотоапарата, що здійснюється за допомогою гіроскопів, вказаний кут відхилення не перевищує 30-40'. Такий вид планової зйомки називається гіростабілізовоною зйомкою.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аерофотозйомка може бути:

· багатомаршрутною (аерофотозйомка площі) - коли фотографують місцевість шляхом прокладання ряду прямолінійних взаємно паралельних аерофотозйомочних маршрутів; звичайно із заходу на схід і зі сходу на захід;

· маршрутною - при якій виконують зйомку вузької смуги місцевості з одним маршрутом;

· одинарною - коли отримують одинарний аерофотознімок об'єктів, що фотографують.

Повний цикл роботи після аерофотозйомки триває від одного до трьох років залежно від характеру об'єкта зйомки, об'єму робіт із згущення головної геодезичної основи, розмірів території, що знімається, виробничої потужності підприємства та інших причин.

Однією з основних особливостей виробництва аерофотозйомки за даною технологією є розрахунок одного аеронегативу для виготовлення фотоплану одної трапеції заданого масштабу. З цією метою аерофотозйомочні маршрути прокладають вздовж паралелей, що проходять через центри трапецій державної або умовної розграфки.

Аерозйомка та обробка її матеріалів суттєво залежать в економічному, технічному, а також і в організаційному відношенні від підбору масштабу фотографування (1/m), головної відстані аерофотоапарата (f), висоти фотографування (Н), формату аеронегативу (l_xl_y) та їх перекриття повздовжнє і поперечне (Р; Q ).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Маршрути прокладаються так, щоб сусідні аерофотознімки та знімки сусідніх маршрутів перекривалися між собою. Для цього попередньо розраховують відстань між аерофотознімками (базис фотографування) та відстань між маршрутами.

Для отримання якісних знімків визначають витримку

2. Основні відомості про фотографію

Будь-який фотоапарат, незалежно від конструкції - це світлонепроникна камера у вигляді жорсткої коробки або міхів, що розтягаються. На передній стінці камери розташований об'єктив з затвором і діафрагмою які регулюють кількість світла, а на задній - касета зі світлочутливим матеріалом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Об'єктиви характеризуються фокусною віддалю, кутом поля зображення, світлосилою, глибиною різкості і роздільною силою (здатністю).

Фокусна віддаль об'єктива - це віддаль від центру лінзи до точки перетину всіх променів. Це одна з величин, що визначає масштаб зображення. Для фотоапаратів фокусна відстань це відстань від центру лінзи об'єктива до площини вирівнювання плівки( пластини, паперу). Об'єктиви можуть бути наддовгофокусними (350 мм), довгофокусними (100 - 200 мм) середньофокусними (70-100 мм), короткофокусними (до 70 мм).

Кутом поля зображення об'єктива в це кут, під яким діаметр поля зображення спостерігається з центру об'єктива.

Освітленість зображення залежить від величини діючого отвору і об'єктива та від його фокусної віддалі F. Діючим отвором називається діаметр світлового пучка променя, що проходить крізь діафрагму об'єктива. Стандартна величина n зазначається на шкалі діафрагми. Відношення (F/n) називають відносним отвором, а квадрат цього відношення (F²/n²) - геометричною світлосилою об'єктива.

Глибина різкості характеризує властивість об'єктиву відображати предмети, що мають різне віддалення.

При наведенні на різкість по дуже віддаленому предмету практично різко відобразяться всі предмети, починаючи з певної відстані і до нескінченності. Така віддаль називається гіперфокальною.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Роздільна здатність об'єктиву - його здатність відокремлено відображати близькі дрібні деталі об'єкта За роздільну здатність об'єктива приймають максимальну кількість чорних та білих ліній рівної товщини, які можна розрізнити окремо на протязі одного міліметра оптичного зображення. Роздільна здатність вимірюється у лініях на міліметр.

Масштаб фотографічного зображення відображається відношенням:

1/т = f/H

Встановимо значення масштабу, як відношення довжини відрізку на зображенні до його довжини на місцевості.

Згідно визначення, відстань

Визначимо відстань від центру проекції S до поверхні землі O як висоту фотографування H

Із подібності трикутників:

Проведемо аналіз формули:

ь Значення масштабу тим крупніше, чим знаменник менше.

ь Значення масштабу тим крупніше, чим фокусна відстань більше.

ь Значення масштабу тим крупніше, чим висота фотографування (віддаль до об'єкту) менша.

Фотографічний матеріал складається з підкладки, на яку нанесено світлочутливий шар у вигляді фотографічної емульсії. Підкладкою може бути скляна пластина, плівка, папір, тканина тощо. Фотографічна емульсія - це галоїдне срібло та желатин. В одному квадратному міліметрі від 100 млн. до одного міліарду бромистих мікрокристалів.

Час, протягом якого фотографічний шар освітлюється при фотографуванні, називається витримкою. Експозиція (кількість освітленості Н) є добуток освітленості Е на час освітлення і, тобто кількість світлової енергії, що отримується шаром за час витримки Н = Е* і, а процес дії світлом на світлочутливий шар називається експонуванням.

Для правильного використання фотографічних матеріалів необхідно мати дані про їх властивості: загальну світлочутливість, контрастність, фотографічну широту, роздільну здатність і спектральну світлочутливість.

Загальна світлочутливість виражається в здатності світлочутливого шару реагувати на світло. За загальну світлочутливість приймають величину, яка обернена експозиції, і необхідна для отримання заданої мінімальної щільності. Для визначення щільності застосовують прилади - сенситометри. Для цього в лабораторних умовах будують сенситограму. Оптична щільність є десятинний логарифм непрозорості.

Контрастність - це розбіжність отриманих оптичних щільностей, що залежить від об'єктива, часу проявлення негативу і якості фотоемульсії. Контрастність збільшується при збільшенні часу проявлення, але до певної межі. Контрастність характеризується коефіцієнтом г:

§ при г =1, контраст зображення дорівнює контрасту сфотографованого об'єкта;

§ при г>1, контраст зображення більше за контраст об'єкта, що сфотографований;

§ при г<1, контраст отримуємо зменшений за контраст об'єкта, що сфотографований.

Спектральна світлочутливість - (кольорочутливість) фотографічної емульсії - це ступінь її чутливості до впливу променів різних зон спектру. Для підвищення спектральної чутливості застосовують сенсибілізатори (органічну речовину), яку вводять до фотографічної емульсії. Така емульсія називається сенсибілізованою.

Фотографічна широта - це відношення максимально допустимої експозиції до мінімальної; характеризує здатність світлочутливого матеріалу вірно відтворити у вигляді пропорційних затемнень співвідношення яскравості об'єкта зйомки (її величина вказується на фотоплівці).

Роздільна здатність негативу аналогічна роздільній здатності об'єктива.

Незважаючи на оптичну сенсибілізацію, фотографічна емульсія чутлива до синьо-фіолетової зони спектру і для вирівнювання кольоропередачі використовують світлофільтри. Світлофільтри поділяються на:

монохроматичні, що пропускають промені лише одного будь-якого кольору;

селективні, що пропускають промені лише декількох кольорів спектру;

компенсаційні, що частково або повністю поглинають промені лише одного спектру, а всі інші промені пропускають.

Для аерофотозйомки використовують компенсаційні світлофільтри для усунення синьо-фіолетової (повітряної) димки.

Зйомочний процес. Для успішного проведення зйомки необхідно вірно встановити витримку. Витримкою називається тривалість фотографування, що необхідна для нормального фотографічного зображення в конкретних умовах зйомки і залежить від світлочутливості емульсії, діафрагми, кратності світлофільтра, сили світла, об'єкта зйомки та умов освітленості. Правильна витримка - найголовніший елемент фотографування, від якого залежить якість аеронегативів (аерофотознімків).

Негативний процес - це проявлення експонованої фотоплівки (пластинки), промивка, закріплення кінцевої промивки і сушка. Реакція перетворення скритого зображення у видиме називається проявленням, а хімічні речовини, що застосовуються для цієї мети - проявник. У процесі проявлення в зернах галоїдного срібла, на яке вплинуло світло, відбувається відновлення металевого срібла, що має темний колір, причому кількість утворення відновленого срібла відповідає отриманим експозиціям. Проявники поділяються на нормальні, швидкодіючі та повільні Час проявлення залежить від фотографічної емульсії, експозиції, складу проявника і температури розчину. Проявлений негатив споліскують у воді та закріплюють у фіксуючому розчині (фіксаж). При цьому процесі лишок галоїдного срібла перетворюється в розчин, а металеве срібло залишається. Після закріплення негатив промивають і висушують.

Негатив - це проміжна ступінь для виготовлення на фотопапері позитивного відбитку, тональна передача якого не відповідає об'єкту зйомки.

Позитивний процес, який полягає в друкуванні фотографій різними способами:

контактним - при якому масштаб позитиву дорівнює масштабу негативу;

проекційним - при якому масштаб позитиву може не дорівнювати масштабу негативу.

Контактний друк полягає в тому, що до емульсійного шару негативу прикладають емульсійний шар фотопаперу і освітлюють через негатив. Витримку для отримання нормального позитиву встановлюють дослідницьким шляхом. Процес проявлення, споліскування у воді, закріплення у фіксажі і кінцева промивка аналогічні негативному процесу.

Проекційний друк виконується за допомогою різноманітних фотозбільшувачів, загальна схема яких однакова - 1 - об'єктив, 2 - негатив у касеті, 3 - лінзовий конденсор, 4 - стояк, 5 - джерело світла, 6 - фотоматеріал, 7 - екран.

Якісні вимоги до негативів залежать від мети фотографування.

Сучасні фотогеодезичні роботи, як правило, виконують з використанням значного збільшення фотозображення. Тому в першу чергу перевіряють різкість і детальні зображення, а також їх контрастність і щільність.

Найбільш практично оцінювати якість негативів і відбитків шляхом порівняння їх з еталонами, що завчасно виготовлені в иабораторних умовах.

Репродукування - це перефотографування будь-якого фотографічного зображення. Репродукційна фотографія застосовується для отримання та розмноження фотографічним шляхом копій з фотопланів, фотосхем, планів, а також для виготовлення репродукцій накидного монтажу.

Для точних видів робіт репродукційні фотографії виготовляють на твердій основі, а в тих випадках, де деформацію можна не враховувати - на м'якій.

Використовується також кольорове фотографування. Згідно з теорією тримірного зору, в сітчатці людського ока знаходяться елементи, що розрізняють кольори. Вони чутливі до основних кольорів: синього, зеленого та червоного. Комбінації цих кольорів збуджують сітчатку та нервові закінчення і складають всі видимі кольори. Вперше цю ідею кольорового зору висловив М.В.Ломоносов ще в 1756 році, за багато років до робіт Юнга, Вюнша та Максвелла.

Предмети зовнішнього світу вибірково поглинають, пропускають крізь себе або відбивають промені світла, що падають на них. У результаті відбите від них світло змінюється за своїм спектральним змістом і ці предмети отримують різноманітне забарвлення. Теорія трикомпонентного кольорового зору полягає в основі складання кольорових зображень фотографічним методом. При цьому любий колір об'єкта, що сфотографований, також отримується шляхом кількісного змішування фарбників, що утворюються у фотографічних шарах кольорових світлочутливих матеріалів у процесі їх кольорового проявлення.

Для цього фотографування проводять на тришарову плівку, в якій верхній світлочутливий шар чутливий до синіх променів, за ним йде шар світлофільтра, що пропускає промені фіолетового кольору чутливий до чутливий до зеленого, а третій до червоного. Також на фотоматеріалах є підшарок і протиореольний шар.

Після експонування в кожному шарі отримується потаємне негативне зображення. Після кольорового проявлення отримується негатив, де в кожному світлочутливому шарі утворюється додатковий колір; в середньому шарі замість зеленого - пурпуровий, в нижньому шарі замість червоного - голубий, у верхньому шарі замість синього отримується жовтий колір. Для більш вірного кольорового сприймання об'єкта на позитиві проводять друк з кольорового негатива на кольоровий фотопапір або на прозору позитивну плівку, при цьому кольоропередача наближена до звичайних кольорів об'єкта.

3. Основні відомості про лінійну перспективу

Зображення предмета на площині, що побудоване за певними правилами, називається проекцією предмета, а процес побудови проекції - проектуванням.

Будь-яку точку об'єкта можливо відобразити на площині проектуванням прямолінійних променів (їх називають проектуючими променями), а перетин цього променя з площиною називають перспективою цієї точки.

В науці і техніці застосовується багато видів проектування. Найбільш поширені з них - ортогональна і центральна. Так в геодезії для отримання плану невеликої площі застосовують прямокутну (ортогональну) проекцію, при якій всі її точки проектують на горизонтальну площину. Взагалі, при ортогональному проектуванні побудова зображення ведеться паралельними між собою променями. Ортогональна проекція буває прямою і косою.

Якщо проектуючи промені виходять з однієї точки (центр проекції, фокус), то проекція називається центральною. Центральна проекція може бути збільшеною, зменшеною, прямою і оберненою, плановою і перспективною. Зображення, утворене центральним проектуванням називають перспективою.

В теорії перспективи розрізняють два завдання: пряме - коли за даними в площині або в просторі елементами знаходять їх центральні проекції (аерофотозйомка), та зворотне - коли за заданими елементами в площині центральних проекцій визначають відповідні елементи в площині або в просторі (обробка аерофотознімків для знімання фотоплану (плану) місцевості).

Размещено на http://www.allbest.ru/

При центральному проектуванні використовують такі основні площини, прямі і точки.

S - центр проекції (відповідає оптичному центру об'єктива фотоапарату);

Т - предметна площина (відповідає горизонтальній площині на місцевості);

Р - позитивна картинна площина (картина) (відповідає площині знімка);

V - площина дійсного горизонту, проходить через точку S перпендикулярно Е;

E - площина головного вертикалу, проходить через S перпендикулярно площині Т.

При перетині площини V з площиною Р утворюється головна вертикаль vv';

При перетині площини T з площиною Р утворюється основа картини tt';

При перетині площини Е з площиною Р утворюється лінія дійсного горизонту іі';

При перетині площини V з площиною Т утворюється лінія напрямку зйомки ЛНЗ;

Размещено на http://www.allbest.ru/

SO - головний промінь - перпендикулярний до картини Р розташований у в площині V (відповідає оптичній осі аерофотоапарата), головна відстань (відповідає фокусній віддалі аерофотоапарата f);

SN - висота центра проекції - частина надірного променя, перпендикулярного площині Т, пролягає в площині V і відповідає висоті фотографування Н;

б -- кут нахилу картини Р за відношенням до площини Т, а також кут відхилення головного променя SO від прямовисного SN (кути oSn; Nvn; Sv'o

о - головна точка знімка (картини) - перетин головного променя So із картиною площиною Р (відповідає головній точці аеронегативу та аерофотознімку);

с - точка нульових викривлень - перетин бісектриси кута б (oSn) з площиною головною вертикаллю vv'

п - точка надіра - перетин прямовисної прямої SN із картинною площиною Р;

N - проекція точки надіра - перетин прямовисної лінії SN із предметною площиною Т;

і - головна точка сходу, утворюється при перетині головної вертикалі vv' і лінії дійсного горизонту tt'.

Математичні зв'язки між основними елементами перспективи:

Перспектива прямої, точки, кута будується в такому порядку: спроектувати точку на основу картини tt', в центрі проекції S встановити лінію, паралельну проектованій |S i_a|, сполучити точки i_a та t_a, із центра проекції опустити проектуючи промені на точку (кінці лінії), на картинній площині позначити перспективу.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Побудова перспективи прямовисної ліній проводиться так: основа прямовисної лінії А проектується на основу картини tt' через точку надіра N, далі в картинній площині проводиться промінь |t_a n|, із центра проекції опустити проектуючи промені на точку (кінці лінії), на картинній площині позначити перспективу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Теорема Шаля (Теорема про незмінність перспективи). Якщо обертати площину Т навколо основи картини tt', а площину Е навколо лінії дійсного горизонту ii', зберігаючи їх взаємну паралельність, то перспектива всякої точки А залишиться незмінною.

4. Геометричні властивості поодинокого знімку

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Елементи орієнтування визначають положення аерофотознімка відносно сфотографованої місцевості. Вони поділяються на внутрішні та зовнішні.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Елементи внутрішнього орієнтування дозволяють знайти положення центру проекції S відносно аерофотознімка. Таких елементів три: фокусна відстань фотоапарату і координати х_о і у_о головної точки о аерофотознімка в прямокутній системі координат. Система координат утворюється на ньому прямими, які з'єднують протилежні координатні мітки. Значення х_о і у_о дуже малі і тому положення точки о визначають перетином вказаних прямих. Елементи внутрішнього орієнтування відомі з високою точністю.

Елементи зовнішнього орієнтування визначають просторове положення зв'язки проектуючих променів в момент фотографування, їх кількість дорівнює шести:

Лінійні - координати центру проекції S - X_S, Y_S, Z_S які визначають положення точки S відносно вибраної на місцевості просторової системи координат.

Та три кутові:

- кут нахилу аерофотознімка б₀ -- визначається, як кут відхилення головного променя So від прямовисної прямої Sn (кут NSO);

А - дирекційний кут напрямку аерофотозйомки А - це кут між віссю х і проекцією головного вертикалу N0 (кут ONX');

к - кут повороту - кут між головною вертикаллю по і віссю абсцис аерофотознімку х.

Таким чином, елементи орієнтування (внутрішні та зовнішні) визначають таке положення аерофотознімка, при якому точки місцевості та їх зображення на аерофотознімку лежать на проектуючих променях, що проходять через центр проекції S.

При плановій аерофотозйомці кут а не перевищує 3°, а при і гіростабілізованій - 40', при цьому кути А і к можуть мати значення від 0 до 360°.

2. Розглянемо взаємозв'язок між координатами точок місцевості і аерофотознімка.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Якщо взяти, що So = f, SN = Н, а кут oSn = б, то координати всякої точки В на горизонтальній поверхні можна описати формулами

Очевидно, що масштаб похилого, навіть планового аерофотознімку є величина непостійна і залежить від висоти фотографування, фокусної відстані і відстані від центра знімку (зокрема точки с).

Залежність значення масштабу від вищевказаних величин можна описать формулою

Вплив умов знімання на його результати називається спотворення. Спотворення, це величина зміщення точки аерофотознімку з того положення, яке б вона займала при ідеальних умовах знімання. Точки аерофотознімків зміщаються під впливом:

- рельєфа місцевості;

- кута нахилу аерофотознімку;

- кута розвороту аерофотознімку;

- різномасштабності;

- дисторсії;

- швидкості руху носія;

- невирівнювання плівки;

Размещено на http://www.allbest.ru/

Максимальні спотворення на аерофотознімках дають кут нахилу і рельєф. Розглянемо зміщення точок аерофотознімку під впливом рельєфу.

Лінійне зміщення точок за рельєф описується формулою:

де:

д_h - лінійне спотворення за рельєф;

r - відстань точки від точки надіра;

h - перевищення точки місцевості над середньою площиною;

Н - висота фотографування над середньою площиною

f - фокусна відстань аерофотоапарата.

Аналіз формули дає такі висновки:

1. Величина спотворення д_h зростає, якщо збільшується перевищення над середньою площиною h або відстань від точки надіра r (ближче до країв аерофотознімку).

2. Величина спотворення д_h зменшується, якщо збільшується висота фотографування Н або фокусна відстань f.

3. При додатному (h > 0) перевищенні над середньою площиною, точки зміщаються від точки надіра д_h > 0, при від'ємному (h < 0) - до точки надіра д_h < 0.

4. Значення д_h = 0 у точці надіра (r = 0) або у точках, які лежать на середній площині (h = 0).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Викривлення напрямку ab внаслідок рельєфу місцевості визначається за формулою:

де:

е_h - лінійне спотворення за рельєф;

r - відстань точки від точки надіра;

h - перевищення точки A місцевості над середньою площиною;

Н - висота фотографування над середньою площиною

l₀ - довжина лінії |a₀b| ;

ш - значення кута nab.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розглянемо спотворення за нахил аерофотознімку. Лінійне зміщення точок за кут нахилу описується формулою:

де:

д_б - спотворення за кут нахилу;

r - відстань до точки с;

б - кут нахилу аерофотознімку;

f - фокусна відстань камери;

ц - кут, відрахований по ходу годинникової стрілки від додатного напрямку головної вертикалі до напрямку на точку.

Аналіз формули дає такі висновки:

1. Величина спотворення д_б зростає, якщо збільшується відстань від точки с (ближче до країв аерофотознімку), при збільшенні кута нахилу знімку б, коли значення кута ц наближається до 0° або до 180° (на головній вертикалі).

2. Величина спотворення д_б зменшується, якщо збільшується фокусна відстань камери, коли значення кута ц наближається до 90° або до 270°.

3. У зоні, де значення кута ц коливається у межах 270°< ц <90° спотворення д_б від'ємне (д_б < 0), точки зміщаються до точки с; у зоні, де значення кута ц коливається у межах 90° < ц < 270° спотворення д_б додатне (д_б > 0 ), точки зміщаються від точки с.

4. Значення д_б = 0 у точці нульових спотворень с (r =0), у точках, що лежать на горизонталі нульових спотворень hh' - перпендикулярі до головної вертикалі, проведеному через точку с (ц = 90°, ц = 270°), на горизонтальному знімку, коли б = 0.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Викривлення напрямку ab внаслідок нахилу аерофотознімку на кут б описується формулою:

де:

е_б - спотворення за кут нахилу;

r - відстань до точки с;

б - кут нахилу аерофотознімку;

f - фокусна відстань камери;

л - значення кута cab

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аналіз формул спотворень на аерофотознімку вказує на те, що на краях знімку спотворення значно зростають, що негативно впливає на якість знімку. Тому для фотограмметричної обробки використовується не весь знімок, а його центральна частина, обмежена лініями, що проходять через середини зон повздовжнього і поперечного перекриття P i Q. Враховуючи, що повздовжнє перекриття Р складає близько 60%, поперечне Q близько 30%, а формат аерофотознімка 1818 см, вздовж маршруту межа робочої площі проходить на відстані 5-6 см від країв знімка, а впоперек маршруту - на відстані близько 2,5 см.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тож, при проведенні землевпорядних робіт аерофотознімки використовують для отримання топографічних данних (визначення координат, площ і кутів) і для визначення нетопографічних характеристик об'єктів місцевості.

Для проведення робіт, що не потребують високої точності (рекогностування, визначення положення опорових точок, дешифрування, створення проектів, прокладення маршрутів руху, визначення нетопографічних характеристик місцевості) використовують або поодинокі знімки, або їх стереопари. Деякі роботи, що не потребують великої точності можна виконувати на репродукціях накидних монтажів або фотосхемах.

Фотосхемою називається суцільне фотографічне зображення, утворене із робочих площ аерофотознімків. Фотосхеми монтують або з контактних відбитків (звичайні), або зі знімків, приведених до спільного масштабу (приведені фотосхеми). Розходження по контурах такої фотосхеми не повинно перебільшувати 0,4 мм.

Для визначення топографічних даних аерофотознімки горизонтуються (усувається або компенсується вплив кута нахилу б) і масштабуються (приводяться до спільного масштабу. Такі знімки можуть використовуватися у вигляді стереопари (аналогове трансформування), або у вигляді суцільного зображення - фотоплану (фототрансформування).

5. Трансформування аерознімків та монтування фотоплану

Размещено на http://www.allbest.ru/

Трансформуванням називається перетворення нахиленого аерофотознімка (аерофотонегатива) в зображення, що відповідає горизонтальному аерофотознімку заданого масштабу. В процесі такого перетворення усувається зміщення точок, що викликане нахилом аерофтознімка, і отримане зображення (яке називається трансформованим) при рівнинній місцевості рівнозначно плану. У випадку нерівнинної місцевості, оскільки трансформоване зображення є центральною проекцією, відрізняється від плану із-за зміщення точок за рельєф. Зменшення цих зміщень до допустимої величини здійснюється шляхом багатократного трансформування аерофотознімка з різним збільшенням (трансформування по зонах).

Геометрична сутність трансформування полягає у відновлення зв'язки проектуючи променів у тому вигляді, в якому вона була у момент аерофотознімання. Якщо потім на шляху такої зв'язки розташувати горизонтальний екран, то можна отримати практично горизонтальне зображення місцевості. Регулюючи висоту розташування екрана - підібрати масштаб зображення.

Відповідно до способів відновлення зв'язки проектуючи променів існує декілька видів трансформування:

графічне - виконується шляхом перенесення ситуації з аерофотознімків на основу, за допомогою побудованих на них проективних сіток (побудова виконується за допомогою простих креслярських приладів);

оптико-графічне - виконується на проекторі (фотозбільшувачі) і після побудови трансформованого зображення його контури обводять на основі та отримують графічний план місцевості;

фотомеханічне - виконується на спеціальних приладах - фототрансформаторах. У цьому випадку трансформують зображення з аеронегативу і друкують його на фотопапері;

аналогове - трансформування виконується на універсальних стереоскопічних приладах шляхом горизонтування і масштабування стереомоделі.

аналітичне (цифрове) - полягає в обчисленні координат точок горизонтального аерофотознімка за координатами відповідних точок нахиленого аерофотознімка (виконуються обчислення на ЕОМ при аналітичній фототріангуляції).

Трансформування може виконуватися двома способами:

за установочними елементами - використовують вказані елементи, що визначені за елементами зовнішнього орієнтування аерофотознімка;

за точками - визначають трансформаційні точки аерофотознімка, положення яких на основі отримують, як правило, за допомогою фототріангуляції.

В експедиційних умовах плани місцевості на невелику площу можуть бути отримані за допомогою графічного трансформування. Для цього необхідно мати віддешифровані аерофотознімки з опоровими точками, положення яких на основі визначено із графічної фототріангуляції.

При графічному трансформуванні на аерофотознімку та на основі (аркуш креслярського паперу) по чотирьох однойменних орієнтирних точках будують взаємно проективні сітки. А потім по них переносять дешифровані контури з аерофотознімка на основу. Отримане на основі зображення при рівнинній місцевості є планом. Побудова проективних сіток здійснюється різноманітними способами: за способом подібних фігур, за способом пропорційного ділення, за способом центральних напрямків.

Розглянемо методику графічного трансформування способом подібних фігур. На аерофотознімку і на основі утворюються мережі з однакової кількості трикутників. На знімку мережа «прив'язується» до спотвореного за рельєф і кут нахилу зображення опорових точок. На основі - до планового положення цих же точок, в яких впливу спотворення немає. Основа виконується у певному масштабі, тож зображення, утворене на основі є трансформованим.

Щоб похибки перенесення не перевищували допустимої СКП положення точки на плані (0,5 мм), величина сторін клітинок сітки на основі не повинна бути більше 5-7 мм. Сітку на аерофотознімку будують синьою або зеленою тушшю, а на основі - олівцем.

По викреслених проективних сітках візуально з аерофотознімка на основу переноситься в олівці дешифроване зображення в межах робочої площі і по 1 см поза її межею. Сітку на основі стирають.

Для складання плану може бути застосовано оптико-графiчне трансформування. Для проведення оптико-графiчного трансформування необхідно мати дешифрований аерофотознімок з трансформаційними точками. За допомогою проектора (фотозбільшувача) виконують перефотографування цього аерофотознiмка із зменшенням приблизно в чотири рази.

Отриманий негатив i всі зображення трансформаційних точок з відповідними точками основи, що виправлені за рельєф відносно середньоъ площини першої зони закладають в касету проектора. Потім олівцем обводять на основі всі потрібні елементи зображення, що розташовані в цій зоні.

Далі змінюють масштаб зображення перемещіниям проектора по висоті на розраховану величину i переходять до другої зони та обводять в її межах спроектовані на екран контури. Таким же чином виконують обробку i інших зон. Після трансформування виконують коректуру отриманого плану і тільки після цього викреслюють його тушшю.

При фотомеханічному трансформуванні зв'язка проектуючи променів будується оптико-механічним приладом фототрансформатором, а фіксується фотохімічним (проекційний друк).

Розглянемо побудову фототрансформатора ФТБ.

еліпсоподібний рефлектор з джерелом світла;

об'єктив і касета;

важільно-кутовий (г-образний) інверсор, який виконує першу оптичну умову при зміні масштабу;

лінійний перспективний інверсор, який виконує другу оптичну умову при зміні кута нахилу екрану;

екран

ножні та ручні штурвали.

Висота ФТБ 3,1 м ; розмір екрану 11 м., а його максимальний нахил - 45°. Фокусна віддаль об'єктива приладу Е = 180 мм.

При пересуванні об'єктива для зміни масштабу зображення важільно-кутові інверсори пересувають касету по висоті відповідно до формули першої оптичної умови різкості:

При цьому зберігається різкість зображення на горизонтальному екрані.

При нахилі екрану в процесі транисформування лінійний інверсор, виконуючи другу оптичну умову різкості, нахиляє кассету, зберігаючи різкість зображення на нахиленому екрані.

Методика фотомеханічного трансформування знімків рівнинної місцевості:

1) Укласти аеронегатив емульсією вниз до касети фототрансформатора між скляними пластинами, сумістив головну точку аеронегатива з центром касети.

2) Закласти касету до фототрансформатора.

3) Привести прилад у вихідне положення. Для цього екран приводять по шкалі кутів нахилу в горизонтальне положення, а на лімбах шкал децентрацій встановлюють нульові відмітки.

4) Покласти на екран опорний планшетик, а під нього - підкладену розрахованої товщини. Зверху на опорний планшеток покласти покривне скло.

5) Змінюючи масштаб оптичного зображення, нахиляючи екран та повертаючи, на фототрансформаторі, аеронегатив і основу в своїй площині на кут розвороту к, досягти найбільш точного суміщення зображення орієнтуючих точок (рис. 21) на екрані з існуючими точками основи. Величина несумісності не повинна перевищувати 0,4 мм.

6) Прибрати опорний планшеток з підкладки та закрити об'єктив оранжевим світлофільтром; встановити необхідний отвір діафрагми і пробним друком визначити нормальну витримку.

7) Виконати на екрані експонування фотопаперу, а потім її фотографічний обробіток.

Значно перспективнішим способом обробки аеронегативiв мiсцевостi з великими перепадами висот є ортофото-трансформування. Мета ортофототрансформування - перетворити зображення аерофотознiмкiв в ортогональну проекцiю (усунути слотворення через нахил знiмкiв i рельеф мiсцевостi). Ця робота в цифровій фотоrрамметрії виконується для будь-якої нерiвнинної мiсцевостi та замiнює фототрансформування по зонах.

На виробництвi цей спосiб широко впроваджуеться на таких аналiтичних приладах, як стереоанаграф або на цифрових фотограмметричних станцiях "Дельта", що виготовленi на Вiнницькому виробничому об'єднаннi "Аерогеоприлад" та iнших приладах.

Фотопланом називається одномасштабне фотографічне зображення місцевості, що змонтоване з трансформованих фотознімків.

Фотоплани значно перевищують графічні плани за детальністю зображення і не поступаються їм в точності.

Залежно від меж, в рамках яких складаються фотоплани, вони складаються:

· в рамках трапеції державної розграфи;

· в межах землекористувань;

· в межах умовної розграфки.

Монтаж фотоплана виконується на твердій основі з трансформаційними та іншими точками та виготовляється перед трансформуванням. Такий монтаж в оригіналі називають мозаїчним фотопланом.

Фотоплани та їх копії використовуються при проведенні таких землевпорядних робіт:

при складанні проектів землеустрою;

при перенесенні проектів в натуру;

при складанні робочих проектів;

при коректуванні планів землекористування (землеволодіння);

при проведенні земельного кадастру, облікових та інших.

Монтаж фотоплану рівнинної місцевості починають з підготовки, яка полягає в тому, що на трансформованих фотознімках пуансоном пробивають орієнтуючі та центральні точки діаметром отвору 1 мм і для перевірки трансформованих аерофотознімків їх накладають на основу (відхилення отвору від точки не повинно перевищувати 0,5 мм).

Монтаж починають з накладання на основу лівого аерофотознімка верхнього маршруту, з'єднуючи так, щоб їх пробиті отвори найкращим чином співпали з відповідними точками і притискають їх важками. Таким же чином накладають наступний аерофотознімок того самого маршруту і виконують сумісний поріз ланцетом між цими аерофотознімками.

Аналогічним чином виконують накладання і поріз аерофотознімків наступних маршрутів. Потім виконують сумісний маршрут між маршрутами.

Після закінчення робіт, виконують поріз вздовж сторін трапеції або меж землекористування, відступаючи від них по 1 см.

Монтаж фотоплану нерівнинної місцевості виконують з трансформованих по зонах аерофотознімках. На кожному з аерофотознімків вводять поправки за рельєф в положення орієнтуючих точок і отримані точки пробивають пуансоном.

На основі накладають аерофотознімок першої зони таким чином, щоб в пробитих отворах було видно відповідні точки основи і приклеюють його. По тих же точках основи накладають аерофотознімок іншої зони і притискають його важками, після чого ланцетом виконують поріз по межі між першою і другою зонами.

Оптичний монтаж - це трансформування аерофотознімків із складним рельєфом по зонах, при якому експонування виконується декілька раз на один аркуш фотопаперу. Це дозволяє об'єднати трансформування з монтажем фотоплану і виконується при коефіцієнті трансформування К < 4 і кількості зон більше 2-3. При цьому використовується "сорочка" (чорний світлонепроникливий папір з нанесенними зонами трансформування), яку ріжуть по зонах, піднімають і експонують фотопапір по частинах після попереднього приведення фототрансформатора. Цей метод поширений на виробництві.

Контроль мозаїчних фотопланів виконують за їх точністю і фотографічною якістю. Контроль за точністю виконують по точках, по порізах та по зведеннях, а для фіксації результатів контролю виготовляють коректурний лист.

Контроль по точках визначається як відхилення центрів отворів від однойменної точки основи і вказується напрямок зміщення. При цьому допустиме перевищення для рівнинної і горбистої місцевості - 0,5 мм, а для гірських районів - 0,7 мм.

Контроль по порізах виконують з використанням обрізків, що отримані в результаті монтування фотопланів і проводиться способом суміщення обрізків. Величина відхилення не повинна перебільшувати на краях 0,7 мм, а при коефіцієнті збільшення більше 1,5 мм та при трансформуванні по зонах допускається 1 мм.

Контроль по зведеннях виконують по зарамочних обрізках сусідніх фотопланів. Наколи чітких контурів виконують через кожні З см. Розбіжність в рівнинних і горбистих районах не повинна перевищувати 1 мм, а в гірських районах - 1,5 мм.

Фотоплан, що виготовлений способом оптичного монтажу, контролюється за несумісністю засвічених кружечків із зображенням наколів аерофотонегативів, а також за межами зон і за зведеннями.

6. Геометричні властивості стереопари аерофотознімків

При монокулярному зорі (зір одним оком) навколишній простір сприймається площинно, хоча за деякими непрямими ознаками можливо говорити про наближеність або віддаленість предметів.

При бінокулярному зорі (зір двома очима) віддалені предмети також сприймаються площинно, але при розгляданні двома очима більш близьких предметів виникає стереоскопічний зір, при якому близькі предмети сприймаються об'ємно (просторово).

Якщо спостерігати за одною точкою А, то оптичні осі очей перетинаються в цій точці, утворюючи кут конвергенції (оптичні осі очей сходяться на предметі). Та якщо одночасно розглядати і другу точку Д то виникає інший кут Нерівність цих кутів викликає нерівність дуг на сітчатці ока. Різниця дуг називається фізіологічним паралаксом.

Найменша величина зміни паралактичного кута, що сприймається очима, називається гостротою стереоскопічного зору. Для можливості складання топографічних карт методом стереоскопічної зйомки вимірювання по аерофотознімку повинні виконуватися з дуже малими похибками, порядку 0,01 мм. Стереоскопічний зір не тільки забезпечує високу точність вимірювань, а й дозволяє отримувати просторову стереоскопічну модель місцевості.

Штучний стереоефект - це відчуття об'ємності (рельєфності) предмету, яке виникає при розгляданні площинного зображення. Для отримання стереоефекту необхідно:

· мати два фотозображення (аерофотознімка), одного предмету, що отримані з кінців базису фотографування,

· зображення повинне бути зорієнтоване по контурах;

· різномасштабність знімків не повинна перебільшувати 11%.

· кожне око повинно бачити зображення тільки одного із знімків.

Для цього застосовують різні способи розділення зорових осей очей: оптичний (лінзами, призмами або дзеркалами), анагліфічний (зелено-червоними світлофільтрами), поляроїдний (поляризацією світла у взаємно перпендикулярних площинах), растровий (диск, що швидко обертається.)

Об'ємний вигляд предмета при досягненні штучного стереоефекту залежить від того, як будуть розташовані знімки.

При розташуванні знімків перекриттям один до одного всі горби будуть бачитися випуклими, а западини - вгнутими. Це прямий штучний стереоефект.

...