Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни icon

Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни




НазваХарківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни
Сторінка1/3
Дата07.06.2012
Розмір0.6 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ


ХАРКІВСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ МІСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА


ФОТОГРАММЕТРІЯ


КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З ДИСЦИПЛІНИ

ФОТОГРАММЕТРІЯ І ДИСТАНЦІЙНЕ ЗОНДУВАННЯ”


(для студентів денної форми навчання спеціальності

7.070908 „Геоінформаційні системи та технології”)


Частина перша


Харків – 2006

Фотограмметрія (Конспект лекцій з дисципліни "Фотограмметрія і дистанційне зондування" для студентів денної форми навчання спеціальності 7.070908 „Геоінформаційні системи та технології”). Укл. Новицький В.В. – Харків: ХНАМГ. 2006. – 66 с.


Укладач: доц., к.т.н. В.В. Новицький


Рецензент: В.Д. Шипулін


Рекомендований кафедрою геоінформаційних систем і геодезії, протокол № 2 від 12.10.2006 р.

ЗМІСТ


^ ТЕМА 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ З ФОТОГРАММЕТРІЇ І АЕРОКОСМІЧНИХ ЗНІМАННЬ ЗЕМЛІ 5

1.1. Предмет фотограмметрії, її задачі та зв’язок з іншими дисциплінами 5

1.2. Фототопографічні знімання, їх класифікація 6

1.3. Методи визначення форм, розмірів і положення об’єктів

із застосуванням фототопографічного знімання 7

1.4. Короткі відомості з історії розвитку фотограмметрії 9

^ ТЕМА 2. АЕРОФОТОЗНІМАЛЬНІ РОБОТИ

І ЗЙОМОЧНЕ ОБЛАДНАННЯ 11

    1. Види аерофотознімання і знімальний процес,

основні технічні вимоги до топографічного аерофотознімання 11

2.2. Побудова зображення фотооб’єктивом 14

    1. Параметри і технічні характеристики

фотографічних об’єктивів 17

    1. Навігаційне і аерофотознімальне обладнання,

принципова схема і технічні характеристики АФА 20

2.5. Контроль якості планового аерофотознімання 23

^ ТЕМА 3. ОСНОВИ ТЕОРІЇ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЕКТУВАННЯ

ДЛЯ СТВОРЕННЯ КОНТУРНОЇ ЧАСТИНИ КАРТИ 24

3.1. Основні положення теорії центрального проектування,

властивості перспективних зображень 24

3.2. Основні елементи центральної проекції 28

3.3. Побудова перспектив точки, горизонтальних

і прямовисних прямих 31

3.4. Системи координат, які застосовують в фотограмметрії 33

^ ТЕМА 4. ГЕОМЕТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

ПООДИНОКОГО ЗНІМКА 36

4.1. Елементи внутрішнього і зовнішнього орієнтування знімків 36

    1. Перетворення координат у просторі через направляючі

косинуси 39

4.3. Аналітичні залежності координат точок місцевості від координат відповідних їм точок горизонтального і нахиленого знімків 44

4.4. Зсув точок на аерознімку через його нахил 47

4.5. Зсув точок на аерознімку через вплив рельєфу місцевості 51

4.6. Масштаби зображення на аерознімку 54


^ ТЕМА 5. ФОТОСХЕМИ 58

5.1. Поняття про фотосхеми та їх використання 58

5.2. Методика виготовлення одномаршрутної фотосхеми

за контурами 60

    1. Контроль і оцінка точності монтажу фотосхеми 63

    2. Визначення масштабу і оформлення фотосхеми 64

^ СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 65


ЛЕКЦІЯ 1


ТЕМА 1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ З ФОТОГРАММЕТРІЇ

І АЕРОКОСМІЧНИХ ЗНІМАННЬ ЗЕМЛІ


1.1. Предмет фотограмметрії, її задачі та зв’язок з іншими дисциплінами


Фотограмметрія – наукова дисципліна, яка вивчає форми, розміри і положення об’єктів за їх фотографічними зображеннями. Термін „фотограмметрія” походить від грецьких слів: photos – світло, gramma – запис і metreo – вимірювання, тобто – вимірювання світлозапису.

Предметом цієї дисципліни є вивчення властивостей фотозображення, методів його отримання і вимірювання, розробка приладів для вимірювання і перетворення фотозображень.

Найбільш широке застосування фотограмметрія одержала в геодезії і топографії при картографуванні земної поверхні, а також у космічних дослідженнях для складання карт Місяця, Венери, Марса та інших небесних тіл.

Аерокосмічні знімання дають можливість одержати необхідну інформацію в короткий термін. Так, знімки поверхні земної кулі за допомогою штучних супутників Землі можна отримати за декілька діб.

У будівництві методами фотограмметрії виконують контрольні вимірювання при піднесенні будівель і споруд, а також визначають величини деформацій споруд у процесі їх експлуатації.

В архітектурі фотограмметрія застосовується з метою вивчення і реставрації будівель в першу чергу тих, які мають історичне значення.

За знімками, одержаними за допомогою мікроскопа, можна визначити розміри, форму та інші характеристики об’єктів мікросвіту.

У військовій справі на фотознімках визначають координати орієнтирів і цілей, рубежі розташування військ та їх переміщення.

Аерокосмічні знімання дають можливість досліджувати діяльність вулканів, а також катастрофічні явища природи.

Широке застосування фотограмметрії для вирішення різноманітних задач пов’язане з високою точністю вимірювань зображень об’єктів на фотознімках і використанням швидкодіючих ЕОМ.

Об’єкти, що досліджуються, вивчаються безконтактним (дистанційним) методом, який має особливе значення в умовах, коли вони можуть бути недосяжні для безпосередніх вимірювань або знаходяться в місцях, небезпечних для людини.

Фотограмметрія має безпосередні зв’язки з математикою, фізикою, хімією, геодезією, картографією та іншими дисциплінами, а також точним приладобудуванням, радіоелектронікою, авіацією і космонавтикою. Математика є основою теорії фотограмметрії, геодезія забезпечує фотограмметрію координатами опорних точок, необхідних для згущення геодезичних мереж при складанні топографічних карт і планів. Математична обробка результатів вимірювань фотознімків виконується на електронно-обчислювальних машинах (ЕОМ), в зв’язку з чим фотограмметрія пов’язана з теорією імовірностей і програмуванням. Для створення топографічних карт необхідне дешифрування знімків, яке ґрунтується на теорії розпізнавання образів


^ 1.2. Фототопографічні знімання, їх класифікація


Фототопографічним зніманням називається комплекс процесів, які виконуються для створення топографічних карт і планів, з використанням фотоматеріалів, обладнання і спеціальних транспортних засобів.

Такими процесами є:

  • фотографування місцевості;

  • польові геодезичні роботи;

  • камеральні фотограмметричні роботи.

У залежності від технічних засобів, що застосовуються для фотографування земної поверхні, розрізняють чотири види фототопографічного знімання:

    1. аерофотопографічне;

    2. наземне фототопографічне знімання;

    3. комбіноване знімання;

    4. космічне знімання.

Аерофотознімання передбачає фотографування місцевості аерофотоапаратом (АФА), який встановлено на літаку або вертольоті.

^ Наземне фототопографічне знімання засновано на фотографуванні місцевості фототеодолітом з пунктів зйомочної основи на земній поверхні. Його часто називають фототеодолітним зніманням.

^ Комбіноване знімання поєднує фототеодолітне знімання з аерофотопографічним. При цьому місцевість фотографують двічі: фототеодолітом з наземних станцій і АФА – з літака. Використовуючи наземні знімки, згущують опорні мережі, а за аерофотознімками складають топографічні карти.

Під час космічного знімання фотозображення об’єктів місцевості одержують зі штучних супутників Землі і космічних кораблів.


^ 1.3. Методи визначення форм, розмірів і положення об’єктів

із застосуванням фототопографічного знімання


В загальному випадку для визначення форми, розмірів і положення об’єкта його необхідно сфотографувати з двох або декількох точок.

На рисунку 1.1 показано ділянку земної поверхні, яка сфотографована з двох точок S1, і S2. У результаті одержана пара знімків Р1 і Р2 (стереопара), на яких а1 і а2 – зображення точки А об’єкта, b1 і b2 – відповідно зображення точки В.





Рис. 1.1 – Стереопара знімків, модель ділянки місцевості та її зображення на топографічній карті


Припустимо, що об’єкт після фотографування став віддаленим, проте по знімках можна одержати модель об’єкта. Для цього достатньо придати знімкам те положення, яке вони займали один відносно другого під час знімання, і відновити по ним зв’язки променів, що існували в момент фотографування. Тоді кожна пара відповідних променів, наприклад, S1а1 і S2а2, а також S1b1 і S2b2 буде перетинатися в точках А і В. В результаті такого перетину променів утворюється модель, подібна до об’єкту.

Змінюючи відстань між вершинами S1 і S2, можна одержати модель в заданому масштабі.

Модель використовують для вимірювання об’єкта. Після відповідного орієнтування моделі відносно планшета складають карту місцевості шляхом проектування окремих точок, контурів і горизонталей моделі на планшет.

На планшеті точка а, (рис. 1.1) одержана в результаті ортогонального проектування точки А моделі показує положення відповідної точки об’єкта на карті.

Метод вимірювання об’єктів, який ґрунтується на використанні властивостей пари знімків, називається стереофотограмметричним.

В окремому випадку, коли об’єкт плоский, задачі фотограмметрії розв’язують по одиночних знімках (рис. 1.2).





Рис. 1.2 – Одиночний знімок і план об’єкта (місцевості)


Модель об’єкта одержують по знімку Р у результаті перетину відновленої зв’язки променів з площиною О.

В цьому випадку масштаб моделі можна змінювати віддаленням площини ^ О від вершини зв’язки S.

Метод вимірювання об’єктів, заснований на властивостях одиночного знімка, називається фотограмметричним.

Одним з важливих процесів фотограмметричного складання топографічних карт є дешифрування, тобто розпізнавання об’єктів місцевості, які зобразились на знімках, і визначення їх характеристик.

Розрізняють польове, камеральне і комбіноване дешифрування. Частіше застосовують комбіноване дешифрування: в польових умовах складають знімки-еталони з результатами розпізнавання найбільш характерних для даного району об’єктів, а потім ці еталони використовують для камерального дешифрування знімків.

Дистанційне зондування поверхні Землі здійснюють шляхом вимірювання електромагнітної енергії, яка випромінюється або відбивається досліджуваним об’єктом. Для цього використовують широкий діапазон випромінювань – від 0,4 мкм до 30 м. Для дистанційного зондування застосовують різноманітні види і засоби знімання, в тому числі радіолокаційні, телевізійні, скануючі та інші.


^ 1.4. Короткі відомості з історії розвитку фотограмметрії


Фотограмметрія як наука виникла з середини XIX ст. у зв’язку з винаходом фотографії. Проте, теоретичні основи використання перспективних зображень для складання топографічних карт було закладено значно раніше. Так, обґрунтування можливості визначення форми, розмірів і просторового положення об’єкта за його перспективним зображенням дано І.О. Ламбертом в 1759 році в роботі "Вільна перспектива".

В 1839 році французький вчений Ж.М.Дагер для фіксації зображення, одержаного за допомогою камери-обскури на металевій пластинці, використав світлочутливе срібло, що дало можливість отримати позитивне фотографічне зображення. Такий спосіб знайшов широке застосування і був названий дагеротипією.

В 1860 році французький інженер Е. Лоссед з високої будівлі виконав фотографування Парижа і по фотознімках склав план, точність якого виявилась вищою за план, що одержано за допомогою геодезичних приладів.

Піонером вітчизняної аерофотозйомки є А.М. Кованько, який 18 травня 1886 року з повітряної кулі виконував фотографування р. Неви. Сприятливі можливості для розвитку фотограмметрії склались в 20-ті роки минулого століття. Так, в 1925 році при товаристві "Добролёт", а пізніше при товаристві "Укрвоздухопуть" були створені промислові підрозділи аерофотознімання.

У 1929 році з ініціативи акад. А.Е. Ферсмана була проведена всесоюзна нарада з аерофотознімання, в результаті котрої був створений НДІаерофотознімання. Цей науково-дослідний інститут згодом увійшов до складу Центрального НДІ геодезії, аерофотознімання і картографії (ЦНДІГАіК) в Москві.

Великий внесок в розвиток теорії фотограмметрії своїми науковими роботами зробили М.Г. Келль, М.Д. Кошин, Г.П. Жуков, Г.В. Романовський, М.О. Урмаєв, О.С. Скірідов та ін. У передвоєнні роки широко застосовувався комбінований метод фототопографічної зйомки і метод стереотопографії, в зв’язку з чим Ф.В. Дробишев розробив стереометр – оригінальний прилад для зображення рельєфу у вигляді горизонталей на нетрансформованих знімках.

У повоєнні роки значний внесок в розвиток аналітичних методів обробки аерофотознімків зробили О.М. Лобанов, П.П. Лисенко, І.Т. Антипов, В.Я. Фінкоський та ін. Були створені стерео- прилади, які дають змогу обробляти знімки з перетвореними зв’язками проектуючих променів (стереопроектор Г.В. Романовського і стереограф Ф.В. Дробишева). Під керівництвом М.М. Русинова були створенні короткофокусні аерофотооб’єктиви і на їх основі – високоякісні досконалі аерофотоапарати. За великі досягнення в галузі аерофотознімання і фотограмметрії М.М. Русинову, Ф.В. Дробишеву, Г.В. Романовському та іншим було присуджено Державну премію.

В Україні створено Київську школу фотограмметристів під керівництвом В.М. Сердюкова, Львівську школу – під керівництвом В.Я. Фінковського, Донецьку школу – під керівництвом С.Г. Могильного, які успішно розв’язують велику кількість задач для потреб народного господарства, науки і підготовки молодих спеціалістів.

На сучасному етапі фотограмметристами розв’язуються нові завдання: автоматизація стереофотограмметричних вимірювань і розробка відповідних автоматичних приладів, створення цифрової фотограмметрії з використанням ЕОМ і геоінформаційних технологій, створення алгоритмів і програм для автоматичного дешифрування фотозображень та інші. Велика увага приділяється розвитку фотограмметрії і дистанційному зондуванню Землі для вивчення природних ресурсів, прогнозу погоди, картографування шельфової зони морів і океанів.

Систематично відбувається конгрес Міжнародного товариства фотограмметрії і дистанційного зондування, матеріали конгресів публікуються у спеціальному виданні. Значне місце для публікації досягнень в галузі фотограмметрії відводить журнал „Вісник геодезії та картографії”.


ЛЕКЦІЯ 2


^ ТЕМА 2. АЕРОФОТОЗНІМАЛЬНІ РОБОТИ

І ЗЙОМОЧНЕ ОБЛАДНАННЯ



    1. Види аерофотознімання і знімальний процес,

основні технічні вимоги до топографічного аерофотознімання


Аерофотозніманням називається фотографування ділянок земної поверхні з літального апарату з метою створення топографічних карт або для виконання народногосподарських задач.

^ Аерофотознімальні роботи виконують відповідно до завдання технічних умов польоту і фотографування, включають аеронавігаційне керівництво польотом, а також фотографування місцевості згідно з технічним проектом.

У залежності від кутів відхилення головної оптичної осі АФА від прямовисною лінії (рис. 2.1), аерофотознімання розділяють на:

1) планове (кути );

  1. перспективне (кути ).










?


Н


N

Рис. 2.1 – Відхилення головної оптичної осі АФА від прямовисної лінії

Планове знімання виконують із застосуванням гіростабілізації аерофотоапаратів, що дає змогу значно зменшити кути відхилення (, ). Для вирішення топографічних задач виконують тільки планове АФЗ.

В залежності від поставленої задачі і розмірів ділянки місцевості, а також кількості і розташування аерофотознімків планове аерофотознімання розділяється на:

кадрове (одинарне), за яким одержують один або декілька одиночних знімків невеликих ділянок місцевості;

маршрутне – для фотографування лінійних об’єктів (доріг, рік, берегової лінії моря), за яким одержують знімки із взаємним перекриттям зображення смуги місцевості вздовж лінії польоту;

багатомаршрутне (площадне) – для фотографування місцевості двома або декількома паралельними маршрутами, які між собою перекриваються.

В залежності від масштабу фотографування топографічна аерофотозйомка буває:

  1. дрібномасштабною – 1:50000 і дрібніше;

  2. середньомасштабною – 1:50000 – 1:10000;

  3. великомасштабною – 1:10000 і більше.

Фотографування ділянок земної поверхні виконується в межах рамок трапецій топографічних карт.

Аерофотознімання виконується, як правило, прямолінійними і паралельними маршрутами в напрямі захід-схід і навпаки, або північ-південь.

Маршрути повинні бути безперервними і паралельними межам зйомочної ділянки, а осі крайніх маршрутів збігатися з межами ділянки.

Основні технічні вимоги до аерофотознімання: мала непрямолінійність маршрутів, яка характеризується відношенням величини прогину осі маршруту до його довжини, і повинна не перевищувати 2% під час зйомок у масштабах, менших 1:5000 з висот 750 м і вище, а також 3% під час знімання у масштабах 1:5000 і більше з висоти нижче 750 м.

На кожному маршруті сусідні фотознімки перекриваються один одним, тобто на тій їх частині, яка відповідає заданому відсотку поздовжнього перекриття, зображується одна і та ж ділянка місцевості. Відповідно фотознімки сусідніх маршрутів також перекриваються один з одним із заданим відсотком поперечного перекриття (рис. 2.2.).





Рис. 2.2 – Схема поздовжнього (а) і поперечного (б) перекриттів аерофотознімків, а також непаралельність базису фотографування стороні аерофотознімка (в).


Поздовжнє перекриття Рх аерофотознімків має бути в середньому 60% (мінімальне перекриття 56%), що забезпечує наявність потрійного поздовжнього перекриття не менше 12% (рис. 2.2. а). Поперечне перекриття Ру аерофотознімків суміжних маршрутів (рис. 2.2. б) має бути в середньому 30 – 40 % з допустимим мінімальним значенням 20% і максимальним, яке не перевищує середнє на 10-20%.

Поздовжнє перекриття трьох послідовних фотознімків є обов’язковим тому, що воно визначає величину перекриття між сусідніми стереопарами. В межах цього перекриття набирають зв’язуючі точки, які забезпечують передачу координат з однієї стереопари на другу.

В поперечному перекритті намічають точки польової прив’язки аерофотознімків, зв’язуючі точки для передачі координат з одного маршруту на другий.

Непаралельність ж базису фотографування стороні фотознімка (рис. 2.2. в), так званої «ялинки», не повинна перевищувати 5о для фокусних відстаней фотокамер f = 100 мм і менше, 10о-12о для f = 200– – 350 мм і 14о – для f = 500 мм.

Носієм аерофотозйомочного обладнання під час знімання в середніх і менших масштабах служить літак АН–30, верхня межа висоти польоту якого складає 8 км, середня швидкість – 440 км/год.

Для аерознімання в середніх масштабах використовують літак ИЛ–14 ФК, висота польоту якого досягає 6 км і середня крейсерська швидкість становить 300 км/год.

Літак АН–2 призначають для знімання у великих масштабах. Висота польоту його дорівнює 5 км, середня швидкість – 180 км/год. Для фотознімання в тих же масштабах невеликих ділянках земної поверхні використовується вертоліт КА–26, висота польоту якого досягає 3 км і середня швидкість становить 140 км/год.

Відхилення висоти польоту над середньою площиною зйомочної ділянки від її розрахованого значення не повинно перевищувати 3 % при зніманні рівнинних районів і 5 % - гірських.

Аерофотознімання виконують на чорно-білій, кольоровій і спектрозональній фотоплівках. Частіше використовують чорно-білу фотоплівку, тому що вартість її виготовлення і фотохімічної обробки нижча, ніж у інших типів фотоплівок.

Кольорову і спектрозональну фотоплівки використовують в тих випадках, коли основною метою є дешифрування об’єктів на земній поверхні.

Фотознімання повинно виконуватись при відсутності хмар, висота Сонця над горизонтом має бути не нижче 20о при фотографуванні на чорно-білу фотоплівку і 25о – на кольорову або спектрозональну.

Аеронегативи, контактні відбитки з них на фотопапері, а також діапозитиви на скляних пластинках повинні мати різке і добре оброблене зображення по всій площині.



    1. ^ Побудова зображення фотооб’єктивом



Об’єктив АФА є складною оптичною системою лінз, які збирають і розсіюють промені світла. Центри кривизни сферичних поверхонь лінз розміщені на одній прямій лінії, яка називається головною оптичною віссю. В фотограмметрії при виведенні формул, що зв’язують між собою характеристики об’єкта і його зображення, вважають, що знімок, який є центральною проекцією, створюється ідеальним об’єктивом.

Теорію ідеальної оптичної системи запропонував К. Гаус в 1841 році. Так, згідно з цією теорією кожній точці в просторі об’єктів відповідає точка в просторі зображень.

Побудова об’єктивом ідеального зображення ґрунтується на таких законах геометричної оптики:

1) прямолінійність поширення світла в однорідному середовищі;

2) незалежність поширення окремих світлових променів;

  1. зворотності променів світла;

  2. відбиття і переломлення світлових променів на межі двох середовищ.

На рис. 2.3 представлена ідеальна оптична система, яка складається з двох сферичних поверхонь, тобто лінза.




Рис. 2.3 – Схема лінзи Рис. 2.4 – Хід променів в ідеальній оптичній системі


На головній оптичній осі системи заходяться дві вузлові точки S1 і S2. Передня вузлова точка S1 відноситься до простору предметів місцевості і є точкою фотографування. Задня вузлова точка S2 відноситься до простору зображення і є центром проекції.

Вузлові точки мають ту властивість, що промінь який увійшов в передню вузлову точку S1 по будь-якому напрямку U1, вийде із задньої вузлової точки S2 по паралельному напрямку U2. Такі промені називаються центральними.

Площини H1 і H2, проведені через вузлові точки S1 і S2 перпендикулярно до головної оптичної осі, називаються головними площинами об’єктива.

Прийнято вважати, що саме в цих площинах відбувається змінювання початкового напрямку променя. Точки F1 і F2 – передній і задній головні фокуси об’єктива.

Площини, які проходять через головні фокуси перпендикулярно до головної оптичної осі, називаються фокальними площинами.

В подальшому буде йти мова тільки про головні оптичні осі, головні фокуси і головні фокальні площини і тому слово «головний» можна опустити.

Якщо предмет і його зображення знаходяться в одному і тому ж середовищі, то відстань f між переднім фокусом F1 і передньою вузловою точкою S1, називається фокусною відстанню об’єктива.

Якщо відоме положення оптичної осі, вузлових точок і фокусів, то побудову зображення будь-якої точки, наприклад точки ^ А, фотографуємого предмета місцевості виконують за таким правилом.

Промінь AN, що проходить паралельно оптичній осі, переломлюється на задній головній площині Н2 і проходить через задній фокус F2. Промінь AM, що проходить через передній фокус F1 після переломлення на передній головній площині Н1 піде паралельно головній оптичній осі.

Центральний промінь, проведений з точки ^ А через передню вузлову точку S1, вийде із задньої вузлової точки S2 паралельно своєму початковому напряму. В результаті цих побудов всі три промені AN, АМ, і AS1 перетнуться в точці а, яка і буде зображенням точки А на площині Р.

Взаємна залежність положення точки А в площині предмета і точки а в площині зображення визначається згідно з формулою лінзи:


, (1)


де ^ R – віддаль від передньої головної площини H1 об’єктива до предметної площини Т;

r – віддаль від задньої головної площини H2 об’єктива до площини зображення Р;

f – фокусна відстань об’єктива фотоапарата.

Стосовно до фотографічних знімань, коли віддаль R від об’єкта зйомки дорівнює сотням метрів, а фокусна відстань об’єктивів зйомочних камер складає десятки й сотні мм, величини 1/R у формулі (1) є малою і нею можна знехтувати. Тоді r ? f, тобто можна вважати, що площина зображення Р збігається із задньою фокальною площиною об’єктива фотокамери. У цій площині, яку називають площиною проекції або площиною фотознімка, розміщують фоточутливий матеріал (фотоплівку або фотопластинку). На цьому матеріалі одержують різке зображення предметів, що фотографують. Їх розміщують переважно на великій віддалі від фотоапарата.

Відрізок оптичної осі від задньої вузлової точки S2 до площини фотознімка називається фокусною відстанню зйомочної камери і позначається fk на відміну від f – фокусної відстані самого об’єктива. У подальшому для спрощення замість fk будемо писати f, пам’ятаючи про принципіальну різницю цих понять.

У фотограмметричних побудовах зображення точок об’єкта, що фотографують, одержують як сліди перетину центральних проектуючих променів з площиною проекції.

На рис. 2.4 від точок простору A, B, C, які знаходяться на великій віддалі від об’єктива фотоапарата йдуть центральні проекційні промені. Ці промені, проходять через вузлові точки об’єктива, зустрічають площину фотознімка в точках a, b, c, які є відповідним зображенням точок A, B, C місцевості.

Сукупність центральних проекційних променів від точок об’єкта, що фотографується, утворює дві зв’язки:

  1. передню – з вершиною в передній вузловій точці;

  2. задню – з вершиною в задній вузловій точці об’єктива фотоапарата.

У зв’язку з тим, що кожний промінь передньої зв’язки паралельний відповідному променю задньої зв’язки, то в ідеальному випадку ці дві зв’язки можна вважати абсолютно однаковими або конгруентними.

В фотограмметричних побудовах вузлові точки S1 і S2 практично з’єднують в одну точку S, яку приймають за центр проекції фотозображення. В зв’язку з цим дві частини кожного проектуючого променя будуть представляти одну пряму лінію.

Спосіб побудови зображень центральними проектуючими променями називається центральним проектуванням, а саме зображенням – центральної проекцією.



    1. Параметри і технічні характеристики

фотографічних об’єктивів


Об’єктиви аерофотоапаратів характеризуються такими параметрами:

  1. глибиною різкості;

  2. кутами поля зору і зображення;

  3. фокусною відстанню;

  4. роздільною здатністю;

  5. абераціями (похибками побудови зображення);

Глибиною різкості об’єктива називається його здатність будувати однаково різкі зображення предметів, які знаходяться на різних від нього віддалях. Використовуючи це поняття, можна оцінити мінімальну віддаль від фотокамери до предмета, при якій зображення буде достатньо чітким, різким.

Уявимо, що в площині Т, яка розміщена на деякій віддалі від об’єктива, знаходиться точка А (рис. 2.5).





Рис. 2.5 – Утворення кружка нерізкості


Промені світла, які йдуть від точки А, після проходження через об’єктив будують її зображення далі від фокальної площини, з якою збігається площина фотознімка Р. Якщо вхідний діаметр об’єктива – d і його фокусна відстань – f, знайдемо діаметр кружка нерізкості.

За формулою оптичного спряження лінзи одержимо: або , звідки .

З подібності трикутників на рис. 2.5 виходить, що , тоді , звідки .

Приклад. Якщо d = 25 мм, діаметр допустимого кружка нерізкості мм і f = 100 мм, то



Кут (рис. 2.6) між утворюючими конуса світлових променів, що ідуть через центр об’єктива і в межах якого зображення вважається задовільним, називається кутом поля зору.

Полем зору об’єктива називається зображення в фокальній площині, обмежене кутом .

Центральна, найбільш чітка частина зображення в фокальній площині є полем зображення об’єктива, яке характеризується кутом поля зображення 2? (рис. 2.6).




Рис. 2.6 – Кути поля зору і поля зображення оптичної схеми.


Цей кут визначає розмір кадру фотокамери і, відповідно, формат фотознімка Р, який не повинен перевищувати прямокутник, вписаний в круг поля зображення.

Об’єктиви АФА за величиною кута поля зображення і фокусною відстанню розділяються на такі групи:

  1. з надширокими кутами зображення () і широкими кутами – (), мають фокусну відстань в інтервалі 36-150 мм.;

  2. нормальні або універсальні () з фокусною відстанню 150-350 мм.;

  3. з вузькими кутами зображення () і збільшеною фокусною відстанню, яка перевищує 350 мм.

Роздільна здатність об’єктива означає його можливість відтворювати роздільно в площині зображення дрібні об’єкти. Цей параметр визначається числом пар однакових за шириною чорних і білих штрихів, які розрізняються на 1 мм. У кращих сучасних об’єктивів роздільна здатність становить 150-200 ліній на одному міліметрі.

Складові частини об’єктива розраховують і підбирають так, щоб похибки (аберації) цих частин компенсували одна одну і об’єктив у цілому давав неспотворене зображення. Основними абераціями лінз є сферична аберація, кома, хроматична аберація, дисторсія і астигматизм.

Сферична аберація полягає в тому, що зв’язка променів, яка виходить з точки на осі лінзи, збирається не в одну точку, а зображає її плямою. Якщо точка лежить не на осі лінзи, то порушення симетрії зв’язки променів приводить до того , що точка зображується у вигляді плями, яка нагадує кому, і цей вид аберації має назву кома.

Хроматична аберація обумовлена неоднаковим показником переломлення склом променів різного кольору, виявляється в тому, що точка зображується плямою, яка складається з різнобарвних кілець.

Дисторсія полягає в порушенні геометричної подібності предмета і зображення, обумовлена непостійністю збільшення для променів, які йдуть в об’єктив під різними кутами.

Астигматизм проявляється при одержанні зображення сітки квадратів і полягає в тому, що промені, які лежать у взаємно перпендикулярних площинах, збираються в різних точках. Це приводить до чіткого зображення тільки вертикальних або горизонтальних ліній сітки квадратів, а зображення точки в залежності від положення екрана може бути горизонтальним штрихом, або плямою, або вертикальним штрихом.

Під час виготовлення фотограмметричних об’єктивів всі види аберацій намагаються звести до мінімуму. Такі об’єктиви називаються анастигматами, і до них відносяться об’єктиви аерофотоапаратів і фототеодолітів.


ЛЕКЦІЯ 3


    1. ^ Навігаційне і аерофотознімальне обладнання,

принципова схема і технічні характеристики АФА


Топографічне аерофотознімання виконується за допомогою навігаційного і фотознімального обладнання. До аеронавігаційного обладнання відносяться автопілот, курсова система, радіовисотомір і автомат програмного розвороту. Вони служать для стабілізації заданого курсу, витримування висоти польоту і положення літака під час польоту, заходу на маршрут. Автопілот має спеціальний компас, а курсова система забезпечує прокладання фотознімальних маршрутів в заданому напрямі, радіовисотомір контролює задану висоту аерофотознімання. Радіовисотомір визначає висоту фотографування за формулою

,

де с – швидкість поширення радіохвиль;

t – відрізок часу проходження радіохвилею віддалі від літака до точки місцевості і в зворотньому напрямі.

Показування радіовисотоміра фіксуються на фотоплівці в момент відкриття затвора АФА.

Для визначення перепадів висоти фотографування між двома суміжними експозиціями служить статоскоп. Цей прилад є рідинним барометром, вимірює тиск повітря, а по зміні тиску обчислює величину зміни висоти. Показання статоскопа фіксуються в момент фотографування місцевості.

Типи і конструкції сучасних АФА різноманітні, але вони в своїй основі мають одну принципову схему. Основними частинами аерофотоапарата (рис. 2.7) є корпус (1), конус (2), касета (3), командний прилад (4) і аерофотоустановка (5). У верхній частині корпусу знаходяться прикладна рамка, площина якої збігається з фокальною площиною об’єктива. У корпусі також розміщені лічильник кадрів, годинник, рівень, числовий індекс фокусної відстані об’єктива АФА і т.ін.





Рис. 2.7 – Схема АФА


До нижньої частини корпусу прикріплюється конус (2), в якому розміщені оптична схема (об’єктив, світофільтр та інші деталі), затвор і механізм управління роботою затвору.

Касета (3) призначена для розміщення фотоплівки і приведення її в площину прикладної рамки під час експонування. Плівка перемотується з однієї котушки на другу на величину кадру і притискується до прикладної рамки вирівнюючим столом. Вирівнювання плівки здійснюється часто пневматично шляхом відкачування повітря між фотоплівкою і столом.

Командний прилад (4) забезпечує дистанційне керування механізмами АФА. Аерофотоустановка (5) призначена для прикріплення аерофотоапарата, орієнтування його в просторі і запобігання дії поштовхів та вібрацій.

Прикладна рамка має зубчаті виступи, які дають зображення координатних міток (рис. 2.8). Координатні мітки визначають систему координат о’ху знімка.

Пряма, що проходить через вузлову точку об’єктива S і перпендикулярна до площини прикладної рамки, називається оптичною віссю АФА або головним променем.

Перетин оптичної осі фотокамери з площиною прикладної рамки утворює головну точку о знімка.

Найбільш поширеними є аерофотокамери АФА–ТЕ (аерофотоапарат топографічний, електричний) з об’єктивами, які мають фокусні відстані 55, 70, 100, 140, 200, 350 і 500 мм. Фотокамери АФА–ТЕС мають об’єктиви з f = 50 і 100 мм.





Рис. 2.8 – Прикладна рамка АФА


Залишкова дисторсія об’єктивів (порушення геометричної подібності предмета і зображення) в середньому складає 20 мкм. Затвори забезпечують тривалість експозиції в межах

Роздільна здатність аерофотознімків в центрі кадра в середньому складає 40-50 мм-1.



    1. ^ Контроль якості планового аерофотознімання



Перевіряються такі показники фотограмметричної якості аерофотознімання: поздовжнє і поперечне перекриття аерознімків, прямолінійність маршруту, правильність орієнтування АФА, горизонтальність знімків, сталість масштабу, якість вирівнювання фотоплівки.

Фотографічну якісь знімків оцінюють за такими показниками: різкість зображення, проробка деталей, контрастність. Відсутність зображення хмар та інших дефектів.

Оцінку якості аерознімання проводять на накидному монтажі, який виготовляють з контактних відбитків всіх знімків на фотопапері. Для цього підбирають аерознімки за номерами і маршрутами, закріплюють їх кнопками на фанерному щиті. Спочатку монтують знімки верхнього маршруту, а потім – нижнього, слідкують, щоб суміщення контурів проводилось згідно з поздовжнім та поперечним перекриттями і наступний знімок не закривав номер попереднього.





Рис. 2.9 – Схеми друку фотознімків


Провівши пряму, що з’єднує головні точки крайніх знімків (вісь маршруту), послідовно для всіх проміжних знімків визначають довжину перпендикуляра від головної точки до цієї прямої. Обчислюють прямолінійність маршруту, використовуючи найбільше значення перпендикуляра і довжину лінії l за формулою

Вимірюють кути між віссю маршруту і поздовжніми сторонами знімків. Цей кут ("ялинка"), як було вже сказано, не повинен бути більшим для фокусних відстаней фотокамер f = 100 мм і менше.

По зображенню бульбашки круглого рівня на контактних відбитках оцінюють кут нахилу знімків. Для планового аерофотознімання він не повинен перевищувати .

Відхилення від заданого масштабу визначають по карті, вимірюючи і співставляючи відстані між двома точками, розпізнаними на знімку і карті більшого масштабу, ніж знімок.

Про якість вирівнювання плівки в аерофотоапараті роблять висновок по прямолінійності і різкості контрольних ліній на краях аерознімка. Прямолінійність ліній перевіряють за допомогою вивіреної лінійки, а різкість зображення їх оцінюють візуально.

Загальна оцінка якості аерофотознімання виконується на основі діючих нормативних положень.


ЛЕКЦІЯ 4


^ ТЕМА 3. ОСНОВИ ТЕОРІЇ ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ДЛЯ СТВОРЕННЯ КОНТУРНОЇ ЧАСТИНИ КАРТИ

  1   2   3

Схожі:

Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Конспект лекцій з дисципліни “Пожежна безпека” (для студентів денної форми навчання напряму підготовки 050702 – «Електромехінка»...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Конспект лекцій з дисципліни “Основи пожежної безпеки” (для студентів денної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво»”...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства дворкін С. В. Конспект лекцій з дисципліни
Конспект лекцій з дисципліни „Введення у спеціальність”, (для студентів 1 курсу денної форми навчання напряму підготовки 030504 –...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства козир О. Ф. Конспект лекцій з дисципліни
Конспект лекцій з дисципліни „Муніципальний бюджет І фінанси”, (для студентів 4 курсу денної форми навчання напряму підготовки 030601...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для бакалаврів 4-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 060101 – «Будівництво» спеціалізації...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для спеціалістів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства с. Л. Дмитрієв конспект лекцій
Пожежна профілактика в будівництві” (для магістрів 5-го курсів денної форми навчання напряму підготовки 0921 060101) – «Будівництво»...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства о. М. Колесников Конспект лекцій
Конспект лекцій з дисципліни «Маркетинг готельно-ресторанного господарства» для студентів 4 курсу денної І заочної форм навчання...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства дворкін С. В. Конспект лекцій з дисципліни
Конспект лекцій з дисципліни „Інноваційний менеджмент”, (для студентів 5 курсу денної І 6 курсу заочної форм навчання спеціальності...
Харківська національна академія міського господарства фотограмметрія конспект лекцій з дисципліни iconХарківська національна академія міського господарства зіньковська А.І. Конспект лекцій з дисципліни
Конспект лекцій з дисципліни „Кошторисна справа” (для студентів 4 курсу денної та 5 курсу заочної форм навчання напряму підготовки...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи