Аэро- и космические съёмочные работы

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….…….…2

1 АЭРО - И КОСМИЧЕСКИЕ СЪЁМОЧНЫЕ СИСТЕМЫ. ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ФОТОГРАФИРОВАНИЯ: КАДРОВОЕ, ЩЕЛЕВОЕ И ПАНОРАМНОЕ………………………………………………………………………………..4

1.1 Аэро - и космические съёмочные системы. Классификация съёмочных систем…..…4           

1.2 Технические возможности съёмочных систем…………………………………..………5

1.3 Принципиальные схемы аэрокосмического фотографирования: кадровое, щелевое и панорамное………………………………………………………………………………….….8

2 СТЕРЕОКОМПАРАТОР, ЕГО УСТРОЙСТВО И НАЗНАЧЕНИЕ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ВЗАИМНОГО ОРИЕНТИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ СТЕРЕОКОМПАРАТОРА…………………………………………………………………...11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................................20

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………………....21

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Фотограмметрия  – техническая наука о методах  определения метрических характеристик  объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным  с помощью специальных съемочных систем. Такими системами могут быть традиционные фотографические камеры, а также системы, использующие иные законы построения изображения и иные (кроме фотографических слоев) регистраторы электромагнитных излучений. Основная задача фотограмметрии – топографическое картографирование, а также создание специальных инженерных планов и карт, например кадастровых.

Фотограмметрические методы позволяют также экономично и достаточно точно решать непосредственно  по снимкам некоторые прикладные задачи, например, измерять площади участков местности, определять их уклоны, получать количественные характеристики эрозионных процессов, выполнять вертикальную планировку с определением объема земляных работ и др.

Это направление  метрической обработки снимков  принято называть прикладной фотограмметрией.

Термин «метрическая обработка» - процесс получения со снимков только геометрической информации.

Метрической обработке  снимков обычно предшествует (иногда совмещается) процесс отбора подлежащих нанесению на изготавливаемые планы  и карты объектов, которые опознают на анализируемых изображениях, определяют  их качественные и количественные характеристики, положение границ и выражают полученные данные условными знаками. Этот процесс называют дешифрированием снимков. В процессе дешифрирования выполняют также досъемку не отобразившихся  на снимках элементов ситуации.

 

В двадцатые  годы прошлого столетия были сделаны  попытки  использования аэрофотоснимков  для специализированного изучения лесов и в начале тридцатых  годов – почв. Создание космических  летательных аппаратов и съемочных  систем активизировало развитие этого  направления. Оно получило название «дистанционное зондирование».

Под дистанционным  зондированием понимают неконтактное изучение Земли (планет, спутников), ее поверхности, близповерхностного пространства и недр, отдельных объектов, динамических процессов и явлений путем регистрации и анализа их собственного или отраженного электромагнитного излучения.

Изучение дисциплины «Фотограмметрия и дистанционное  зондирование» опирается на знание дисциплин : математика, информатика, физика, экология, почвоведение, инженерное обустройство территории, геодезия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          1.АЭРО - И КОСМИЧЕСКИЕ СЪМОЧНЫЕ СИСТЕМЫ. ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ФОТОГРАФИРОВАНИЯ: КАДРОВОЕ, ЩЕЛЕВОЕ И ПАНОРАМНОЕ.  

1.1 Аэро - и космические съёмочные системы. Классификация съёмочных 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.

1.2 Технические возможности  съёмочных систем.

Основные технические  возможности, применяемые для оценки информационных возможностей съёмочных  систем: линейная разрешающая способность, спектральная разрешающая спсособность, фотограмметрическая точность, фотометрическая точность.

Линейной разрешающей  способностью системы называют её возможность раздельно воспроизводить на снимке мелкие детали снимаемого объекта. Разрешающая способность R определяется числом раздельно воспроизводимых чёрных линий в 1 мм изображения при таком же белом интервале между ними. Для числа воспроизводимых линий R и ширины линии pc справедлива следующая зависимость

                                      pc = 1/2R 

Например, если съёмочная  имеет разрешающую способность                      R = 50 мм-1 , то это означает, что в одном мм изображения может быть зафиксировано 100 чёрных и белых линий и минимальный размер различимого элемента изображения будет равен 0,01 мм. Величину pcназывают разрешением на снимке. Размер соответствующего элемента на поверхности снимаемого объекта называют разрешением съёмочной системы.

Разрешающая способность  съёмочной системы определяется путём съёмки миры – специального тест-объекта, представляющего собой  основу, на которую нанесён рисунок  в виде чёрных и белых полос. Вместо полос могут быть использованы чёрные и белые сектора круга.

В первом случае миру называют штриховой, во втором –  радиальной. Среди штриховых наиболее часто применяют пятишпальную миру. Она представляет собой тридцать решёток, каждая из которых содержит пять светлых полос на чёрном фоне. Длина полос в десять раз больше их ширины. В каждой последующей решётке ширина полос уменьшается на 1/10.

Съёмку выполняют  в лабораторных условиях или с  летательногто аппарата. Размер миры должен обеспечивать воспроизведение деталей на реальном снимке. Линейная разрешающая способность – наиболее употребимый  критерий при оценке качества съёмрчных ситем.

        П – образная мира с постоянным изменением частоты штрихов съёмочных систем (сканеры и цифровые кадровые системы), в которых приёмниками излучения служат ПЗС – линейки или ПЗС – матрицы, выражается числом моментов или линий в одном дюйме nch – dpi(dots per Inch – точек на дюйм) или lpi (line per inch – линий на дюйм). Например, 600 или 1200 dpi означает,что минимальный размер элемента изображения соответственно равен 0,04 и 0,02 мм.

Под термином спектральная разрешающая способность съёмочной  системы понимают минимальную ширину спектральной юны, в которой проводят съёмку. Ширина спектральной зоны определяется возможностью используемого сенсора воспринимать интегральный сигнал (уровень излучения),создаваемый в данной зоне. Для фотографических систем она приблизительно равна 40…50 нм, для нефотографических систем – 10…20 нм и менее.

Фотограмметрическая точность съёмочных систем – критерий геометрического искажения получаемого снимка. Степень геометрического искажения определяется позиционной точностью построения оптического изображения и последующей деформацией данного оптического изображения приёмником излучения. Существуют топографические и нетопографические съёмочные системы. Под топографическими понимают такие системы, геометрические искажения в которых минимальны и практически не влияют на точность фотограмметрических преобразований. К этому же классу можно отнести съёмочные системы, имеющие значительные искажения геометрии построения изображения, но с известным законом (моделью) деформации. Используя модель деформации, можно учесть геометрические искажения снимка при цифровой фотограмметрической обработке снимков. Для нетопграфических съёмочных систем главным является получение изображения с высокими изобразительными свойствами.

Съёмочные системы, обеспечивающие достаточную точность передачи пропорций яркостей снимаемых  объектов по полю изображения, относят к фотограмметрическим.  Причинами, снижающими фотометрическую точность, могут быть: оптический тракт съёмочной системы, нестабильность работы её электронной цепи, непропорцильность регистрации сигналов сенсором и др. В качестве одного из критериев фотометрической точности может быть использовано отношение сигнал/шум – критерий, определяющий отношение основного сигнала, несущего информацию, к величине сигнала/шума (помехи). Чем больше отношение сигнала/шума, тем выше фотометрическая точность системы.

При конструировании  таких ситем учитывают возможные  изменения пропорций регистрируемых сигналов по полю изображения. Для повышения фотометричности съёмочных ситем оптимизируют угол захвата съёмочных систем, уменьшают шумы оптического и электронного тракта, формирующего изображения, и т.п.

Рассмотреные  критерии можно считать основными  и общими при оценке и сравнении  различных съёмочных систем. Для  отдельных типов съёмочных систем могут быть определены спецефические  критерии.

         1.3 Принципиальные схемы аэрокосмического фотографирования: кадровое,             щелевое и панорамное.

Кадровые топографические аэрофотоаппараты.

Существует  большое число конструкций аппаратов. Аэро- и космические фотоаппараты можно классифицировать: по способу  построения изображения, числу используемых спектральных зон (каналов),а также по длине фокусного расстояния объектива, разрешающей способности, назначению и т.д.

Наибольшее  применение имеют кадровые топографические  аэрофотоаппараты (АФА). Схема построения изображения в кадровых АФА, которую принято считать классической. В кадровых АФА имеется плоская поверхность, на которой строится изображение, неподвижный относительно неё объектив, оптическая ось занимает неизменное положение, изображение строится в центральной проекции. Экспонирование площади снимка происходит одномоментно.

Нетопографические аэрофотоаппараты

Щелевые аэрофотоаппараты. Как уже отмечалось, существенный недостаток снимков, получаемых кадровыми  аэрофотоаппаратами, - фотографический  смаз изображения, вызванный главным образом поступательным движением летательного аппарата. Скорость перемещения оптического изображения относительно аэрофотоплёнки 

                                          Vиз = Wf/H = W/m,

Где W-скорость летательного аппарата; f-фокусное расстояние АФА; H-высота фотографирования; m-знаменаталь масштаба аэрофотосъёмки.

Как видно из формулы, при равных съёмочных масштабах скорость перемещения оптического изображения относительно аэрофотоплёнки и, следовательно, фотографический смаз зависят от скорости летательного аппарата. Чем больше его скорость,тем больше смаз фотографического изображения. Для устранения влияния поступателного движения летательного аппарата на смаз и увеличения разрешающей способности изображения используют щелевые аэрофотоаппараты.

     В щелевых АФА (ЩАФА) изображение местности / получают в результате непрерывного экспонирования плёнки 3. Плёнка движется по направлению движения оптического изображения со скоростью vnл = vиз. Таким образом, скорость движения оптического изображения относительно плёнки равна нулю. Синхронное движение аэро плёнки и оптического изображения  исключает фотографический смаз изображения, вызванный поступательным перемещением летательного аппарата. Изображение строится объективом Z и щелью 4, расположенной перед светочувствительным слоем плёнки перпендикулярно направлению полёта. Экспонирование происходит через постоянно открытую щель, ширина которой прямо пропорционально зависит от интенсивности освещения. В результате съёмки получают не отдельные кадры, а сплошную ленту фотографического изображения. При этом изображение строится по двум законам: в поперечном направлении снимок представляет собой центральную проекцию, в продольном (по оси полёта) – ортогональную проекцию. Изображение, построенное одновременно по двум законам, требует особой фотограмметрической обработки, отличающейся от обработки снимков, полученных топографическими кадровыми ситемами. Внедрение компьютерных технологий позволяет достаточно точно выполнять фотограмметрическую обработку изображений, полученных ЩАФА.