Аэро- и космические съёмочные работы

           Панорамные аэрофотоаппараты (ПАФА).

Эти аппараты разработаны, исходя из следующих соображений. Для  увеличения зоны захвата съёмочной  системой необходимо использовать широкоуголный  объектив. Однако, как уже отмечалось, увеличение угла поля изображения приводит к падению освещённости и уменьшению разрешающей способности от центра к краю снимка. В конструкции панорамного АФА используется свободный от этих недостатков узкоугольный объектив.

Объектив 2 вращается  вокруг оси, проходящей через его заднюю узловую точку параллельно оси маршрута, и просматривает (панорамирует) полосу местности 1 в пределах угла 140…180◦. Этот способ панорамирования называют прямым. Косвенное панорамирование осуществляют вращением призм или зеркал, установленных перед объективом. Изображение строится полосой 4 на плёнке 3, расположенной на цилиндрической поверхности. Получаемый в ПАФА кадр представляет собой вытянутый прямоугольник.

Особенности панорамных снимков:

- высокие  изобразительные свойства по всей площади снимка;

- ширина полосы  захвата на местности в десять  раз и более превышает высоту          фотографироания;

- разномасштабность  по полю, снимка от центра к краю  увеличивается несколько раз.

Панорамные  снимки     

Из-за механических перемещений частей  ПАФА в момент экспонирования имеют значительные геометрические искажения. Поэтому чаше их используют для получения семантической информации. Применение цифровых технологий фотограмметрической обрывки позволяет применять панорамные снимки в картографических целях.

 

 

 

 

 

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

Крупным событием в истории  развития фотограмметрии явилось изобретение К. Пульфрихом в 1901 г. Стереокомпаратора – прибора для измерений фотоснимков. Пульфрих предложил использовать для фотогамметрических измерений принцип стереоскопического зрения. Стереоскопический метод устранил трудности отождествления идентичных точек на перекрывающихся снимках и резко повысил точность измерений.

Назначение, структура  и  теория стереокомпараторов.

Стереокомпараторы предназначены  для стереоскопического измерения  координат x, y одноимённых точек перекрывающихся снимков. Они широко используются при решении задач методами аналитической фотограмметрии. Измерение снимков на стереокомпараторе и последующая обработка результатов измерения в ЭВМ позволяют осуществлять построение сетей маршрутной и блочной фототриангуляции, выполнять сгущение опорных точек в пределах одиночных стереопар, а также получать цифровые модели заснятого объекта. Стереокомпараторы являются наиболее прецензионными стереофотограмметрическими приборами. Принципиальные схемы измерительных частей приборов различаются по расположению кареток снимков и оптики, по распределению на них механических перемещений и по используемым измерительным элементам. Однако во всех случаях они позволяют определить координаты x1, y2, x2, y2 идентичных точек измеряемых снимков.

Ряд стереокомпараторов позволяет  измерять координаты x, y у одного из снимков и параллаксы p, q через которые можно вычислить координаты x и y у другого снимка по формулам:

                                      p = x1 – x2;          q = y1 – y2

Приборы, которые обеспечивают непосредственное определение координат x1, y2, x2, y2, позволяют обрабатывать снимки с любым прдольным и поперечным перекрытием, а также наблюдать и измерять их методом продолжения. Высокая точность приборов обеспечивается соответствующим качеством изготовления деталей  измерительных цепей, повышением их износоустойчивости и уменьшением температурного влияния. Последнее достигают применением материалов с небольшим коэффициентом температурного расшрения и массивностью деталей. Снимкодержатели стереокомпаратора иногда снабжены устройствами для поворота снимков в своей плоскости на углы x  вокруг центральной точки. Для повышения производительности работ в современных приборах используют электроприводы. Наблюдательные системы стереокомпараторов представляют собой бинокулярные микроскопы, оптические оси которых нормальны к плоскостям снимкодержателей. Окуляры микроскопа позволяют устанавливать необходимые для оператора диоптрийности, глазной, глазной базис, а также продольную и поперечную конвергенцию зрительных осей. Во многих приборах коэффициент увеличения микроскопов именяется ступенчато, путём замены окуляров одного фокусного расстояния на окуляры с другим фокусным расстоянием. Реже микроскопы содержат панкратические оборачивающие системы, позволяющие непрерывно менять увеличение в некотором диапазоне. Непрерывное изменение увеличения, выполняемое автономно в каждой ветви бинокулярного микроскопа, обеспечивает стереоскопическое измерение разномасштабных и перспективных снимков. В ряде приборов изображение , построенное микроскопом, может отводится в фоторегистратор для получения фотоабриса. На фотоабрисе наблюдаемая точка совпадает с изображением измерительной марки. Измерительные марки располагаются в центрах полей зрения бинокулярного микроскопа. В современных стереокомпараторах используют сменные по форме и размерам светящиеся измерительные марки, которые не затеняются оптическими плотностями снимков. В ветвях бинокулярного микроскопа современных стереокомпараторов с помощью призм имеется возможность поворачивать изображение на любой угол вокруг оптической оси. Этими поворотами пользуются при переходе от   прямого   стереоэффекта   к   обратному   и   наоборот, а также при образовании нулевого стереоэффекта, когда поперечные параллаксы обращаются в видимые продольные, которые измеряются  точнее  поперечных.   В  стереокомпараторах, у которых отсутствуют движения χ1 и χ2, повороты изображения призмами облегчают  стереоскопическое  наблюдение снимков с большой разностью δχ = χ2 — χ1. Для наблюдения и измерения «методом продолжения» в некоторых приборах имеется возможность  переключения  изображения  от  объектива   микроскопа одной ветви в окуляр другой ветви. Этим обеспечивается наблюдение левым глазом правого снимка, а правым глазом левого снимка, что исключает перестановку снимков при измерении стереопар маршрута. В современных стереокомпараторах для   автоматического   преобразования   перемещений   кареток в цифровую форму используют аналого-цифровые преобразователи (АЦП) накопительного или позиционного принципа действия. Последние обеспечивают большую надежность определения координат. Автоматическая регистрация измеренных координат осуществляется печатающим устройством в двух видах:

 на бумаге десятичными числами,

 на перфоленте (перфокартах) в установленном коде.

 

Первый вид  регистрации необходим оператору  для контроля результатов измерения, второй — для непосредственного  ввода результатов измерения  в ЭВМ. Печатающее устройство позволяет  в двух видах регистрировать номера точек и исходные данные: геодезические координаты X, У, Z опорных точек, элементы внутреннего ориентирования снимков, калибровочные данные координатных меток и т. д. В последнее время вместо печатающего устройства используют дисплейные персональные компьютеры с магнитными наполнителями и автоматическими цифропечатающими устройствами (АЦПУ).

Теория стереокомпараторов основывается на преобразовании измеренных координат хи, yи каждого снимка в прямоугольные декартовые координаты х, у. Из-за ошибок изготовления деталей  прибора и их сборки координаты хи, уи несколько отличаются от декартовых координат х, у из-за масштабных ошибок измерительных элементов приборов, неперпендикулярности направляющих и т. д.

        Широкое распространение  имеет стереокомпаратор Steco 1818(рисунок 1).

 

 

Рисунок 1 –  Стереокомпаратор Steco 1818.

          На массивной станине 1 размещена общая каретка 2 , перемещающаяся вдоль оси X прибора и несущая левый снимкодержатель P1 . В правой части общей каретки 2 расположена параллактическая каретка 4, которая вместе с установленным на ней правым снимкодержателем P2 перемещается относительно каретки 1 вдоль оси X,

           Вдоль оси Y прибора по мостику 3 перемещается подвижная часть наблюдательной системы 5, правая ветвь которой имеет дополнительное (по отношению к левой ветви ) перемещение вдоль оси Y прибора. Величины перемещений подвижных частей прибора измеряются по шкалам абсцисс, ординат, продольных и поперечных параллаксов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          Отличительной особенностью прибора является компактность и невысокая стоимость изготовления. Прибор обеспечивает хорошие условия стереоскопических наблюдений, но из-за отсутствия автоматической регистрации координат и параллаксов не обеспечивает высокой производительности стереоскопических измерений. В последнее время эти приборы модернизируют: с измерительными винтами х, у, р, q связывают накопительные АЦП, которые соединяют через интерфейс с ЭВМ. Таким образом, обеспечивается автоматическая регистрация координат, и появляется одновременно возможность преобразования измеренных координат и параллаксов в координаты точек заснятого объекта, получения их цифровых моделей и построения маршрутной сети фототриангуляции.

           Для высокоточных измерений используют специальные  автоматизированные стереокомпараторы СКВ-1, СКА-18, СКА-30, Stecometer С

           В приборе обеспечиваются одновременно хорошие условия стереоскопических наблюдений, высокая точность определения координат и параллаксов, а также высокая производительность выполнения работ. Хорошие условия стереоскопических наблюдений, прежде всего, обеспечиваются высокими амплитудно-частотными характеристиками бинокулярного микроскопа. Автоматическая регистрация координат и параллаксов осуществляется с помощью четырех цифровых преобразователей, связанных с измерительными винтами прибора, и специализированной  электронной регистрирующей  системы коордиметра.

          Дикометр

          Конструкция прибора, его инструментальная точность и амплитудно-частотная характеристика бинокулярного микроскопа оптимизированы по отношению к качеству  современного  снимка.   Измерительные  винты  снабжены АЦП и серводвигателями, с помощью которых может осуществляться автоматическая фиксация координат х1, y1, х2, y2; быстрая перегонка и управление положением кареток  от  ЭВМ. Прибор может работать совместно с коордиметром Н или подключен к ЭВМ. Если впоследствии дикометр будет оснащен и автоматизированным координатографом, то он преобразуется в аналитический универсальный стереоприбор.

          Автоматизированный  стереокомпаратор СКА-18

          Прибор содержит оптико-механическую систему, электронно-вычислительный процессор и рулонный телетайп. К главным особенностям оптико-механической системы стереокомпаратора относятся:

1) большие диапазоны  перемещения  кареток снимков по осям x1, y1, x2, y2;

2) наличие проектора  дополнительного  снимка;

3) сокращение  числа органов  управления  приводами кареток. 

       Первая особенность обеспечивает стереоскопическое наблюдение снимков с любым их продольным и поперечным перекрытием; вторая — повышает точность опознавания точек и третья - обеспечивает управление движениями x1, y1, x2, y2 двумя ручными штурвалами и ножной педалью, или наклонами рычага управления электроприводами и ножной педалью. Бинокулярный микроскоп позволяет переключать изображение от объектива одной ветви в окуляр другой, что совместно с большими диапазонами перемещения по осям х, у обеспечивает стереоскопические измерения снимков маршрута «методом продолжения». Амплитудно-частотные характеристики ФПМ бинокулярного микроскопа ниже по сравнению с соответствующими характеристиками ранее рассматриваемых компараторов. Проектор дополнительного снимка, имеющий осветитель на просвет и отражение, позволяет устанавливать одиночные снимки форматом до 30х30 см или рулонный фильм шириной до 30 см. Изображение дополнительного снимка можно рассматривать совместно с основным снимком. Блок электронно-вычислительного процессора преобразует показатели кодовых шкал АЦП в десятичный код, высвечивает значение координат на цифровом табло и управляет работой телетайпа. На пульте управления прибора имеется клавиатура для набора четырехразрядного номера измеряемой точки. Прибор выпущен малой серией.

          Автоматизированный  стереокомпаратор СКА-30

          Этот прибор отличается от предыдущего (СКА-18) в основном форматом снимкодержателей. Увеличение формата повлекло к соответствующему изменению размеров и массы прибора. Проектор дополнительного снимка в СКА-30 заменен на фоторегистратор и фотопроектор, которые могут подключаться к левой части ветви бинокулярного микроскопа. Фотопроектор позволяет рассматривать фотоабрисы.

          Стереокомпаратор  СКВ-1

           Измерительные элементы в  виде квантованных шкал располагаются в плоскости снимков в области координатных осей x1, y1, x2, y2 . Это обеспечивает в большей мере реализацию принципа точных измерений (принципа Аббе). Прибор снабжен устройством дополнительного снимка, на котором световым пятном указывается положение измерительной марки. Прибор содержит электронно-вычислительные счетчики перемещений со световым табло и телетайп. На световом табло между строками текущих координат находятся строки памяти, на которых фиксируются значения координат для установки кареток по отсчетам в целях идентификации связующих точек.

          При использовании  любого стереокомпаратора измерение  координат и параллаксов точек фотоснимков состоит из таких этапов работ: а) центрирование фотоснимков, б) их ориентирование, в) собственно само измерение. На всех стереокомпараторах можно обрабатывать только прозрачные фотоснимки в виде негативов, а чаще в виде диапозитивов на стеклянных фотопластинках.

 

           Центрирование - это совмещение главной точки аэрофотоснимка или любого фотоснимка с центром вращения кассеты в приборе. Для работы на простых приборах необходимо сначала получить положение главных точек на негативах или диапозитивах. Для этого соединяют противоположные координатные метки под линейку карандашом и в пересечении находят главную точку фотоснимка. Наблюдая через оптическую систему, центрируют каждый фотоснимок отдельно. Его передвигают по кассете, пока главная точка совпадает с центром кассеты. Он обычно награвирован на стекле кассеты в виде крестика или кружка с точкой. В более высокоточных приборах центрирование выполняется по координатным штрихам кассеты. Рассматривая через лупу по очереди каждую сторону кассеты или применяя специальную систему луп, передвигают снимок так, чтобы координатные штрихи, награвированные на стекле кассеты точно по середине сторон, оказались строго совпадающими с координатными метками фотоснимка.

         Ориентирование  по координатным меткам заключается  в таком повороте фотоснимка с кассетой в своей плоскости на угол х, чтобы линии, соединяющие противоположные координатные метки фотоснимка, стали параллельными координатным движениям в приборе, т. е. чтобы системы координат фотоснимка и прибора совпали по направлению и были бы верными измерения. Ориентирование можно выполнить по осям ординат или по осям абсцисс и так же, как и центрирование, оно выполняется отдельно для каждого фотоснимка. Для того, чтобы осуществить ориентирование по координатным меткам вдоль оси ординат, вращением штурвалов ШX и ШY наводят марку на одну из меток, например на дальнюю. Затем только штурвалом ШY перемещают эту марку в ближнее положение. Марка не совпадет с ближней координатной меткой. Совмещения добиваются наполовину вращением штурвала ШX, наполовину поворотом кассеты с фотоснимком на угол х. Работу повторяют несколько раз пока марка при вращении штурвала ШY станет проходить через обе координатные метки.