Виды снимков применяемых в фотограмметрии

Казахский национальный университет им. аль-Фараби

Факультет география и природопользования

Кафедра картографии и геоинформатики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СРС

Виды снимков применяемых в фотограмметрии

 

 

 

                                                                    

 

 

 

 

 

                                                                     Проверил: Жалгасбеков Е. Ж.

Подготовила: Ходжаева Р.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы

       2015

СОДЕРЖАНИЕ

 

	ВВЕДЕНИЕ	3
	ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ
1	Период развития фотограмметрии	4
2	Направления развития и применение, виды снимков в фотограмметрии	6
3	Фотограмметрические снимки	8
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	10
	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Фотограмметрия как научно-техническая дисциплина, занимается определением  формы, размеров, положения и типов объектов в пространстве по их изображениям.

В настоящее время фотограмметрия находит применение в самых раз-личных  сферах  человеческой  деятельности. Спектр приложения этой науки весьма  широк:  картографирование  земной  поверхности,  геодезия,  космические  исследования,  география,  архитектура,  градостроительство,  экология, кадастр,  медицина,  криминалистика,  военно-инженерное  дело,  артиллерия, геоинформационные  системы  (ГИС)  и  т.д.  В  частности,  для  ГИС  системы фотограмметрии  представляют   не  только  методы  и  датчики  для  сбора  исходных данных, но и широкий набор алгоритмов, процедур и вспомогательных средств для переработки и анализа, для описания и визуализации объектов, ситуаций и взаимосвязей. Классическая функция фотограмметрических систем в ГИС как модуля сбора данных расширяется и дополняется теперь функцией  редактирования,  анализа  и  представления  данных.  Эта  новая функция  предполагает,  конечно,  использование  современных  фотограмметрических приборов с устройствами отображения цифровой информации. По различным оценкам до 80%  информации, которая поступает в ГИС,  обеспечивается  именно  методами  фотограмметрии.  В  развитии  фотограмметрии отмечают три этапа, в соответствии с которыми  выделяют аналоговую фотограмметрию, аналитическую фотограмметрию и цифровую фотограмметрию.

Каждый этап характеризуется,  прежде всего,  приборами и технологиями, которые  применяются  для  обработки снимков с целью получения указанных характеристик объектов [4].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

1. Период развития фотограмметрии

Фотограмметрия как наука появилась в середине 19 столетия вскоре после изобретения фотографии. Однако использование перспективных изображений при составлении топографических карт осуществлено значительно раньше. Теоретическое обоснование возможности определения формы, размеров и положения объекта в пространстве по его перспективному изображению было дано в 1759 году И. Г. Ламбертом в работе «Свободная перспектива». В 1764 году великий русский ученый М. В. Ломоносов в инструкции для географических исследований России предложил составлять перспективные рисунки местности с помощью камеры-обскуры. В 1839 году французский ученый Ж. М. Дагер применил для фиксации изображения, получаемого с помощью такой камеры, светочувствительное серебро, которое наносилось на металлическую пластинку. На этой пластинке получалось позитивное фотографическое изображение. Так появилась фотография.

Применять фотографии для создания топографических карт впервые предложил французский геодезист Доминик Ф. Араго примерно в 1840 г., а в 1860 г. французский военный инженер Э. Лосседа выполнил фотографирование Парижа с крыши высокого здания и по фотоснимкам создал план, точность которого оказалась выше плана, полученного геодезическим методом. Этой работой было положено начало фотограмметрического метода съемки, который в последующие годы совершенствовался и стал применяться во многих странах.

В России первые фототопографические съемки были выполнены в 1891—1898 гг. инженерами Н. О. Виллером, Р. Ю. Тиле, П. И. Щуровым для целей трассирования железных дорог в Закавказье и Восточной Сибири. 

В истории развития фотограмметрии можно выделить три основных периода, которые можно условно назвать как аналоговая, аналитическая и цифровая фотограмметрия.

Аналоговая фотограмметрия берет свое начало с изобретения в 1901 г. К. Пульфрихом стереокомпаратора. Этот прибор позволяет измерять координаты точек снимков составляющих стереопару. Далее развитие фотограмметрии пошло по пути создания специальных оптических и механических приборов, предназначенных для непосредственного создания карт по аэро- и наземным снимкам. Эти приборы позволяют выполнить все процессы преобразования снимков в карту. Первый такой прибор, стереоавтограф, был разработан в 1909 г. (Е. Орель) для создания карт по наземным снимкам. В 1915 г. Газзер запатентовал стереопроектор, который стал прототипом мультиплекса, позволяющего построить стереоскопическую модель на экране по множеству снимков и измерять ее с целью создания карты. В 1932 г. Ф. В. Дробышев изобрел стереометр, позволяющий нарисовать рельеф местности непосредственно на снимках. Контурную часть карты получали по фотопланам, составленных по множеству трансформированных снимков. Трансформирование снимков выполняли на специальных приборах, называемых фототрансформаторами, которые позволяют преобразовать наклонный снимок в горизонтальный. В этот период было разработано достаточно много различных универсальных фотограмметрических приборов, как в России, так и за рубежом, которые используются в некоторых предприятиях и в настоящее время.

Аналитическая фотограмметрия. Этот этап в развитии фотограмметрии начинается с появлением ЭВМ (примерно в 1950 г.). Начиная с этого времени стали развиваться аналитические методы фотограмметрической обработки снимков, которые продолжают совершенствоваться и по настоящее время. В 1957 г. У. В. Хелава (Канада) разработал первый аналитический универсальный прибор, представляющий собой сочетание стерекомпаратора и электронной вычислительной машины. На стереокомпараторе выполнялись измерения координат точек снимков, а на ЭВМ — все преобразования этих измерений в проекцию карты. По сравнению с аналоговыми приборами аналитические позволяют значительно повысить точность обработки снимков и производительность. Таких приборов и систем было разработано достаточно много (Швейцария, Германия, Франция, Италия, Россия и Украина). В настоящее время они не выпускаются, но используются на производстве.

Цифровая фотограмметрия начала развиваться с появлением цифровых изображений. В начале 90-х годов прошлого столетия появились первые коммерческие цифровые фотограмметрические системы, позволяющие решать все фотограмметрические задачи на компьютере, включая стереоскопическое наблюдение и измерение снимков на экране компьютера. Отличительной особенностью цифровых фотограмметрических систем является возможность широкой автоматизации всех процессов преобразования снимков в карту. Это направление в развитии фотограмметрии в настоящее время является основным и уже широко применяется на производстве [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Направления развития и применение, виды снимков в фотограмметрии

Фотограмметрия развивается по двум основным направлениям.

• Первое направление связано с созданием карт и планов по снимкам. Это направление часто называют фототопографией. Сюда же можно отнести составление карт поверхности внеземных объектов: Луны, Венеры, Марса.
• Второе направление связано с применением фотограмметрии для решения прикладных задач в различных областях науки и техники: в архитектуре, строительстве, медицине, криминалистике, автомобилестроении, робототехнике, военном деле, геологии и т. д. Это направление в фотограмметрии называют наземной или прикладной фотограмметрией.

Такое широкое применение фотограмметрии обусловлено следующими ее достоинствами:

1. Высокая точность, потому что снимки объектов получают прецизионными камерами, а обработку снимков выполняют строгими методами.
2. Высокая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряют не сами объекты, а их изображения. Это позволяет автоматизировать процессы измерений по снимкам и последующую обработку на компьютере.
3. Объективность и достоверность информации, за счет того, что информация об объекте получается фотографическим путем.
4. Возможность повторения измерений в случае получения спорных результатов.
5. Возможность получения в короткий срок информации о состоянии, как всего объекта, так и отдельных его частей.
6. Безопасность выполнения работ, так как измерения выполняются неконтактным методом. Это имеет особое значение, когда объект недоступен или пребывание в его зоне опасно для здоровья человека.
7. Возможность изучения неподвижных, а также медленно и быстро движущихся объектов, скоротечных и медленно протекающих процессов [1].

Фотограмметрия  - научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и положения объектов по их изображениям на фотоснимках. Последние получают как непосредственно кадровыми, щелевыми и панорамными фотоаппаратами, так и при помощи радиолокационных, телевизионных, инфракрасных-тепловых и лазерных систем. Наибольшее применение, особенно в аэрофотосъёмке, имеют снимки, получаемые кадровыми фотоаппаратами. В теории фотограмметрии такие снимки считаются центральной проекцией объекта. Уклонения от центральной проекции, вызванные дисторсией объектива, деформацией фотоматериала и другими источниками ошибок, учитываются по данным калибровки аэрофотоаппарата и снимков. В фотограмметрии используются одиночные снимки и стереоскопические их пары. Эти стереопары позволяют получить стереомодель объекта. Раздел фотограмметрии, изучающий объекты по стереопарам, называется стереофотограмметрией [2].

В качестве исходного материала для определения количественных характеристик объектов, фотограмметрическим методом является снимки (изображения). Построение модели по снимкам основано на принципе обратимости фотографического процесса. Характеристики объекта могут изучаться по его изображению на одиночном снимке или по паре перекрывающихся снимков, полученных из различных точек пространства. Если при изучении объекта используются свойства одиночного снимка, то такой метод получения необходимой информации называют фотограмметрическим. По одиночному снимку можно построить только плоскую модель местности, т.е. определить только плановые координаты: X, У точек объекта. Если же он изучается по паре перекрывающихся снимков, то метод называют стереофотограмметрическим. По паре снимков полученных из различных точек пространства можно построить пространственную (объемную) геометрическую модель местности, а, следовательно, определить три координаты: X, У, Z, точек объекта, если эти точки изображены в зоне перекрытия снимков. В этом случае снимки должны быть получены из разных точек пространства [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Фотограмметрические снимки

Фотограмметрический снимок – это изображение объекта фотограмметрической съемки, зафиксированное на материальном носителе в аналоговом или цифровом виде, используемое для целей фотограмметрической обработки. Изображение, зафиксированное в аналоговом виде, называют аналоговым фотограмметрическим снимком; изображение, зафиксированное в цифровом виде, называют цифровым фотограмметрическим снимком.

• наземный (фотограмметрический) снимок – полученный с наземного пункта или подвижного наземного носителя съемочной системы;
• фотограмметрический  аэроснимок  - фотограмметрический снимок, полученный с воздушного носителя съемочной системы;
• космический (фотограмметрический) снимок – фотограмметрический снимок, полученный с космического носителя съемочной системы;
• кадровый (фотограмметрический) снимок – фотограмметрический снимок, все элементы изображения которого формируются одномоментно в пределах заданной выдержки;
• плановый (фотограмметрический) снимок – кадровый фотограмметрический снимок, полученный при угле наклона оптической оси съемочной камеры, не превышающем 3°;
• перспективный (фотограмметрический) снимок – кадровый фотограмметрический снимок, полученный при заданном угле наклона оптической оси съемочной камеры, превышающем 3°;
• сканерный (фотограмметрический) снимок – фотограмметрический снимок, элементы изображения которого формируются в различные моменты времени, каждому из которых соответствуют отличные друг от друга значения элементов внешнего ориентирования.

Примечание: Сканерные фотограмметрические снимки могут быть получены щелевыми, панорамными, оптико-механическими, оптико-электронными и радиолокационными съемочными системами.

• щелевой (фотограмметрический) снимок – сканерный фотограмметрический снимок, элементы изображения которого формируются в пределах апертурной щели в результате перемещения оптического изображения объекта фотограмметрической съемки;
• панорамный (фотограмметрический) снимок – сканерный (фотограмметрический) снимок, элементы изображения которого формируются центральным проектированием на цилиндрической предметной поверхности;
• зональный (фотограмметрический) снимок – фотограмметрический снимок, полученный в заданном диапазоне длин волн электромагнитного излучения;
• фотограмметрический снимок в видимом диапазоне – зональный фотограмметрический снимок, полученный в диапазоне длин волн электромагнитного излучения 0,37-0,77 мкм;
• инфракрасный (фотограмметрический) снимок – зональный фотограмметрический снимок, полученный в диапазоне длин волн электромагнитного излучения 0,77-15 мкм;
• радиолокационный (фотограмметрический) снимок – зональный фотограмметрический снимок, полученный в диапазоне радиоволн электромагнитного излучения [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предметы изучения фотограмметрии это геометрические и физические свойства снимков, способы их получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки.

В настоящее время в фотограмметрии выделяют три направления исследований. В первом изучаются и развиваются методы картографирования земной поверхности по снимкам. Второе связано с решением прикладных задач в различных областях науки и техники. В третьем развиваются технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленной на космических летательных аппаратах. Задачи и методы последнего из указанных направлений существенно отличаются от первых двух, и далее детально не рассматриваются.

Современная фотограмметрия как техническая наука тесно связана с науками физико-математического цикла, достижениями радиоэлектроники, вычислительной техники, приборостроения, фотографии. Она органически связана с геодезией, топографией и картографией.