Основные положения фотограмметрии

Приход солнечной радиации на поверхностьЗемлизависит от  ориентировки и крутизны склонов. Не только прямое, но и рассеянное освещение всегда больше на склонах южной экспозиции. В январе крутые южные склоны могут иметь продолжительность возможного облучения в 13-14 раз больше, чем северные. Горизонтальные и наклонные участки по-разному освещаются Солнцем: в утренние часы наклонные (к Солнцу) поверхности освещены сильнее, чем горизонтальные, а в полдень, наоборот, больше радиации поступает на горизонтальные участки. Это приводит к тому, что одинаковые или близкие по характеру объекты на разных склонах изображаются на снимках неодинаково, что важно иметь в виду при дешифрировании.

Метеорологическим элементом, существенно влияющим на освещенность, является облачность. С одной стороны, облака являются помехой при съемке, так как их наличие приводит к тому, что практически выпадают из обработки площади, закрытые тенями от них, а при съемке из космоса и их изображениями. С другой стороны, облачность изменяет освещенность снимаемой территории. Кучевая облачность снижает освещенность в два—четыре раза, облака среднего яруса — на %. Облачность верхнего яруса, наоборот, увеличивает общую освещенность за счет увеличения доли рассеянной радиации. Съемка под тонкой пленкой облачности верхнего яруса дает снимки, исключительно подходящие для дешифрирования горных районов, так как на них практически отсутствуют тени. Однако такая ситуация встречается крайне редко.

 

 

3. Факторы, обуславливающие необходимость увеличения снимков

 

При недостаточной дешифрируемости снимков специалист прибегает к способам повышения дешифрируемости — увеличение изображения, повышение его контраста, уменьшение смаза, фильтрация и др.

По экономическим  соображениям съемку выгодно выполнять  в масштабе более мелком, чем масштаб  картографирования. Предел уменьшения съемочного масштаба определяется возможностями  отображения на снимках необходимых  объектов местности и обеспечения  достаточной точности выполнения метрических действий по ним. В большинстве случаев исходные снимки не обеспечивают достаточной точности, а иногда и возможности, решения определенных задач.

Линейная  разрешающая способность зрительного аппарата человека для монокулярного и бинокулярного зрения определяется значениями 20 и 40 мм^-1 соответственно. Поэтому реальная разрешающая способность зрительного аппарата уменьшится по крайней мере вдвое. В итоге оказывается, что средняя реальная разрешающая способность зрительного аппарата при анализе снимков характеризуется значением 7... 10 мм^-1 и меньше.

Современные аэро- и космические снимки благодаря высокому качеству объективов съемочных систем, использованию компенсирующих смаз изображения устройств и устойчивых в полете носителей имеют разрешающую способность 60...80 мм^-1 и более. Это дает возможность соответственно в восемь—десять раз уменьшить съемочный масштаб. Дешифрируемость таких снимков доводят до нужного уровня путем их увеличения.

Используется  два варианта:

• оптическое
• фотографическое увеличение.

В оптическом варианте при извлечении из снимков семантической информации используют увеличивающие изображения приспособления — лупы, монокуляры и бинокуляры специализированных приборов. Этот вариант можно применять при дешифрировании объектов, регистрируемых на снимках внемасштабными условными знаками (колодцы, пункты геодезической опоры и т. п.), а также при наблюдении деталей, используемых в качестве индикаторов объектов, подлежащих нанесению на карту (печных труб при раздельном показе жилых и нежилых сельских построек и т. п.).

При дешифрировании малых по площади объектов, обозначаемых на снимках границами с условными знаками внутри контура, переход к более дорогому фотографическому увеличению неизбежен, если дешифрируют непосредственно снимок. Например, при создании кадастровых карт в масштабе 1:10000 пашни, многолетние насаждения и культурные пастбища на осушаемых землях наносят на план, если площадь их на плане превышает 2 мм². На снимках, размер стороны окажется настолько малым,  что размещение внутри него хотя бы одного условного знака невозможно.

Необходимость увеличения снимков обусловливается  также обеспечением достаточной  точности выполнения метрических работ. Такие работы возникают в основном при полевой инструментальной досъемке не отобразившихся на снимках объектов. Абсолютная погрешность фиксации концов измеряемых на снимках отрезков остается примерно постоянной при значительном (до 4...6) увеличении изображения. Дальнейшее увеличение кратности приводит к монотонному возрастанию погрешности. Поэтому относительная погрешность измерения отрезков на оптимально увеличенном снимке сокращается примерно пропорционально кратности увеличения.

Очевидно, точность измерения координат точек по увеличенным снимкам с помощью дигитайзера, координатографа и других измерительных устройств будет аналогично повышаться.

 

 

 

 

4. Элементы взаимного ориентирования пары снимков

 

 

 

Два снимка с изображениями  одного и того же участка местности, полученные с двух точек пространства, называются стереоскопической парой  снимков (стереопарой). Снимок, полученный с точки фотографирования S₁, называется левым, а с S₂ – правым.

 

На рис. 37 изображена пара снимков в положении, которое она занимала в момент фотографирования. А – точка местности, изобразившаяся на снимках в точках а₁ и а₂. Они называются соответственными или одноимёнными точками. Проектирующие лучи S₁A и S₂A, проходящие через эти точки называются соответственными или одноимёнными проектирующими лучами.

Рис.37.

A

a₁

a₂

A^¢

S₁

S₂

S₂^¢

a₂^¢

W₁

W₂

bп

Расстояние В между точками фотографирования S₁ и S₂ – базис фотографирования.

Плоскость W_A, проходящая через базис и точку А местности есть базисная плоскость.

Плоскости, проходящие через базис фотографирования и главные лучи являются главными базисными плоскостями (W₁ - левого W_{2 -} правого снимков).

Любая пара соответственных лучей пересекается, если снимки занимают положение, которое  было в момент фотографирования. Совокупность их точек пересечения образует поверхность. Ее называют стереомоделью или просто моделью местности. При выше названных условиях она совпадает с земной поверхностью, значит масштаб такой модели 1:1.

Представим  теперь, что одна из связок (например, правая) поступательно перемещается вдоль базиса из положения S₂ в S₂^¢. Модель при этом не разрушится, но изменится ее масштаб. Расстояние b_п между центрами проекций двух связок, по которым построена модель, называется базисом проектирования, и ее масштаб вычисляется по формуле:

(62)

Существует  понятие элементы ориентирования стереопары. К ним относят рассмотренные  ранее элементы ориентирования (внутреннего x₀, y₀, f и внешнего X_S, Y_S, Z_S, α, ω, и κ) каждого из образующих ее снимков, таким образом, общее их число 18. Если фотографирование местности с точек S₁ и S₂ выполнено одним и тем же АФА, то стереопара имеет 15 элементов ориентирования. Другую тройку угловых элементов внешнего ориентирования снимков на практике также используют, но значительно реже. В системах координат снимков положение точек a₁ и a₂ (изображений точки А местности) определяется координатами x₁, y₁ и x₂, y₂ соответственно.

Взаимное ориентирование снимков стереопары это установка  их в положение, при котором любая  пара соответственных лучей пересекается, то есть обеспечивается построение модели. Величины, определяющие такое положение  снимков, называются элементами взаимного  ориентирования (ЭвзО).

На практике выполнение условия пересечения  соответственных лучей достигается  поворотом обоих снимков или  поворотами и смещениями только одного из них при неподвижном положении  второго. В соответствии с этим различают  две системы элементов взаимного  ориентирования. В первой неподвижными считают базис фотографирования и главную базисную плоскость  левого снимка; во второй – левый  снимок.

Первая  система элементов. Начало системы координат S₁X₁'Y₁'Z₁'– в центре проекции S₁ левого снимка Р₁ (рис. 39). Ось X₁' совмещена с базисом фотографирования, а ось Z₁' установлена в главной базисной плоскости левого снимка. Система координат S₂X₂'Y₂'Z₂' параллельна системе координат S₁X₁'Y₁'Z₁'.

Элементами  взаимного ориентирования являются:

- угол в главной базисной  плоскости левого снимка между  осью Z₁' и главным лучом связки;

- угол на левом снимке между  осью y₁ и следом плоскости ;

- угол в главной базисной  плоскости левого снимка между  осью Z₂' и проекцией главного луча правой связки на главную базисную плоскость левого снимка;

- угол между проекцией главного  луча правой связки на главную  базисную плоскость левого снимка  и главным лучом;

- угол на правом снимке  между осью y₂ и следом плоскости .

Z₁´

Y₁´

Y₂´

Z₂´

S₁

S₂

x₁

x₂

α´₂

m₁

m₂

M

y₁

y₂

X₁´_{, 2}

o₁

o₂

P₁

P₂

χ´₁

χ´₂

ω´₂

a^¢₁

Рис.39.

Вторая система элементов. За начало пространственной фотограмметрической системы координат принимается центр проекции левого снимка S₁. Координатные оси этой системы направлены параллельно соответствующим координатным осям x₁, y₁ левого снимка (рис. 40), а ось совпадает с главным лучом левой связки. Система координат параллельна системе координат .

Z₁´

Y₁´

Z₂´

Y₂´

X₂´

X₁´

S₁

S₂

B_Z

B_Y

B_X

S₀

y₂

x₂

P₁

o₁

o₂

P₂

m₂

m₁

y₁

x₁

M

ν

τ

Δχ

Δω

Δα

Рис.40.

Элементами взаимного ориентирования являются:

- угол между осью  и проекцией базиса на плоскость (или элемент ориентирования B_y);

- угол наклона базиса S₁S₂ относительно плоскости (или B_Z);

- взаимный продольный угол  наклона снимков, составленный  осью  с проекцией главного луча правой связки на плоскость ;

- взаимный поперечный угол  наклона снимков, заключённый  между плоскостью  и главным лучом правой связки;

- взаимный угол поворота снимков,  угол на правом снимке между  осью y₂ и следом плоскости

Таким образом, каждая система включает пять элементов  взаимного ориентирования. Зная их, можно по формулам (66-68) найти пространственные фотограмметрические координаты любой  точки модели.

 

 

 

 

 

5. Условия возникновения стереоскопического эффекта

 

 

Пространственное  восприятие объекта при бинокулярном рассматривании пары снимков, полученных с разных точек пространства, называется стереоскопическим эффектом, а воспринимаемая при этом мнимая картина – стереоскопической моделью.

Для получения  стереоэффекта, необходимо, чтобы:

1. Разность масштабов снимков стереопары не превышала 16 %.
2. Каждым глазом наблюдался только один из снимков.
3. Угол, под которым пересекаются соответственные лучи, не превышал 16°.
4. Положение снимков было согласовано с глазным базисом. В первом приближении это осуществляется расположением снимков на линии, параллельной глазному базису.