Основные положения фотограмметрии

При рассматривании пары снимков можно  получить прямой, обратный или нулевой  стереоэффекты (рис. 48). Стереоскопический  эффект получается прямым (естественное восприятие пространства), если снимки расположить перекрытием внутрь; обратным (обратное восприятие выпуклых и вогнутых форм), если их расположить перекрытием в разные стороны.

f₁

a₁

b_г

f₁

a₁

f₂

a₂

f₂

a₂

a

b

Рис. 48. Схемы расположения снимков  для получения a – прямого стереоэффекта,

b - обратного

P₁

P₂

P₁

P₂

Если снимки повернуть  на 90° в разные стороны, то возникает нулевой стереоэффект, при котором рассматриваемый объект воспринимается плоским.

Для обеспечения  второго условия получения стереоэффекта  используют: анаглифический, поляроидный, миганий, растровый, оптический и другие способы.

В способе анаглифов и левое изображение и правое проецируют на один экран через светофильтры красный и зеленый (синий). Полученная картина рассматривается через анаглифические (красно-зеленые) очки. В результате каждый глаз видит только одно изображение, а при их слиянии возникает стереоэффект в серо-белых тонах.

В способе поляроидов используют не цветные, а поляроидные светофильтры с углом поляризации между ними 90°. Через них рассматривают проецируемые на экран поляризованные с таким же углом изображения. В отличие от анаглифического способа, поляроидный может использоваться для наблюдения цветных снимков, поэтому используется в кинематографии.

В способе миганий снимки проектируются на экран поочерёдно с помощью, например, вращающихся перед объективами бленд. Такие же бленды установлены перед глазами наблюдателя. Частота вращения обеих пар бленд синхронизирована и составляет не менее 10 миганий в секунду. Таким образом, наблюдатель непрерывно видит левым глазом только левое изображение, а правым – только правое. Способ используется для получения объемной картины и на экране монитора.

При растровом  способе два снимка проектируются  на экран, составленный из линз цилиндрической формы. Оптические лучи, несущие изображения  разных снимков, отражаясь противоположными гранями линз экрана, попадают в  разные глаза наблюдателя.

Оптический  способ основан на разделении зрения с помощью оптических систем. Этот способ имеет широкое применение в фотограмметрии. Простейшими оптическими приборами, позволяющими получить пространственное изображение сфотографированного объекта, являются стереоскопы.

3¢

О₂

b_г

О₁

1

2

3

1¢

2¢

Рис. 49. Линзово-зеркальный стереоскоп

Имеются линзовые стереоскопы, которые  предназначены для рассматривания малоформатных снимков (6x6 см). Для работы с аэрофотоснимками, как в полевых, так и в камеральных условиях, используют зеркальные стереоскопы с бинокулярной насадкой или линзово-зеркальные стереоскопы.

Линзово-зеркальный стереоскоп ЛЗ (Рис. 49) имеет две пары зеркал 1, 2 и 1¢, 2¢, установленных под углом 45° к плоскости горизонтально расположенных снимков; и две линзы 3 и 3¢. Пунктиром на рисунке показан ход центральных лучей, O₁ и O₂ – узловые точки глаз (центры хрусталиков). Расстояния от центров линз 3 и 3¢ до снимков по ходу центральных лучей называются главными расстояниями стереоскопа, а отрезок между центрами больших зеркал 2 и 2¢ - базисом стереоскопа d. Если считать, что расстояние наилучшего зрения равно 250 мм, то увеличение стереоскопа V=250/d. Для получения стереокартины снимки следует устанавливать так, чтобы расстояние между соответственными точками примерно равнялось длине базиса стереоскопа, а отрезки между парой соответственных точек располагались на одной прямой параллельной его направлению. В зависимости от расположения снимков стереоэффект будет прямой, обратный или нулевой.

Стереоскопическое измерение снимков можно выполнять способами действительной и мнимой марки. Первый из них - уже практически история. Он применялся при монокулярном измерении снимков, а также при измерении модели, построенной по паре снимков с помощью поляроидов и анаглифов в некоторых проекционных приборах (мультиплексе, двойном проекторе и т.д.).

Способ  мнимой марки предложен в 1899 г. Пульфрихом и используется для измерения координат точек пары снимков и модели. Суть его состоит в следующем. В плоскости изображений (снимков) располагают две действительные марки m₁ и m₂ (на рис. 50 показаны крестиками). При их рассматривании под стереоскопом в одну объемную картину сливаются не только изображения снимков, но и марок, то есть наблюдатель видит одну пространственную мнимую марку M. Но это произойдет только в случае, когда каждая из марок m₁ и m₂ будет расположена вблизи соответственных точек (например, а₁.и а_2).  Причем, небольшое взаимное перемещение действительных марок (или снимков относительно марок) вдоль оси x вызовет перемещение мнимой марки по глубине. В результате она будет казаться либо «висящей в воздухе», либо «утопленной в землю». В последнем случае мнимая марка раздваивается, что дает возможность оценить поперечный параллакс. Когда действительные марки точно совмещены с соответственными точками (например, а₁.и а₂), создается впечатление касания мнимой марки поверхности стереомодели в точке А. Для того, чтобы этого добиться, стереоприбор должен обеспечивать совместное движение снимков (действительных марок) вдоль осей x и y, а также независимое движение одного из снимков (одной из марок), вдоль этих же осей. При наличии соответствующих шкал на таком приборе можно измерять параллаксы.

m₁

m₂

1

2

3

p

P₁

P₂

а₁

а₂

Рис. 51. Параллаксометр

Наиболее простым прибором для  измерения только продольных параллаксов p точек, является параллаксометр. Его принципиальная схема представлена на Рис. 51. На общем металлическом стержне 1 расположены две стеклянные пластинки с марками m₁ и m₂ и фиксатор 2. Марка m₂ при вращении барабанчика 3 перемещается вдоль стержня. Величину перемещения можно отсчитать: целые миллиметра - по шкале p на стержне, десятые и сотые доли - по барабанчику 3. Фиксатор 2 служит для накалывания наблюдаемых точек на основу (план).

Прибором  для измерения фотокоординат, продольного и поперечного параллаксов является стереокомпаратор (Рис. 52). Их конструкции различны (например, СК-2, или стереокомпаратор 1818 фирмы «Цейсс»), но принципиальные схемы одинаковы. Основными частями любого стереокомпаратора являются:

1

2

3

m₁

m₂

P

Q

X

Y

4

5

6

7

Рис. 52. Схема стереокомпаратора

k₁

k₂

Станина 1 с двумя взаимно перпендикулярными  направляющими X и Y (при измерении наземных снимков – Z);

• Основная каретка 2, перемещается вдоль направляющей X при вращении штурвала X. Величину перемещения можно определить по шкале X;
• Бинокулярная система 3 с марками m₁ и m_2, перемещается вдоль направляющей Y при вращении штурвала Y. Отсчет можно взять по шкале Y;
• Каретка продольных параллаксов 4 с винтом P, при вращении которого она перемещается вдоль оси X и который имеет шкалу для определения величины перемещения;
• Каретка поперечных параллаксов 5. При вращении винта Q она перемещается вдоль оси Y, и по его шкале можно оценить величину перемещения;
• Снимкодержатели 6 и 7. Их можно вращать в своей плоскости винтами k₁ и k₂

У стереокомпаратора  есть осветительная система, и регулировки, обеспечивающие настройку бинокулярной системы по глазному базису, по глазу  и по предмету. Формы измерительных  марок различны, но при увеличении они достаточно большие, и на рис. 53 стрелочками показано, какую их часть целесообразно использовать для точного наведения на измеряемую точку.

Рис. 53. Формы некоторых измерительных  марок

Отметим, что марки бывают светящиеся (в основном круглые) и несветящиеся. Несветящиеся марки имеют чёрный цвет, и на тёмных участках снимков  измерения затрудняются. В большинстве  приборов устанавливаются светящиеся марки. Цвет марки задаётся с помощью  сменных фильтров – зелёный, красный, белый и т.д.

Процесс обработки снимков на стереокомпараторе  включает: установку снимков в  снимкодержателях, их ориентирование, определение мест нулей шкал прибора и непосредственно измерения. Следует помнить, что негативы устанавливаются эмульсией вниз, а диапозитивы – эмульсией вверх.

Снимок  считается сориентированным, если его  оси координат параллельны соответствующим  направляющим стереокомпаратора (Рис. 54 правый снимок). В зависимости от способа введения системы координат  на снимках, ориентирование выполняют  по координатным меткам (основной вариант), тогда этот процесс независим  для левого и правого снимков  или по начальным направлениям. В  первом случае действуют в такой  последовательности:

x

y

x

y

X

Y

1

2

3

4

Рис. 54  Ориентирование снимков по координатным меткам

Штурвалами X и Y, измерительную марку совмещают с координатной меткой 1;

1. Штурвалом X марку перемещают по направлению к координатной метке 2. Если она точно проходит через метку, значит снимок (правый на рис. 54) сориентирован.
2. Если марка оказалась выше или ниже, ее устанавливают на координатную метку 2, при этом половину перемещения осуществляют винтом k, а половину штурвалом Y.
3. Операцию ориентирования выполняют методом последовательных приближений.

При ориентировании правого снимка диапазон перемещения каретки по оси X может оказаться недостаточным, в таком случае действуют и винтом продольных параллаксов P. Допустимо также использовать винт поперечных параллаксов вместо штурвала Y. И, наконец, заметим, что иногда снимок ориентируют и по вертикальным меткам, если, например, качество их изображений выше, чем качество изображений меток 1 и 2.

После ориентирования приступают к процессу измерения снимков. Он состоит в  том, что штурвалами X и Y совмещают измерительную марку с выбранной на левом снимке точкой а₁, а винтами P и Q, правую марку, совмещают с соответственной ей точкой а₂. Указанные операции являются монокулярными и в принципе, после их выполнения, можно брать отсчеты по шкалам стереокомпаратора. Но если рассматривать снимки двумя глазами возникнет стереоэффект, будет наблюдаться одна пространственная марка и точность наведения можно повысить, для чего:

1. Вращением винта P пространственную марку «утапливают» и она раздваивается. В результате в плоскости изображения наблюдается одна из картин (рис 55). На картинках a и b марки расположены на разной высоте (говорят, что наблюдается поперечный параллакс). Выполнять точные пространственные измерения в этом случае трудно и параллакс стараются устранить.

a

b

c

Рис. 55. Устранение поперечного  параллакса

61

d

Вращением винта поперечных параллаксов  устраняют поперечный параллакс (картинка c).

2. Винтом продольных параллаксов приподнимают марку над точкой, а затем, вращая его в противоположном направлении, совмещают марку с точкой (картинка d), после чего и берут отсчеты по шкалам стереокомпаратора.

 

 

 

6. Оценка Возможностей использования аэро- и космических снимков для решения землеустроительных задач

 

Система наблюдения при помощи самолетных, аэростатных средств, спутников  и спутниковых систем называется аэрокосмическим методом мониторинга. 
 
Аэрокосмический мониторинг подразделяется на: 
 
Ø       Дистанционный мониторинг - совокупность авиационного и космического мониторингов. Иногда в это понятие включают слежение за средой с помощью приборов, установленных в труднодоступных местах Земли (в горах, на Крайнем Севере), показания которых передаются в центры наблюдения с помощью методов дальней передачи информации (по радио, проводам, через спутники и т. п.).  
 
Ø     Авиационный мониторинг осуществляют с самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов (включая парящие воздушные шары и т. п.), не поднимающихся на космические высоты (в основном из пределов тропосферы).  
 
Ø     Космический мониторинг - мониторинг с помощью космических средств наблюдения.  
 
Оперативное слежение и контроль за состоянием окружающей среды и отдельных ее компонентов по материалам дистанционного зондирования и картам называют аэрокосмическим (или картографо-аэрокосмическим) мониторингом. 
 
Аэрокосмический мониторинг позволяет одновременно получать объективную информацию и оперативно выполнять картографирование территории практически на любом уровне территориального деления: страна - область - район - группа хозяйств (землепользование) - конкретное сельскохозяйственное угодье - культура.  
 
Материалы дистанционного зондирования получают в результате неконтактной съемки с летательных воздушных и космических аппаратов, судов и подводных лодок, наземных станций. Получаемые документы очень разнообразны по масштабу, разрешению, геометрическим, спектральным и иным свойствам. Все зависит от вида и высоты съемки, применяемой аппаратуры, а также от природных особенностей местности, атмосферных условий и т.п. Главные качества дистанционных изображений, особенно полезные для составления карт, - это их высокая детальность, одновременный охват обширных пространств, возможность получения повторных снимков и изучения труднодоступных территорий. Снимки дают интегрированное и вместе с тем генерализованное изображение всех элементов земной поверхности, что позволяет видеть их структуру и связи. Благодаря этому данные дистанционного зондирования нашли в картографии разнообразное применение: их используют для составления и оперативного обновления топографических и тематических карт, картографирования малоизученных и труднодоступных районов (например, высокогорий). Наконец, аэро- и космические снимки служат источниками для создания общегеографических и тематических фотокарт.  
 
Существует несколько основных направлений применения материалов дистанционного зондирования в целях картографирования:  
 
Ø    составление новых топографических и тематических карт;  
 
Ø    исправление и обновление существующих карт;  
 
Ø    создание фотокарт, фотоблок-диаграмм и других комбинированных фото картографических моделей;  
 
Ø    составление оперативных карт и мониторинг. 
 
Составление оперативных карт - это один из важных видов использования космических материалов. Для этого проводят быструю автоматическую обработку поступающих дистанционных данных и преобразование их в картографический формат. Наиболее известны оперативные метеорологические карты. В оперативном режиме и даже в реальном масштабе времени можно составлять карты лесных пожаров, наводнений, развития неблагоприятных экологических ситуаций и других опасных природных явлений. Космофотокарты применяют для слежения за созреванием сельскохозяйственных посевов и прогноза урожая, наблюдения за становлением и сходом снежного покрова на обширных пространствах и тому подобными ситуациями, сезонной динамикой морских льдов.  
 
Мониторинг предполагает не только наблюдение за процессом или явлением, но также его оценку, прогноз распространения и развития, а кроме того - разработку системы мер по предотвращению опасных последствий или поддержанию благоприятных тенденций. Таким образом, оперативное картографирование становится средством контроля за развитием явлений и процессов и обеспечивает принятие управленческих решений. 
 
Система аэрокосмического мониторинга позволяет регулярно и оперативно проводить:  
 
Ø     инвентаризацию земельного фонда земель сельскохозяйственного назначения;  
 
Ø     ведение земельного кадастра;  
 
Ø     уточнение карты землепользования;  
 
Ø     инвентаризацию селитебных земель, их инфраструктуры (городов, поселков, деревень, в том числе больших "неперспективных" и заброшенных);  
 
Ø     инвентаризацию земель мелиоративного фонда;  
 
Ø     оценку мелиоративного состояния земель и ведение динамического мелиоративного кадастра;  
 
Ø     подготовку и систематическое обновление каталогов земель, находящихся в фонде перераспределения;  
 
Ø     контроль над темпами освоения новых земель;  
 
Ø     разработку экологического обоснования природопользования в районах традиционного и нового сельскохозяйственного освоения;  
 
Ø     планирование рационального землепользования, проведение своевременной инвентаризации очагов (зон) дефляции, водной и ветровой эрозии, деградации почв и растительного покрова;  
 
Ø     инвентаризацию земель, включенных в состав природоохранного, рекреационного и историко-культурного назначения, а также особо ценных земель;  
 
Ø     составление карт динамики природных и антропогенных процессов и явлений;  
 
Ø     составление прогнозных карт неблагоприятных процессов, активизирующихся в результате нерациональной хозяйственной деятельности;  
 
Ø     сопряжение картографической информации со статистическими данными. 
 
 
 
Съемки ведут в видимой, ближней инфракрасной, тепловой инфракрасной, радиоволновой и ультрафиолетовой зонах спектра. При этом снимки могут быть черно-белыми зональными и панхроматическими, цветными, цветными спектрозональными и даже - для лучшей различимости некоторых объектов - ложноцветными, т.е. выполненными в условных цветах. Следует отметить особые достоинства съемки в радиодиапазоне. Радиоволны, почти не поглощаясь, свободно проходят через облачность и туман. Ночная темнота тоже не помеха для съемки, она ведется при любой погоде и в любое время суток.