«А.Г Карманов ФОТОГРАММЕТРИЯ Санкт-Петербург 2012 1 Учебное пособие посвящено методам и способам обработки фотографических данных полученных посредством дистанционного зондирования, в том числе с использованием ...»

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.

Особенности измерения цифровых снимков Средства измерений Измерение цифровых снимков выполняется на экране монитора. Оно может быть как монокулярным, если отображается один снимок (растр) и стереоскопическим, когда на экране присутствуют растры, составляющие стереопару, а технология требует именно такого варианта измерений.

В качестве измерительной марки используется курсор (или два курсора). Его (их) форма, размер и цвет зависят от того, какой технологический процесс выполняется, а также могут устанавливаться и пользователем. Перемещение курсора (курсоров) осуществляется мышкой, соответствующими кнопками клавиатуры, а на фотограмметрической станции ЦФС, кроме того, ножным и ручными штурвалами. Методы стереонаблюдения: оптический, миганий и анаглифический.

Первый используется на ЦФС, для чего перед экраном дисплея устанавливается стереоскоп. В методе миганий используются затворные (жидкокристаллические) очки, в которых попеременно открывается изображение, то для левого, то для правого глаза, Синхронно с работой очков чередуются изображения снимков на экране монитора. При этом возможен интерлейсный режим при котором кадр делится на два полукадра, первый из которых содержится в четных строчках, а второй – в нечетных (при этом происходит снижение разрешения и возникают некоторые неудобства при работе с меню). Возможно и покадровое стерео (режим page-flipping). Оно обеспечивает более качественный стереоэффект, в связи с использованием полных кадров. Для того, чтобы оператор не уставал, нужна высокая частота вертикальной развертки. Как отмечалось выше, она должна быть не менее 120 Гц.

При анаглифическом методе на экране отображаются в разных цветах два наложенных друг на друга растра (например, красный и синий), а оператор должен использовать анаглифические очки. Как правило, есть возможность варьировать цветами растров и подобрать наилучший вариант (исходя из цветов стекол очков и пристрастий оператора).

Обычно в программных продуктах реализовано несколько вариантов стереонаблюдений, и можно переходить от одного к другому, но, по отзывам производственников, анаглифический метод измерений наименее точен, и его следует использовать как вспомогательный вариант. Кроме того, всеми разработчиками предусматривается переключение от прямого стереоэффекта к обратному, что очень полезно при работе со снимками залесенных и застроенных территорий. Возможна и коррекция самих растровых изображений (изменение плотности, контрастности и т.д.).

Большим достоинство измерения цифровых снимков является то, что после позиционирования одного из курсоров, второй можно навести на соответственную точку автоматически, используя механизм корреляции. Он же позволяет автоматически сгущать число соответственных точек или набирать их в виде сетки квадратов, что важно для взаимного ориентирования снимков и построения цифровой модели рельефа. Но результат работы коррелятора нужно все время контролировать, особенно на однотонных участках снимков.

Принципы измерений хранится в памяти компьютера, в общем случае, в виде прямоугольной матрицы, элементы которой несут информацию об оптических плотностях или цвете элементарных участков изображения, а номера i строки и j столбца элемента определяют его положение в матрице. Нумерация строк и столбцов матрицы цифрового изображения начинается с нуля.

Координаты центров пикселов в левой прямоугольной системе координат цифрового изображения оC xC УC.(рис. 56), началом которой является левый верхний угол цифрового изображения, определяются в, так называемых, пиксельных координатах (единицей измерения в этом случае является пиксел) по формулам:

Для измерения координат точек цифрового изображения его визуализируют на экране дисплея. Если пиксел изображения на экране дисплея соответствует пикселу исходного цифрового изображения, то с помощью “мыши” или клавиатуры компьютера можно навести измерительную марку, формируемую в виде цифрового изображения на экране дисплея, на точку изображения с точностью до одного пиксела.

Для получения подпиксельной (субпиксельной) точности можно увеличить матрицу изображения на экране монитора относительно исходного цифрового изображения. В этом случае каждый пиксел исходного изображения будет изображаться матрицей nn пикселов, численное значение всех элементов a'ij которой будут равны численному значению элемента матрицы исходного изображения.

Пиксельные координаты точек увеличенного изображения можно измерить с точностью до 1/n пиксела исходного изображения (рис.57).

Пиксельные координаты (в пикселах исходного изображения) элемента a'ij увеличенного изображения определяют по формулам:

Причем i, j - номера строки и столбца элемента матрицы исходного изображения, в котором находится элемент a'ij увеличенного изображения, а i,j - номера строки и столбца элемента a`ij подматрицы nn; n – коэффициент увеличения изображения.

Например, для элемента a’33 (рис.57) пиксельные координаты:

Значения координат центров пикселов цифрового изображения в метрической системе можно определить по значениям их пиксельных координат, используя соотношение:

если известны физические размеры стороны пиксела изображения (предполагается, что пиксел имеет форму квадрата). Например, координаты центра пиксела, соответствующего элементу a’33 (рис. 56) при величине =20 мкм будут равны хc = 34 мкм и yc = 34 мкм.

В некоторых цифровых системах начало системы координат цифрового изображения оC хC уC выбирают в центре пиксела, расположенного в верхнем левом углу цифрового изображения. В этом случае значения пиксельных координат вычисляют по формулам:

при измерениях с точностью до пиксела и по формулам:

при измерениях с субпиксельной точностью.

Метод измерения цифрового изображения с субпиксельной точностью требует его увеличения на экране дисплея компьютера. Однако, даже при увеличении только в два раза, исходный аналоговый снимок может оказаться увеличенным на экране дисплея в 40 раз. Это приводит к значительному ухудшению изобразительных свойств наблюдаемого изображения и, как следствие, к снижению точности наведения измерительной марки на измеряемые объекты на изображении.

Для его реализации без увеличения исходного изображения, разработан метод, в котором цифровое изображение снимка может смещаться относительно неподвижной измерительной марки с шагом в n – раз меньшим размера пиксела.

Принцип такого метода измерения координат точек иллюстрируется на рис.

58 и 59.

На рис.58 представлен фрагмент исходного цифрового изображения с измерительной маркой и точкой m, координаты которой необходимо измерить. Из рисунка следует, что центр изображения марки не совпадает с изображением точки m, причем разности значений их пиксельных координат составляют величины xp и yp. Для совмещения центра изображения измерительной марки с точкой m можно создать фрагмент цифрового изображения снимка, в котором координаты начала системы координат oc xc Создается такой фрагмент следующим образом. По координатам центра каждого пиксела фрагмента изображения xpi, ypi определяют значения координат его проекции xpi, ypi в системе координат охcуc исходного изображения. Для этого используют формулы: xpi= xpi+ xpi, ypi= ypi+ ypi.

Затем по значениям координат xpi, ypi находят ближайшие к изображению точки i, соответствующей центру пиксела создаваемого фрагмента цифрового изображения, четыре пиксела исходного цифрового изображения, например, M, K, L, N (рис. 60).

Далее методом билинейного интерполирования определяют значения оптической плотности i-го пиксела создаваемого фрагмента изображения.

При этом:

элементы создаваемого фрагмента цифрового изображения.

На экране дисплея, на визуализированном фрагменте созданного цифрового изображения центр измерительной марки будет совмещен с изображением точки m. Ее пиксельные координаты в системе координат исходного изображения определяются по формулам 129.

Необходимо отметить, что создание фрагмента цифрового изображения требует значительных вычислительных процедур. Поэтому для достижения эффекта перемещения изображения на экране дисплея относительно марки в “реальном масштабе” времени фрагмент изображения не должен иметь большие размеры.

В случае если для измерений используются цветные цифровые изображения при формировании элементов создаваемого изображения методом билинейного трансформирования по формулам 130. определяются интенсивности красного (R), зеленого (G) и синего (В) компонентов цветного изображения.

Механизм корреляции изображений Одной из важнейших частей программ по цифровой обработке является корреляционный алгоритм, позволяющий автоматически определять соответственные точки снимков с высокой точностью, многократно увеличивая производительность труда оператора при проведении ориентирования в процессе измерений и построении ЦМР.

Отметим, что попытки автоматизировать процесс поиска соответственных точек (заменить при стереоизмерениях человека машиной) предпринимались еще в первой трети 20 века [12]. После второй мировой войны появилась реальная возможность решения этой задачи, и вскоре были созданы первые автоматические стереосистемы для измерения параллаксов электронными методами. При электронном определении параллаксов имеют место следующие два основных процесса: преобразование фотографических плотностей в электрические сигналы (то есть сканирование) и сравнение этих сигналов в корреляторе. Основная задача коррелятора оценить степень подобия между сигналами, идущими от снимков стереопары.

Величина продольного параллакса определялась как произведение скорости синхронно движущихся вдоль снимков сканирующих элементов на величину задержки времени между появлением подобных сигналов на левом и правом снимках стереопары. Определялось это время путем анализа выходного сигнала коррелятора, который должен быть равен максимуму при максимальном соответствии точек на левом и правом снимках.

При обработке цифровых снимков используется статистический метод, при котором участок на одном снимке сравнивается с различными участками на другом снимке. Причем речь идет о дискретных величинах, так как изображение – это множество пикселов, каждому из которых соответствует число (x, например, на левом снимке, а y – на правом) являющееся функцией оптической плотности. Поэтому коэффициент корреляции K можно оценивать по известной формуле:

- средние а (X),(Y) стандарты множеств X и Y тех числовых значений, которые принимают пикселы в сравниваемых окнах. Понятно, что решением является максимальное значение коэффициента корреляции. На этом принципе и основаны алгоритмы поиска соответственных точек в большинстве программных продуктов цифровых фотограмметрических систем. Для того, чтобы уменьшить зону поиска, как правило, предлагается две-три соответственные точки (иногда и больше) зафиксировать в ручную.

Кроме того, следует отметить, что механизм работает тем лучше, чем менее монотонно изображение объекта на снимках пары. Поэтому оператору целесообразно контролировать качество работы коррелятора и вовремя вводить коррективы.

В некоторых алгоритмах (PHOTOMOD) используются локальнонормированные значения, плотности, что делает его нечувствительным к различным уровням яркости и контрастности левого и правого снимков и позволяет легко различить соответственные точки даже при работе с изображениями плохого качества. Алгоритм также позволяет изменять размеры корреляционного окна для достижения нужного компромисса между надежностью и точностью определения соответственных точек и использовать ряд других параметров настройки коррелятора. Использование эпиполярных снимков значительно ускоряет работу коррелятора, так как предполагается, что соответственные точки расположены на одних и тех же строках растров левого и правого снимков.

Внутреннее ориентирование снимка в системе координат цифрового изображения Процесс внутреннего ориентирования снимка производится для определения координат точек в системе координат снимка по значениям их координат в системе координат цифрового изображения. В результате определяются параметры, характеризующие положение и ориентацию системы координат снимка Sxyz в системе координат цифрового изображения ocxcyc, а так же параметры, позволяющие исключить влияние систематической деформации фотоматериала, на котором был получен исходный аналоговый снимок (рис.61). Для определения параметров внутреннего ориентирования снимка измеряют координаты изображений координатных меток снимка в системе координат цифрового изображения.

параметров внутреннего ориентирования снимка зависит от методики фотограмметрической калибровки съемочной камеры. Если в процессе ее были определены координаты координатных меток в системе координат съемочной камеры (снимка) Sxyz, то для определения координат точек в системе координат снимка по значениям их координат в системе цифрового изображения используют формулы аффинного преобразования координат:

которые можно представить и в развернутом виде:

Формулы (132) позволяют не только определить положение и ориентацию системы координат снимка в системе координат цифрового изображения, но и учесть систематические искажения снимка, возникающие из-за деформации фотопленки, на которой был получен снимок.

Параметры аффинного преобразования ai, bi можно определить по координатам xc,yc координатных меток снимка, измеренных на цифровом изображении, и значениям координат x,y этих меток в системе координат снимка, полученным при калибровке съемочной камеры.

Для определения параметров ai,bi для каждой метки, измеренной на цифровом изображении, составляют уравнения:

Полученную систему уравнений решают по методу наименьших квадратов. При этом необходимо иметь не менее 3 координатных меток, не лежащих на одной прямой.

В практике фотограмметрии возникает задача определения значений координат точек в системе координат цифрового изображения по координатам этих точек, полученным в системе координат снимка. Такое преобразование координат выполняется по формулам:

В формулах (135) и (136) Ai, Bi – элементы обратной матрицы Р Значение пиксельных координат точек xp,yp определяют по формулам:

В случае, если при калибровке съемочной камеры определялись калиброванные расстояния между координатными метками lx, ly (рис.62), то для перехода от измеренных координат к координатам в системе координат снимка используют уравнения:

a0, b0 – координаты начала системы координат снимка в системе координат цифрового изображения;

- угол разворота оси х системы координат снимка относительно оси хс системы координат цифрового изображения;

kx, ky – коэффициенты деформации снимка по осям x и y.

Если калиброванные расстояния между координатными метками не известны, то формулы принимают вид:

Значения параметров, a0, b0, kx, ky определяют по измеренным значениям координат координатных меток в системе координат цифрового в котором xc1, yc1 и xc2, yc2 – координаты 1 и 2 координатных меток в системе координат цифрового изображения.

Значения коэффициентов kx, ky определяют по формулам:

где xci, yci – координаты координатных меток в системе координат цифрового изображения.

Параметры a0, b0 находят, как координаты xc, yc точки пересечения прямых линий, проведенных через координатные метки 1-2 и 3-4, при этом:

В выше приведенных уравнениях:

Для определения координат точек снимка в системе координат цифрового изображения по координатам этих точек в системе координат снимка используют формулы:

в случае, если калиброванные расстояния lx, ly между координатными метками известны, и формулы:

если указанные расстояния не известны.

Необходимо заметить, что система координат цифрового изображения левая, поэтому в формулах 138 – 144 координата yc берется с обратным знаком.

Определение пиксельных координат точек изображения производят по формулам (137).

Технологии фототопографических съемок Основные технологические схемы Прежде всего, заметим, что при топографическом обеспечении горных работ в основном имеют дело с планами (масштабы 1:500 – 1:5 000), поэтому о картографировании только в этих масштабах и пойдет далее речь.

Существующие технологии составления планов по фотоснимкам можно представить в виде схемы (рис. 26).

Как ранее упоминалось, из представленных на рисунке технологий НФС применяется только в горной местности, когда объекты расположенные ближе к камере не перекрывают картографируемый участок местности. Ее имеет смысл применять при маркшейдерском обслуживании открытых горных работ, если экономически невыгодна или невозможна аэрофототопографическая съемка. Комбинированную АФС применяют, при возникновении проблем с отображением по фотоснимкам рельефа местности, например, в случаях, когда местность равнинная, или она закрыта (застроена, покрыта высокой и плотной растительностью), а также, если повышены требования к точности отображения рельефа. Комбинированную АФС по возможности пытаются избегать из-за большого объема полевых работ, а значит высокой их стоимости и низкой производительности.

Стереотопографический метод АФС является основным, и его не применяют только по причинам, которые были обозначены выше. Таким образом, есть веские основания начать изучение АФС с рассмотрения технологии стереофототопографической съемки.

Стереотопографический метод АФС Технологические схемы Сущность метода заключается в том, что в камеральных условиях по фотоснимкам получают и контурную часть плана, и изображение рельефа.

Полевые работа необходимы только для определения плановых координат (высот) опознаков и дешифрирования снимков.

Теоретической основой метода является решение двойной обратной пространственной фотограмметрической засечки. Но характер и последовательность выполнения основных процессов зависит в основном от двух факторов: применяемого для обработки снимков оборудования, и необходимости составления фотоплана (ортофотоплана).

Заметим, что в процессе развития стереофототопографического метода, было предложено 4 разных концепции использования пары снимков для составления по ним планов и карт. Первая связана с расчленением технологии на отдельные: процессы. Вторая предполагала физическое построение с помощью аэро или наземных снимков точных пространственных моделей (геометрически подобных уменьшенных копий того, что имело место в процессе фотографирования местности). Решение двойной обратной пространственной засечки обходилось в этом случае без значительных математических расчетов. В третьей было реализовано аналитическое решение основных процессов указанной выше засечки:

восстановление связок проектирующих лучей (внутреннее ориентирование снимков), взаимное ориентирование (построение модели), внешнее ориентирование модели, определение координат точек местности. Четвертая основана на цифровой обработке информации современными средствами вычислительной техники.

На основе первых двух концепций появились в свое время (в рамках стереотопографической съемки местности) два метода картографирования по снимкам дифференцированный и универсальный.

В дифференцированном методе картографирования, каждый процесс выполнялся по своей технологии только для него предназначенными средствами. При этом элементы взаимного ориентирования снимков определялись по результатам измерений координат и параллаксов соответственных точек на стереокомпараторах. Изображение рельефа местности осуществлялось путем измерения пары плановых снимков на стереометре, который в 30x годах сконструирован Ф.В. Дробышевым.

Трансформирование снимков производилось на фототрансформаторах.

Несмотря на то, что указанная технология имела выдающееся значение при картографировании территории СССР в масштабе 1:25 000 и 1:100 000, на ней не стоит останавливаться, так как она теперь имеет только историческое значение. Приборы, предназначенные для реализации универсального метода стереотопографической съемки, и назвали универсальными аналоговыми приборами. А поскольку оператор выполнял на них стереоизмерения, то стереофотограмметрические приборы. Следует отметить, что эра и этих приборов близка к закату. Их уже не производят и из производственного процесса постепенно исключают, так как возможности этих приборов значительно ограничены и по производительности и по параметрам обрабатываемых снимков, и по учету различных искажений снимков (кривизны Земли и рефракции, деформации эмульсионного слоя, дисторсии объектива и проч.).

На смену моделирующим приборам пришли аналитические стереоприборы, у которых таких ограничений нет. Их предшественники стереокомпаратор и вычислительная машина. И именно отсутствие соответствующих средств вычислений долгое время сдерживало развитие аналитической фотограмметрии. В настоящее время на производстве имеется парк универсальных аналитических стереофотограмметрических приборов.

Но и их век весьма ограничен, так как выяснилось, что высокоточные измерения, причем с элементами автоматизации, можно выполнять и на экране монитора.

К цифровым методам обработки снимков привело бурное развитие вычислительной техники. За ними не только будущее, но, пожалуй, уже и настоящее. На первый взгляд цифровые и аналитические методы это одно и тоже. Но это не так. В аналитических методах основным источником информации является фотоснимок, который и измеряется оператором для определения координат и параллаксов. Значит аналитический прибор, как обрабатывающая система обязательно имеет той или иной конструкции стереокомпаратор. Цифровые методы имеют дело с цифровым снимком на магнитном носителе, который получают как результат сканирования фотоизображений или путем фотографирования цифровыми камерами. Часть информации может быть получена в процессе дигитализации существующих картографических материалов. Все это обрабатывается синтетически на компьютере. Результат обработки контролируется на экране дисплея, в том числе и в трехмерном виде.

Фотопланы (ортофотопланы) как основу топографического плана есть смысл составлять, если снимаемая территория (незастроенная, с рассредоточенной и малоэтажной застройкой) характеризуется большим количеством контуров. В соответствии с рекомендациями инструкции [9], при съемке в масштабе 1:5 000 фотопланы используют как основу при любом характере застройки. Но при съемке участков с многоэтажной застройкой земной поверхности в масштабах 1:2 000 и крупнее фотопланы не составляют.

С учетом всего сказанного, последовательность выполнения технологических процессов в стереотопографическом методе съемки можно представить так, как это сделано на рис. 27.

Привязка и полевое дешифрирование снимков Камеральное дешифрирование снимков и составление планов на стереоприборах Камеральное дешифрирование снимков и составление планов на стереоприборах Рис.27 Основные процессы стереотопографической АФС Оцифровка снимков Привязка и полевое дешифрирование снимков Обработка снимков на цифровой фотограмметрической станции Построение общей модели и камеральное сгущение сети Камеральное дешифрирование снимков и векторизация по стереопаре Трансформирование Составление фотоплана (ортофотоплана) Цифровые технологии Летносъемочный процесс Как указывалось выше, целью лётно-съёмочных работ является получение аэрофотоснимков местности определенного качества.

Аэрофотосъёмка для картографических целей производится АФА, как правило, с пилотируемых самолётов, пролетающих над местностью по заранее намеченным на карте маршрутам (маршрут - ряд перекрывающихся снимков одного направления). Прокладывают их так, чтобы снимки без разрывов покрывали всю картографируемую территорию. Для этого планируют и поперечные перекрытия Q между снимками смежных маршрутов. Для того чтобы получить снимки заданного качества, перед фотографированием местности выполняют расчет параметров аэрофотосъемки и составляют полетную карту на топографической основе, как правило, более мелкого масштаба, чем масштаб аэрофотосъёмки.

Для расчета необходимо знать размеры съёмочного участка, масштаб составляемого плана, фокусное расстояние аэрофотоаппарата, масштаб фотографирования и характеристику местности (в частности, его рельефа).

Съёмочный участок наносят на полетную карту. Обычно его границами служат рамки трапеций. При съёмках с целью создания карт и планов в масштабах 1:25 000, 1:10 000, 1:5 000, 1:2 000 минимальный размер съёмочного участка ограничивается рамками трапеций в масштабе на один ряд более мелком, чем масштаб фотографирования. Например, при съёмке с целью создания карты в масштабе 1:25 000 минимальный съёмочный участок ограничивается рамками трапеции масштаба 1:50 000. Если создаются топографические планы в масштабах 1:1 000 и 1:500, площадь съёмочного участка не должна быть менее 1 км2.

Для стереотопографического метода съемки важно учитывать, что точность определения высот точек по результатам измерения продольных параллаксов обратно пропорциональна высоте фотографирования. Значит, при заданном масштабе фотографирования, чтобы лететь пониже, необходимо использовать короткофокусные АФА (f = 70 – 100мм). Если технологией предусмотрено составление фотоплана, то возникает противоречие, так как для уменьшения смещения точек за рельеф следует лететь повыше (Это не относится к цифровой технологии, если предполагается процесс ортофототрансформирования снимков). В такой ситуации фотографирование местности выполняют двумя коротко и длиннофокусными АФА, при соотношении масштабов фотографирования 1:2. При этом фотографирование в одном направлении осуществляют двумя камерами, в обратном – только длиннофокусным АФА. В процессе составления плана снимки с мелким масштабом используют для стереоскопической рисовки рельефа, крупномасштабные снимки – для составления фотопланов и дешифрирования.

Масштаб фотографирования зависит от масштаба составляемого плана, высоты сечения рельефа, а также от возможного соотношения между масштабами снимка и составляемого плана (то есть от характеристик используемого фотограмметрического оборудования). В инструкции [9, табл.

16 и 17] приведены соответствующие рекомендации. В цифровой фотограмметрии, где пределов на увеличение практически нет, указанное выше соотношение не следует выбирать более 10 (имея в виду, предельную графическая точность, равную 0.1 мм, и точность измерения снимков на мониторе компьютера не выше 0.01 мм).

После выбора m и f.рассчитывают высоту фотографирования Н над средней плоскостью съёмочного участка H = mf.

Величины продольного Р и поперечного Q перекрытий регламентированы основными положениями [7], но в любом случае для обработки стереопар Р не должно быть меньше 50 %. Поперечные перекрытия Q ограничивают 20-40 %.

Значения Р (заданное) и Q (расчетное) регламентируют длину базиса фотографирования В и расстояние между осями смежных маршрутов D. Они вычисляются по формулам:

где lx и ly – длины сторон снимка, расположенные соответственно вдоль и поперёк маршрута.

Протяжённости съёмочного участка по направлению полёта Lx и в поперечном направлении Ly измеряются по карте. Имея значения Lx и Ly, можно установить число маршрутов N и число снимков n в каждом маршруте.

Два снимка и один маршрут добавляют для обеспечения границ съёмочного участка, а каждую из дробей при вычислении округляют в сторону большего целого числа. Общее число снимков k = Nn.

Чтобы выполнить съёмку с заданным продольным перекрытием, рассчитывается интервал между экспозициями в секундах, по формуле:

где В – базис фотографирования в км, а W - путевая скорость самолета в км/час.

Поскольку самолет в момент экспозиции летит, точки на снимке изображаются отрезками (изображение смазывается). В соответствии с основными положениями [7] допустимая величина «смаза» равна 0.05 мм.

Добиваются удовлетворения этого требования либо применением в АФА компенсатора сдвига изображения, либо расчетом предельно допустимой экспозиции t по формуле:

Используя результаты выше приведенных расчетов, для каждого съёмочного участка на полетную карту наносят оси маршрутов. На каждом маршруте выбирают ориентиры и указывают их магнитные путевые углы.

Фотографирование каждого съёмочного участка выполняется непрерывными маршрутами одним и тем же аэрофотоаппаратом, при одних и тех же перекрытиях и неизменной высоте полета по отношению к его средней плоскости. Аэрофотосъёмка может выполняться с использованием гиростабилизирующей системы и специальных приборов. Производится она в основном в безоблачную погоду при высоте Солнца над горизонтом не менее 20°.

В процессе производства аэрофотосъёмки одновременно с получением фотоснимков фиксируются превышения и высоты точек фотографирования.

В процессе съёмки могут быть определены также и их координаты.

Аэрокамера ориентируется в аэрофотоустановке так, чтобы сторона снимка была параллельна направлению полёта носителя. Если это условие не выполняется, то снимки перекрывающимися частями накладываются друг на друга уступом (образуется «ёлочка») и, как следствие, уменьшается площадь перекрытий.

Если картографируемый участок беден контурами, фотографированию может предшествовать маркировка точек местности. Это, как правило, знак на местности в форме креста, со свободным пространством в центре. Длина и ширина каждого луча должна быть не менее 0.15 и 0.05мм соответственно в масштабе снимка, а расстояние луча от центра знака – 0.05мм. Цвет знаков должен быть контрастным по отношению к окружающему фону.

После производства лётно-съёмочных работ, фотографической обработки экспонированных плёнок, нумерации негативов местности, плёнок статоскопа и радиовысотомера, на фотобумаге изготавливают контактные отпечатки (снимки) и составляют из них накидной монтаж – фотографическое изображение местности, полученное путём совмещения контактных отпечатков перекрывающимися частями.

фотографическим и фотограмметрическим показателям. Фотографическое качество проверяется сличением аэрофильма с эталоном или посредством фотометрических определений плотностей. Проверяется также качество изображения координатных меток, часов и уровня, отсутствие механических повреждений эмульсии и т.д.

Фотограмметрическое качество оценивается с целью определения соответствия параметров полученных снимков заданным параметрам фотографирования. По измерениям на накидном монтаже проверяют:

соответствие перекрытий снимков; прямолинейности маршрутов аэрофотосъёмки и параллельности базисов фотографирования сторонам снимка («ёлочки») допустимым значениям. По измерениям снимков устанавливают также соответствие фактической высоты фотографирования заданному значению; оценивают предельные углы наклона снимков и выравнивание фильма в плоскость.

Методика оценки, а также качественные и количественные характеристики допустимых показателей излагаются в нормативных документах или в специальных технических условиях, например в основных положениях [7].

В результате выполнения лётно-съёмочных работ для последующей фотограмметрической обработки получают аэронегативы, контактные отпечатки, репродукции накидного монтажа и их негативы, негативы показаний спецприборов, паспорт аэрофотосъёмки. В паспорте аэрофотосъёмки указываются: тип самолёта, на котором установлена аппаратура; фокусное расстояние аэрофотоаппарата и постоянные статоскопа; расстояние между координатными метками прикладной рамки или координаты оптических меток; величина фотограмметрической дисторсии по осям и зонам; координаты главной точки.

В заключение этого параграфа отметим, что выбор технологии обработки снимков (аналоговый она или цифровой) мало влияет на характер летносъемочных работ. Дальше этот фактор становится принципиальным. Но ряд процессов являются общими для любой технологии. К ним можно отнести трансформирование снимков, сгущение сети (фототриангуляцию) и дешифрирование. Поэтому на них и остановим пока свое внимание.

Особенности цифрового трансформирования и составления фотоплана Общие положения Из рис. 52 следует, что некоторые технологические варианты стереотопографической АФС предусматривают составление фотопланов или ортофотопланов. Фотоплан (ортофотоплан) это фотографическое изображение местности составленное из трансформированных снимков (ортофотоснимков) одного масштаба. Как правило, их составляют на полную трапецию, и выполняют зарамочное оформление, как у плана. По точности они должны соответствовать плану. Фотографическое изображение местности, составленное из плановых снимков, называется фотосхемой. Их точность ниже точности фотопланов, поэтому они используются для приближенных количественных оценок в лесоустройстве, землеустройстве и т.д. Фотосхемы бывают одномаршрутные и многомаршрутные.

целенаправленное изменение его геометрических свойств с целью преобразования в заданную проекцию. Каждое преобразование изменяет одни геометрические свойства исходного изображения и сохраняет другие.

Те свойства, которые не изменяются, называются инвариантами относительно данного геометрического преобразования.

В фотограмметрии чаще всего используются перспективное и афинное преобразования, ортофототрансформирование и масштабирование.

Трансформированным называется снимок, полученный путем перспективного преобразования наклонного снимка и имеющий допустимые величины смещений точек от их горизонтальной проекции.

Отметим, что оно не меняет проекции. Трансформированный снимок тоже построен по законам центральной проекции. Поэтому искажения за рельеф остаются. Доводят их до допустимых значений путем соответствующего выбора плоскости трансформирования, относительно которой превышения точек местности не превосходят установленных значений. Если же местность холмистая, снимок трансформируют по частям (зонам), выбирая для каждой зоны свою плоскость трансформирования. При числе зон больше 3 возникают трудности в процессе составлении фотоплана, поэтому вместо перспективного трансформирования применяют ортофототрансформирование.

Ортофотоснимок построен в ортогональной проекции, то есть при ортофототрансформировании происходит переход от центральной проекции исходного снимка к ортогональной проекции снимка, полученного после трансформирования. Искажений за рельеф у таких снимков нет. Но выполнить ортофототрансформирование можно только после построения геометрической модели местности по паре снимков.

Поэтому оно будет рассмотрено позже.

Перспективное трансформирование Перспективное трансформирование может быть выполнено различными способами: графическим, оптико-графическим, фотомеханическим, аналитическим и т.д. В фотограмметрии наибольшее применение получили два последних.

Теоретическим обоснованием аналитического способа являются формулы трансформирования (40). Для вычисления по ним необходимо выполнить измерения координат x и y точек, трансформированные координаты которых требуется получить, и знать элементы внешнего ориентирования наклонного снимка. Точное их значение обычно неизвестно, поэтому трансформируют по опорным точкам (опознакам).

Для определения минимального числа опознаков, воспользуемся уравнениями коллинеарности (30). При этом примем координаты центра проекции равными нулю и разделим числители и знаменатели правых частей на – c3f, в результате получим:

где, например, A1=Ha1/c3f, B1=Hb1/c3f, и т.д.

Если координаты опознаков, координаты их изображений на снимке и элементы внутреннего ориентирования снимка известны, то неизвестными в уравнениях являются восемь коэффициентов. Они однозначно определяют перспективную зависимость между наклонным и горизонтальным снимками. Эти коэффициенты называют элементами трансформирования. Поскольку один опознак позволяет составить два уравнения, то для определения коэффициентов их нужно как минимум 4.

Зная их можно выполнять трансформирование, используя уравнения (40), но для приведения трансформированного снимка к заданному масштабу все полученные координаты x0 и y0 умножают на коэффициент трансформирования k, то есть трансформированные ккоординаты xт=kx0, и yт=ky0.

Для того, чтобы понять суть фотомеханического трансформирования (его еще называют оптико-механическим), предположим, что элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка известны. Восстановим связку проектирующих лучей и поместим ее в положение, которое она занимала в момент фотографирования, затем пересечем связку горизонтальной плоскостью E (рис. 65).

В результате на экране получим трансформированное изображение наклонного снимка. В соответствии с рис.65 его масштаб можно вычислить по формуле:

Рис.65 Перспективное трансформирование где k – коэффициент трансформирования, H0 - высота фотографирования над средней плоскостью участка (плоскостью трансформирования).

На практике, по уже известным причинам, установку связки относительно экрана выполняют по опознакам. Для этого на экран укладывают основу с, опознаками (их должно быть не менее четырех), выполненную в масштабе, который равен заданному масштабу трансформированного изображения. На снимке делают отверстия (диаметром 0.2 – 0.3 мм) в точках, где изобразились опознаки, и с помощью проектора проецирую его на экран. Затем взаимным перемещением основы и проектора добиваются, чтобы изображения спроектированных на экран отверстий совпали с соответствующими трансформационными точками на основе, после чего последнюю убирают.

В результате изображение на экране будет соответствовать трансформированному снимку. Его нужно только зафиксировать, например, сфотографировать.

Отметим, что рассмотренная выше технология работает идеально при трансформировании наклонного снимка равнинной местности. Если местность холмистая, то необходимо учитывать смещения точек за рельеф.

Например, в соответствии с рис. 65, при установке связки нужно добиваться, либо совмещения точек a и a0, либо точек a и a0, так как именно эти пары находятся в перспективном соответствии (расположены на одних и тех же проектирующих лучах). Значит перед процессом совмещения необходимо ввести поправки в положение всех опознаков, либо на снимкеrc, либо на основе r0. Вычисляются они по формулам:

Как правил, поправки вводят на основе, при условии, что они больше 0. мм. Полученные в результате точки для совмещения называют ориентирующими.

Нельзя, кроме того, забывать, что на трансформированном снимке будут смещены все точки, расположенные выше или ниже плоскости трансформирования. И если эти искажения больше допустимых, снимок следует трансформировать по частям (по зонам).

Прибор, с помощью которого реализуется, выше рассмотренная, технология перспективного трансформирования называется фототрансформатор. По существу это усовершенствованный высокоточный фотоувеличитель. Основными частями фототрансформатора являются:

направляющие, экран, кассета, объектив и источник света с параболическим отражателем. Имеется, кроме того, система винтов и устройств, обеспечивающих путем взаимного перемещения кассеты, объектива и экрана построение на экране трансформированного изображения в заданном масштабе.

H0/t=kf Различают фототрансформаторы I и II рода. В фототрансформаторах I рода трансформирование выполняется при сохранении той связки проектирующих лучей, которая существовала в момент фотографирования.

Рассмотрим, используя рис. 66, как в этом случае подбирается фокусное расстояние его объектива.

Предположим, что через отрезок Aa на рисунке проходит главная оптическая ось объектива S, а через точку схода i его главная фокальная плоскость. Известными при выборе фокусного расстояния F объектива считаются: фокусное расстояние снимка, f, его угол наклона и коэффициент трансформирования k. В соответствии с рис. 66 можно записать:

Выразим функцию синуса в формуле (151) через тангенс:

Из треугольника SNT имеем:

А из треугольников Soi и SNK следует:

Поэтому:

С учетом полученного равенства и соотношения (152):

И, наконец, с учетом выражения для sin и первой формулы соотношения (154) окончательно получим:

Мы теперь не просто знаем, как подбирать объектив, но видим существенный недостаток трансформатора I рода: необходимость иметь бесконечно большой набор объективов с различными фокусными расстояниями, если требуется трансформировать снимки при различных параметрах f, и k. Рассмотрим, как этот недостаток преодолеть.

Предположим, что началом координат на снимке является точка i, а на экране точка K. Пусть оси ординат направлены вдоль линий главного вертикала и направления съемки. Тогда из подобия треугольников ASK и Sai имеем: Y=FpF/y Так же легко доказать, что X=xF/y. Полученные равенства показывают, что перспективное соответствие между наклонным и горизонтальным снимками не нарушается при изменении f, и k, если не изменяются отрезки Fp и F. То есть, можно подбирать не объектив к исходным параметрам, а наоборот изменять эти параметры так, чтобы они подходили к объективу фототрансформатора, но не изменяли выше указанных отрезков Fp и F, которые в связи с этим назвали инвариантами трансформирования. Ясно, что при этом изменится положение точки S, но только в пределах плоскости главного вертикала. Такая технология реализована в фототрансформаторах II рода, которые и используется на производстве. Теперь можно сформулировать условия (геометрические и оптические), при которых на экране будет построено изображение трансформированного снимка высокого качества. Геометрические условия:

Центр проекции S должен располагаться в плоскости главного вертикала на окружности с центром в точке i и радиуса Fp=f/sin.

Плоскость экрана должна быть параллельна отрезку Si, а отрезок Оптические условия:

Расстояния вдоль оптической оси объектива от центра проекции до снимка и экрана должны удовлетворять формуле оптического сопряжения.

Для достижения хорошей резкости в пределах всего трансформированного изображения необходимо, чтобы плоскости снимка, объектива и экраны пересекались по одной прямой (условие Шейпфлуга).

Заметим, что выполнение оптических условий в фототрансформаторах выполняется автоматически, с помощью специальных устройств – инверсоров. Так, выполнение первого из условий обеспечивает масштабный инверсор, а второго – перспективный.

Кроме того, нельзя не отметить, что установка снимков в кассету фототрансформатора осуществляется по координатным меткам с помощью рисок, нанесенных на стекле. Поэтому оптическая ось объектива проходит практически через главную точку. Но в соответствии с рис. 66 главная точка должна быть смещена на величину (отрезок oa). Технологией такая операция предусмотрена и называется децентрацией снимка. Таким образом, элементами трансформирования снимков следует считать угловые величины p,, и линейные - d1, d2,.

На производстве использовалось большое число самых разнообразных по конструкции фототрансформаторов, как отечественных, так и зарубежных. Наиболее популярными были: фототрансформатор большой (ФТБ), фототрансформатор малый (ФТМ), и фототрансформаторы фирмы Карл Цейсс (ГДР).

Составление фотоплана В зависимости от целевого назначения различают фотопланы топографические и специальные. Первые составляют в общегосударственной разграфке с соблюдением инструкций и наставлений по топографическим съемкам (например, инструкции [9]). Специальные фотопланы составляют, как правило, в произвольной разграфке, и они должны удовлетворять требованиям ведомственных инструкций. В отличие от графического плана, фотопланы обладают большей наглядностью, поэтому многими специалистами и используются. На них могут быть нанесены горизонтали. В результате получается фотокарта.

Фотопланы составляют из трансформированных снимков путем монтажа их на основе по опорным точкам. Иногда их составляют из плановых снимков, если при фотографировании местности применялись АФА с гиростабилизирующей установкой. Действительно, в соответствии с формулой (51) и с учетом коэффициента трансформирования можно записать:

Пусть f=200 мм, r=70 мм, =10 и k=2, тогда смещение за наклон r=0.14 мм, что вполне удовлетворительно. Значит, снимки можно просто увеличить до масштаба составляемого фотоплана, после чего и выполнять монтаж.

Фотоплан составляют на жесткой основе (бумаге, наклеенной на алюминий, авиационной фанере или пластике), на которой по координатам в заданном масштабе нанесены опознаки, пункты геодезической сети и трансформационные точки. Выполняют это либо путем монтажа отдельных фотоснимков либо путем оптического монтажа с одновременным трансформированием по зонам. Основными процессами составления первым из названных способов являются: подготовительный, монтаж снимков, контроль качества фотоплана и его оформление.

Подготовительные работы включают: подбор фотоснимков по трапециям и по маршрутам в пределах трапеции; контроль их качества и точности трансформирования; пробивку пуансоном отверстий диаметром около 1 мм на всех опорных, трансформационных точках, и пунктах геодезической сети. Контроль точности трансформирования выполняют путем совмещения отверстий на снимке с соответствующими точками на основе так, чтобы отклонение центров отверстий от точек были одинаковыми. Снимки, для которых эти отклонения превышают 0.4 мм, а также снимки с резкими изменениями фототона трансформируют заново.

Монтаж начинают с левого снимка северного маршрута. Его укладывают на основу, усредняют погрешности совмещения центров отверстий с точками на основе и закрепляют грузиками. Затем на основу укладывают второй снимок, так же совмещают отверстия с опорными точками и, закрепив его, проверяют сходимость контуров в зоне перекрытия.

Для этого накалывают четкий контур на верхнем снимке и проверяют, где он оказался на нижнем снимке. Отклонение накола от контура не должно превышать 0.7 мм. После этого разрезают оба снимка одновременно примерно посередине продольного перекрытия. Линия пореза не должна проходить через ответственные контуры и вдоль линейных объектов. Обрезки от каждого снимка сохраняют для последующего контроля, а соответствующие части первого и второго снимков наклеивают на основу.

Аналогичные операции выполняют при соединении второго и последующих снимков маршрута, а также при монтаже снимков смежных маршрутов. Но в последнем случае контроль сходимости контуров, а также порез, осуществляют и по поперечным перекрытиям.

У снимков трансформированных по зонам пуансоном пробивают отверстие не в трансформационных точках, а в точках, которые получаются после введения поправок за рельеф. А после их совмещения с точками на основе и проверки сходимости контуров разрезают снимки вдоль границ зон.

После окончания монтажа всех снимков, получившееся изображение обрезают параллельно рамке трапеции, отступая от границ на 1 см.

Оптический способ составления фотопланов выполняют на основе с наклеенной фотобумагой, путем трансформирования снимков по зонам.

Основу укладывают на экране фототрансформатора и сверху покрывают рубашкой (светонепроницаемым листом бумаги), на которую наносят сетку координат, пункты геодезической сети, опорные точки опознаки, углы рамки трапеции и границы зон. В положение точек на снимке (перед установкой его в кассете) вводят поправки за рельеф. Совмещают точки на рубашке с изображениями отверстий. Ланцетом вырезают часть рубашки, соответствующую первой зоне, производят экспонирование и эту часть вновь заклеивают. Также экспонируют вторую зону и т.д. После экспонирования всех зон производят фотохимическую обработку.

Контроль качества монтажа выполняют по точкам, порезам и сводкам.

Отклонение центров отверстий, пробитых пуансоном, от точек на основе не должны быть более 0.5 мм для равнинных и всхолмленных и 0.7 мм для горных районов. При контроле по порезам используют обрезки снимков, которые укладывают на фотоплан по линиям пореза, после чего иглой накалывают характерные контуры. Отклонения наколов на фотоплане от соответствующих контуров не должны превышать соответственно 0.7 и 1. мм. Аналогичен контроль по сводкам смежных фотопланов с допусками 1.0 и 1.5 мм.

После контроля на фотоплане вычерчивают рамку трапеции, километровую сетку, пункты сети и выполняют зарамочное оформление. Для практического использования с него изготовляют копии на матовой фотобумаге, наклеенной на жесткую основу.

При составлении фотосхем контактные отпечатки монтируют на картон или фанеру с предварительно наклеенной на них бумагой. Монтаж выполняют по начальным направлениям или по контурам.

В первом случае на фотоснимках выбирают центральные точки (контурные точки в близи их центров, хорошо опознающиеся на смежных снимках) и через них на каждом нечетном снимке проводят начальные направления. На каждом четном снимке посередине продольных перекрытий (вблизи начальных направлений) выбирают контрольные точки и в них, а также в центральных точках пуансоном пробивают отверстия. Затем укладывают на доску первый и второй снимки, совмещают их по контрольной точке и ориентируют второй снимок так, чтобы его центральные точки оказались на начальном направлении. В этом положении снимки разрезают, обрезки убирают, а оставшиеся их части наклеивают на основу.

Так же монтируют и остальные снимки.

Во втором случае поступают практически также, но снимки совмещают по одноименным контурам способом «мигания», проверяя качество совмещения с помощью наколов.

При составлении многомаршрутных фотосхем монтаж начинают со средних снимков среднего маршрута и развивают его к границам сфотографированного участка.

Контроль качества монтажа осуществляют по порезам. Масштаб фотосхемы можно определить по карте или по координатам изобразившихся пунктов геодезической сети.

Понятие о привязке снимков Ранее было показано, что для выполнения тех или иных фотограмметрических процессов, нужны точки с известными координатами и высотами, положение которых можно точно указать на снимке. Такие точки были названы опознаками. Например, для трансформирования фотоснимка требуется не менее четырех опознаков, для внешнего ориентирования модели – не менее трех.

Получить опознаки можно в процессе выполнения полевых работ. Для этого нужно взять контактные отпечатки (снимки), выехать на местность, которая на них изображена, найти характерные точки местности, точно опознающиеся на снимках (в требуемых в соответствии с технологией местах) и наколоть их. Затем провести линейно-угловые измерения, вычислить координаты и высоты точек, а на обратной стороне сделать абрис, точно указав, координаты какой точки были определены. Такая работа называется привязкой снимков, причем ее называют планово-высотной, если у опознаков определяют все три координаты; плановой – при определении только плановых координат и высотной, если требуются только высоты точек.

Можно задаться целью и получить в поле все опознаки, необходимые в процессе обработки снимков. Такая привязка снимков называется сплошной.

Но она чаще всего экономически невыгодна. Существуют и камеральные способы определения опознаков, а они, как известно, почти всегда дешевле и производительнее полевых измерений. Поэтому на производстве предпочитают выполнять, так называемую, разряженную привязку снимков.

фотограмметрического сгущения (по-другому этот процесс называется фототриангуляцией).

Перед выполнением работ по привязке снимков составляют проект, используя для этого карты или схемы, масштаб которых в 2-5 раз, мельче масштаба картографирования. При разряженной подготовке учитывают, что ошибки последующего фотограмметрического сгущения во многом зависят от расстояний между смежными опознаками. Поэтому эти расстояния регламентируются инструкциями или рассчитываются с учетом ошибок фототриангуляционных построений. При составлении проекта учитываются требования инструкции [9], пункты 12.5-12.10. Следует отметить, что успехи в спутниковых методах определения точек фотографирования, позволят, в конце концов, полностью исключить привязку снимков из технологического процесса.

Фототриангуляция Основные понятия Из предыдущего параграфа следует, что фототриангуляция это камеральное сгущение сети опознаков, полученных в процессе полевых работ. Сущность фототриангуляции в построении по снимкам модели, ее ориентировании и определении координат точек сгущения. Если определяют только плановые координаты точек, то фототриангуляцию называют плоскостной, а если все три координаты – пространственной. В настоящее время на производстве используют в основном пространственную фототриангуляцию. Классифицируют ее также по количеству маршрутов, участвующих в построении модели и применяемым техническим средствам.

Пространственная фототриангуляция может быть одномаршрутной (маршрутной) или многомаршрутной (блочной). Поскольку минимальное число точек, необходимых для внешнего ориентирования модели, не зависит от числа маршрутов, участвующих в ее построении, то особенно выгодна блочная фототриангуляции, так как значительно сокращается объем полевых работ.

В зависимости от применяемых технических средств различают аналитическую, аналоговую и аналого-аналитическую фототриангуляцию. В аналитической пространственной фототриангуляции построение модели и определение координат точек сгущения выполняется на ЭВМ по результатам измерения снимков на стереокомпараторе (аналитическом стереоприборе) или непосредственно на ЭВМ. Этот вариант не накладывает ограничений на формат и элементы ориентирования снимков. Он отличается наивысшей производительностью труда и точностью, так как в процессе машинной обработки результатов измерений учитываются все систематические погрешности, влияние которых можно выразить в математической форме.

В аналоговой фототриангуляции построение модели осуществляется на универсальных аналоговых стереофотограмметрических приборах. При этом можно строить как отдельные модели, так и общую модель для маршрута.

Однако, поскольку эра таких приборов практически завершена, рассматривать аналоговую (и аналого-цифровую) фототриангуляцию смысла нет.

Заметим, что фототриангуляцию вначале выполняют по каркасным маршрутам, если при аэрофотосъемке они были проложены. В результате обеспечиваются необходимым числом точек заполняющие маршруты, и можно строить заполняющие сети.

Аналитическая маршрутная фототриангуляциа Следует сказать, что технологий ее выполнения довольно много.

Рассмотрим те, что были предложенные в свое время Советскими фотограмметристами и хорошо раскрывают суть дела. Речь идет о способах частично зависимых моделей, независимых моделей и связок.

Сущность способа частично зависимых моделей в том, что вначале строится модель по первой стереопаре. За начало фотограмметрической системы координат принимается центр проекции левого снимка. Его угловые элементы внешнего ориентирования и базис фотографирования устанавливаются произвольно. Затем строится модель по второй стереопаре.

Но за угловые элементы внешнего ориентирования ее левого снимка принимаются величины, которые характеризуют его положение относительно фотограмметрической системы координат используемой для построения первой модели. Так поступают с третьей и всеми последующими моделями.

Зависимость в результате состоит в том, что оси фотограмметрических координат всех моделей оказываются взаимно параллельными.

Алгоритм решения задачи может быть сконструирован следующим образом. Предположим, что построение любой модели в маршруте осуществляется поворотом, как левого, так и правого снимков. Тогда при решении задачи задействованы следующие величины:

-угловые элементы внешнего ориентирования левого снимка л л л,, они известны;

-элементы взаимного ориентирования л и л, характеризующие поворот левого снимка при построении модели, но с другой стороны, тоже являющиеся угловыми элементами внешнего ориентирования левого снимка, но относительно базисной системы координат. Они вычисляются в процессе взаимного ориентирования.

-элементы взаимного ориентирования п п и п характеризующие поворот правого снимка, но являющиеся и его угловыми элементами внешнего ориентирования в базисной системе координат;

-элементы внешнего ориентирования правого снимка п п и п.

относительно той же системы фотограмметрических координат, что и л л л.

Их и нужно вычислить, для построения следующей модели.

Обозначим матрицы направляющих косинусов, соответствующие указанным выше системам угловых элементов внешнего ориентирования через Aл, AЛ, AП и Aп. Таким образом матрица Aп – искомая. Очевидно, что каждой системе угловых элементов внешнего ориентирования отвечает система уравнений связывающих фотокоординаты точек на снимке с их пространственными координатами. Эти уравнения известны. Они имеют вид:

Из этих соотношений сразу же следует, что Координаты пары соответственных точек (XЛ YЛ ZЛ и XП YП ZП), а также (XЛ YЛ ZЛ и XП YП ZП) определяются в разных системах, но их оси параллельны, то есть преобразование происходит из параллельных систем в Возможно, формула будет понятнее, если поменять нижние индексы

A П П П = A Л Л Л A Л Л A П П П

Для вычисления нужны, кроме того, углы наклона базиса и.

Поскольку это углы, характеризующие поворот базисной системы координат относительно системы, используемой в дальнейшем для определения координат точек модели (т.е. которой соответствуют угловые элементы л л л), можно сразу же написать:

Используя эти углы и произвольно выбранное значение базиса фотографирования, можно вычислить его составляющие и координаты центра проекции правого снимка (формулы известны).

Итак, алгоритм рассматриваемого способа можно представить следующим образом:

- Измерение стереопары;

- Определение элементов взаимного ориентирования;

- Вычисление углов и, базисных составляющих и координат центра проекции правого снимка;

- Аналитическое трансформирование снимков стереопары относительно плоскости Xл Yл ;

Вычисление координат точек модели. При этом заметим, что X0=BZ, Z0=BZ, и после трансформирования снимков X=xо, Y=yо, Z=-f, поэтому, скаляр N, используемый при решении прямой пространственной фотограмметрической засечки (при определении приращений координат точек модели) можно вычислять по формуле:

- Все выше указанное выполняют с каждой стереопарой маршрута.

Масштаб последующей модели приводят к масштабу предыдущей с помощью масштабного коэффициента, который определяют по расстояниям от центров проекций SП предыдущей стереопары и SЛ - последующей до связующих точек (точек выбранных в процессе построения и измерения модели в зоне тройного перекрытия снимков). Обычно используют несколько расстояний, и коэффициент вычисляют, как среднее весовое.

- Внешнее ориентирование построенной общей для всего маршрута модели.

В способе независимых моделей модели независимы между собой.

Для их построения выбирают базисы произвольной длины, измеряют координаты соответственных точек, включенных в сеть, вычисляют элементы взаимного ориентирования в базисной системе координат и трансформируют снимки относительно плоскости, перпендикулярной к главной базисной плоскости левого снимка. В результате координаты точек модели можно вычислять по формулам нормального случая съемки. Как видим, данный вариант не требует вычисления элементов внешнего ориентирования снимков. Для построения общей для всего маршрута модели выполняют операцию внешнего ориентирования второй модели по отношению к первой, третьей по отношению к первым двум и т.д. Затем выполняют внешнее ориентирование общей модели.

фотограмметрическую сеть, составляются два уравнения коллинеарности (35), связывающие ее фотокоординаты x и y с пространственными координатами X,Y,Z соответствующей точки местности. Каждое из уравнений содержит 6 неизвестных, если они составлены для опознака (неизвестными являются элементы внешнего ориентирования снимка), и 9 неизвестных для точки, пространственные координаты которой подлежат определению.

Фотокоординаты точек измеряют на всех снимках маршрута, после чего последовательности (которая уже неоднократно обсуждалась):

- Выбирают приближенные значения элементов внешнего ориентирования и искомых координат; Их находят, используя материалы аэрофотосъемки, старые карты, фотопланы и другие источники.

- Подставляют выбранные величины в уравнения коллинеарности. В результате получают фотокоординаты xв, yв, которые не будут равны измеренным и из-за погрешностей измерений и из-за неточности принятых приближенных величин.

- Составляют уравнения поправок, коэффициенты которых будут частными производными фотокоординат по соответствующим неизвестным.

Разности между вычисленными и измеренными фотокоординатами – их свободные члены. Перед вычислением свободных членов в измеренные координаты вводят поправки за влияние различных факторов. Если m – число точек в сети, n – число снимков и k.-.число определяемых точек, то получим 2m уравнений, с 6n+k неизвестными.

- Составляют и решают нормальные уравнения, и полученные в результате поправки вводят в принятые значения неизвестных величин, то есть получают второе приближение.

- Используя исправленные значения, опять составляют уравнения поправок, затем нормальные уравнения и решают их. Таким образом, задача определения координат точек сгущения решается методом итераций, которые прерываются, либо в случае, когда очередные поправки окажутся пренебрежимо малы, либо по установленному максимальному числу итераций, если решение оказывается некорректным и нужно искать ошибки в исходных данных.

Этот способ дает возможность при построении сети использовать зафиксированные в полете элементы внешнего ориентирования (GPS определения, показания статоскопа, радиовысотомера и т.д.). Уравнивание, в этом случае, выполняют с учетом весов всех измеренных величин. Следует заметить, что он в настоящее время и наиболее популярен, так как практически нет ограничений на использование памяти ЭВМ, что ранее было серьезной проблемой.

Понятие о блочной фототриангуляции Так же как и в маршрутной в блочной фототриангуляции, также могут использоваться три варианта ее построения.

Наиболее популярный из них является развитием способа связок для маршрутной фототриангуляции. Важно только выбирать связующие точки не только в зоне тройного перекрытия, но и в зоне поперечного перекрытия снимков.

Второй вариант основан на построении независимых моделей соединении их в общую для всего блока модель, для которой затем выполняется операция внешнего ориентирования. То есть это эквивалент способа независимых моделей маршрутной фототриангуляции.

В третьем варианте вначале создаются свободные маршрутные сети.

Затем по точкам, расположенным в зоне поперечного перекрытия они соединяются в общую модель для блока, внешнее ориентирование которой осуществляется с помощью опознаков.

В заключении параграфа заметим, что перед выполнением фототриангуляции должен быть составлен проект ее выполнения, согласованный с проектом привязки снимков. В фототриангуляционную сеть должны включаться не только точки необходимые для внешнего ориентирования модели или трансформирования снимков, но и связующие точки (в зоне тройного перекрытия), характерные точки рельефа и урезы воды, если рельеф предполагается наносить путем измерения стереопар.

Деформация модели и точность построения фотограмметрической сети Построить идеальную модель по паре снимков нельзя, так как в процессе летносъемочных, геодезических и фотограмметрических работ на положении ее точек влияет большое число различных факторов. Основными причинами, вызывающими деформацию модели, являются:

- Отступление изображений на реальных снимках от центральной проекции;

- Погрешности измерения снимков;

- Методические ошибки, связанные с отступлениями от строгой теории в технологии построения модели.

Возникающие искажения могут быть случайными и систематическими, причем последние особенно нежелательны, так как приводят к накоплению ошибок в фотограмметрических сетях.

Из перечисленных факторов влияние многих можно существенно ослабить путем применения более совершенной съемочной аппаратуры, малодеформирующихся и высокочувствительных пленок, аналитических методов обработки и т.д. Поэтому основной причиной деформации модели становятся погрешности измерений снимков, в частности ошибки их взаимного ориентирования, которые особенно искажают высоты точек.

Попробуем обсудить путь к оценке деформации модели, хотя бы приближенной. Известно, что при нормальном случае съемки Продифференцируем, например, Z по p0, в результате получим:

Выразим параллакс через высоту фотографирования и перейдем к изображению в масштабе снимка, тогда:

кроме того:

Если теперь продифференцировать трансформированные абсциссы по, и, полагая их элементами взаимного ориентирования, легко вычислить ошибки трансформированных абсцисс, как функций погрешностей m m и m (смотри формулы 115), а значит и трансформированного продольного параллакса. Это позволяет, в конечном итоге, оценить и ошибки координат любой точки модели.

Всю эту работу проделал А. Н. Лобанов [4]. Для точки 4 (из стандартно расположенных) он, например, получил: mY:mX2.5Mmq, и mz2.3fMmq/b, где M – знаменатель масштаба снимка. Им же была выполнена оценка накопления погрешности в маршрутной сети из n стереопар. Рекомендуемые им формулы не приводятся, так как подобные исследования других фотограмметристов дают несколько иные результаты. Но важно, что, используя их, можно предрасчитать такое расстояние (в числе базисов) между исходными опознаками, при котором ошибки в определении координат точек не будут превосходить допусков.

Кроме того, отметим, что на практике деформацию пытаются уменьшить на этапе внешнего ориентирования модели. Для этого используют полиномы различной степени, например второй.

В представленной системе уравнений 15 коэффициентов. Имея не менее 5 планово-высотных опознаков, по невязкам на них можно коэффициенты вычислить, и затем использовать для введения поправок в координаты определяемых точек.

Понятие о топографическом дешифрировании снимков Под дешифрированием понимается выявление, распознавание и определение характеристик объектов местности, изобразившихся на фотоснимках. В зависимости от назначения и задач, решаемых в ходе дешифрирования, различают два его вида: топографическое и специальное.

Топографическое дешифрирование выполняют с целью выявление, распознавание и определение характеристик объектов местности, которые должны наноситься на план в соответствии с требованиями действующих условных знаков. Дешифрирование снимков в процессе обследования местности в натуре называется полевым. Распознавание на фотоизображениях объектов и контуров без обследования их в натуре называется камеральным дешифрированием. В зависимости от топографической изученности картографируемого района и принятой технологии работ полевое дешифрирование проводится до камерального или после него.

Полевое дешифрирование ведут, как правило, по маршрутам, которые намечают там, где расположены объекты, подлежащие обязательному обследованию в натуре (поселки, мосты, ЛЭП, трубопроводы и проч.). При этом устанавливают и подписывают названия объектов и другие их характеристики. В процессе полевого дешифрирования следует руководствоваться требованиями и рекомендациями инструкции [9] (пункты 12.16). Дешифрирование на местности населенных пунктов и объектов с высокой контурной нагрузкой может производиться на увеличенных фотоснимках, фотосхемах, фотопланах или на аэрофотоснимках в комплекте с графическим оригиналом. Материал, на котором фиксируются результаты дешифрирования, должен быть в масштабе составляемого плана или близкий к нему. Данные промеров для нанесения объектов неуверенно распознающихся на аэрофотоснимке или появившихся после залета фиксируют на его обратной стороне или на отдельном абрисе.

Камеральное дешифрирование значительно дешевле полевого, но для успешного его выполнения необходимо изучать дешифровочные, или, как их еще называют, демаскирующие признаки объектов. Делятся эти признаки на прямые и косвенные. К прямым признакам относятся: форма, размеры, тень и цвет объекта, структура его изображения. Косвенными признаками являются: относительное расположение объектов, следы деятельности, приуроченность, взаимосвязь и взаимообусловленность. Основными демаскирующими признаками являются форма и размеры изображения объектов. Плановые фотоснимки равнинной местности почти сохраняют сходство формы изображения с натурой. Строения изображаются в виде прямоугольников, дороги – вытянутыми линиями, извилистые линии соответствуют ручьям или небольшим речкам. Представление о форме высокого объекта можно получить по изображению его тени. По результатам простейших измерений и зная параметры фотографирования (масштаб, высоту) можно определить размеры объектов в натуре и дать соответствующую характеристику. Важными демаскирующими признаками служат спектральная отражательная способность объекта структура его изображения зернистая для лесов, мелкозернистая для кустарников, пятнистая для болот, гладкая для водоемов и т.д. Косвенные признаки помогают дешифрировать отдельные объекты, по их взаимной связи с другими объектами, изобразившимися на фотоснимке. Типичный пример это изображение дороги, обрывающейся на одном берегу и продолжающейся на другом (признак брода или паромной переправы). Дорожки или тропинки, сходящиеся в одной точке, указывают на наличие колодца или водного источника. Очень помогают при камеральном дешифрировании снимки эталоны, которые для наиболее трудных и характерных участков получают в процессе полевого дешифрирования.

Технологии, основанные на стереообработке фотоснимков Классификация универсальных аналоговых стереоприборов Эти приборы предназначены для составления планов и карт по паре фотоснимков, а также для сгущения сети съемочного обоснования. Они реализуют решение двойной обратной пространственной фотограмметрической засечки.

Не смотря на то, что их век заканчивается, приборы заслуживают внимания, так как изучение процессов обработки снимков на них позволяет понять алгоритмы, используемые в аналитической и цифровой фотограмметрии.

Считается, что в процессе развития средств измерения стереопар создано два поколения универсальных аналоговых стереофотограмметрических приборов. При конструировании приборов первого поколения опирались в основном на достижения оптики и механики. Основными их частями являлись моделирующая, измерительная, наблюдательная системы и координатограф. Иногда они компоновались на одной станине. Но чаще координатограф выпускался в качестве самостоятельного прибора, который связывался с измерительным блоком редуктором (механического или электрического типов). Это обеспечивало более богатый выбор соотношений между масштабами снимков (модели) и составляемой карты.

Появление приборов второго поколения это результат развития вычислительной техники. На направляющие устанавливались регистраторы перемещений, что позволяло автоматизировать процесс передачи результатов измерений в ЭВМ, а значит организовать процесс обработки пары в режиме реального времени (в том числе и процесс построения цифровой модели объекта). Вместо координатографов стали применять графопостроители, использовались различного вида накопители информации и сервисные устройства. Было создано программное обеспечение, облегчающее процесс ориентирования модели и ее измерения. Многие комплекты обеспечивались ортофотоприставками.

По способу построения пространственной засечки, рассматриваемые приборы можно разделить на оптические, оптико-механические и механические. В двух последних вариантах роль проектирующих лучей частично или полностью играют металлические стержни или линейки (ленкеры). Причем может быть только одна их пара, и торец одного из них моделирует положение точки местности. В этом случае 3 взаимно перпендикулярных направляющих образуют в приборе пространственную систему координат XYZ. Иногда используются две пары ленкеров: одна для определения только плановых координат, вторая – для определения высот.

Таким образом, пространственная система координат образуется двумя плоскостными системами.

По точности аналоговые приборы подразделяются на 3 класса. Если класс точности 1, то ошибки измерения координат в плоскости снимка не превосходят 0.01мм, а пространственной координаты Z - 1/10 000 от высоты проектирования. У приборов 3 класса точности указанные показатели соответственно равны 0.05мм и 1/2 000.

Существуют приборы, у которых плановые снимки устанавливаются на каретки снимкодержателей горизонтально (как на стереокомпараторе).

Тогда они снабжены коррекционными приспособлениями, позволяющие автоматически вводить поправки за наклон (выполнять трансформирование). У большинства Западных приборов проектирующие камеры наклоняются на углы и.

Засечка в приборах осуществляется по принципу треугольника, параллелограмма или треугольник плюс параллелограмм. Что это означает, рассмотрено ниже.

Приборы отличаются по способу наблюдения и измерения модели.

Основным является оптический способ наблюдения с помощью бинокулярной системы. Для измерения используется мнимая марка. Реже применяются способы анаглифов и поляроидов, а для измерения – действительная марка.

Есть приборы, на которых снимки обрабатываются с преобразованием связок проектирующих лучей (то есть фокусные расстояния проектирующих камер не равны фокусным расстояниям установленных на каретках снимков).

Оптические универсальные аналоговые стереоприборы В таких приборах, различного класса точности и разной конструкции, связка лучей восстанавливается, и пространственная модель строится оптическим способом (Рис. 67). В нашей стране широкое распространение на производстве получили двойной проектор и мультиплекс. Рассмотрим устройство двойного проектора, так как это позволит уяснить принцип работы всех остальных приборов.

Рис. Основными частями проектора являются штанга 1, кронштейны 2, на которых крепятся проектирующие камеры, и планшет, где устанавливается действительная марка с экраном E. Точки S1 и S (задние узловые точки объективов камер) являются центрами проекций. Через них проходят проектирующие лучи Aa1 и Aa2.

Камеры можно перемещать вдоль трех взаимно перпендикулярных направляющих, наклонять на углы, и и поворачивать в своей плоскости на угол. Указанные движения обеспечивают построение модели. Штангу можно перемещать относительно планшета и наклонять в трех направлениях, при этом построенная модель не разрушается, что позволяет выполнить ее внешнее ориентирование. При проектировании используются не аэрофотоснимки, а их уменьшенные в 3 – 4 раза копии. При этом во столько же раз уменьшаются фокусные расстояния проектирующих камер относительно фокусного расстояния АФА, которым производилось фотографирование. Значит, модель строится подобными связками проектирующих лучей. Снимки через красный и синий светофильтры проецируются на один планшет, и полученное изображение рассматривается через анаглифические очки. В результате появляется объемное изображение, при условии, конечно, что модель построена, а помещение затемнено. Измерение модели осуществляется действительной маркой, расположенной на экране E. Ее можно установить в любой точке планшета. Причем сам экран может подниматься и опускаться относительно планшета с помощью микрометренного винта со шкалой для измерения высот точек. Это и позволяет совместить марку с любой точкой модели и нанести ее Мультиплекс - это многокамерный проектор (до 24 камер на одной штанге), что обеспечивает построение общей модели для маршрута.

Предположим теперь, что в приборе используется не общий экран E, а для каждого снимка свой E1 и E2, и что положение точки модели в пространстве характеризуется не пересечением проектирующих лучей, а точкой пересечения левого проектирующего луча с экраном E1. С помощью наблюдательной системы, например, оптического типа обеспечим рассматривание экрана E1 с маркой только левым глазом, а экрана E2 с маркой– только правым. Следствия таких конструктивных изменений:

1. Будет наблюдаться объемное изображение с одной мнимой маркой, стереоскопически совмещенной с точкой A модели.

2. Масштаб этой модели будет определяться не отрезком S1S2, а отрезком S1S2.

3. Расстояние K между точками S1 и S2 может быть произвольным. Оно названо постоянной прибора, и устанавливается из конструктивных соображений. Понятно, что засечка в этом случае осуществляется по принципу треугольник (S1S2E1) плюс параллелограмм (S2 S2E2 E1).

4. Базис проектирования можно устанавливать изменением положения точки E2 относительно точки Eo (точка пересечения отрезка, проходящего через правый центр проекции S2 параллельно левому проектирующему лучу, с конструктивными, что именно по этому принципу и стали строить большинство универсальных аналоговых стереоприборов.

5. Точку S2 можно поместить и в любое другое положение, например, переместив ее в поперечном относительно штанги направлении, тогда образуется засечка, построенная по принципу двух треугольников.

6. Совместное перемещение экранов E1 и E2 вдоль главного луча (вдоль оси Z) без изменения расстояния между ними, будет увеличивать или уменьшать угол засечки, а значит и взаимно перемещать снимки (при этом, конечно, предполагается жесткая связь проектирующих лучей с экранами и снимкодержателями). Такое движение равносильно действию винта продольных параллаксов стереокомпаратора.

Прибор оптического типа с двумя экранами, выпускался в Иене (ГДР) и назывался Топофлекс. Измерялись на нем не копии, а непосредственно снимки, использовался оптический способ рассматривания стереопары, а для измерения применялись две светящиеся марки, которые в процессе измерений модели сливались в одно мнимое изображение. К высокоточным приборам оптического типа относится стереопланиграф Цейса. Он был достаточно распространен в нашей стране. Важное преимущество прибора – возможность переключения осей визирования относительно глаз наблюдателя (то есть правым глазом можно было рассматривать левый снимок, и наоборот), что облегчало построение на приборе сетей фототриангуляции. Из отечественных приборов оптического типа следует упомянуть стереоскопический рисовальный прибор М.Д. Коншина, в котором благодаря конструкции оптической системы обеспечивалось наложение мнимой модели на план или карту.

Универсальные приборы механического типа Приборам механического типа конструкторы явно отдавали предпочтение. В них засечка осуществляется с помощью одной, а иногда двух пар рычагов или линеек. В нашей стране выпускались и были широко распространены на производстве стереопроектор Романовского (СПР), стереограф Дробышева (СД) и его модификация стереограф ЦНИИГАиК (СЦ). Далее будет рассмотрен только СПР, потому, что он составлят инструментальную базу лаборатории фотограмметрии института, да и принципиально другие приборы от него мало чем отличаются.

СПР (Рис. 68) это прибор 1 класса точности, предназначенный для составления топографических карт и планов по плановым снимкам формата 1818см и с фокусным расстоянием 35 –350мм. Он применяется и для построения пространственных фотограмметрических сетей. Засечка в приборе осуществляется по принципу треугольник плюс параллелограмм.

Снимки могут обрабатываться, как с преобразованием, так и без преобразования связок проектирующих лучей, роль которых выполняют пара металлических стержней. Они проходят через средние карданные центры S1 и S2 (центры проекций), вокруг которых могут вращаться, и которые жестко закреплены на каретке фокусных расстояний. Стержни верхними карданными центрами жестко связаны с горизонтально расположенными каретками снимкодержателей. Их нижние концы шарнирно прикреплены к мостику отстояний.

Мостик, а значит и нижний торец левого проектирующего рычага, моделирующий положение точки A местности, при вращении штурвалов X и Y перемещается в горизонтальной плоскости. В результате поворачиваются сами проектирующие рычаги вокруг центров проекций, и по своим направляющим перемещаются снимкодержатели относительно объективов.

Вращение ножного штурвала Z вызывает взаимное перемещение снимкодержателей (при условии, что проектирующие рычаги между собой не параллельны). В поле зрения окуляров введены светящиеся измерительные марки, которые в процессе указанных выше движений, можно совместить с любой парой соответственных точек (то есть стереоскопически совместить одну мнимую пространственную марку с любой точкой модели).

На каретке отстояниий, которая перемещается ножным штурвалом вдоль оси Z, расположено базисное устройство моделирующей системы с тремя суппортами для установки базисных составляющих bx, by и bz.

Перемещением каретки фокусных расстояний можно сдвигать центры проекций S1 и S2 и, тем самым, менять фокусные расстояния проектирующих камер в пределах 150 – 300мм.

Поскольку снимки в снимкодержателях устанавливаются горизонтально, прибор снабжен коррекционными механизмами, обеспечивающими автоматическое введение поправок за наклон (выполняют процесс трансформирования снимков). Каждое коррекционное приспособление решает уравнение точки нулевых искажений c до проекции a0 точки A местности на горизонтальном снимке; r – тоже на плановом снимке; r – поправка за наклон. На СПР указанная поправка вводится путем смещения на требуемую величину объектива, через который рассматривается снимок (смотри рисунок 69) Величина смещения зависит от положений точки на снимке и опорного пальца, который перемещается в плоскости тарелки коррекционного механизма винтами и.

Рис. 69 Схема действия коррекционного механизма В соответствии с теорией, если проектирующий рычаг занимает отвесное положение, то измерительная марка должна быть совмещена с точкой надира. Данное условие не выполняется, так как при установке снимков их координатные метки совмещают с рисками на стекле снимкодержателя и марка в этом случае совмещена с центром снимка. Для устранения указанного несоответствия методикой предусмотрено дифференциальные смещения снимков по осям x и y. Их величины вычисляют по формулам, которые приводятся в руководстве по эксплуатации прибора Под направляющей X прибора расположен планшет, на который, с помощью пишущего элемента, прикрепленного к каретке X, можно наносить ситуацию и вычерчивать горизонтали. Величины перемещения всех кареток определяются по соответствующим счетчикам. Причем, у каретки Z их два.

Один позволяет определять превышение между точками в миллиметрах в масштабе модели. Второй с помощью специальных шкал и редуктора – в метрах. В принципе к СПР может быть подключен и координатограф.

Прибор обеспечивает выбор формы и размеров марок их цвета, а также, с помощью реостатов, степени яркости марок и освещенности снимков.

Составление планов на СПР В начале отметим, что нельзя вращать штурвалы и винты прибора, если он не включен в сеть, так как в этом случае не работает предупредительная сигнализация и возможна поломка тех или иных его узлов.

Исходными данными для составления плана являются:

-стереопара, у которой должны быть известны масштаб 1/m и фокусное расстояние снимков f;

-не менее трех опознаков (урезы воды, если в зоне перекрытия есть водоемы);

-масштаб 1/M составляемого плана и высота сечения рельефа h;

-снимки эталоны с результатами полевого дешифрирования.

Основные процессы при обработке снимков на приборе включают:

подготовительные работы; взаимное ориентирование снимков (построение модели); внешнее ориентирование модели; измерение модели, камеральное дешифрирование и составление плана.

В процессе подготовительных работ на листе высококачественной бумаге (пластика) изготовляется основа в масштабе составляемого плана, на которую наносятся все точки геодезической сети (опознаки), хорошо опознающиеся на снимках. На шкалах л, л, п и п коррекционных приспособлений, dxл, dyл, dxп и dyп децентраций снимков bz и by базисных составляющих устанавливаются отсчеты, равные их местам нулей, которые определяются в процессе проверок и юстировок прибора, а на шкале базисной - начальный отсчет bx. При работе на СПР, с координатографом совмещенным с измерительным блоком прибора, масштаб построенной модели, в конечном итоге, должен быть равен масштабу составляемого плана.

Поэтому формула для расчета имеет вид:

где b – базис фотографирования в масштабе снимков, который легко измерить линейкой, используя продольное перекрытие.

При установке снимков в снимкодержателях необходимо тщательно совмещать их координатные метки с рисками на стекле, и помнить, что диапозитивы укладываются эмульсией вверх, а негативы – вниз.

Каретку фокусных расстояний на СПР устанавливают так, чтобы обеспечить оптимальное перемещение каретки высот (диапазона ее перемещений должно хватать при наведении измерительной марки, как на высоко, так и низко расположенные точки земной поверхности).

Взаимное ориентирование снимков сводится к устранению поперечных параллаксов на шести стандартно расположенных точках.

Пусть на рис. 70 S1 и S2 – центры проекций камер, в которые установлены снимки P1 и P2, составляющие стереопару. С помощью объективов S1 и S соответственные точки a1 и a2 снимков проецируются на экран Е.

Допустим, что соответственные лучи S1a1 и S2a2 пересекаются. В этом случае, опуская или поднимая экран Е, можно установить его в такое положение, при котором точки a1 и a2 на нем сольются в одну (рис. 70,а).

Если соответственные лучи не пересекаются, то при любой установке экрана по высоте на нем будут наблюдаться раздельно две точки.

(рис. 70,б), и можно добиться лишь такого положения, при котором расстояние между точками a1 и a2 окажутся наименьшим из всех возможных. Это наименьшее расстояние между соответственными точками на экране называется поперечным параллаксом в пространстве модели и обозначается через Q. Поперечный параллакс точки модели направлен перпендикулярно к базису проектирования S1S2. Для плановых снимков видимый параллакс Q определяется из выражения:

Высота проектирования Z зависит от длины базиса S1S2. Примем, что он равен продольному параллаксу b=p точек а1 и а2, а высота проектирования Z равна фокусному расстоянию f. Тогда поперечный параллакс Q, наблюдаемый на какой–либо точке модели, будет равен соответствующему поперечному параллаксу q на стереопаре.

Для построения модель местности по паре снимков добиваются устранения поперечных параллаксов q в точках ориентирования (стандартно расположенных точках, рис. 37). Делать это можно, как в базисной системе координат, движениями обеих проектирующих камер (первый способ), так и в системе координат одного из снимков (чаще левого), движениями только одной камеры (второй способ).

В начале рассмотрим первый способ. Согласно уравнению (100), можно записать:

где x, y – координаты точки на левом снимке стереопары.

Для установления порядка действий при устранении поперечных поперечный параллакс в каждой из стандартно расположенных точек.

Движение левой камеры вызывает вращение снимка, а значит и его изображения на экране вокруг главного луча. Возникающие при этом поперечные параллаксы численно равны четвёртому слагаемому уравнения (158):

Значит они появятся на точках 4, 2 и 6, причем будут равны друг другу; а на точках 1, 3 и 5 параллаксы будут отсутствовать.

Поворот правой камеры на угол действует аналогично. Но формула для оценки возникающего параллакса будет иметь вид:

Теперь на точках 4, 2, 6 он будет равен нулю, а на точках 1, 3 и некоторому значению.

Движение камеры по направлению преобразует изображение квадрата в трапецию. Возникающие при этом параллаксы в точках модели можно оценить по формуле:

И видно, то в точках 1, 2, 3 и 5 они нулевые, а 4 и 6 - равны по величине и противоположны по знаку.

но формула для вычисления параллакса примет вид:

Поворот правой камеры на угол вокруг линии базиса также преобразует квадрат в трапецию, но возникающие поперечные параллаксы на стандартных точках определяются соотношениями:

причем:

Очевидно, что составляющая постоянна для всех точек, а величина зависит от y.

При взаимном ориентировании снимков устранение поперечных последовательности, чтобы последующие действия, по возможности, не нарушали предыдущих. Поэтому, вначале поперечный параллакс устраняют на точке 1 (рис. 71), поворотом правой камеры на угол 2. Затем это делают на точке 2, вращением левой камеры на угол 1. Далее на точке 3 – наклоном и, наконец, на точке – наклоном Нетрудно заметить, что при этом на всех точках модели камеры на угол, а разворотом обеих камер вокруг главных лучей, что поперечный параллакс, равный. Отношение поперечного параллакса в точках 5 (6) к поперечному параллаксу, наблюдаемому после устранения параллаксов на точках 1-4, называется коэффициентом взаимного ориентирования. Этот коэффициент может быть получен и по формуле:

противоположным знаком).

Второй способ. Согласно (101) уравнение взаимного ориентирования в этом случае имеет вид:

Поэтому влияния поворотов на поперечные параллаксы точек модели аналогичны влияниям рассмотренных выше поворотов на углы. Согласно уравнению (153) смещение камеры вдоль составляющей базиса by вызывает появление параллаксов на всех точках модели, равных величине смещения. Передвижение камеры вдоль составляющей bz влечёт за собой равномерное изменение масштаба изображения второго снимка.

При взаимном ориентировании (рис. 72) поперечные параллаксы устраняют сначала на точке 2 – движением by, затем на точке 1 – движением далее на точке 4 – движением bz, и, наконец, на точке 3 – движением На точке 5, вращением правой камеры на угол, вводят новый параллакс, величину которого рассчитывают, как и в предыдущем способе.

Отметим, что как в первом, так и во втором способах действовать можно и в несколько иной последовательности. Главное – устранить поперечные параллаксы.

Ориентирование выполняют методом последовательных приближений до тех пор, пока остаточный поперечный параллакс на контрольной точке не окажется меньше 0.015мм (1/4 диаметра марки наименьшего размера).

Если такого результата не достичь, вычисляют децентрации dx и dy и на эти величины смещают снимкодержатели. Формулы для определения децентраций приведены в паспорте прибора. После этого взаимное ориентирование повторяют. Если при взаимном ориентировании используется второй вариант, децентрацию нужно вводить только в один снимок, в этом его преимущество по сравнению с первым вариантом.

Иногда при взаимном ориентировании вычисляют и используют вспомогательный коэффициент, позволяющий уменьшить число приближений.

Внешнее ориентирование построенной модели начинают с выбора и установки таких шестеренок в редукторе счетчика высот и таких шкал, чтобы отсчеты можно было брать в метрах. При этом необходимо учесть, что связки проектирующих лучей преобразованы, то есть фокусные расстояния F проектирующих камер не равны фокусным расстояниям f снимков. Поэтому вначале вычисляют знаменатель вертикального масштаба модели Mв (из-за преобразования связок он не равен знаменателю горизонтального масштаба M). Очевидно Mв=Mf/F. Полученная величина является входом в таблицу установок шкал и шестерен, которая имеется в инструкции по эксплуатации прибора. Из этой таблицы выбирают окончательное значение Mв вертикального масштаба (наиболее близкое к вычисленному), а также ему соответствующие шкалу и пару шестерен, которые и устанавливают на каретке высот. В заключении следует пересчитать фокусное расстояние проектирующих камер и установить его на шкале каретки фокусных расстояний.

Сам процесс внешнего ориентирования делится на два этапа.

Первый этап называется масштабированием модели. Его осуществляют изменением базисной составляющей bx во столько раз, во сколько отрезок lo между парой опознаков на основе отличается от соответствующего ему отрезка lм на бумаге, нанесенного по результатам измерения модели, т.е.

новое значение bx= lo bx/ lм. Возникший при этом поперечный параллакс в центре модели и на одном из верхних ее краев устраняется соответственно винтами by и bz. После операции ориентирования полезно установить на планшет (координатограф) основу, отцентрировать ее и сориентировать. Для центрирования измерительная марка стереоскопически совмещается с одним из опознаков, а острие пишущего элемента (карандаша) с соответствующей точкой на основе. Затем марку совмещают с другим опознаком и основу вращают вокруг первого до тех пор, пока острие карандаша не окажется над второй точкой. Операции центрирования и ориентирования выполняют методом последовательных приближений, а результат контролируют по невязкам на опознаках, которые в них не участвовали.

Второй этап внешнего ориентирования называется горизонтированием.

Его цель поворотом модели добиться того, чтобы при стереоскопическом совмещении измерительной марки с любым опознаком отсчет на счетчике высот был равен их высотам. Поворот вначале осуществляют в поперечном направлении одновременным вращением винтов коррекционных механизмов левого и правого снимков. Делается это, например, так (Рис. 73).