Фотограмметрия пособие

Фотограмметрия. Лобанов А. Н.

Электронный учебник «Фотограмметрия»

Учебник создан на кафедре фотограмметрии Московского ордена Ленина института инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии по программе, утвержденной Учебно-методическим управлением по высшим учебным заведениям МВ и ССО СССР. После выхода в свет первого издания (1974 г.) учебника «Фотограмметрия» (авторы Н. Я. Бобир, А. Н. Лобанов, Г. Д. Федорук) в фотограмметрии получили широкое развитие аналитические методы обработки снимков, основанные на применении автоматизированных высокоточных измерительных приборов и электронных цифровых вычислительных машин, созданы новые фотограмметрические и стереофотограмметрические приборы для фотографирования объектов и камеральной обработки снимков, обеспечивающие высокую точность и большую производительность, выдающиеся успехи достигнуты в новом научном направлении — в космиче-
ской фотограмметрии, значительно расширилось применение фотограмметрии для решения нетопографических задач. Эти особенности современного развития фотограмметрии учитывались при подготовке второго издания учебника.
Автор выражает глубокую благодарность проф. В. Д. Большакову за содействие и помощь в разработке учебника, проф. Н. Я. Бо-
биру, проф. Ф. В. Дробышеву и проф. М. Д. Коншину за денные замечания и пожелания, проф. Р. П. Овсянникову, д-ру техн. наук
М. Н. Булушеву, доцентам М. И. Бурову и Е. И. Калантарову и преподавателям кафедр фотограмметрии ВИА им. В. В. Куйбышева и МИИГАиК за активное участие в обсуждении рукописи учебника.

Фотограмметрия пособие

Комплекс корпусов университета

Старый (Демидовский) корпус

профессор кафедры фотограмметрии

Московского государственного университета

геодезии и картографии (МИИГАиК),

Окончил в 1962 г. аэрофотогеодезический факультет МИИГАиК и был распределён на должность ассистента кафедры фотограмметрии; с января 1964 г. по декабрь 1966 г. обучался в аспирантуре под руководством заведующего кафедрой проф. Ф.В.Дробышева; с ноября 1970 г. по апрель 1972 г. работал на должности старшего преподавателя; с апреля 1972 г. по август 1993 г. — на должности доцента; с 1 сентября 1993 г. — на должности профессора. С декабря 1973 г. по декабрь 1986 г. — декан факультета повышения квалификации преподавателей картографо-геодезического профиля, который организовал в течение 1974 г. (занятия начались с 1 февраля 1975 г.).

В 1971 г. после защиты диссертации присуждена учёная степень кандидата технических наук, в 1974 г. — учёное звание доцент, а в 1995 г. — учёное звание профессор. С 1982 г. по 2004 г. — член редколлегии журнала «Геодезия и картография». С 1983 г. — учёный секретарь диссертационного совета по специальностям аэрокосмические съёмки, фотограмметрия и картография.

Соавтор двух учебников по фотограмметрии, изданных в 1984 и 1987 гг., и практикума по фотограмметрии (1987 г.). В 2008 г. издано написанное им учебное пособие (учебник) «Фотограмметрия». Участвовал в составлении двух атласов космических объектов, изданных в 1975 г. и 1992 г. Опубликовал 24 научные статьи и 20 учебно-методических пособий. Соавтор книг «200-летие МИИГАиК» (1979), «Памятники науки и техники в музеях России» (2000 г.), «Энциклопедия: геодезия, картография, геоинформатика, кадастр» (2008 г.).

Участвовал в разработке методики фотограмметрической обработки космических снимков, полученных в дальнем космосе с АС «Зонд-5, 6, 7, 8», на которых съёмочную аппаратуру устанавливали учёные МИИГАиК. Принимал участие в составлении описания снимка Земли, полученного впервые в истории человечества с расстояния 90000 км, которое вошло в информационное сообщение ТАСС о полёте АС «Зонд-5». Вместе с доцентом Г.Д.Федоруком разрабатывал методики построения фототриангуляции по космическим снимкам, полученным с АС «Зонд-6, -8», а также рисовки рельефа лунной поверхности по снимкам, полученным с АС «Зонд-8» с использованием стереометра Дробышева и стереопланиграфа Цейсса. Смонтировал фотосхему полного диска Луны из трех фотоснимков, полученных с АС «Зонд-6», фотосхемы маршрутных съемок с АС «Зонд-6, 8», которые были опубликованы в сообщениях о полетах этих АС. Разработал методику трансформирования снимков с АС «Зонд-8» в картографическую проекцию Меркатора с помощью фототрансформатора ФТБ. По трансформированным снимкам смонтировал восемь фотопланов, которые были использованы в качестве основы для создания восьмилистной карты поверхности Луны в масштабе 1:1000000, а также четырехлистной фотокарты такого же масштаба, на которой были нанесены горизонтали, зарисованные на стереометре. Участвовал в калибровке телефотометров, установленных на Луноходе-1, с помощью коллиматора, предложенного доцентом Е.И.Калантаровым. Разработал методику съёмки рельефа по космическим снимкам на стереопроекторе и по стереопаре аполлоновских фотоснимков лунной поверхности выполнил съемку рельефа местности в районе работы Лунохода-2. За работы по обработке материалов, полученных с АС серии «Зонд», был награжден бронзовой медалью ВДНХ в 1973 г.

Краснопевцев Б.В. в 1979 г. награжден Минвузом СССР знаком «За отличные успехи в работе», в 1989 г. государственной медалью «Ветеран труда», в 1994 г. ГУГК СМ СССР присвоило звание «Почетный геодезист», в 1997 г. награжден государственной медалью «Москва 850», в 2008 г. Минобрнауки РФ наградил знаком «Почётный работник высшего профессионального образования Российской Федерации», в 2010 г. Минтранс РФ наградил знаком «Отличник геодезии и картографии».

Каталог библиотеки

    • Виды поиска
    • Расширенный поиск
    • Профессиональный поиск
    • Просмотр
    • Просмотр каталога
    • Просмотр в алфавитном порядке
    • Новые поступления
    • Справка
    • Руководство по поиску
    • Интернет-справочная библиотеки

Местонахождение

всего в фонде: 35 экз.

  • отдел научной литературы (книгохранение) — 1 экз.
  • отдел абонементов (ауд. 176) — 3 экз.
  • учебная библиотека ГНФ, ГумФ, МТФ, СТФ — 30 экз.
  • отдел читальных залов — 1 экз.

Учебное пособие (2008)

Учебное пособие написано в соответствии с утвержденной программой курса «Аэрокосмические методы и фотограмметрия», рекомендовано кафедрой фотограмметрии и ученым советом факультете аэрокосмических съемок и фотограмметрии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК). Дается определение дисциплины Фотограмметрия и области ее применения в различных областях деятельности человека. Рассмотрены вопросы стереоскопических наблюдений и измерения снимков, фотограмметрические приборы и системы, источники, влияющие на точность фотограмметрической обработки снимков, системы координат и элементы ориентирования снимков, формулы преобразования систем координат, теоретические основы геометрической модели объекта, технологические процессы при создании и обновлении карт по снимкам, получение цифровой и графической информации об объекте по снимкам, вопросы создания карт по космическим и наземным снимкам. Предназначено для студентов 3 курса специальности «картография»

Уровень подготовки аудитории: студенты вузов

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ, ПРОГРАММЫ И КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по курсу Фотограмметрия

1 Министерство образования и науки Российской Федерации Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) Факультет дистанционных форм обучения Заочное отделение МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ, ПРОГРАММЫ И КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по курсу Фотограмметрия Подлежит возврату в деканат заочного отделения факультета дистанционных форм обучения Для студентов 4 курса специальностей прикладная геодезия, городской кадастр и 3 курса специальности картография Москва 2012

2 Составители — Краснопевцев Б.В., профессор кафедры фотограмметрии, Курков В.М., доцент кафедры фотограмметрии. Методическое пособие, программы и контрольная работа по курсу «фотограмметрия». М.: МИИГАиК, 2012, -74 с. Ил. 27. Методическое пособие написано в соответствии с утверждёнными программами курса «фотограмметрия» по специальностям «прикладная геодезия», «городской кадастр» и «картография», рекомендовано кафедрой фотограмметрии и утверждено к изданию методической комиссией факультета дистанционных форм обучения МИИГАиК. В методическом пособии изложены основные разделы теоретического курса «фотограмметрия» и контрольная работа, даны рекомендации по её выполнению. Для студентов 4 курса специальностей прикладная геодезия, городской кадастр и 3 курса специальности картография. Рецензенты: А.В. Говоров, к.т.н., доцент кафедры фотограмметрии Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), П.Н. Бруевич, к.т.н., профессор Московского государственного горного университета Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) 2

3 Содержание Введение. с. 4 Рабочая программа дисциплины «Фотограмметрия» для специальности «Прикладная геодезия». 5 Рабочая программа дисциплины «Фотограмметрия и дистанционное зондирование территории» для специальности «Городской кадастр». 8 Рабочая программа дисциплины «Фотограмметрия» для специальности «Картография» Фотограмметрия и области её применения Основные события в истории фотограмметрии Цифровые карты (планы) Цифровая фотограмметрическая система Стереопара и стереоскопическая модель Условия получения стереопары и способы наблюдения стереомодели Способы стереоскопического измерения снимков Основные элементы центральной перспективной проекции кадрового фотоснимка Рабочие площади снимка и стереопары Системы координат, применяемые при фотограмметрической обработке снимков Система координат фотограмметрического сканера Система координат снимка. Элементы внутреннего ориентирования снимка Особенности измерения координат на цифровом снимке Система координат объекта. Элементы внешнего ориентирования снимка Элементы внешнего ориентирования пары снимков Системы координат модели объекта. Элементы взаимного ориентирования пары снимков Продольный и поперечный параллаксы Точность определения координат точек объекта по измерениям стереопары Технологическая схема стереофотограмметрической съёмки Фототриангуляция Фотограмметрическая обработка одиночной стереопары Фотограмметрическая обработка одиночного снимка Цифровая модель рельефа местности. Матрица высот Фототрансформирование снимков Принцип цифрового ортофототрансформирования снимков Цифровое ортофототрансформирование снимков равнинной местности Монтирование фотоплана Съёмка рельефа и контуров Наземная стереофотограмметрическая съёмка Кадастровые картографические документы. 68 Литература. 69 Контрольная работа

4 ВВЕДЕНИЕ Курс «Фотограмметрия» изучается студентами-заочниками с целью освоения теоретических основ и приобретения практических навыков по использованию методов и технических средств фотограмметрии применительно к получению топографической информации о местности и к решению разнообразных не топографических задач. Согласно учебному плану студенты-заочники специальностей «прикладная геодезия», «городской кадастр» и «картография» должны изучить теоретическую часть дисциплины «Фотограмметрия», выполнить контрольную и курсовую работы. Контрольную работу студенты выполняют самостоятельно до прибытия в вуз на сессию и присылают её в деканат на проверку. Чтобы выполнить задания контрольной работы, необходимо изучить теоретические разделы данного методического пособия и рекомендации по выполнению этих заданий. Закрепление теоретического курса и освоение практических навыков фотограмметрической обработки снимков студенты выполняют в вузе во время лабораторно-экзаменационной сессии. В период сессии студенты выполняют и защищают курсовую работу. Положительные результаты защиты курсовой работы оцениваются зачетом. При положительных оценках контрольной и курсовой работ студенты допускаются к сдаче экзамена. 4

5 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины «Фотограмметрия» Рекомендуется для направления подготовки дипломированного специалиста Геодезия, специальность Прикладная геодезия ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение теории фотограмметрии, методов и технологий получения и фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков для создания и обновления топографических и кадастровых карт и других документов о местности. Задачи дисциплины — приобретение студентами знаний и навыков, достаточных для планирования комплекса работ по фотограмметрической обработке снимков, получаемых аэрокосмическими и наземными съёмочными системами. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Изучившие дисциплину «Фотограмметрия» должны знать: — теоретические основы фотограмметрии; — методы и системы, используемые при фотограмметрической обработке снимков; — технологии создания и обновления топографических карт и планов. Изучившие дисциплину «Фотограмметрия» должны уметь: — обосновать варианты технологий создания и обновления топографических и кадастровых карт и планов фотограмметрическими методами; — выполнять весь комплекс фотограмметрических работ. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Введение Фотограмметрия и области ее применения. Краткий обзор истории фотограмметрии. Роль российских ученых и инженеров в развитии фотограмметрии. Геометрические свойства аэрокосмических и наземных снимков, получаемых кадровыми и сканерными съёмочными системами Принципы построения изображений снимаемых объектов кадровыми и сканерными съёмочными системами. Геометрические свойства снимков, получаемых кадровыми и сканерными съёмочными системами. Методы получения стереопар кадровых и сканерных снимков. Теория одиночного кадрового снимка Системы координат кадрового снимка и объекта съёмки, применяемые в фотограмметрии. Элементы внутреннего и внешнего ориентирования кадрового снимка. Методы и фотограмметрические системы, применяемые для измерения координат точек на аналоговых и цифровых одиночных снимках. Преобразование аналоговых снимков в цифровую форму. Фотограмметрические сканеры. Системы координат цифровых изображений. 5

6 Внутреннее ориентирование кадровых снимков. Учет систематических погрешностей снимка из-за дисторсии объектива, деформации фотоматериала и рефракции атмосферы при выполнении процесса внутреннего ориентирования. Формулы связи координат соответственных точек снимка и местности. Формулы связи координат соответственных точек на наклонном и горизонтальном снимках, полученных из одной точки фотографирования. Влияние погрешностей высот точек объекта на точность определения их плановых координат по одиночному снимку. Масштабы снимка. Определение элементов ориентирования снимка по опорным точкам. Теория пары кадровых снимков Бинокулярное зрение. Методы стереоскопического наблюдения и измерения аналоговых и цифровых снимков. Координаты и параллаксы соответственных точек на стереопаре снимков. Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на паре кадровых снимков. Определение координат точек местности по паре снимков методом двойной обратной фотограмметрической засечки. Условие, уравнения и элементы взаимного ориентирования снимков. Определение элементов взаимного ориентирования. Построение фотограмметрической модели. Внешнее ориентирование фотограмметрической модели. Элементы внешнего ориентирования модели. Определение элементов внешнего ориентирования модели и элементов внешнего ориентирования пары снимков по опорным точкам. Точность определения координат точек местности по паре кадровых снимков. Стереофотограмметрические системы Назначение и классификация стереофотограмметрических систем. Цифровые и аналитические стереофотограмметрические системы. Принципы автоматической идентификации соответственных точек на стереопаре снимков на цифровых стереофотограмметрических системах. Алгоритмы и методы выполнения процессов внутреннего и взаимного ориентирования кадровых снимков, построения и внешнего ориентирования фотограмметрической модели на цифровых и аналитических стереофотограмметрических системах. Построение цифровых моделей рельефа и контуров на стереофотограмметрических системах. Трансформирование кадровых снимков Назначение и методы трансформирования снимков. Цифровое трансформирование снимков в ортогональную проекцию и в проекцию карты. Создание фотопланов по перекрывающимся снимкам. Оценка точности трансформированных изображений. Пространственная фототриангуляция Назначение и классификация методов пространственной фототриангуляции. Теория маршрутной и блочной пространственной фототриангуляции. Методы исключения систематических погрешностей снимка при построении пространственной фототриангуляции. Особенности 6

Читайте так же:  Возврат денег по кассе в 1с

7 построения сетей пространственной фототриангуляции с использованием значений линейных и угловых элементов внешнего ориентирования, определенных в полете с помощью инерциальных и GPS систем. Точность пространственной фототриангуляции. Технологии построения сетей пространственной фототриангуляции. Наземная фотограмметрия Фотограмметрические и цифровые съёмочные камеры, при меняемые в наземной фотограмметрии. Фотограмметрическая калибровка съёмочных камер. Основные случаи стереофотограмметрической съёмки. Особенности фотограмметрической обработки одиночных и стереопар наземных снимков. Использование известных значений элементов внешнего ориентирования и других опорных данных при фотограмметрической обработке наземных снимков. Точность наземной стереофотограмметрической съёмки. Выбор оптимальных параметров наземной стереофотограмметрической съёмки. Фотограмметрические и стереофотограмметрические методы наземной съёмки статических и динамических объектов. Трехмерные лазерные сканеры и их применение в наземной фотограмметрии. Принцип формирования дискретной трехмерной модели объекта съёмки трехмерным лазерным сканером. Внешнее ориентирование трехмерной модели по опорным точкам. Объединение и внешнее ориентирование отдельных дискретных моделей в общую модель объекта. Создание цифровых моделей рельефа и цифровых векторных моделей объекта по материалам трехмерного лазерного сканирования. Комбинированная фотограмметрическая обработка материалов трехмерного лазерного сканирования и фотографической съёмки объекта. Применение методов наземной фотограмметрии в топографии, промышленности, архитектуре и строительстве. Фотограмметрическая обработка одиночных и стереопар аэрокосмических сканерных снимков Классификация аэрокосмических сканерных съёмочных систем. Системы координат сканерных съёмочных систем: оптико-механических и оптико-электронных сканеров, лазерно-локационных съёмочных систем. Элементы внешнего ориентирования сканерных съёмочных систем. Системы координат сканерных снимков. Методы фотограмметрической обработки одиночных и стереопар сканерных снимков. Особенности цифрового трансформирования сканерных снимков. 7

8 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины «Фотограмметрия и дистанционное зондирование территории» Рекомендуется для направления подготовки дипломированного специалиста Землеустройство и кадастры, специальность Городской кадастр ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение теории фотограмметрии, методов и технологий получения и фотограмметрической обработки аэрокосмических снимков для создания и обновления топографических и кадастровых карт и других документов о местности. Задачи дисциплины — приобретение студентами знаний и навыков, достаточных для планирования комплекса работ по фотограмметрической обработке снимков получаемых аэрокосмическими и съёмочными системами. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Изучившие дисциплину «Фотограмметрия и дистанционное зондирование территорий» должны знать: — теоретические основы фотограмметрии; — методы и системы, используемые при фотограмметрической обработке снимков; — технологии создания и обновления топографических карт и планов; Изучившие дисциплину «Фотограмметрия» должны уметь: — обосновать варианты технологий создания и обновления топографических и кадастровых карт и планов фотограмметрическими методами; — выполнять весь комплекс фотограмметрических работ. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Введение Фотограмметрия и области ее применения. Краткий обзор истории фотограмметрии. Роль российских ученых и инженеров в развитии фотограмметрии. Геометрические свойства аэрокосмических и наземных снимков, получаемых кадровыми и сканерными съёмочными системами Принципы построения изображений снимаемых объектов кадровыми и сканерными съёмочными системами. Геометрические свойства снимков, получаемых кадровыми и сканерными съёмочными системами. Методы получения стереопар кадровых и сканерных снимков. Теория одиночного кадрового снимка Системы координат кадрового снимка и объекта съёмки, применяемые в фотограмметрии. Элементы внутреннего и внешнего ориентирования кадрового снимка. Методы и фотограмметрические системы, применяемые для измерения координат точек на аналоговых и цифровых одиночных снимках. 8

9 Преобразование аналоговых снимков в цифровую форму. Фотограмметрические сканеры. Системы координат цифровых изображений. Внутреннее ориентирование кадровых снимков. Учет систематических погрешностей снимка из-за дисторсии объектива, деформации фотоматериала и рефракции атмосферы при выполнении процесса внутреннего ориентирования. Формулы связи координат соответственных точек снимка и местности. Формулы связи координат соответственных точек на наклонном и горизонтальном снимках, полученных из одной точки фотографирования. Влияние погрешностей высот точек объекта на точность определения их плановых координат по одиночному снимку. Масштабы снимка. Определение элементов ориентирования снимка по опорным точкам. Теория пары кадровых снимков Бинокулярное зрение. Методы стереоскопического наблюдения и измерения аналоговых и цифровых снимков. Координаты и параллаксы соответственных точек на стереопаре снимков. Формулы связи координат точек местности и координат их изображений на паре кадровых снимков. Определение координат точек местности по паре снимков методом двойной обратной фотограмметрической засечки. Условие, уравнения и элементы взаимного ориентирования снимков. Построение фотограмметрической модели. Внешнее ориентирование фотограмметрической модели. Элементы внешнего ориентирования модели. Определение элементов внешнего ориентирования модели и элементов внешнего ориентирования пары снимков по опорным точкам. Точность определения координат точек местности по паре кадровых снимков. Стереофотограмметрические системы Назначение и классификация стереофотограмметрических систем. Цифровые и аналитические стереофотограмметрические системы. Принципы автоматической идентификации соответственных точек на стереопаре снимков на цифровых стереофотограмметрических системах. Алгоритмы и методы выполнения процессов внутреннего и взаимного ориентирования кадровых снимков, построения и внешнего ориентирования фотограмметрической модели на цифровых и аналитических стереофотограмметрических системах. Построение цифровых моделей рельефа и контуров на стереофотограмметрических системах. Трансформирование кадровых снимков Назначение и методы трансформирования снимков. Цифровое трансформирование снимков в ортогональную проекцию и в проекцию карты. Создание фотопланов по перекрывающимся снимкам. Оценка точности трансформированных изображений. Цифровое трансформирование снимков застроенных территорий. Пространственная фототриангуляция Назначение и классификация методов пространственной фототриангуляции. Теория маршрутной и блочной пространственной 9

10 фототриангуляции. Методы исключения систематических погрешностей снимка при построении пространственной фототриангуляции. Особенности построения сетей пространственной фототриангуляции с использованием значений линейных и угловых элементов внешнего ориентирования, определенных в полете с помощью инерциальных и GPS систем. Точность пространственной фототриангуляции. Технологии построения сетей пространственной фототриангуляции. Фотограмметрическая обработка одиночных и стереопар аэрокосмических сканерных снимков Классификация аэрокосмических сканерных съёмочных систем. Системы координат сканерных съёмочных систем: оптико-механических и оптикоэлектронных сканеров, лазерно-локационных съёмочных систем. Элементы внешнего ориентирования сканерных съёмочных систем. Системы координат сканерных снимков. Методы фотограмметрической обработки одиночных и стереопар сканерных снимков. Особенности цифрового трансформирования сканерных снимков. 10

11 РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины «Фотограмметрия» Рекомендуется для направления подготовки дипломированного специалиста по специальности картография ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Целью преподавания дисциплины «Фотограмметрия» студентам картографической специальности является обеспечение их знаниями методов фотограмметрической обработки снимков поверхностей Земли и других планет с целью создания карт разного назначения на эти поверхности. В связи с тем, что аэрогеодезическое производство перешло на изготовление цифровых карт, которые наиболее оперативно создаются по аэрокосмическим и наземным снимкам, картографы должны знать современные методы цифровой фотограмметрической обработки этих снимков. Задачи дисциплины — приобретение студентами знаний и навыков в области фотограмметрической обработки снимков на цифровых фотограмметрических системах с целью создания цифровых и графических карт разных масштабов и различного назначения по аэрокосмическим и наземным снимкам. Для успешного освоения теоретических и практических основ «Фотограмметрии» студентам необходимы знания по дисциплинам: высшая математика, физика (раздел «Оптика»), геодезия, теория ошибок. Изучение дисциплины «Фотограмметрия» будет способствовать лучшему усвоению дисциплин: математическая картография, дешифрирование, геоинформационное картографирование, проектирование и составление карт. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ По окончании изучения курса «Фотограмметрия» студент картографической специальности должен иметь представление о современных технологиях и методиках фотограмметрической обработки наземных, аэро- и космических снимков с целью создания цифровых карт поверхности Земли и планет Солнечной системы. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Введение Применение фотограмметрии в картографии и для решения научных и инженерных задач. Краткий исторический обзор развития фотограмметрии и роль отечественных ученых. Стереоскопическое наблюдение и измерение снимков Монокулярное и бинокулярное зрение. Способы наблюдения стереоскопической модели по паре перекрывающихся снимков. Свойства стереоскопической модели. Способы стереоскопического измерения стереопары снимков. Точность наведения измерительной марки на точки 11

12 стереопары. Фотограмметрические приборы и цифровые фотограмметрические системы Стереокомпараторы. Аналитические фотограмметрические приборы (АФП). Цифровые фотограмметрические системы (ЦФС). Теория стереопары и одиночного снимка Основные элементы центральной проекции и их свойства. Системы координат, применяемые в фотограмметрии. Элементы внутреннего и внешнего ориентирования снимка. Определение элементов внешнего ориентирования снимков во время съёмки. Формулы связи координат соответственных точек местности и стереопары снимков. Продольный и поперечный параллаксы. Построение геометрической модели объекта по стереопаре и ее внешнее ориентирование. Формулы связи координат соответственных точек местности и снимка. Точность определения координат точек объекта по стереопаре. Источники ошибок при фотограмметрических измерениях. Фототриангуляция Назначение и классификация фототриангуляции. Способы построения маршрутной и блочной фототриангуляции. Точность фототриангуляции. Трансформирование снимков. Монтирование ортофотоплана Назначение и способы трансформирования снимков. Влияние угла наклона аэрофотоснимка и рельефа местности на положения точек на этом снимке. Цифровое трансформирование снимков. Монтирование цифрового ортофотоплана. Создание и обновление топографических карт по аэрофотоснимкам Стереотопографическая съёмка. Стереофотограмметрическая обработка снимков на ЦФС и АФП с целью создания карт и планов. Цифровые модели местности и их использование для создания карт и планов. Обновление топографических карт по аэроснимкам. Создание и обновление топографических карт по наземным фотоснимкам Применение наземной стереофотограмметрической съёмки для создания и обновления топографических карт и планов, а также для решения научных и инженерных задач. Полевое и камеральное оборудование. Полевые и камеральные работы. Теоретические основы фотограмметрической обработки наземных фотоснимков. Создание и обновление карт по космическим снимкам Использование космических снимков для создания и обновления карт. 12

13 Особенности фотограмметрической обработки космических снимков. 13

14 1. ФОТОГРАММЕТРИЯ И ОБЛАСТИ ЕЁ ПРИМЕНЕНИЯ Фотограмметрия позволяет определить по снимкам исследуемого объекта его форму, размеры и пространственное положение в заданной системе координат, а также его площадь, объём, различные сечения на момент съёмки и изменения их величин через заданный интервал времени. Название дисциплины происходит от греческих слов photos (свет), gramma (запись) и metreo (измеряю), что в вольном переводе означает измерение изображений объектов, записанных с помощью света. Если хотят подчеркнуть, что при измерении использовалось объёмное изображение объекта, то на основе греческого слова stereo (пространственный) такие измерения называют стереоскопическими или стереофотограмметрическими. Фотограмметрическая обработка снимков имеет следующие преимущества: 1) большая производительность труда благодаря тому, что измеряются не сами объекты, а их изображения. По снимкам объекта можно получить цифровую информацию о нём такой густоты, какой практически невозможно достичь при непосредственных промерах; 2) высокая точность измерений, т.к. съёмка объектов выполняется прецизионными фотокамерами, и снимки обрабатываются строгими методами с помощью компьютеров; 3) цифровую и графическую информацию об объекте можно получить, не вступая с ним в контакт, когда объект недоступен для человека или находится в среде, опасной для его жизни; 4) возможность получения в короткий срок информации о состоянии всего объекта и отдельных его частей; 5) возможность изучения не только неподвижных, но и движущихся объектов, а также скоротечных или медленно проходящих процессов; 6) оператор-фотограмметрист находится в благоприятных для человека камеральных условиях. Фотограмметрия имеет тесные связи с другими дисциплинами — математикой, программированием, геодезией, картографией, электронной техникой, точным приборостроением, авиацией, космонавтикой, физикой, химией. Фотограмметрию используют в различных областях науки, техники и производства, например: — для определения деформаций сооружений и их отдельных частей, происходящих в ходе эксплуатации и с течением времени; — для определения характеристик движущихся объектов; — при изысканиях железных и автомобильных дорог, трасс трубопроводов, линий электропередач и других линейных объектов; — при гидротехнических, гляциологических, геологических, географических изысканиях и исследованиях; — при реставрации памятников архитектуры, скульптурных монументов, уникальных предметов; 14

15 — для фиксации и составления плана дорожно-транспортного происшествия или места преступления; — для определения по снимкам, полученным в электронном микроскопе, характеристик микрорельефа; — для лечения сетчатки глаз и установки контактных линз, изготовления зубных протезов, изучения внутренних органов человека и его внешней формы; — при пошиве одежды с учётом индивидуальных особенностей строения тела человека; — в военно-инженерном деле по снимкам определяют координаты ориентиров и целей, траекторию, скорость и другие параметры полёта снаряда, ракеты и других летящих объектов, составляют цифровые модели местности для обеспечения полёта низко летящих ракет и летательных аппаратов; — снимки, полученные с искусственных спутников Земли, используют для составления прогнозов погоды, научного прогнозирования месторождений полезных ископаемых, изучения океанов и морей, определения характеристик снегового покрова, анализа сельскохозяйственного производства и охраны природной среды. — широкое применение фотограмметрия получила при картографировании поверхности Земли, Луны, Венеры, Марса и других небесных тел. Можно привести и другие примеры использования фотограмметрии. 2. ОСНОВНЫЕ СОБЫТИЯ В ИСТОРИИ ФОТОГРАММЕТРИИ Появлению фотограмметрии предшествовал многовековой период возникновения и совершенствования графического способа получения перспективных изображений местности и преобразования их в план. Для этого использовалась камера-обскура (темная), являвшаяся прообразом фотокамеры. Описания работы с ней имеются в трудах Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci, 1500 г.) и немецкого астронома и математика И.Кеплера (J.Kepler, 1611 г.). Для удобства работы на свету была разработана камера-клара (светлая). Швейцарец М.А.Каппелер (M.A.Cappeler) в 1725 г. нарисовал две панорамные картины с целью составления карты горного массива Пилатус. Для этого он впервые использовал принцип пространственной засечки, названной впоследствии фотограмметрической. В 1759 г. немецкий математик И.Г.Ламберт (I.H.Lambert), используя принцип пространственной засечки, изложил теоретические основы перспективных изображений объектов. В гг. на основе этих разработок французский гидрограф Ш.Ф.Ботан-Бопре (Ch.F.Beautemps-Beaupre) провел съёмку камерой-клара территорий Вера Круз и Ван Дименсленд и составил планы с помощью разработанного им способа иконометрия (от греческого слова eikon — изображение). Однако требовался способ закрепления для длительного хранения изображения, полученного в камере-обскура. В 1839 г. француз Л.Ж.Дагер (L.J.Daguerre) и англичанин Ф.Талбот (F.Talbot) объявили о разработанных ими способах получения фотоизображений в камере-обскура, а английский астроном Д.Гершель (J.Herschel) впервые применил термин фотография. Дальнейшие достижения в 15

Читайте так же:  Приказ об отмене наказания образец

16 фотографии и создании мобильных фотокамер открыли дорогу появлению фотограмметрии. В 1852 г. французский топограф, инженер-майор Эмe Лосседа (Aime Laussedat) первым в мире выполнил фотосъёмку местности с целью создания по снимкам её плана. С этого года начинается история фотограмметрии, хотя это название появилось позже. Т.к. съёмка производилась для топографических целей, её назвали фототопографической. В гг. под руководством Э.Лосседа с учётом набранного опыта была изготовлена первая в мире съёмочная система, приспособленная для наземных фототопографических съёмок и названная фототеодолит. Его конструкция представляла собой сочетание фотокамеры и теодолита. В 1858 г. французский фотограф Ф.Турнашон (F.Tournachon), публиковавший свои статьи под псевдонимом Надар (Nadar), первым в мире выполнил фотосъёмку местности с воздушного шара. Он взял привилегию на воздушную фотосъёмку с целью определения границ земельных участков. Однако, столкнувшись со сложностями преобразования снимков в план, ограничился выполнением и рекламированием воздушной фотосъёмки. В 1858 г. немецкий архитектор А.Мейденбауэр (F.Meydenbauer) использовал фотосъёмку для составления планов зданий и тем самым положил начало прикладному применению фотограмметрии, в данном случае в архитектуре. Он же в 1867 г. предложил название фотограмметрия. В России 18 мая 1886 г. первую фотосъёмку с воздушного шара произвел поручик А.М.Кованько (впоследствии генерал-лейтенант). В этом же году В.И.Срезневский создал первый в России фотоаппарат, предназначенный для воздушной фотосъёмки и являющийся прототипом аэрофотоаппарата. Этим фотоаппаратом 6 июля 1886 г Л.Н.Зверинцев произвел фотосъёмку с воздушного шара, управляемого А.М.Кованько. Они пролетели от Санкт-Петербурга до Кронштадта и отметили возможность изучения по воздушным фотоснимкам рельефа дна. В гг. немецкий профессор К.Коппе (C.Koppe) создал фототеодолит, у которого впервые в мире на прикладной рамке были установлены координатные метки, которые закрепили на снимке координатную систему. В начале 90-х годов 19 века инженер-поручик В.Ф.Найденов (впоследствии полковник, профессор Военно-инженерной академии (ВИА)) начал проводить работы с целью созданию планов местности по воздушным фотоснимкам и в 1907 г. написал первый русский учебник «Измерительная фотография и применение её к воздухоплаванию». В 1891 г. инженер путей сообщений Н.О.Виллер впервые в России применил наземную фотосъёмку при изысканиях железных дорог на Кавказе. В 1892 г. немец Ф.Штольц (F.Stolze) предложил для стереоскопических измерений снимков способ мнимой марки, который впоследствии стали использовать в большинстве стереофотограмметрических приборов, в том числе и на современных цифровых фотограмметрических системах. 16

17 В гг. Ф.Н.Чернышев и академик Б.Б.Голицын провели наземные фототопографические съёмки на Новой Земле. В отчёте Б.Б.Голицын отметил, что по сравнению с мензульной съёмкой этот вид съёмки имеет преимущество во времени выполнения съёмки и в количестве измеряемых точек с одной постановки инструмента. В конце 1896 г. и начале 1897 г. инженер МПС Р.Ю.Тиле находился в загранкомандировке, в которую его послали с целью изучения разработок в области фототопографии. Собранная информация была им издана в 1897 г. в трёх номерах журнала МПС, а затем в 1898 г. в брошюре «Практическая фототопография (фотограмметрия)». Сам Р.Ю.Тиле был назначен заведующим фототопографическими работами МПС. В гг. он издал трёхтомную монографию «Фототопография в современном развитии», в которой впервые в России в единой связности описал историю развития фотограмметрии, её теоретические основы, съёмочное и обрабатывающее оборудование, применение фотограмметрии в различных областях деятельности человека. В 1898 г. для съёмки с воздушного шара поручик С.А.Ульянин создал фотокамеру под названием «телеаппарат», который в то время был наиболее совершенным и использовался в течение долгого времени. В 1901 г. научный сотрудник немецкой фирмы Carl Zeiss К.Пульфрих (C.Pulfrich) разработал конструкцию стереокомпаратора, который был первым и самым высокоточным оптико-механическим стереофотограмметрическим прибором в течение 20 века. Кроме того, было положено начало существованию стереофотограмметрии. В 1908 г. австрийский военный топограф Э.Орель (E.Orel) на основе стереокомпаратора разработал конструкцию первого стереофотограмметрического прибора для составления топографических карт по наземным фотоснимкам и дал ему название «автостереограф». В сотрудничестве с К.Пульфри-хом прибор был усовершенствован и под названием стереоавтограф серийно выпускался фирмой Carl Zeiss в разных модификациях до 70-х гг. 20 века. В 1910 г. в России были выполнены первые опытные фотосъёмки с самолёта лётчиками Севастопольской школы; С.А.Ульянин создал первый в России фотоаппарат, предназначенный для съёмки с борта самолёта; С.М.Соловьев опубликовал брошюру «О стереофотограмметрии». В 1911 г. прошли первые испытания и с 1913 г. началась эксплуатация первого в мире полуавтоматического плёночного аэрофотоаппарата полковника В.М.Потте. Конструкция этого аэрофотоаппарата была в то время лучшей в мире, и у нас он использовался до конца 20-х гг. В 1915 г. в Германии М.Гассер (M.Gasser) сконструировал двойной проектор, который был первым фотограмметрическим прибором для создания топографических планов и карт по аэрофотоснимкам. Однако он не нашел применения, т.к. не было использовано стереоскопическое наблюдение и измерение снимков. Этот прибор положил начало созданию 17

18 нового класса приборов — универсальных стереофотограмметрических приборов (УСП), которые позволяли оператору выполнить все процессы, связанные со съёмкой плановой и высотной частей топографической карты по аэроснимкам. В начале 20-х годов в Германии был создан автокартограф, у которого наблюдение и измерение снимков производились с использование стереозрения. В 1917 г. в России Р.В.Животовский написал «Курс аэрофотограмметрии», что указывает на смену термина «воздушная фотосъёмка» на аэрофотосъёмку. В России в 1920 г. Н.М.Алексапольский начал чтение курса по фотограмметрии в Московском межевом институте (ММИ), а в 1921 г. на геодезическом факультете ВИА. В 1925 г. под руководством Н.М.Алексапольского в ММИ была организована кафедра фотогеодезии (с 1939 г. фотограмметрии). Он же с 1932 г. был первым начальником кафедры фотограмметрии в ВИА. Н.М.Алексапольский был энтузиастом внедрения аэросъёмки в топографическое производство и своими работами способствовал развитию контурно-комбинированной съёмки. Совместно с П.П.Соколовым Н.М.Алексапольский разработал фототрансформатор МГИ. В разработку теории фотограмметрии и фотограмметрического приборостроения, кроме упомянутых соотечественников, свой вклад внесли Ф.В.Дро-бышев, А.С.Скиридов, Н.Я.Бобир, Н.Н.Веселовский, Н.А.Урмаев, М.Д.Коншин, Г.В.Романовский, А.Н.Лобанов, В.Б.Дубиновский, Р.П.Овсянников, Е.И.Калан-таров и др. Ф.В.Дробышев создал линейку для построения координатной сетки, стереометр для рисовки горизонталей по стереопаре, стереограф для создания топографических карт по стереопарам аэроснимков и другие приборы. А.С.Скиридов получил авторские свидетельства (1927, 1929, 1933 гг.) на автоматическое вычерчивание горизонталей путём сравнения перемены плотностей фотоизображений вокруг соответственных точек на левом и правом фотоснимках. Только появление компьютеров позволило решить данную проблему. Н.Н.Веселовский был в числе первых, кто выполнял опытные производственные работы по аэросъёмке городов в крупных масштабах. Разработанные в ходе выполнения всех этих работ методики легли в основу подобных последующих съёмок. Н.А.Урмаев в 1941 г. опубликовал «Элементы фотограмметрии», где изложил теорию фотограмметрии с использованием векторной алгебры. Эта работа, стала основой для написания учебников и монографий по фотограмметрии. Труды М.Д.Коншина способствовали разработкам теории и технологии дифференцированного метода создания топографических карт. Его теория обработки аэроснимков с преобразованными связками проектирующих лучей позволила создать в середине 50-х гг. отечественные УСП: стереопроектор (Г.В.Романовский, Е.И.Калантаров и др.), стереограф (Ф.В.Дробышев). А.Н.Лобанов, В.Б.Дубиновский, Р.П.Овсянников своими работами способствовали внедрению в нашей стране аналитических методов обработки снимков с использованием вычислительной техники. Г.В.Романовский и 18

19 Е.И.Калан-таров разработали автоматизированный стереокомпаратор СКА с инструментальной точностью 2 мкм. В 1957 г. канадский фотограмметрист Ю.В.Хелава (U.V.Helava) на 1-м Международном фотограмметрическом съезде предложил создать аналитический фотограмметрический прибор. Первый в мире образец этого прибора, созданный фирмами OMI (Италия) и Bendix (США) под названием АР-1 (analytical plotter), был продемонстрирован в 1960 г. Конструкция прибора состояла из измерительного блока, в качестве которого был использован стереокомпаратор, компьютера и координатографа (графопостроителя). Программное обеспечение составил Ю.В.Хелава. Это было началом перехода фотограмметрии на использование компьютерной техники. В 90-е годы 20 века произошел полный переход на компьютерные технологии и цифровую обработку снимков, полученных различными съёмочными системами. Компьютер с программным пакетом полной обработки снимков стал цифровой фотограмметрической системой. Появился термин цифровая фотограмметрия и новые виды картодокументов — цифровая карта, цифровой ортофотоплан, цифровая модель местности, цифровая модель рельефа. Был создан высокоточный фотограмметрический сканер, преобразующий в цифровую форму снимки, полученные с помощью аналоговой фотокамеры, с сохранением их геометрических, фотометрических и точностных характеристик. Аналоговые фотокамеры уступают место цифровым фотокамерам, позволяющим вводить снимки в компьютер без использования сканера. Интересующиеся историей развития фотограмметрии в веках могут прочитать об этом в Интернете: bvkras.narod.ru 3. ЦИФРОВЫЕ КАРТЫ (ПЛАНЫ) В настоящее время по аэро-, наземным и космическим снимкам карты (планы) создаются, хранятся, обновляются и передаются пользователям в цифровой форме. Прежняя графическая форма карт (планов) используется по просьбе пользователя или по другим причинам. Конечной продукцией, кроме цифровой карты (плана), может быть цифровой фотоплан и цифровая фотокарта, у которой информация в векторном виде наложена на растровое изображение. Также по снимкам создаются цифровые модели рельефа (ЦМР) и цифровые модели местности (ЦММ). Цифровая карта, как и ее предшественница «бумажная карта», является моделью местности, объекты которой по координатам поворотных точек записаны в цифровом виде по определенным правилам. С одной стороны — это правила отображения графических объектов с определенными топологическими связями (точки, линии, полигоны, и т.д.), с другой стороны — это отображение объектов по правилам, которые предписывает классификатор (дома, дороги, леса, реки и т.д.). Согласно [4]: Цифровая карта (ЦК) — цифровая картографическая модель, содержание которой соответствует содержанию карты 19

20 определенного вида и масштаба. В [5] дается определение цифровой модели местности, как множества, элементами которого являются топографо-геодезическая информация о местности и правила обращения с ней. Оба понятия «цифровая карта» (ЦК) и «цифровые модели местности» (ЦММ) практически тождественны, с тем только отличием, что первый четко определяет содержание «модели» и показывает «картографическое» происхождение определения, а второй имеет претензию на более широкое толкование. В [6] определена классификация цифровых карт по содержанию и назначению, например: цифровая топографическая карта, цифровая кадастровая карта, цифровая авиационная карта и др. Цифровая карта является основным продуктом картографического производства. Для ее создания, обновления, манипулирования с ней — решения картометрических задач, проектирования и т.д. используются автоматизированные картографические системы (АКС) и географические информационные системы (ГИС). Цифровая карта является базовой информационной основой ГИС и это новое качество существенно изменяет и расширяет области использования картографической продукции. В начальный период перехода от «бумажной» карты к цифровой состоял в оцифровке картографических произведений на твердом носителе (бумага, пластик, разделенные копии на алюминиевой основе). Непродолжительное время для этого использовались дигитайзеры, сейчас твердые копии сканируют на планшетном или барабанном сканере, а затем оцифровывают (векторизуют) в различных графических редакторах, работающих с растрами. В настоящее время основными способами создания и обновления (актуализации) ЦК являются: — наземная тахеометрическая съёмка, — наземная съёмка с использованием спутниковых систем глобального позиционирования, — фотограмметрическая обработка данных аэрокосмической фотосъёмки, — обработка данных воздушного лазерного сканирования. Очевидно, что перечисленные выше способы создания и обновления ЦК используются, как самостоятельно, так и в комбинации, что обусловлено выбором оптимальной технологии. Принадлежность цифровой карты к ГИС привела к тому, что перечисленные способы создания ЦК стали называть сбором пространственных данных. Программной средой создания и обновления ЦК могут быть специализированные программы обработки пространственных данных (например — лазерного сканирования или тахеометрической съёмки), автоматизированные картографические системы, географические информационные системы, цифровые фотограмметрические системы (ЦФС). Наблюдается тенденция на интеграцию функциональных возможностей 20

Читайте так же:  Мировой суд 80 участок

21 различных систем, например ЦФС с ГИС, как система сбора пространственных данных и манипулирования ими. Цифровые карты позволяют создавать банки цифровой топографической и картографической информации, которая может быть использована многократно, полностью или частично по мере надобности. 4. ЦИФРОВАЯ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА В конце 20 века появление компьютеров с большими объёмами памяти и быстродействием, достижения в области компьютерной графики и цифровых методов записи изображений привели к созданию нового типа фотограмметрической техники — цифровой фотограмметрической системы (ЦФС), заменившей к началу 21 века оптико-механические и аналитические приборы. ЦФС — это аппаратно-программный комплекс, предназначенный для фотограмметрической обработки аэрокосмической и наземной фотосъёмки. «Цифровой» фотограмметрическую систему назвали в связи с тем, что на ней обрабатываются изображения, представленные в цифровом виде. В ЦФС измеряют следующие снимки: — кадровые аналоговые снимки, полученные на фотоплёнке в фотокамере и переведённые в цифровую форму на фотограмметрическом сканере; — кадровые цифровые снимки, полученные цифровой фотокамерой; — цифровые сканерные изображения, полученные аэро или космической сканерной системой; — радиолокационные изображения, полученные радиолокаторами бокового (РЛБО) и кругового обзоров (РЛКО). В данном методическом пособии рассматривается фотограмметрическая обработка только первых двух видов снимков. Первые ЦФС появились в 80-х гг. прошлого века с появлением достаточно производительных персональных компьютеров и пришли на смену аналитическим фотограмметрическим приборам. Главным фактором перехода к цифровым системам является возможность автоматизации широкого круга задач фотограмметрической обработки снимков, полученных различными съёмочными системами: оптическими, оптико-механическими, оптикоэлектронными. Внешне ЦФС (обобщённая блок-схема показана на рис. 1) отличается от персонального компьютера только наличием наблюдательной системы для стереоскопического наблюдения (см. с ), а для наведения измерительной марки на снимок или пространственную модель объекта кроме «мыши» могут быть использованы специальные манипуляторы, например: штурвалы, трекбол, специальные курсоры. Во всех системах наведение марки на точку выполняется как непосредственно оператором, так и с использованием коррелятора. 21

22 Программы обработки снимков Цифровая фотокамера Процессор ЦФС Монитор Аналоговая фотокамера Фотоплёнка Рис. 1 Сканер Устройства управления и ввода информации: клавиатура, «мышь», трек-бол, р-курсор, штурвалы Система стереонаблюдения: очки, стереоскоп Функциональные возможности ЦФС определяются развитием ее программной составляющей, которая для решения широкого круга задач фотограмметрической обработки аэрокосмической и наземной фотосъёмки должна обеспечивать выполнение следующих процессов: фототриангуляция для блока снимков, стереовекторизация контурной части карты и каркасов для 3D-моделей зданий и сооружений, создание оригинала рельефа и других форм цифровой модели рельефа, создание фотоплана, векторизация по фотопланам. В России среди систем широкого профиля используются отечественные ЦФС: «Талка», «Фотомод», украинская система «Дельта», известная в России под названием — ЦФС ЦНИИГАиК, зарубежные системы «Inpho» (Германия), «I/S-Intergraph», «DPW-Helava» (США) и др. Кроме названных систем существуют специализированные системы, которые предназначены для решения задач обработки только космических данных или применительно к решению задач прикладной фотограмметрии, например архитектуры. Основными тенденциями развития ЦФС являются: автоматизация процессов измерения в фототриангуляции, построения ЦМР и ортофотопланов, интеграция с ГИС, совершенствование программ трехмерного моделирования. 5. СТЕРЕОПАРА И СТЕРЕОСКОПИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ Использование восприятия человеком глубины при наблюдении и измерении снимков основано на том, что снимки построены по тем же законам перспективной, центральной проекции, что и изображения на сетчатках глаз. Два снимка, на которых изобразился один и тот же N объект, называют стереоскопической парой или сокращённо стереопарой. M Предположим, что из двух точек S Л и S П (рис. 2), отстоящих друг от друга на расстоянии, равном P Л глазному базису b Г, были получены снимки Р Л и Р m n n’ P П П m’ фотокамерой с фокусным расстоянием f, равным f = d 0 расстоянию наилучшего зрения d 0. Если эти снимки S Л 22 n m b Г Рис. 2 S П n’ m’

23 установить перед глазами человека в такие же положения, в которых они находились во время съёмки, то точки снимков, являющиеся изображениями точек (М, N) объекта, спроектируются на сетчатки глаз (m, n и m’, n’) человека так, как будто он наблюдает этот объект. Разные отстояния точек M и N вызывают взаимные смещения их изображений на снимках. Эти смещения (m’n’) при рассматривании снимков преобразуются в физиологические параллаксы, по величине и знаку которых головной мозг строит объёмный образ сфотографированного объекта. Наблюдаемое объёмное изображение называют стереоскопической моделью или стереомоделью. Изображения точки объекта на левом и правом снимках называют соответственными точками. Например, изображения точки М — точки m и m’, а изображения точки N — точки n и n’. Реальные условия получения снимков не соответствуют параметрам зрения человека. В результате стереомодель не будет подобна сфотографированному объекту. Её вертикальный масштаб 1:m B будет отличаться от горизонтального масштаба 1:m. Соотношение между m 250 масштабами определяется формулой:. Например, при фокусном mв f расстоянии фотокамеры f = 100 мм стереомодель будет вытянута вверх в 2,5 раза, а при f = 350 мм будет сжата в 0,7 раз. Изменение увеличения наблюдательной системы не изменяет этот коэффициент, т.к. оно одновременно изменяет как горизонтальный, так и вертикальный масштабы. В то же время вытягивание рельефа на стереомодели облегчает его восприятие, а также съёмку рельефа. Другой особенностью стереомодели является то, что она вытягивается в сторону наблюдателя при перемещении головы человека влево-вправо относительно стереопары. Удаление (приближение) стереопары к глазам наблюдателя вызывает растяжение (сжатие) стереомодели. Небольшие развороты снимков относительно друг друга и относительно глаз человека приводят к наклонам и разворотам стереомодели в пространстве. Имеющиеся на снимках смещения точек, вызванные наклонами снимков и другими причинами, приводят к деформации стереомодели. Суммируя сказанное, нужно отметить, что стереомодель не является строгим подобием сфотографированного объекта. Однако из-за того, что на плановых снимках смещения точек, вызванные разными источниками, имеют сравнительно малые величины, наблюдаемая по этим снимкам стереомодель даёт, в целом, верное представление о рельефе местности. Кроме термина стереомодель, используют другой термин — стереоэффект. Различают прямой, обратный и нулевой стереоэффекты. Прямой стереоэффект возникает при рассматривании левого снимка левым глазом, а правого — правым (рис. 3, а, перекрывающиеся части снимков покрыты сетчатым полем). Если снимки поменять местами (рис. 3, б), то физиологические параллаксы поменяют знак, и будет наблюдаться обратный 23

24 Л П стереоэффект, т.е., например, возвышенности будут восприниматься как углубления. Если оба снимка повернуть на 90 0 и сместить вверх-вниз относительно друг друга (рис. 3, в), то будет наблюдаться нулевой стереоэффект, т.е. два плоских изображения сольются в одно плоское. Это объясняется тем, что вдоль глазного базиса установятся ординаты точек, разности которых вызываются разными положениями снимков в пространстве, а не рельефом местности. а) Л П в) б) П Л Рис. 3 Измерения стереопары выполняют при прямом стереоэффекте. Обратный стереоэффект можно использовать при измерении узкой глубокой долины. В этом случае дно долины будет восприниматься как водораздел и чисто психологически марку будет легче наводить на него. 6. УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРЕОПАРЫ И СПОСОБЫ НАБЛЮДЕНИЯ СТЕРЕОМОДЕЛИ Для получения стереопары нужно выполнить два условия. 1. Снимки должны быть получены из разных точек пространства. Условие является обязательным для получения измерительного стереоизображения. 2. Разномасштабность снимков не должна быть более 16%. Если на фотограмметрическом приборе можно изменять масштабы изображений каждого снимка стереопары независимо друг от друга, то это условие не является обязательным. Для наблюдения объёмного изображения по стереопаре нужно выполнить два условия. 1. Каждый глаз должен рассматривать только один снимок. 2. Снимки необходимо развернуть в своих плоскостях так, чтобы линии, соединяющие соответственные точки на обоих снимках, были параллельны глазному базису. Чтобы выполнить условие 1, используют следующие способы. Оптический способ основан на рассматривании снимков через оптические системы. Простой оптической системой является зеркальнолинзовый стереоскоп, который можно использовать и при обработке снимков 24

25 на компьютере. В этом случае стереоскоп устанавливают перед экраном, на который одновременно выводят оба снимка: левый снимок — на левую половину экрана, а правый снимок — на правую половину. Принцип анаглифического способа был публикован в 1853 г. В.Рольманом, но только в 1858 г. Дж.Д’Альмейде продемонстрировал получение объёмного изображения этим способом, а в 1891 г. Луи Дукас дю Орон изготовил первые стереооткрытки. Снимки проектируют на экран одновременно, но в разных цветах: левый снимок — в красном цвете, а правый снимок — в сине-зелёном. Наблюдатель надевает очки, у которых перед левым глазом установлен красный светофильтр, а перед правым глазом — сине-зелёный. В результате каждый глаз будет видеть снимок с соответствующей окраской, и оператор будет наблюдать объёмное изображение. Недостатки способа: 1) наличие очков; 2) светофильтры должны быть тщательно подобраны по частотным характеристикам как между собой, так и с соответствующими изображениями на экране. Если это не соблюдается, то каждый глаз видит слабое изображение соседнего снимка; 3) потери света в светофильтрах; 4) при наблюдении цветных снимков происходит искажение цветовой гаммы. Способ используют при обработке снимков на ЦФС. Способ чередования снимков (предложен Д’Альмейде в 1858 г.) основан на поочередном проектировании снимков на экран. С такой же частотой синхронно открывается левая или правая ветви наблюдательной системы. Для рассматривания стереоизображения применяют затворные очки с жидкокристаллическими фильтрами. Недостатки способа: 1) наличие очков; 2) потеря света в фильтрах. Этот способ используется при обработке снимков на ЦФС. Поляроидный способ (предложен Ж.Андертоном в 1891 г.) основан на том, что снимки проектируют на экран одновременно через поляроидные светофильтры с углом поляризации между ними, равным Наблюдатель надевает очки с поляроидными светофильтрами и с таким же углом поляризации. Недостатки способа: 1) наличие очков; 2) потеря света в поляроидах составляет 50%; 3) при отражении от экрана может происходить частичная деполяризация, что ухудшает стереоизображение. Данный способ используют при обработке снимков на ЦФС, но для этого применяют специальный монитор, у которого имеются два жидкокристаллических экрана, расположенных под 90 0 друг к другу. На каждый экран выводится один из снимков стереопары, но в поляризованном под 90 0 свете относительно друг друга. Между экранами расположена под углом 45 0 к каждому экрану полупрозрачная стеклянная пластина, которая позволяет оператору наблюдать оба изображения через поляроидные очки. При растровом способе, предложенном Бертье и Лизегангом в 1896 г., два снимка проектируют на экран, составленный из линз цилиндрической формы. Оптические лучи, несущие изображения левого и правого снимков, отражаются противоположными гранями линз и попадают в соответствующий 25

Фотограмметрия пособие