- •Кафедра инженерной геодезии
- •(Конспект лекций 6семестр)
- •1. 2 Фототопография и фототопографические съемки.
- •1. 3 Прикладная фотограмметрия.
- •1. 4 История развития фотограмметрии.
- •2. Оптические и геометрические основы фотограмметрии.
- •2.1 Построение изображения в фотокамере.
- •2.2. Характеристика фотографических объективов.
- •2.3. Характеристика фотографических материалов.
- •2.4 Принцип получения цифровых снимков
- •2.5 Центральная проекция снимка и ортогональная проекция плана.
- •2.6 Элементы и свойства центральной проекции.
- •2.7 Получение снимков местности.
- •2.8 Технические средства аэро и наземной фотосъемки.
- •2.8.1 Летательные аппараты
- •2.8.2 Аэрофотоаппараты
- •2.8.3 Вспомогательное аэрофотосъёмочное оборудование.
- •2.8.4 Оборудование для фотографирования с земли
- •2.8.5 Основные характеристики фотограмметрических цифровых камер
- •3. Аналитические основы одиночного снимка
- •3.1. Системы координат точек местности и снимка.
- •3.2. Элементы ориентирования снимка.
- •3.3. Зависимость между пространственными и плоскими координатами точки снимка.
- •3.4. Зависимость между координатами точки местности и снимка
- •3.5. Зависимость между координатами точки горизонтального и наклонного снимков.
- •3.6. Масштаб снимка.
- •3.7. Смещение точек и Искажение направлений, вызванное наклоном снимка.
- •3.8. Смещение точек и направлений на снимке, вызванное рельефом местности.
- •3.9. Определение элементов внешнего ориентирования снимка
- •4. Теория пары снимков.
- •4.1 Стереоскопическая пара снимков и элементы ее ориентирования
- •4.2 Зависимость между координитами точки местности и координатами ее изображения на паре снимков
- •4.3 Элементы взаимного ориентирования пары снимков
- •4.4 Уравнение взаимного ориентирования пары снимков
- •4.5 Определение элементов взаимного ориентирования
- •4.6 Построение модели с преобразованием связок проектирующих лучей
- •4.7 Внешнее ориентирование модели
- •4.8 Двойная обратная пространственная фотограмметрическая засечка
- •4.9 Особенности теории наземной фотограмметрии
- •4.9.1 Основные виды наземной стереофотограмметрической съемки
- •5 Стереоскопическое зрение, измерение снимков и модели.
- •5.1 Основы стереоскопического зрения.
- •5.2 Стереоскопический эффект, простейшие стереоприборы.
- •5. 3 Особенности измерения цифровых снимков
- •5. 3.1 Средства измерений
- •5.3.2 Принципы измерений (Михайлов)
- •5.3.3 Механизм корреляции изображений
- •5.3.4 Внутреннее ориентирование снимка в системе координат цифрового изображения (Михайлов)
- •5.4 Физические источники ошибок снимка
- •6. Технологии фототопографических съемок
- •6.1 Основные технологические схемы
- •6.2 Стереотопографический метод афс
- •6.2.1 Технологически схемы
- •6.2.2 Летносъемочный процесс
- •6.2.3 Трансформирование снимков и составление фотоплана
- •6.2.3.1 Общие положения
- •6.2.3.2 Перспективное трансформирование
- •6.2.4 Составление фотоплана
- •6.2.5 Понятие о привязке снимков.
- •6.2.6 Фототриангуляция
- •6.2.6.1 Основные понятия
- •6.2.6.2 Аналитическая маршрутная фототриангуляциа
- •6.2.6.3 Понятие о блочной фототриангуляции
- •6.2.6.4 Деформация модели и точность построения фотограмметрической сети
- •6.2.7 Понятие о топографическом дешифрировании снимков
- •6.2.8 Технологии, основанные на стереообработке фотоснимков
- •6.2.8.1 Классификация универсальных аналоговых стереоприборов
- •6.2.8.2 Оптические универсальные аналоговые стереоприборы
- •6.2.8.3 Универсальные приборы механического типа
- •6.2.8.4 Составление планов на спр
- •6.2.8.5 Другие приборы механического типа
- •6.2.8.6 Ортофототрансформирование
- •6.2.8.7 Автоматизация обработки снимков на фотограмметрическом оборудовании
- •6.2.8.8 Понятие об универсальных стереоприборах аналитического типа
- •6.2.9 Особенности цифрового трансформирования и составления фотоплана (Михайлов а.П.)
- •6.2.9.1 Назначение и области применения цифрового трансформирования снимков
- •6.2.9.2 Создание цифровых фотопланов (Михайлов)
- •6.2.9.3 Точности цифровых трансформированных фотоснимков и фотопланов
- •6.2.10 Основные сведения о векторизации
- •6.2.11 Построение цифровых моделей
- •6.2.12 Особенности основных отечественных фотограмметрических станций
- •6.2.12.1 Пакет photmod sp
- •6.2.12.2 Пакет photmod at
- •6.2.12.3 Талка
- •6.3 Комбинированный метод афс
- •6.4 Особенности аэрофототопографической съемки карьеров
- •7 Понятие о дистанционном зондировании.
2. Оптические и геометрические основы фотограмметрии.
2.1 Построение изображения в фотокамере.
Для фотограмметрической съемки местности или исследуемых объектов применяются оптические системы – фотокамеры. Их очень часто называют метрическими камерами, так как по полученным с их помощью снимкам можно определять фотокоординаты изобразившихся на них точек (предусмотрена возможность введения системы прямоугольных координат в плоскости снимка). При этом искажение изображения на снимке сведено к минимуму. Обычные любительские фотоаппараты такими свойствами не обладают, так как для них главное - художественное качество полученных при фотографировании изображений.
Фотокамеры, используемые для фотографирования местности с летательного аппарата, называются аэрофотоаппаратами (или АФА) а, для фотографирования ее с точек земной поверхности - фототеодолитами.
Изображение в фотокамере строится на плоскости (пленке или пластинке со светочувствительным слоем, или ПЗС матрице) с помощью объектива, представляющего собой сложную оптическую систему собирательных и рассеивающих линз, центры кривизны сферических поверхностей которых расположены на одной прямой линии, называемой главной оптической осью.
Рассмотрим особенности построения изображения объекта идеальным объективом. Они основаны на следующих законах геометрической оптики:
- прямолинейности распространения световых лучей в однородной среде;
- независимости распространения отдельных световых лучей и пучков;
- обратимости лучей света;
- отражении и преломлении световых лучей на границе двух сред.
Законы геометрической оптики позволяют сложную оптическую систему идеального объектива заменить упрощенной моделью (линзой), сечение которой плоскостью, проходящей через главную оптическую ось, показано на рис. 1.
На нем: R1 и R2 – передняя и задняя поверхности объектива; S1 и S2 – его передняя и задняя узловые точки; F1 и F2 – передний и задний главные фокусы; H1 и H2 – главные плоскости объектива (они проходят через точки S1 и S2 перпендикулярно главной оптической оси).
Передняя узловая точка S1 относится к пространству предметов местности и является точкой фотографирования. Задняя узловая точка S2 относится к пространству изображения и является центром проекции. Узловые точки обладают тем свойством, что любой луч, вошедший в переднюю узловую точку, выйдя из задней узловой точки, не меняет направления. Такие лучи называются центральными.
Главным фокусом объектива (линзы) называется точка схода лучей идущих от бесконечно удаленного предмета, параллельно главной оптической оси. Их два. Плоскости, проходящие через главные фокусы перпендикулярно к главной оптической оси, называются фокальными плоскостями.
И зображение любой точки, например, А, фотографируемого объекта местности строится следующим образом. Луч идущий параллельно главной оптической оси, преломляется на главной задней плоскости H2 и проходит через задний фокус F2. Луч, проходящий через передний фокус F1, после преломления на передней главной плоскости H1 пойдет параллельно оптической оси. В соответствии с законами геометрической оптики центральный луч AS входит в переднюю узловую точку S1 под углом к оптической оси и выходит из задней узловой точки S2 под тем же углом к ней. В результате таких построений все три луча пересекутся в точке a на плоскости P1. При этом для точек A и a будет выполняться условие оптического сопряжения
|
(1) |
где d1 – расстояние от плоскости H2 до плоскости изображения P1; d2 – расстояние от плоскости H1 до точки фотографируемого объекта; f – фокусное расстояние объектива (рис. 1).
Говорят, что объектив, изображенный на рисунке строит действительное, уменьшенное и перевернутое (обратное) изображение рассматриваемого объекта.
Для точки расположенной ближе или дальше (т.е. d2 другое), условие (1) не выполняется, поэтому ее изображение в плоскости P1 будет иметь вид размытого кружка. Но если его диаметр , глаз воспринимает изображение как четкую точку.
При фотографировании в целях картографирования, когда расстояние d1 значительно меньше расстояния d2 (то есть можно считать, что d2 равно бесконечности) d1= f , все точки фотографируемого объекта достаточно резко изображаются на плоскости P2 (главной фокальной плоскости), которая расположена перпендикулярно оптической оси и проходит через главный задний фокус F2. По этой причине в АФА и фототеодолитах плоскость изображения P, как правило, располагается вблизи главного фокуса объектива F2 на расстоянии чуть меньше фокусного. Смещение плоскости P2 в сторону объектива необходимо с целью улучшения резкости изображения на краях поля изображения, но за счет некоторого ухудшения его в центре. Величина этого смещения выражается долями миллиметра.
Плоскость P, в которой помещается светочувствительный материал (фотопленка или фотопластинка), называют плоскостью изображения. Расстояние от задней узловой точки объектива S2 до плоскости изображения P называется фокусным расстоянием фотокамеры и обозначается буквой f.
П лоскость изображения P называют плоскостью снимка, а само изображение – снимком. Центральные лучи AS1 и BS1 принято называть проектирующими лучами, так как они проектируют точки объекта на снимок. Поскольку расстояние между узловыми точками мало, можно считать, что они совпадают, и рассматривать одну точку S (рис. 2). Называют ее центром проекции. Таким образом, изображение на снимке строится проектирующими лучами, проходящими через общий центр проекции, поэтому можно считать, что изображение на снимке строится по законам центральной проекции (снимок – центральная проекция сфотографированного объекта).
Совокупность центральных проектирующих лучей точек фотографируемого объекта образует две связки: переднюю (входящие лучи) с вершиной в передней узловой точке объектива и заднюю (выходящие лучи) с вершиной в задней узловой точке объектива. Так как в идеальном случае каждый выходящий центральный луч параллелен соответствующему входящему лучу, то обе связки можно считать совершенно одинаковыми (конгруэнтными).