УДК 528.711.18(075.8) ББК26.12я73 Н19

Автор

кандидат технических наук, доцент кафедры почвоведения и геологии

Белорусского государственного университета А. С. Назаров

Рецензенты:

кафедра прикладной геодезии и фотограмметрии

Полоцкого государственного университета;

кандидат технических наук, вице-президент Общества содействия развитию

фотограмметрии и дистанционного зондирования (РОФДЗ)

С. А. Кадничанский

Назаров, А. С.

HI9 Фотограмметрия : учеб. пособие для студентов вузов / А. С. На­заров. - Мн.: ТетраСистемс, 2006. - 368 с.: ил. ISBN 985-470-402-5.

В книге изложена теория фотограмметрии и вопросы ее применения для создания топографических карт и планов по наземным, аэро- и космическим снимкам. Рассмотрены принципы получения фотографических и цифровых изо­бражений, геометрические свойства одиночного и пары снимков, теоретические основы и технические средства преобразования снимка в план. Значительное внимание уделено методам аналитической, цифровой фотограмметрии и фото­грамметрической обработки материалов дистанционного зондирования высоко­го и сверхвысокого разрешения.

Адресуется студентам, обучающимся по специальностям «Географические информационные системы», «Землеустройство», «Государственный земельный кадастр», «Геодезия», а также специалистам производства, занятым фотограм­метрическими работами.

УДК 528.711.18(075.8) ББК 26.12 я73

© Назаров А. С, 2006 ISBN 985-470-402-5 © Оформление. НТООО «ТетраСистемс», 2006

ВВЕДЕНИЕ

§ 1. Понятие о фотограмметрии

Фотограмметрия - научная дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и пространственного положения объек­тов в заданной координатной системе по их фотографическим и иным изображениям.

Фотограмметрия выделилась из геодезии в начале проииюго столе­тия благодаря применению новых начал измерительной техники, бази­рующихся на способности объектива строить изображения объектов, возможности регистрации этого изображения фотохимическими мето­дами и измерения его с помощью оптических, механических, а позд­нее - и электронных приборов и инструментов.

При фотографировании объекта местности часть световых лучей, отраженных его точками Л, В, С, D (рис. I), улавливается объективом фотокамеры, проходит через его узловую точку S и дает негативные изображения а, 6, с и d точек объекта на светочувствительном слое в плоскости Р.

Если установить негатив Р в то положение, которое он занимал в момент фотографирования, и, воспользовавшись принципом обрати­мости фотографического процесса, осветить его, то световые лучи Sa, Sb, Sc и Sd пройдут через объектив S и те же точки объекта ABCD. Поставив на пути световых лучей экран Р\ в се­чении его лучами светового пучка получим изо­бражения a%°c°d° тех же точек ABCD объекта в масштабе, зависящем от соотношения уда­лений экрана Р' от объектива S и этого объекта. Изменяя угол, под которым световой пучок пе­ресекает экран Р', можно выполнять пре­образование (трансформирование) изображения.

Рис. 1. Одиночный сни­мок и план объекта

Методы построения и преобразования изо­бражений объектов, основанные на использова­нии свойств одиночного аэроснимка, называются, фотограмметрическими. Так как оценка

Термин Phoiogrammetrie является производным от греческих слов photos - свет, gramma --мнись и metreo - измерение; дословно - измерение светозаписи. По одним источникам этот тер­мин был введен в 1855 г. Карстеном, а но другим - в 1867 г. А. Мейденбауэром.

3

положения точек по высоте при такой обработке невозможна, то об­ласть применения методов фотограмметрии ограничивается преобра­зованием изображений объектов, расположенных в одной плоскости.

Полное описание формы, размеров и пространственного положе­ния объектов местности возможно лишь на основе методов стерео -фотограмметрии , использующей свойства пары снимков.

Пусть из двух точек пространства Si и S2 (рис. 2) получена пара перекрывающихся снимков Pi и Р2. Точки местности Aw В изобра­зились на левом снимке Pi в виде точек а\ и Ь\₉ а на правом Рг - в виде точек а,2 и &2-

Если снимки Pi и Р2 установить р то положение, которые они за­нимали во время съемки, то связки лучей, существовавшие в момент фотографирования, окажутся восстановленными, и в пересечении со­ответственных лучей S\a\ и S2u2» *Si&i и S2&2 возникает пространст­венная (стереоскопическая) модель объекта, подобная сфотографи­рованному объекту местности. Масштаб стереоскопической модели определяется расстоянием S1S2 между вершинами связок, и, изменяя его, можно привести построенную модель к заданному масштабу. Вращение модели вокруг координатных осей позволяет привести ее в требуемое положение относительно системы координат местности.

Д ля получения плана (карты) достаточно выполнить измерение коор­динат точек А, В и др. стереоскопической модели (рис. 2) и ортого­нальное их проектирование на плоскость карты (точки Д), Bq).

Карта

Рис. 2. Пара снимков, карта и модель местности

Легко видеть, что построение простран­ственной модели местности возможно лишь при совместной обработке пары пере­крывающихся между собой снимков. Нали­чие перекрытий между снимками позволяет создавать высокоточные фототриангуляци­онные сети, состоящие из снимков одного или нескольких маршрутов. Преобразо­вание точек фототриапгуляционной сели в систему координат местности выполняется по включенным в эту сеть опорным точкам, положение которых в системе координат местности определяют по результатам по­левых геодезических измерений.

Стерео - от греческого слова stereos - пространственный.

Таким образом, применение фотограмметрического и стереофото-грамметрического методов связано с получением аэроснимков с по­мощью летательных аппаратов и последующей их камеральной об­работкой.

Фотографирование исследуемых объектов и последующая каме­ральная обработка их изображений вместо самих объектов предопре­деляют основные преимущества фотограмметрических и стереофото-грамметрических методов исследований перед другими. Это, прежде всего, высокая производительность метода; объективность, достовер­ность и документированность данных; высокая точность; возможность безопасного получения информации о любых (в том числе быстро движущихся) объектах и т. п.

Эти преимущества фотограмметрии обеспечили применение ее ме­тодов в самых разнообразных отраслях науки и техники: в геодезии и картографии (для создания планов и карт); в строительстве (для кон­трольных измерений и исследования деформации сооружений); в ар­хитектуре (для съемки исторических памятников); в астрономии и кос­монавтике (для определения положения космических объектов и кар­тографирования планет); в военно-инженерном деле (для определения координат цели, траектории и иных параметров полета снаряда, раке­ты и пр.) и т. д.

Фотограмметрическая обработка фотоснимков позволяет выявить месторождения полезных ископаемых и его границы, определить ин­тенсивность движения городского транспорта, параметры деятельно­сти вулканов, характеристики объектов микромира и т. п.

Становление и развитие фотограмметрии тесно связано с точным приборостроением и авиацией, космонавтикой и физикой, химией и электроникой, математикой, геодезией и картографией. Их достиже­ниями определяется и современное состояние фотограмметрии, в ко­торой можно выделить несколько направлений:

аэрофотофототопографию, изучающую методы и технические средства создания планов и карт по цифровым или аналоговым изо­бражениям земной поверхности, полученным с летательного аппарата;

прикладную фотограмметрию, изучающую вопросы применения фотограмметрии в интересах различных областей науки и техники - в строительстве, архитектуре, медицине, геологии, военном деле и т. п.;

космическую фотограмметрию, изучающую вопросы применения фотограмметрии для обработки снимков Земли, планет и иных небес­ных тел, полученных непосредственно из космоса (с борта космиче­ского аппарата) или с помощью спускаемых аппаратов.

Появившиеся в конце XX в. технические средства и методы полу­чения, обработки и хранения цифровых изображений придали фото-

5

грамметрии новый импульс и обусловили возникновение и развитие цифровой фотограмметрии^ основанной на применении электронных вычислительных машин, теории машинного зрения и др.