14.4. Фотограмметрична обробка знімків
Завданням фотограмметричної обробки знімків є визначення виду і розмірів об’єктів місцевості шляхом вивчення і вимірювання не самого об’єкта, а його фотографічного зображення. Розробляє методи вирішення такого завдання фотограмметрія або вимірювальна фотографія (грец. φωτός — світло, той, що заснований на дії світла, γραμμα — запис, μετρεω — вимірюю). Фотограмметрична обробка замінює польові вимірювання і відбувається у камеральних умовах за допомогою спеціальних фотограмметричних оптико-механічних приладів або комп’ютерних комплексів зі спеціальним програмним забезпеченням.
Зображення на кадровому знімку є центральною проекцією місцевості. Центром S такої проекції, через який проходять всі проектуючі промені, є оптичний центр об’єктива фотокамери. При фотографування у фокальній площині на світлочутливому матеріалі створюється зворотна перспектива — негативне зображення. На малюнку 14.7 подані елементи знімка, за якими контролюють геометричні характеристики зображення. Перетин прямих xx і yy називають координатною точкою. Головна точка знімка є основою перпендикуляра, проведеного з центру проектування S на площину аерознімка. На практиці головна і коорддинатна точки часто суміщаються.
Рис. 14.7. Елементи аерофотознімка
В ідеальному випадку знімання, коли фокальна оптична вісь фотокамери перпендикулярна до поверхні плоскої місцевості отримують горизонтальний (ідеальний) знімок. Масштаб зображення на такому фотознімку — величина постійна і дорівнює:
,
де m — знаменник масштабу, l — відрізок на знімку, L — відповідна йому лінія на місцевості, f — фокусна відстань фотокамери, H — висота фотографування.
Така властивість центральної проекції відповідає ортогональній проекції, в якій складають топографічні плани (ортогональну проекію можна розглядати як окремий випадок центральної, вважаючи, що центр проекції знаходиться у нескінченності), і тому горизонтальний знімок можна вважати планом місцевості у відповідному масштабі. Якщо цей масштаб не відповідає масштабу топографічного плану, то методом простого збільшення знімка його масштаб приводять до заданого.
Знімки, отримані при відхилення оптичної осі від прямовісногого положення, є нахиленими. Масштаб нахиленого знімка відповідає горизонтальному в точці нульових спотворень с (яка лежить одночасно на горизонтальному і нахиленому знімках), змінюючись в інших точках. Відмінності у формуванні зображення горизонтального і нахиленого знімків показані на рис 14.8.
Рис. 14.8. Зображення місцевості в центральній проекції: на горизонтальному знімку (а) та нахиленому (б) знімку
На рис. 14.8, б видно, що лінія місцевості L зображується різними відрізками: lг — на горизонтальному і lн — нахиленому знімках. Різницю цих відрізків — величину спотворень δrα (зміщень зображень внаслідок нахилу знімка) можна розрахувати за формулою:
,
де r — відстань від точки нульових спотворень (для малих кутів нахилу від головної точки знімка) до поточної точки знімка, α — кут нахилу знімка.
Масштаб знімка рельєфної місцевості також не постійний і змінюється внаслідок спотворень, які виникають із-за різної висоти фотографування точок з різним перевищенням. На рис. 14.8, а видно, що маючи однакові планові координати, точка Аh , яка вища точки А0 , отримує на знімку зміщення δrh внаслідок впливу рельєфу. Величину цього зміщення можна розрахувати за формулою:
.
Наявність перевищень точок місцевості, а також нахилу знімків, приводить до суттєвих спотворень зображень на знімку і таке зображення не буде ортогональною проекцією місцевості. В залежності від того, чи відсутні спотворення чи мають місце, який характер вони мають, розрізняють знімки планові і перспективні. Планові знімки одержують, якщо відхилення оптичної осі фотокамери від прямовисного положення не перевищує 3°. На таких знімках спотворення зображення практично не відчутні. Перспективні знімки одержують, якщо оптична вісь фотокамери відхиляється більш ніж на 3°. Уяву про спотворення зображень на знімках можна скласти за рис. 14.9.
Рис. 14.9. Зображення прямокутної сітки