На плановому (а) та перспективному (б) знімках
Однією з задач, що вирішує фотограмметрія, є встановлення залежності між прямокутними координатами точок на місцевості та координатами їх зображень на знімках. В фотограмметрії прийнято праву (в геодезії, топографії — ліву) прямокутну систему координат.
В фотограмметричній просторовій системі координат (рис. 14.10) положення точки місцевості А і відповідної їй точки знімка а лежить на одному проектуючому промені, що проходить через центр проекції і точку місцевості, характеризують координатами на місцевості XА,YА, ZА і xа,yа,zа на знімку, де ZА=HА і zа=f.
Рис. 14.10. Системи координат та елементи орієнтування знімка
Плоскі координати знімка вимірюються від головної точки О, місцеположення якої знаходиться на перетині ліній, що з’єднують протилежні координатні мітки на знімку, і характеризується координатами x0,y0, які разом з фокусною відстанню f називають елементами внутрішнього орієнтування знимка. Елементи внутрішнього орієнтування знімка визначають положення плоскої системи координат знімка відносно центра проекції SX,Y,Z і дозволяють відновити зв’язку проектуючих променів, яка існувала на момент фотознімання.
Розміщення знімка відносно просторової фотограмметричної системи координат місцевості визначають елементи зовнішнього орієнтування знімків. До них відносять просторові координати центра проекції — лінійні елементи зовнішнього орієнтування: XS, YS, ZS та кутові елементи зовнішнього орієнтування знімків: α — поздовжній кут нахилу знімка (вздовж базису знімання), ω — поперечний кут нахилу знімка, k — кут повороту знімка в своїй площині.
Таким чином, положення кожного знімка в просторі однозначно характеризується дев’ятьма елементами орієнтування. Враховуючи той факт, що ідеальний випадок знімання (горизонтальна місцевість без перевищень, відсутність кутів нахилу знімків) зустрічається, особливо в аеро- і космічних зніманнях, вкрай рідко, знання елементів орієнтування є умовою, необхідною для камерального створення топографічної карти.
Із-за наявності спотворень внаслідок нахилу знімків і перевищень точок місцевості в процесі створення топографічної карти виникає задача трансформування знімків.
Трансформуванням знімків називають перетворення одного зображення в інше, геометрично з ним пов’язане, але із заданими властивостями.
Трансформування знімків, при якому виключаються тільки перспективні спотворення, називають перспективним (колінеарним), а отримані знімки — трансформованими знімками. В результаті перспективного трансформування центральна проекція вихідного зображення перетворюється в іншу центральну проекцію з заданими параметрами.
Трансформування знімків, при якому виключаються тільки спотворення за рахунок впливу рельєфу, називають ортофототрансформуванням (неколінеарним), а отримані знімки — ортофотознімками. В результаті ортофототрансформування відбувається перетворення знімка з центральної проекції на нахилену площину в ортогональну проекцію на нахилену площину.
Якщо при трансформуванні знімків виключаються і перспективні спотворення і спотворення за рахунок впливу рельєфу, таке перетворення називають перспективним ортофототрансформуванням, а самі знімки — ортофототрансформованими знімками. В результаті перспективного ортофототрансформування відбувається перетворення знімка з центральної проекції на нахилену площину в ортогональну проекцію на горизонтальну площину. Приведений до заданого масштабу ортофототрансформований знімок називають масштабованим ортофототрансформованим знімком. Він відповідає ортогональній проекції місцевості на горизонтальну площину у відповідному масштабі і його можна використовувати для вимірювань та створення топографічних планів і карт місцевості.
Трансформування знімків можна виконувати різними способами: графічним, графомеханічним, оптико-графічним, фотомеханічним, аналітичним, електронним, цифровим. Усі ці способи трансформування можуть виконуватися двома основними методами: за відомими елементами внутрішнього і зовнішнього орієнтування або за опорними точками, координати яких на місцевості і розміщення на знімках відомі. Якщо при цьому відомі (як правило) елементи внутрішнього орієнтування, для трансформування достатньо три опорні точки (для контролю — чотири), три з яких не лежать на одній прямій. Якщо при трансформуванні не використовують елементи внутрішнього орієнтування, кількість опорних точок збільшується до чотирьох, з контролем — до п’яти точок.
В наш час перспективне трансформування цифрових знімків можна виконувати за допомогою спеціальних прикладних програм: Photoshop, CorelDRAW та ін.
Перспективне ортофототрансформування виконують на сучасних цифрових фотограмметричних станціях (ЦФС). Для цього використовують цифрову модель рельєфу (ЦМР) у вигляді існуючої попередньо або створеної в результаті відповідної обробки знімків.