ФОТОГР та ДЗ

1. Знімок як центральна проекція. Масштаб фотознімка.

2. Системи координат у фотограмметрії.

3. Елементи внутрішнього та зовнішнього орієнтування знімка.

4. Орієнтування пари знімків. Елементи зовнішнього орієнтування моделі.

5. Визначення координат точки об'єкта з використанням одного знімка.

6. Визначення координат точки знімка за відомих координат точки об'єкта.

7. Залежність між координатами точок горизонтального і нахиленого знімка.

8. Розрахунок параметрів аерофотознімання.

9. Геометричні спотворення на аерофотознімках.

10. Стереоефект, способи його отримання.

11. Побудова фототріангуляційних мереж.

12. Цифрові моделі об'єкта, рельєфу, місцевості.

13. Розрахунок параметрів космічного знімання. Способи отримання перекривання знімків при космічному зніманні.

14. Класифікація орбіт супутників.

15. Геометричні спотворення на знімках та способи їх усунення.

16. Радіометричні спотворення на знімках та способи їх усунення.

17. Просторова прив'язка зображень.

18. Загальна характеристика знімальних систем.

19. Багатоспектральні та гіперспектральні оптико-електронні знімальні системи.

20. Інфрачервоні спектральні системи

21. Лазерні знімальні системи.

1. Знімок, як центральна проекція. Масштаб фотознімка.

Знімок (фотознімок) – це зображення об’єкта, отримане за допомогою оптичної системи, яка будує зображення за правилами геометричної оптики і розглядається як центральна проекція.

Основними елементами центральної проекції є (рис.2.1):

1. центр проекції

2. площина предмета (об’єкта)

3. площина зображення або знімка.

Всі промені, які входять в центр проекції від точок об’єкта та перетинають площину знімка в точках наз. проектуючими променями.

В аерофотограмметрії ставиться завдання отримати зі знімка топографічну карту(план), яка є ортогональною проекцією об’єкта на площину.

Отримання двох різних проекцій – центральної та ортогональної – показано на рис. 2.2.

Зображення на площинах знімка є подібними лише тоді, коли площина знімка є не нахиленою, тобто площина ||(бозавжди паралельна до Е0 (карти)) і об’єкт є плоским, тобто розміщеним в площині.

Зображення на площині проекції будується в зменшеному масштабі стосовно предмета на площині Е, тобто карта - це зменшене в М-разів зображення предмета. Зображення на знімку

теж будується в певному масштабі і якщо площини іпаралельні, то з рис. 2.3 маємо формулу для масштабу знімка

де l – відрізок на знімку, L – відрізок на місцевості,

f- фокусна віддаль знімка, H – висота фотографування.

Реально знімок є нахиленим, тому формула матиме значно складніший вигляд.

2. Системи координат у фотограмметрії.

Для фіксації координат х,у будь-якої точки використо­вується права прямокутна система координат .

Якщо виконати паралельне перенесення систе­ми о_оху в головну точку знімка о, то ко­ординати точки а будуть такими: x – x₀, у — у₀. Якщо початок просторової системи координат зна­ходиться в точці S (рис. 2.6), то точка а матиме координати: х - х_о, у - у_о, - f . Якщо точки о_о та о збігаються, що часто використовується в практичній фотограмметрії, то точка а матиме координати: x, y, -f. Тут і надалі f - фокусна віддаль знімка.

Для наземного знімка використовується права прямокутна система координат о_охz

Якщо початок координат є в точці о_о, то для точки знімка а маємо координати х, z . Якщо початок координат перенести в головну точку знімка о, то точка а матиме координати х - х₀, z - z₀. Просторова права прямокутна система координат Sхуz з початком в центрі проекції S дозволяє зафіксувати для точки а координати: х - х_о, у = f ,z - z₀.

Якщо ж головна точка знімка о та початок координат о₀ збігаються, то для точки а матимемо координати х, у = f, z.

3. Елементи внутрішнього та зовнішнього орієнтування знімка.

Елементами внутрішнього орієнтування (ЕВО) називають величини, які однозначно визначають положення центра проекції S відносно площини знімка.

Головна точка знімка о отри­мується як перетин площини знімка з перпендикуляром, опущеним з центра проекції S на цю площину. Головна точка в прийнятій системі координат о_оху матиме координати х_о,у_о, а довжина пер­пендикуляра Sо є фокусна відстань камери f.

Як зазначалось раніше, досить часто вважають, що точки о та о_о збігаються.

Для фіксації системи координат на знімку служать координатні позначки 1, 2, 3, 4. Їх може бути чотири або більше, вони можуть мати вигляд механічних зубчиків, перехресть на скляних пластинках тощо. При монтажі фотокамери стараються так розмістити ці позначки, щоб лінії 1-3 та 2-4 були взаємно перпендикулярні.

У фотограмметрії завдання визначення елементів внутрішнього орієнту­вання називають калібруванням знімка. Якщо окрім ЕВО визначають параметри дисторсії оптичної системи, то таке завдання називають повним калібруванням знімка.

Елементи зовнішнього орієнтування (ЕЗО) - це величини, які однозначно визначають площини знімка у вибраній системі координат.

У теорії поодинокого знімка використовують кути: кут нахилу знімка,кут напрямку знімання; кут розвороту знімка.

У наземній фотограмметрії положення центра проекції S та лінійні ЕЗО - це координати Х_s,Y_s,Z_s центра об'єктива S в системі О_ГХ_ГY_ГZ_Г (рис. 2.15). При виконанні практичних робіт фототеодоліт центрують над фотостанцією, яка має координати X _к, Y_к, Z _к , визначені, як правило, з геодезичних вимірів.

Тому перехід від координат фотостанції X _к, Y_к, Z _к, до координат Х_s,Y_s,Z_s є таким. Перевищення фотокамери (фототеодоліта) ΔZ_s над фото­станцією вимірюють звичайно рулеткою. Величина позацентровості ΔS вимірю­ється безпосередньо, а її складові ΔХ_s,ΔY_s обчислюють.

Кутові ЕЗО при наземному зніманні можна зафіксувати за допомогою циліндричних рівнів та орієнтирного пристрою, що є суттєвою відмінністю від аерофотознімання. При цьому точність фіксації здебільшого є досить високою і достатньою для вирішення фотограмметричних завдань.

4. Орієнтування пари знімків. Елементи геодезичного орієнтування моделі.

Пара знімків - це два знімки, отримані з двох різних центрів проекцій (рис. 2.19) в такий спосіб, що і на лівому, і на правому знімку зобразилась та сама частина об'єкта (території). Таку пару ще називають стереопарою, бо, розглядаючи знімки під простим приладом - стереоскопом, можна побачити просторову модель об'єкта, тобто відчути його об'ємність, побачити гори, долини, висоти будинків, дерев. Такі знімки перекриваються між собою, як правило, на 60 % або більше.

Елементи зовнішнього орієнтування (рис. 2.19) - це величини, що визначають положення лівого і правого центрів проекцій та і відповідних площин лівого та правого знімків у вибраній просторовій системі координат. Цими елементами є: — просторові координати лівого центра проекції S₁;

2. Елементи взаємного орієнтування (ЕВО)

ЕВО — це величини, які фіксують те взаємне положення базису фотографування та пари знімків, яке існувало підчас фотографування.

Залежно від вибраної просторової системи координат розрізняють дві найпоширеніші системи ЕВО:

-лінійно-кутову, в якій лівий знімок вважається горизонтальним;

- базисну, в якій базис вважається горизонтальним.

Лінійно-кутова система показана. Елементами взаємного орієнтування є:

А) дирекційний кут базису фотографування;

Б) кут нахилу базису;

В) поздовжній кут нахилу правого знімка;

Г) поперечний кут нахилу правого знімка;

Д) кут розвороту правого знімка.

Базисна система ЕВО показана. Елементами взаємного орієн­тування є:

А) поздовжні кути нахилу лівого і правого знімків;

Б) кути розвороту лівого і правого знімків.

Правильно відтворене взаємне орієнтування пари знімків на фотограм­метричному приладі дозволяє отримати (побудувати) геометричну просторову модель об'єкта, як правило, в довільній фотограмметричній системі координат та у довільному масштабі.

5. Визначення координат точки об'єкта з використанням одного знімка.

Нехай дано знімок з відомими елементами внутрішнього орієнтування x_0,y₀,f, отриманий з центра проекції S (рис. 2.16). На знімку зобразилась точка а з координатами Х´,У',Z' в системі SХ'У'Z'. Необхідно знайти координа­ти Х,У,Z точки А в системі ОХУZ. (2.11)

Спроектуємо вектори на осі координат Х,У,Z. Якщо вектори пропорційні, то пропорційні і його компоненти

Якщо замість системи SХ'У'Z' взяти паралельну до неї систему координат знімка Sxу(-f), то формули (2.13) запишуться так:

На підставі формул (2.13) та (2.14) робимо важливий висновок: використовуючи один знімок з відомими елементами внутрішнього орієнтування, можемо визначити тільки планові координати точки об'єкта.

Тому формули запишуться так:

6. Визначення координат точки знімка за відомих координат точки об'єкта.

Нехай точка А має відомі координати Х,У,Z в системі ОХУZ.

У системі SХ'У'Z' позначимо її координати через . Знайдемо залежність між координатами в обох системах, а потім визначимо координати точки а на знімку.

(2.22)

На підставі пропорційності векторів та їх компонентів маємо

або

З врахуванням (2.22) остаточно отримаємо

Ці рівняння часто називають рівняннями колінеарності.

Отримаємо тепер формули, що описують взаємозв'язок координат точок знімка та місцевості в деяких окремих випадках.

Для горизонтального знімка

Для нахиленого знімка в площині

Ці формули отримані для випадку, коли початок координат на знімку знаходиться в точці о, а на місцевості - в точці N.

Початок координат в точках надиру знімка п та місцевості N . Оскільки on = -, тох_п = 0 Виконаємо паралельне перенесення початку координат і тому підставимо ці значення в формули; отримаємо

Після простих перетворень маємо

(2.30)

Для формул після перетворень маємо

Початок координат в точках нульових спотворень знімка с та місце­вості С.

Після паралельного перенесення точки N в точку С і точки о в точку с отримаємо

Початок координат на знімку в головній точці сходу І, в предметній площині - в точці К (рис. 2.4). Формули мають вигляд

7. Залежність між координатами точок горизонтального і нахиленого знімка.

Горизонтальним називають знімок, кут нахилу якого дорів­нює нулю.

Геометричний зміст задачі: від нахиленого знімка необхідно перейти до горизонтального

Формули залежості між координатами горизонтального і ахилеого зімків

Якщо координати головної точки знімка о не дорівнюють нулю, то формули (2.40) матимуть вигляд

Ці формули свідчать, що для перетворення нахиленого знімка в горизонтальний необхідно знати:

• елементи внутрішнього орієнтування;

• кутові елементи зовнішнього орієнтування знімка.

8. Розрахунок параметрів аерофотознімання.

Аерофотознімання (АФЗ) - це фотографування земної поверхні з літального апарата (літака, гелікоптера, повітряної кулі тощо). Якщо АФЗ про­водять для отримання топографічних матеріалів, то його називають топогра­фічним аерофотозніманням.

Лінію, що є траєкторією польоту літака під час фотографування, називають маршрутом. Якщо ця лінія - пряма, то маємо прямолінійний маршрут; також існують криволінійний та ламаний маршрути. Якщо фотографування велось у межах одного маршруту, то це маршрутне аерофотознімання. Якщо фотографують певну територію з кількох паралельних маршрутів, то маємо багатомаршрутне АФЗ.

Залежно від кута нахилу а аерофогокамери під час знімання розрізняють АФЗ:

• горизонтальне, кут нахилу дорівнює нулю (а = 0);

• планове, якщо кут нахилу не перевищує3º ();

• перспективне, при куті нахилу більшому від 3º ().

Залежно від масштабу 1: т аерофотознімків розрізняють:

• дрібномасштабне АФЗ, масштаб знімків 1:50000 і дрібніше;

- середньомасштабне АФЗ, масштаб знімків знаходиться в межах від 1:50000 до 1:10000;

- великомасштабне АФЗ, масштаб більший від 1:10000. Аерофотознімання проводять з використанням фотоплівки чорно-білої, спектрозональної або кольорової. Для топографічних цілей доцільно застосову­вати кольорову плівку, бо такі знімки значно інформативніші. Спектрозональна плівка використовується для розв'язання задач нетопографічного призначення, наприклад, виявлення захворювання лісів, забруднення територій або акваторій.

До топографічного АФЗ ставлять певні технічні вимоги стосовно таких параметрів польоту лікіка як прямолінійність маршрутів, горизонтальність траєкторії, витримування поздовжнього перекриття між знімками одного маршруту (найчастіше 60 %) та поперечного перекриття між сусідніми маршру­тами (здебільшого 20-40 %).

З досвіду відомо, що АФЗ виконують в квітні в ясні дні ранком не пізніше 11 год. Та після 14 год. Польоти роблять зі сходу на захід і навпаки. Також виконують і діагональні польоти.

9. Геометричні спотворення на аерофотознімках.

До геометричних властивостей аерофотознімків належать:

1. Масштаб аерофотознімка;

2. Лінійні зміщення на аерофотознімку, спричинені його нахилом;

3. Лінійні зміщення на аерофотознімку, спричинені рельєфом місцевості. Розглянемо кожну з них детальніше.