2 курс / 2 семестр / Методы дистанционных исследований / Шалькевич Курс лекций

Углы с вершиной в точке надира не искажаются за рельеф местности.

Величину искажения за рельеф Sh можно вычислить по формуле:

ãäå h — превышение между точками; r — расстояние от центра; H — высота полета.

Мы рассмотрели отдельно влияние угла наклона и рельефа местности на положение точки на снимке. В действительности они действуют совместно, компенсируя или усиливая влияние друг друга. Оба эти искажения (за рельеф и перспективу «наклон») минимальны в центре снимка и увеличивают его к краям. Кроме того, углы с вершиной в центральной части снимка также практически не искажены. Поэтому для измерений наиболее пригодна центральная часть снимка, т. е. «рабочая площадь».

Наклон снимка. В отличие от строго горизонтального снимка в перспективном (наклонном) снимке масштаб не одинаков в разных его частях и направлениях, он зависит не только от Í è f, но и от угла наклона снимка a и положения точки на снимке.

На рис. 27 изображены плановый (горизонтальный) и перспективный (наклонный) снимки, полученные из одной точки S, при угле наклона оптической оси a; hñ—hñ — линия пересечения плоскостей наклонного и горизонтального снимков. Эта линия делит наклонный снимок на две части, в одной верхней части масштаб мельче, в другой (нижней) крупнее, и только по линии hñ—hñ масштаб наклонного снимка постоянен и равен масштабу планового снимка. Это «линия неискаженных масштабов». Углы измерения по перспективному снимку не будут соответствовать углам на местности, за исключением углов, построенных из точ-

93

Ðèñ. 27. Схема горизонтального и наклонного (перспективного) аэроснимков

При стабилизированной съемке в 3—5 раз меньше. Знак величины искажения зависит от того, выше или ниже линии неискаженных масштабов находится главная точка, отсюда важный вывод: длина отрезка, проходящего через центр снимка и симметричного относительно его, не искажается за наклон снимка.

Влияние кривизны Земли на положение точки на снимке схоже с влиянием рельефа — оно вызвано тем, что точки снимаемой местности вследствие сферичности Земли не лежат в одной плоскости. Смещение точки на снимке из-за кривизны

H

94

му. Для крупномасштабных снимков большое значение имеет искажение за рельеф, для мелкомасштабных — за кривизну Земли.

Выше влияние угла наклона снимка, рельефа местности и кривизны Земли на положение точки на снимке учитывалось порознь. На самом деле они действуют одновременно, компенсируя или усиливая совместное влияние. Эти искажения минимальны в центральной части снимка (в центре планового снимка они равны нулю) и увеличиваются по его краям. Поэтому наиболее пригодна для измерений центральная часть аэрокосмического снимка, так называемая рабочая площадь (зона), которая характеризуется также и лучшим фотографическим каче- ством изображения.

Трансформирование снимков. Задачей трансформирования является приведение снимка к заданному масштабу и проекции, устранение искажений за угол наклона, рельеф и кривизну Земли, но часто трансформирование ограничивается преобразованием наклонного снимка в горизонтальный снимок с заданного, обычно более крупного, чем оригинальный, масштаба. В общем случае трансформирование выполняется на аппроксимирующую плоскость, касающуюся земной поверхности в заданной точке, в частности в точке надира. При фотомеханическом способе трансформирования используется полуавтоматический увеличитель — фототрансформатор.

В последнее время для трансформирования снимков широко используются компьютерные технологии. Трансформирование снимков без учета искажений за рельеф местности выполняется с использованием топографических карт. Привязка снимка к карте проводится по заранее определенным на ней точкам с известными координатами. Для этих целей используются специализированные ГИС-пакеты (ERDAS IMAGIN, ER-MAPPER и др.), выполняющие обработку растрово-векторных данных.

При ортотрансформировании представляется возможность решения трехмерной задачи, т. е. устранение искажений снимка не только за угол наклона, но и за рельеф. Этот метод позволяет получать ортоисправленное изображение местности по всем параметрам, геометрически подобное карте и идеально с ней совмещающееся. Для ортоисправления используются системы зарубежных фирм: LH-systems LLC, ISM, ERDAS и др.; российские фотограмметрические системы: ЦФС ЦНИИГАиК, «Талка», «PHOTOMOD» и др. и разработанная в Беларуси «Realistic-M».

95

7.4. Стереоскопическая модель местности

При дешифрировании аэрокосмических снимков они подвергаются как монокулярному рассматриванию с использованием луп, так и бинокулярному или стереоскопическому. Для стереоскопического рассматривания обязательным условием является наличие стереопары снимков, т. е. снимков, полученных фотографированием одной и той же территории с двух разных точек при маршрутной или площадной съемке.

Если сфотографировать местность из двух точек съемки S1 è S2, расположенных друг от друга на определенном расстоянии, называемом базисом съемки Â, то точки местности À, Ñ, D изобразятся на

левом и правом снимках Ð1 è Ð2 в точках à, ñ, d è à1, ñ1, d1 (рис. 29). При стереоскопическом рассматривании снимков в точках S1 è

S2 располагаются глаза, а съемочный базис уменьшается до размера глазного базиса. Тогда зрительные лучи займут такое же положение, как и при рассматривании объектов в естественных условиях, только уменьшенных до масштаба снимков. Рассматривая таким образом стереопару снимков, мы можем получить стереоскопи-

ческое, или объемное, изображение местности, которое называется стереоскопической моделью.

Стереоскопическое изображение местности на площади перекрытия двух снимков (стереопары) может быть достигнуто различными способами: оптическим, анаглифическим и поляроидным.

Оптический способ получе- ния стереомодели местности является наиболее широко распространенным. Он основан на принципе разделения лучей зрения левого и правого глаза, направленных на соответствующие снимки стереопары с помощью специальных оптических приборов — стереоскопов.

По своей конструкции стереоскопы делятся на линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые.

96

Ðèñ. 30. Линзово-зеркальный стереоскоп

Наиболее широкое применение получили зеркально-линзовые стереоскопы ЗЛС (рис. 30). Он представляет собой складной стереоскоп, состоящий из двух пар параллельно расположенных зеркал, наклоненных под углом 45 и укрепленных на общей планке, снабженной четырьмя раздвижными ножками. Между каждой парой зеркал помещена съемная увеличительная линза, позволяющая рассматривать полученную стереомодель с увеличением в 1,3—1,4 раза.

При работе со стереоскопом для получения стереоэффекта снимки (формат 18 18) кладутся на расстоянии примерно 4—5 см друг от друга, так как благодаря системе зеркал глазной базис раздвинут до 21—22 см. Наблюдая левый снимок левым глазом, а правый снимок правым глазом и передвигая снимки, добиваются получе- ния объемного, или стереоскопического, изображения местности.

Если аэроснимки рассматриваются в таком положении, какое они занимали при съемке, причем левым глазом рассматривается левый снимок, а правым глазом — правый снимок стереопары, то возникает так называемый прямой стереоэффект, при котором формы объектов соответствуют их действительному виду. Например, холм воспринимается как возвышенность, а впадина как низина. Повернув каждый снимок на 180 или поменяв их местами, можно получить обратный стереоэффект. В данном случае горы воспринимаются как впадины, а реки протекают по горным хребтам (рис. 31).

Работая со стереоскопической парой снимков, следует учитывать важное обстоятельство — различие вертикального и горизонтального масштабов наблюдаемой модели местности.

При стереоскопическом рассматривании аэроснимков мас-

1 штаба Ì горизонтальный масштаб пространственной модели так-

97

íåì 250 ìì. Åñëè Ì Ìâ, òî

наблюдаемая модель будет деформирована. Степень деформации

250 можно определить по формуле c = f .

Следовательно, при стереоскопическом рассматривании снимков, полученных широкоугольной камерой, рельеф местности воспринимается утрированным, что облегчает изучение различных его микроформ. Однако следует учитывать, что при наблюдении таких снимков склоны кажутся круче, чем они есть на самом деле.

Анаглифический способ получения стереоскопической модели основан на разделении лучей зрения левого и правого глаза при помощи окраски изображения левого и правого снимков стереопары в дополнительные цвета. Такое же разделение цвета предусматривается при их рассматривании. При изготовлении анаглифических снимков изображения, предназначенные для правого и левого глаза, печатаются двумя красками: одно — красной, другое — бирюзовой, наложенными друг на друга. Для получения стереоскопического изображения полученный анаглифический снимок рассматривается через очки с красными и бирюзовыми (сине-зелеными) стеклами. При пользовании такими очками красное стекло будет пропускать красные лучи, но не пропускает сине-зеленые, а сине-зеленое стекло, пропуская сине-зеленые лу- чи, не пропустит красные. В результате полученного разделения лучей мы получим стереоскопическое изображение рассматриваемого анаглифического снимка. Недостатком анаглифического метода является большая потеря света при прохождении его через светофильтры, в результате чего стереоскопическое изображение сохраняет всего около 30 % первоначальной освещенности.

98

По принципу анаглифии построен мультиплекс — сложный универсальный прибор, позволяющий получать пространственную модель местности по целому ряду аэрофотоснимков.

Способ поляроидов основан на способности света поляризоваться во взаимно перпендикулярных направлениях. По принципу поляризации света устроена призма николя, широко применяемая в поляризационных петрографических микроскопах.

В качестве поляроидов в настоящее время применяется поляроидная пленка. Лучи света, проходящие через поляроидную пленку, ориентируются в одной определенной плоскости. Это свойство поляроидов и используется для разделения лучей левого и правого глаза при наблюдении стереоскопического изображения.

Подобно тому как это делается при анаглифическом способе, диапозитивы с пары аэроснимков помещаются в проекторе, но на пути лучей, выходящих из обоих проекторов, помещаются не цветные светофильтры, а два поляроида, поляризующие свет в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Спроектированное, таким образом, на экран изображение рассматривается через очки, снабженные двумя такими же взаимно перпендикулярно поляризующими поляроидами. При этом поляроид очков одного глаза, плоскость поляризации которого совпадает с проектором, снабженным поляроидом того же знака (+ или –), пропустит идущие от него световые лучи, но не пропустит лучи, идущие от другого проектора. То же самое произойдет с поляроидом очков другого глаза. В результате каждый глаз воспримет изображение, падающее на экран только от одного аэроснимка, и на экране будет получена стереоскопическая модель местности, подобно той, которую можно получить при анаглифическом способе, но более интенсивно освещенная (поляроиды пропускают 40 % попадающего на них света).

8. ИЗОБРАЗИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СНИМКОВ

Любое аэрокосмическое изображение, независимо от того, с использованием каких технических средств и в каком спектральном диапазоне оно получено, представляет собой сочетание точек, линий и участков различных размеров и фототонов. При съемке местности эти элементы на фотопленке отобразят яркостные различия объектов местности, т. е. на черно-белых снимках отдельные точки (кусты, камни, стога), линии (дороги, канавы, просе-

99

ки) и участки (контуры растительности, сельскохозяйственных угодий) в зависимости от их спектральной отражательной способности будут иметь различное тональное изображение.

Снимок представляет собой двухмерное изображение реальных объектов местности, которое получено по известным геометрическим и фотометрическим законам путем дистанционной регистрации спектральной яркости объектов с определенным рисунком изображения. Рисунок изображения передает морфологию ландшафтов или целых природно-территориальных комплексов, сущность которого состоит в закономерной повторяемости отдельных элементов и объектов на территории ландшафта. Для каждого ландшафта свойствен свой набор и сочетание элементов. Однако, помимо индивидуальных черт, каждый ландшафт сохраняет и общие признаки, позволяющие производить отождествление, сравнение, типизацию и эталонирование.

Структурные особенности каждого ландшафта основаны на столь тесных внутренних связях, что при правильном анализе этих связей можно по одному звену сложного комплекса установить и остальные взаимосвязи. Структура изображения географи- ческого комплекса тесно связана с генезисом данной системы. Анализ показывает, что рисунок изображения соответствует структуре морфологических частей ландшафта или более крупной географической единице, в зависимости от масштаба изображения. Например, на глобальных космических снимках макроструктура изображения соответствует климатическим поясам или же природным зонам. На крупномасштабных снимках для пойменных ландшафтов структура будет соответствовать изображению отдельных типов пойм.

Каждый аэрокосмический снимок, каждый рисунок на снимке несет в себе определенное содержание, и вместе с тем рисунки различаются по форме. Каждому природно-территориальному комплексу соответствует определенный рисунок, передающий его морфологию. Например, для ландшафтов, сформированных лессовидными отложениями (Оршано-Могилевское плато) характерен пятнистый рисунок изображения, который формируют различного размера округлой формы суффозионные западины (блюдца), а для нижнего течения р. Припяти, где преобладает гривистый тип поймы, характерен дугообразный рисунок изображения.

Таким образом, любому природному комплексу свойственны как бы две разные сложности. Сложность системы по набору компонентов подчеркивается структурой, а сложность из-за раздроб-

100

ленности компонентов передается текстурой рисунка изображения. Структура выделяется тональная, или цветовая, и геометри- ческая (контурная). Сочетание тонов или цветов собственно и образует изображение. Смена одних тонов и цветов другими происходит вместе с чередованием объектов с различной яркостью.

Контурность всегда сопутствует тональной структуре, но тональная структура может быть практически бесконтурной, если одни тона или цветовые оттенки плавно переходят в другие, не образуя четких границ. Например, изображение на космических снимках пустынных территорий с однородным почвенно-расти- тельным покровом.

В рисунке фотоизображения отражаются внутренние связи между компонентами ландшафта и процессы, происходящие в данном природном комплексе, а также пространственное размещение их элементов. Другими словами, рисунок передаст структуру ландшафтных единиц.

При дешифрировании объектов на аэрокосмических снимках приходится сталкиваться с различными их границами. Природные границы различаются: а) резкие, èëè линейные (урезы воды, бровки оврагов и т. д.); б) размытые, èëè диффузные (плавные переходы болот к суходолу); в) мозаичные, èëè дисперсные (некоторые опушки лесов, верхняя граница лесного пояса в горах). Контуры, образуемые на снимках этими границами, обобщаются различным образом.

Линейные контуры (овраги), выпрямляются и упрощаются за счет исчезновения мелких извилин. Обобщение линейных контуров имеет много общего с картографической генерализацией, чем объясняется сходство в очертаниях побережий, речной сети на картах и снимках, вплоть до глобальных космических. Линейные резкие контуры при переходе к снимкам более мелкого масштаба изменяют длину крайне незначительно.

Размытые контуры с уменьшением масштаба становятся контрастными, более узкими и приближаются к линейным. Границы в виде полос, представляющие собой переходные комплексы между различными ландшафтными единицами, становятся контрастными, хорошо заметными и также приближаются к линейным контурам.

Мозаичные границы, в зависимости от степени дисперсности, строения либо укрупняются, сохраняя мозаичность, либо превращаются сначала в диффузные, а затем в линейные границы.

На увеличенных снимках контрастные линейные контуры с укрупнением масштаба передаются с большими подробностями.

101