Аэрофотоснимок

По свой геометрической сущности аэрофотоснимок является центральной проекцией физической поверхности Земли на плоскость. Центром проекции является задняя узловая точка фотоаппарата, проектирующими лучами – световые лучи, отраженные от земной поверхности, проходящие через объектив и создающие изображение на фотопленке. Проекция аэрофотоснимков называется центральной.

Основные параметры аэрофотоаппарата – фокусное расстояние и размер кадра – определяют пространственный охват снимка. Размер кадра чаще стандартный: 18х18 см, 30х30 см, 50х50 см. Чем меньше фокусное расстояние, тем больше охват. Делят на узкоугольные (длиннофокусные) и широкоугольные (короткофокусные).

Аэрофотоаппараты устанавливаются так, чтобы их оптическая ось была направлена вниз и занимала отвесное положение. В этом случае полученные снимки называют горизонтальными или идеальными. Однако носитель в атмосфере (неустойчивой среде) не в состоянии постоянно сохранять горизонтальность. Оптическая ось отклоняется, если угол не превышает 3 градусов, снимки называют плановыми. При превышении 3 градусов снимки называют перспективными.

Средний масштаб аэрофотоснимка:

1 / m = f / H_ф

Масштаб изменяется по площади снимка потому, что присутствуют искажения.

Виды искажений, связанные:

• со съемочной аппаратурой (дисторсия объектива, коробление фотопленки)

• с параметрами атмосферы (рефракция)

• с условиями съемки (невертикальность оптической оси)

• с подстилающей поверхностью (рельеф)

S’ – центр проектирования

о – центральная точка снимка

О’ – проекция центральной точки снимка

n – точка надира

с – точка нулевых искажений

Масштаб наклонного аэрофотоснимка:

1 / m = f / H_ф (cos α – x/f sin α)

Смещение точек наклонного снимка:

∆α = r² sin α / f

где r – расстояние от центральной точки снимка.

Сдвиг точек из-за рельефа местности:

∆h = r h / H

Сдвиг точек из-за кривизны Земли:

∆R = r³ H / 2 R f²

Элементы ориентирования аэрофотоснимка. Различают внутреннее и внешнее ориентирование. Внутреннее задает систему координат снимка (ориентирование на плоскости). Существует 3 элемента внутреннего ориентирования – координаты главной (центральной) точки снимка х0, y0 и фокусное расстояние камеры f. Внешнее ориентирование позволяет правильно расположить снимок в пространстве. Всего элементов внешнего ориентирования шесть: 3 линейных (координаты центра проекции) и 3 угловых (крен, тангаж и рысканье). Зная все элементы ориентирования, можно приступать к трансформированию снимка.

Процесс избавления от искажений на фотоснимках называется трансформированием.

Наиболее распространены два способа трансформирования:

1. Аналитический: известны координаты центра фотографирования (X, Y, H), углы наклона оптической оси (по крену, тангажу и рысканью) и высота фотографирования. По формулам пересчитываются координаты точек снимка.

2. С использованием контрольных точек: известны координаты точек на местности (GCP – ground control points), координаты этих точек на снимке измеряются и составляются формулы пересчета координат.

Чаще всего картографируемая территория не покрывается одним снимком, поэтому подбирают группу снимков и увязывают их между собой. Подбирают маршрут змееобразно, время между моментами фотографирования устанавливают так, чтобы соседние снимки перекрывали друг друга. Перекрытие снимков вдоль направления полета называют продольным, поперек полета (между рядами) – поперечным. Если конечная цель – составление карты (плана), то продольное перекрытие не должно быть менее 60 %, поперечное – 30 %.

После получения отпечатков снимки монтируют. Выделяют разные способы. Накидной монтаж – используются нетрансформированные снимки. Фотоплан – используются трансформированные снимки с остаточными искажениями за рельеф. Ортофотоплан – на снимках отсутствуют все виды искажения.

Стереофотограмметрический метод основан на способности человека видеть объем предметов при рассматривании их двумя глазами. Для картографирования, измерения превышений и наблюдения объемных предметов используется стереопара снимков, т.е. пара соседних снимков с продольным перекрытием не менее 60 %. Расстояние между центрами проекций (фотографирования) называется базисом. Обычно выражают в масштабе снимка (в мм). Можно измерить по снимку как расстояние между главными точками снимков стереопары.

Стереоэффект – рельефное изображение местности – наблюдается, когда изображение одного снимка попадает только в один глаз оператора. Если изображение левого снимка попадает в левый глаз, а правого – в правый, наблюдается прямой стереоэффект. Если снимки поменять местами, стереоэффект будет обратный, т.е. ямы будут выглядеть холмами и т.д.

Средства для наблюдения стереоэффекта и работы со стереопарой: стереоскопы, стереокомпараторы и универсальные стереокартосоставительские приборы – стереопроекторы.

Принцип измерения превышений основан на определении продольного параллакса. Параллакс – разность координат одной и той же точки на левом и правом снимках стереопары. Продольный параллакс – разность абсцисс, поперечный параллакс – разность ординат. Формула определения превышений имеет следующий вид:

h = Hср ∆p / b + ∆p,

где Нср – средняя высота фотографирования конкретного участка местности, отображенного на снимке, b – базис съемки, ∆p – разность продольных параллаксов двух точек снимка.

Один из методов точных измерений по стереопаре – метод стереоскопического визирования. Используется один из стереоприборов. Снимки взаимно ориентируются. В оптической системе прибора есть две визирные марки правильной геометрической формы (чаще т-образные), которые совмещают с одной и той же точкой на двух снимках стереопары. Если изображение марки раздваивается, правый снимок смещают вдоль оси х до момента слияния изображений марок. Задача состоит в измерении значения смещения снимка, т.е. продольного параллакса.

Другой метод – метод автоматического стереоизмерения – основан на автоматической компьютерной обработке цифровых моделей стереопары.

Для получения стереофотограмметрической модели могут использоваться снимки, полученные с помощью наземной фототеодолитной съемки.

Фототеодолит – сочетание специальной фотокамеры и устройств точного ориентирования оптической оси камеры в пространстве. Съемку выполняют с двух точек, закрепленных на местности (базиса).

По положению оптических осей фототеодолита к базису различают 5 различных случаев съемки (нормальный, равноотклоненный, равнонаклоненный, конвергентный и общий). Но чаще всего используются 2 из них:

При фототеодолитной съемке получают стереопару снимков в системе пространственных координат с началом в левой точке базиса. Ось Х направлена вдоль базиса, ось Y – перпендикулярно базису в направлении съемки, ось Z – в направлении зенита вдоль отвесной линии в левой точке базиса.