8. Наземная фотограмметрия

1. Назначение и области применения наземной фотограмметрии

Наземная фотограмметрия является разделом фотограмметрии, который занимается фотограмметрической обработкой снимков, полученных с точек поверхности земли, и применяется для решения топографических и не топографических задач.

В топографии наземная фотограмметрия применяется для создания топографических карт и планов для горных районов в крупных масштабах: 1:500 – 1:5000. Основная причина использования наземной фотограмметрии в горных районах является то обстоятельство, что при выполнении аэросъемки в таких районах часто получаются мертвые зоны, то есть участки местности (склоны гор) не изобразившиеся на снимках.

Не топографическое применение наземной фотограмметрии: используется при решении различных задач в архитектуре, строительстве, горном деле, машиностроении, судостроении, криминалистике, медицине и.т.д.

На рис. .1 - .7 приведены примеры применения наземной фотограмметрии в различных областях науки и техники.

Рис. .1. Применение фотограмметрии в архитектере и при оценке дорожных происшествий

Рис. .2 Применение фотограмметрии в автомобилестроении

Рис. .3 Применение фотограмметрии в судостоении

Рис. .4. Применение фотограмметрии в робототехнике

Рис. .5 Применение фотограмметрии при исследовании дорожного покрытия

Рис. .6. Применение фотограмметрии в археологии

Рис. .7. Применение фотограмметрии в медицине и биотехнологиях

2. Съемочные камеры, применяемые в наземной фотограмметрии

На рис. 8 приведена классификация съемочных камер применяемых в наземной фотограмметрии

Рис. .8

Все метрические фотокамеры состоят из корпуса и объектива. Корпус, как правило, изготавливается из специальных сплавов, который не изменяет своих размеров под действием изменений температуры, давления и влажности. Объектив рассчитывается таким образом, чтобы его дисторсия была минимальной. В плоскости прикладной рамки рамка имеются координатные метки, которые впечатываются в каждый снимок. Кроме того, на снимок впечатываются фокусное расстояние и номер снимка.

В таблице .1 приведены основные характеристики метрических одиночных фотокамер.

Таблица .1

Изготови-тель	Модель	Формат (см)	Фокусное расстояние (mm)	Глубина резкости (m)	Фотографический материал
Galileo	Verostat	9x12	100		пластики, пленка
Galileo	TTG-1b	10x15	155	10 ... 	пластики
Hasselblad	MK70	6X6	60	0,9 ... 	пленка
Jena	Photheo	13X18	195	25…	пластики
Jena	UMK	13X18	64	8 ... 	пластики, пленка
Jena	UMK	13X18	99	1,4 ... 	пластики, пленка
Jena	UMK	13X18	200	5.8 ... 	пластики, пленка
Jena	UMK	13X18	300	50 ... 	пластики, пленка
Kelsh	K-470	10,5x12,7	90	2,0 ... 	пластики, пленка
Sokkisha	MK-165	12X16,5	165	10 ... 	пластики
Wild	P-32	6,5x9	64	0,6 ... 	пластики, пленка
Wild	P-31	10,2X12,7	100	6,6 ... 	пластики, пленка
Zeiss	TMK-6	9X12	60	5,0 ... 	пластики
Zeiss	TMK-12	9X12	120	20 ... 	пластики
Rolleimetric	LFC	23x23	100		пленка
Rolleimetric	Rolleiflex 3003	6x6	15-135		пленка
Rolleimetric	Rolleiflex 6006	6x6	40-350		пленка
Rolleimetric	Rollei 35	3.5x2.4	40		пленка

Рис. 9. UMK Carl Zeiss (Jena) Рис.10. Rolleimetric

Стереофотограмметрические камеры состоят из двух камер закрепленных на жестком базисе, длина которого не меняется. Съемка выполняется синхронно двумя камерами. Оптические оси камер параллельны между собой и перпендикулярны базису. В таблице .2 приведены основные характеристики некоторых стереофотограмметрических камер.

Таблица .2

Изготови-тель	Модель	Формат (см)	Фокусное расстояние (mm)	Базис (сm)	Глубина резкости (m)	Фотографический материал
Sokkisha	V-3	12X16,5	121	25-50	0,5 ... 5	пластинки
Wild	C-40	6,5X9	64	40	1,5 ... 7	пластинки
Wild	C-120	6,5X9	64	120	2,7 ... 	пластинки
Zeiss	SMK-40	9X12	60	40	2,5 ... 10	пластинки
Zeiss	SMK-120	9X12	60	120	5,0 ... 	пластинки
Galileo	Veroplast	13x18	150	56	1,6 ... 	пластинки
Galileo	Veroplast	9x12	100	120	2,0 ... 	пластинки,пленка
Galileo	Technoster	6,5x9	75	16-70	0,5 ... 6	пленка
Jena	SMK-5,5/0808	8X8	56	40	1,5 ... 10	пластинки
Jena	IMK-10/1318	13X18	99	35-160	1,4 ... 	пластинки,пленка
Kelsh	K-460	10,5X12,7	90	23,7-92,0	0,36 ... 	пластинки,пленка
Nikon	TS-20	6,5X9	64	20	0,9 ... 5	пластинки,пленка
Nikon	TS-40	9X12	60	40	2,5 ... 10	пластинки
Nikon	TS-120	9X12	60	120	5 ... 50	пластинки
Sokkisha	B-45	12X16,5	121	45	1 ... 5	пластинки
Sokkisha	SKB-40	6,5x9	67	40	2.5 ... 10	пластинки

Рис.11. UMK с базисом 840 mm. Рис. 12. SMK с базисом120 mm

Основные характеристики метрических цифровых камер показаны в таблице .3, а неметрических – в таблице .4

Таблица .3

Изготови-тель	Модель	Разрешение (pixel)	Размер пикселя (m)	Размер матрицы (mm)	Фотометри-ческое разрешение (bits)	Фокусное расстояние (mm)
Rollei	Rollei db44 metric	4080x4076	9	36.9x36.9	48	40350
Rollei	Rollei db45 metric	4080x5440	9	36.9x48.7	48	40350
Rollei	Q16	4096x4096	15	60x60	12	40350
Rollei	RSC	4500x4500	11	50x50		60
Rollei	d7 metric	2552x1920	6	16x13	30	7.3
Kodak	Megaplus	2029x2044			8,10	24

Рис.13 Камеры Rollei db44 y db45 metric

Рис.14 Камера Rollei RSC Рис. 15 Камера Rollei d7 metric

Таблица .4

Изготови-тель	Модель	Разрешение (pixel)	Размер пикселя (m)	Размер матрицы (mm)	Фотометри-ческое разрешение (bits)	Фокусное расстояние (mm)
KODAK	ProBack645	4080x4080	9	36.7x36.7	36	45
KODAK	ProBackPlus	4080x4080	9	36.7x36.7	36	45
KODAK	DCS Pro14	4536x3024	8	36x24	36	24
KODAK	DCS 760	3032x2008	10	30x20	36	24
KODAK	DCS 660	3040x2008	10	30x20	36	1850

Рис.16 Цифровая приставка Kodak ProBack Plus для фотокамер

Рис.17 Цифровая приставка Kodak ProBack 645 для фотокамер MAMIYA AF, AFD и CONTAX 645

В таблице 5 представлены основные характеристики некоторых цифровых не метрических камер, основанных на применении линеек ПЗС. В этих камерах в плоскости прикладной рамки перемещается линейка ПЗС, за счет этого получается изображение (сканерное), состоящее из множества строк, каждая из которых получена в свой момент времени. Время сканирования (получение одного изображения) равно примерно 2 минуты. Естественно, такие камеры можно применять только для съемки статических объектов (не меняющих свое положение в пространстве во времени).

Таблица .5

Изготовитель	Модель	Разрешение (pixel)	Размер пикселя (m)	Площадь сканирования (mm)	Фотометри-ческое разрешение (bits)
Better Light	Super6K-2	9000x12000	8	72x96	48
Better Light	Super8K-2	12000x15990	6	72x96	48
Better Light	Super10K-2	14836x20072	5	72x96	48
Panoscan	MARK II (MK2)	6000x65000	12	72	48
EYESCAN	M3metric	10000

Super10 K-2

Super 8 K-2

Super 6 K-2

Рис.18. Цифровые сканерные приставки фирмы Better Light для фотокамер

Рис.19. Цифровая сканерная приставка Super10 K-2 фирмы Better Light с фотокамерой

Среди камер, основанных на применении линеек ПЗС существуют и панорамные камеры. На рис. 20 в качестве примера показана панорамна камера EYESCAN M3 фирмы Kamara & System Technik. Эта камера позволяет получать изображения с углом поля зрения, составляющим 360^о. Линейка ПЗС имеет 10000 пикселей

Рис. 20 Панорамная камера EYESCAN M3

Другая группа камер, которая также находит свое применение в фотограмметрии это видеокамеры. В основном они применяются в специализированных фотограмметрических системах для изучения мелких объектов в медицине, робототехнике и т.д. Эти камеры работают в аналоговом телевизионном формате. Для получения цифровых изображений применяются аналого-цифровые преобразователи (захватчики изображений) в виде специальной платы, устанавливаемой в компьютер.

Рис.21 Различные видеокамеры с захватчиком изображений

Современные видеокамеры являются цифровыми, не требующими аналого-цифровых преобразователей. На рис. 22 в качестве примера приведена видеокамера E-PLA741. Скорость съемки такой камерой составляет 27 кадров в секунду с разрешением 1280x1024 пикселей; 33 кадра в секунду с разрешением 1000x1000 пикселей и 8000 кадров в секунду с разрешением 4096 пикселей.

Рис.22 Цифровая видекамера