Аэро – и космические съемочные системы

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

  1 Аэро – и космические съемочные системы.  3

 1.1 Классификация съемочных систем 3

2.2 Основные критерии съемочных систем 4

 2.3 Принципиальные схемы аэрокосмического фотографирования: кадровое,

       щелевое и панорамное 6

  2 Стереокомпаратор, его устройство и назначение.определение           

     элементов взаимного ориентирования с помощью                                  

     стереокомпаратора 10

  СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Аэро – и космические съемочные  системы

1.1 Классификация съемочных систем      

Классифицировать  съемочные системы можно по различным  критериям. Съемочные системы разделяют:

- на воздушные  и космические;

- пассивные и  активные;

- работающие  в оптическом или радиодиапазоне;

- однозональные  и многозональные. При выполнении  многозональных съемок получают одновременно несколько изображений одной и той же территории в различных зонах спектра электромагнитного излучения;

           -фотографические и нефотографические  съемочные системы. Фотографирование можно выполнять на черно-белых или цветных фотоматериалах. Цвет изображения может быть натуральным или псевдоцветным (спектрозональное фотографирование);

- оперативные  и неоперативные в зависимости  от способа и сроков доставки видеоинформации. Фотографические съемочные системы являются неоперативными, так для доставки экспонированной пленки требуется посадка летательного аппарата или спуск на Землю специального контейнера. Нефотографические системы относят к оперативным. С их помощью видеоинформация передается по радиоканалу в реальном времени съемки или записывается на магнитном носителе с последующей передачей в эфир; использующие для построения изображения законы центральной проекции (кадровые — фотографические и телевизионные системы), строчно-кадровую развертку (сканеры) и иные законы.

При создании топографических  крупномасштабных планов и карт фотограмметрическим методом используют в основном снимки, получаемые кадровыми аэрофотоаппаратами.

Классификация может  быть продолжена, исходя из многообразия конструкций и технических характеристик съемочных систем.

 

 

1.2 Основные критерии съемочных систем     

Основные критерии, применяемые для оценки информационных возможностей съемочных систем: линейная разрешающая способность, спектральная разрешающая способность, фотограмметрическая точность, фотометрическая точность.

Линейной  разрешающей способностью съемочной  системы называют ее возможность раздельно воспроизводить на снимке мелкие детали снимаемого объекта. Разрешающая способность R определяется числом раздельно воспроизводимых черных линий в 1 мм изображения при таком же белом интервале между ними. Для числа воспроизводимых линий R и ширины линии р_с справедлива следующая зависимость

р_с = 1/2R.             

Например, если съемочная  система имеет разрешающую способность R= 50 мм^-1, то это означает, что в 1 мм изображения может быть зафиксировано 100 черных и белых линий и минимальный размер различимого элемента изображения будет равен 0,01 мм. Величину р_с называют разрешением на снимке. Размер соответствующего элемента на поверхности снимаемого объекта называют разрешением съемочной системы.

Разрешающая способность  съемочной системы определяется путем съемки миры - специального тест-объекта, представляющего собой основу, на которую нанесен рисунок в виде черных и белых полос. Вместо полос могут быть использованы черные и белые сектора круга.

В первом случае миру называют штриховой, во втором — радиальной (рисунок 1). Среди штриховых наиболее часто применяют пятишпальную миру. Она представляет собой тридцать решеток, каждая из которых содержит пять светлых полос на черном фоне. Длина полос в десять раз больше их ширины. В каждой последующей решетке ширина полос уменьшается на 1/10.

Съемку выполняют  в лабораторных условиях или с  летательного аппарата. Размер миры должен обеспечивать воспроизведение её деталей на реальном снимке. Линейная разрешающая способность - наиболее употребимый критерий при оценке качества съемочных систем.

Рисунок  1 - Тест-объекты (миры):

а - штриховая; б - радиальная;

 в -  П-образная мира с постоянным изменение частоты штрихов

Разрешающая способность  съемочных систем (сканеры и цифровые кадровые системы), в которых приемниками излучения служат ПЗС-линейки или ПЗС-матрицы, выражается числом моментов или линий в одном дюйме изображения - dpi (dots per Inch - точек на дюйм) или lpi (line per inch - линий на дюйм). Например, 600 или 1200 dpi означает, что минимальный размер элемента изображения соответственно равен 0,04 и 0,02 мм.

Под термином спектральная разрешающая способность съемочной системы понимают минимальную ширину спектральной юны, в которой проводят съемку. Ширина спектральной зоны определяется возможностью используемого сенсора воспринимать интегральный сигнал (уровень излучения), создаваемый в данной зоне. Для фотографических систем она приблизительно равна 40...50нм, для нефотографических систем - 10...20 им и менее.

Фотограмметрическая точность съемочных систем - критерий геометрического искажения получаемого снимка. Степень геометрического искажения определяется позиционной точностью построения оптического изображения и последующей деформацией данного оптического изображения приемником излучения. Существуют топографические и нетопографические съемочные системы. Под топографическими понимают такие системы, геометрические искажения в которых минимальны и практически не влияют на точность фотограмметрических преобразований. К этому же классу можно отнести съемочные системы, имеющие значительные искажения геометрии построения изображения, но с известным законом (моделью) деформации. Используя модель деформации, можно учесть геометрические искажения снимка при цифровой фотограмметрической обработке снимков. Для нетопографических съемочных систем главным является получение изображения с высокими изобразительными свойствами.

Съемочные системы, обеспечивающие достаточную точность передачи пропорций яркостей снимаемых объектов по полю изображения, относят к фотометрическим. Причинами, снижающими фотометрическую точность, могут быть: оптический тракт съемочной системы, нестабильность работы ее электронной цепи, непропорциональность регистрации сигналов сенсором и др. В качестве одного из критериев фотометрической точности может быть использовано отношение сигнал/шум - критерий, определяющий отношение основного сигнала, несущего информацию, к величине сигнала-шума (помехи). Чем больше отношение сигнал/ шум, тем выше фотометрическая точность системы.

При конструировании  таких систем учитывают возможные  изменения пропорций регистрируемых сигналов по полю изображения. Для повышения фотометричности съемочных систем оптимизируют угол захвата съемочных систем, уменьшают шумы оптического и электронного тракта, формирующего изображение, и т. п.

Рассмотренные критерии можно считать основными и  общими при оценке и сравнении различных съемочных систем. Для отдельных типов съемочных систем могут быть определены специфические критерии.

1.3 Принципиальные схемы аэрокосмического фотографирования кадровое, щеловое и панорамное      

Кадровые  топографические аэрофотоаппараты

Существует большое  число конструкций аппаратов. Аэро - и космические фотоаппараты можно  классифицировать: по способу построения изображения, числу используемых спектральных зон (каналов), а также по длине фокусного расстояния объектива, разрешающей способности, назначению и т.д.

Наибольшее применение имеют кадровые топографические аэрофотоаппараты (АФА). Схема построения изображения в кадровых АФА, которую принято считать классической, показана на рисунке 2. В кадровых АФА имеется плоская поверхность, на которой строится изображение, неподвижный относительно нее объектив, оптическая ось занимает неизменное положение, изображение строится в центральной проекции. Экспонирование площади снимка происходит одномоментно.

Рисунок 2 – Схема построения изображения в кадровых АФА:

1 – снимок; 2 – зона захвата на местности; 3 – затвор; 4 – S – центр проекции;

5 – координатные метки; ABCD – фрагмент местности; a, b, c, d -  снимок.

Нетопографические аэрофотоаппараты

Щелевые аэрофотоаппараты. Как уже отмечалось, существенный недостаток снимков, получаемых кадровыми аэрофотоаппаратами, — фотографический смаз изображения, вызванный главным образом поступательным движением летательного аппарата. Скорость перемещения оптического изображения относительно аэрофотопленки

v_из = Wf/H = W/m,    

где W— скорость летательного аппарата;  f— фокусное расстояние АФА;  H— высота фотографирования; т — знаменатель масштаба аэрофотосъемки.

Как видно из формулы, при  равных съемочных масштабах скорость перемещения оптического изображения относительно аэрофотопленки и, следовательно, фотографический смаз зависят от скорости летательного аппарата. Чем больше его скорость, тем больше смаз фотографического изображения. Для устранения влияния поступательного движения летательного аппарата на смаз и увеличения разрешающей способности изображения используют щелевые аэрофотоаппараты (рисунок 3).

 

Рисунок 3 – Схема построения изображения в щелевом аэрофотоаппарате:

1 – местность; 2 – объектив; 3 – пленка; 4 – щель.

В щелевых АФА (ЩАФА) изображение  местности / получают в результате непрерывного экспонирования пленки 3. Пленка движется по направлению движения оптического изображения со скоростью v_nл = v_из. Таким образом, скорость движения оптического изображения относительно пленки равна нулю. Синхронное движение аэропленки и оптического изображения исключает фотографический смаз изображения, вызванный поступательным перемещением летательного аппарата. Изображение строится объективом Z и щелью 4, расположенной перед светочувствительным слоем пленки перпендикулярно направлению полета. Экспонирование происходит через постоянно открытую щель, ширина которой прямо пропорционально зависит от интенсивности освещения. В результате съемки получают не отдельные кадры, а сплошную ленту фотографического изображения. При этом изображение строится по двум законам: в поперечном направлении снимок представляет собой центральную проекцию, в продольном (по оси полета) — ортогональную проекцию. Изображение, построенное одновременно по двум законам, требует особой фотограмметрической обработки, отличающейся от обработки снимков, полученных топографическими кадровыми системами. Внедрение компьютерных технологий позволяет достаточно точно выполнять фотограмметрическую обработку изображений, полученных ЩАФА.

Панорамные   аэрофотоаппараты   (ПАФА).

Эти аппараты разработаны, исходя из следующих соображений. Для увеличения зоны захвата съемочной системой необходимо использовать широкоугольный объектив. Однако, как уже отмечалось, увеличение угла поля изображения приводит к падению освещенности и уменьшению разрешающей способности от центра к краю снимка. В конструкции панорамного АФА (рисунок 4) используется свободный от этих недостатков узкоугольный объектив.

Рисунок  4 – Схема построения изображения в панорамном аэрофотоаппарате:

1 – полоса местности; 2 – объектив; 3 – пленка; 4 – полоса.

Объектив 2 вращается вокруг оси, проходящей через его заднюю узловую точку параллельно оси маршрута, и просматривает (панорамирует) полосу местности 1 в пределах угла 140... 180°. Этот способ панорамирования называют прямым. Косвенное панорамирование осуществляют вращением призм или зеркал, установленных перед объективом. Изображение строится полосой 4 на пленке 3, расположенной на цилиндрической поверхности. Получаемый в ПАФА кадр представляет собой вытянутый прямоугольник.

Особенности панорамных снимков:

- высокие изобразительные  свойства по всей площади снимка;

- ширина полосы захвата  на местности в десять раз  и более превышает высоту фотографирования;

- разномасштабность по  полю, снимка от центра к краю  увеличивается в несколько раз.

Панорамные снимки из-за механических перемещений частей ПАФА в момент экспонирования имеют  значительные геометрические искажения. Поэтому чаше их используют для получения семантической информации. Применение цифровых технологий фотограмметрической обрывки позволяет применять панорамные снимки в картографических целях.

2 Стереокомпаратор, его устройство и назначение. Опрделение элементов взаимного ориентирования с помощью стереокомпаратора.

Крупным событием в истории развития фотограмметрии явилось изобретение К. Пульфрихом в 1901 г. стереокомпаратора - прибора для измерений фотоснимков. Пульфрих предложил использовать для фотограмметрических измерений принцип стереоскопического зрения. Стереоскопический метод устранил трудности отождествления идентичных точек на перекрывающихся снимках и резко повысил точность измерений.

Назначение, структура и теория стереокомпараторов

Стереокомпараторы предназначены для стереоскопического измерения координат х, у одноименных точек перекрывающихся снимков. Они широко используются при решении задач методами аналитической фотограмметрии. Измерение снимков на стереокомпараторе и последующая обработка результатов измерения в ЭВМ позволяют осуществлять построение сетей маршрутной и блочной фототриангуляции, выполнять сгущение опорных точек в пределах одиночных стереопар, а также получать цифровые модели заснятого объекта. Стереокомпараторы являются наиболее прецизионными стереофотограмметрическими приборами. Принципиальные схемы измерительных частей приборов различаются по расположению кареток снимков и оптики, по распределению на них механических перемещений и по используемым измерительным элементам. Однако во всех случаях они позволяют определять координаты x₁, y₁, x₂, y₂ идентичных точек измеряемых снимков.