Аэро – и космические съемочные системы

Ряд стереокомпараторов позволяет измерять координаты х, у одного из снимков и параллаксы р, q, через которые можно вычислить координаты х и у другого снимка по формулам:

p = x₁ - x₂;        q = y₁ –y₂

Приборы, которые  обеспечивают непосредственное определение координат x₁, y₁, x₂, y₂, позволяют обрабатывать снимки с любым продольным и поперечным перекрытием, а также наблюдать и измерять их методом продолжения. Высокая точность приборов обеспечивается соответствующим качеством изготовления деталей измерительных цепей, повышением их износоустойчивости и уменьшением температурного влияния. Последнее достигают применением материалов с небольшим коэффициентом температурного расширения и массивностью деталей. Снимкодержатели стереокомпаратора иногда снабжены устройствами для поворота снимков в своей плоскости на углы χ вокруг центральной точки. Для повышения производительности работ в современных приборах используют электроприводы. Наблюдательные системы стереокомпараторов представляют собой бинокулярные микроскопы, оптические оси которых нормальны к плоскостям снимкодержателей. Окуляры микроскопа позволяют устанавливать необходимые для оператора диоптрийности, глазной базис, а также продольную и поперечную конвергенцию зрительных осей. Во многих приборах коэффициент увеличения микроскопов изменяется ступенчато, путем замены окуляров одного фокусного расстояния на окуляры с другим фокусным расстоянием. Реже микроскопы содержат панкратические оборачивающие системы, позволяющие непрерывно менять увеличение в некотором диапазоне. Непрерывное изменение увеличения, выполняемое автономно в каждой ветви бинокулярного     микроскопа,     обеспечивает   стереоскопическое измерение разномасштабных и перспективных снимков. В ряде приборов изображение, построенное микроскопом, может отводиться в фоторегистратор для получения фотоабриса. На фотоабрисе наблюдаемая точка совпадает с изображением измерительной марки. Измерительные марки располагаются в центрах полей зрения бинокулярного микроскопа. В современных стереокомпараторах используют сменные по форме и размерам светящиеся измерительные марки, которые не затеняются оптическими плотностями снимков. В ветвях бинокулярного микроскопа современных стереокомпараторов с помощью призм имеется возможность поворачивать изображение на любой угол вокруг оптической оси. Этими поворотами пользуются при переходе от   прямого   стереоэффекта   к   обратному   и   наоборот, а также при образовании нулевого стереоэффекта, когда поперечные параллаксы обращаются в видимые продольные, которые измеряются  точнее  поперечных.   В  стереокомпараторах, у которых отсутствуют движения χ₁ и χ₂, повороты изображения призмами облегчают  стереоскопическое  наблюдение снимков с большой разностью δχ = χ₂ — χ₁. Для наблюдения и измерения «методом продолжения» в некоторых приборах имеется возможность  переключения  изображения  от  объектива   микроскопа одной ветви в окуляр другой ветви. Этим обеспечивается наблюдение левым глазом правого снимка, а правым глазом левого снимка, что исключает перестановку снимков при измерении стереопар маршрута. В современных стереокомпараторах для   автоматического   преобразования   перемещений   кареток в цифровую форму используют аналого-цифровые преобразователи (АЦП) накопительного или позиционного принципа действия. Последние обеспечивают большую надежность определения координат. Автоматическая регистрация измеренных координат осуществляется печатающим устройством в двух видах:

1. на бумаге десятичными числами,
2. на перфоленте (перфокартах) в установленном коде.

Первый вид  регистрации необходим оператору  для контроля результатов измерения, второй — для непосредственного ввода результатов измерения в ЭВМ. Печатающее устройство позволяет в двух видах регистрировать номера точек и исходные данные: геодезические координаты X, У, Z опорных точек, элементы внутреннего ориентирования снимков, калибровочные данные координатных меток и т. д. В последнее время вместо печатающего устройства используют дисплейные персональные компьютеры с магнитными наполнителями и автоматическими цифропечатающими устройствами (АЦПУ).

Рисунок – 50 Регистрирующее устройство для фотограмметрических  приборов («Онега-2»): 1 – стереокомпаратор; 2 – блок управления; 3 – дисплей;

4 - координатограф

Теория стереокомпараторов основывается на преобразовании измеренных координат х_и, y_и каждого снимка в прямоугольные декартовые координаты х, у. Из-за ошибок изготовления деталей прибора и их сборки координаты х_и, у_и несколько отличаются от декартовых координат х, у из-за масштабных ошибок измерительных элементов приборов, неперпендикулярности направляющих и т. д. Практически установлено, что связь между измеренными и декартовыми координатами достаточно точно выражается формулой

где а₁₁, а₁₂, a₂₁, a₂₂ - коэффициенты аффинного преобразования; dx, dy - постоянные величины.

Широкое распространение  имеет стереокомпаратор Steco 1818.

Стереокомпаратор  Steco 1818

Отличительной особенностью прибора (рисунок 10) является компактность и невысокая стоимость изготовления. Прибор обеспечивает хорошие условия стереоскопических наблюдений, но из-за отсутствия автоматической регистрации координат и параллаксов не обеспечивает высокой производительности стереоскопических измерений. В последнее время эти приборы модернизируют: с измерительными винтами х, у, р, q связывают накопительные АЦП, которые соединяют через интерфейс с ЭВМ. Таким образом, обеспечивается автоматическая регистрация координат, и появляется одновременно возможность преобразования измеренных координат и параллаксов в координаты точек заснятого объекта, получения их цифровых моделей и построения маршрутной сети фототриангуляции.

Рисунок 10 – Стереокомпаратор Steco 1818:

а – внешний вид прибора: 1 – штурвал x; 2 – штурвал y; 3 – штурвал q; 4 – штурвал p; б – схема механической системы прибора: 1 – винт x; 2 – винт y;

3 - винт p; 4 – винт q.

Для высокоточных измерений используют специальные  автоматизированные стереокомпараторы СКВ-1, СКА-18, СКА-30, Stecometer С.

Stecometer С

Внешний вид прибора, принципиальные схемы его механической и оптической систем представлены на рисунок 11.

В приборе обеспечиваются одновременно хорошие условия стереоскопических наблюдений, высокая точность определения координат и параллаксов, а также высокая производительность выполнения работ. Хорошие условия стереоскопических наблюдений, прежде всего, обеспечиваются высокими амплитудно-частотными характеристиками бинокулярного микроскопа. Автоматическая регистрация координат и параллаксов осуществляется с помощью четырех цифровых преобразователей, связанных с измерительными винтами прибора, и специализированной  электронной регистрирующей  системы коордиметра.

Рисунок 11 – Стекометр  С:

а - внешний вид прибора: 1 - печатающее устройство; 2 - пульт управления; 3 - процессор; б - схема механической системы прибора: 1 - винт х: 2 - винт параллаксов р; 3 - винт y; 4 - винт q; в - схема оптической системы прибора: 1 - светофильтры; 2 - измерительные марки; 3 - фоторегистратор

Дикометр

Внешний вид оптико-механической части стереокомпаратора представлен  на рисунок 12. Конструкция прибора, его инструментальная точность и амплитудно-частотная характеристика бинокулярного микроскопа оптимизированы по отношению к качеству  современного  снимка.   Измерительные  винты  снабжены АЦП и серводвигателями, с помощью которых может осуществляться автоматическая фиксация координат х₁, y₁, х₂, y₂; быстрая перегонка и управление положением кареток  от  ЭВМ. Прибор может работать совместно с коордиметром Н или подключен к ЭВМ. Если впоследствии дикометр будет оснащен и автоматизированным координатографом, то он преобразуется в аналитический универсальный стереоприбор.

 

Рисунок 12 - Дикометр

1 - осветители; 2 - штурвал х, 3 - штурвал у; 4 - штурвал р; 5- штурвал q.

Автоматизированный  стереокомпаратор СКА-18

Прибор содержит оптико-механическую систему, электронно-вычислительный процессор и рулонный телетайп. К главным особенностям оптико-механической системы стереокомпаратора относятся:

1) большие диапазоны перемещения  кареток снимков по осям x₁, y₁, x₂, y₂;

2) наличие проектора дополнительного  снимка;

3) сокращение числа органов  управления приводами кареток. 

 Первая особенность  обеспечивает стереоскопическое наблюдение снимков с любым их продольным и поперечным перекрытием; вторая — повышает точность опознавания точек и третья - обеспечивает управление движениями x₁, y₁, x₂, y₂ двумя ручными штурвалами и ножной педалью, или наклонами рычага управления электроприводами и ножной педалью. Бинокулярный микроскоп позволяет переключать изображение от объектива одной ветви в окуляр другой, что совместно с большими диапазонами перемещения по осям х, у обеспечивает стереоскопические измерения снимков маршрута «методом продолжения». Амплитудно-частотные характеристики ФПМ бинокулярного микроскопа ниже по сравнению с соответствующими характеристиками ранее рассматриваемых компараторов. Проектор дополнительного снимка, имеющий осветитель на просвет и отражение, позволяет устанавливать одиночные снимки форматом до 30х30 см или рулонный фильм шириной до 30 см. Изображение дополнительного снимка можно рассматривать совместно с основным снимком. Блок электронно-вычислительного процессора преобразует показатели кодовых шкал АЦП в десятичный код, высвечивает значение координат на цифровом табло и управляет работой телетайпа. На пульте управления прибора имеется клавиатура для набора четырехразрядного номера измеряемой точки. Прибор выпущен малой серией.

Автоматизированный  стереокомпаратор СКА-30

Этот прибор (рисунок 13) отличается от предыдущего (СКА-18) в основном форматом снимкодержателей. Увеличение формата повлекло к соответствующему изменению размеров и массы прибора. Проектор дополнительного снимка в СКА-30 заменен на фоторегистратор и фотопроектор, которые могут подключаться к левой части ветви бинокулярного микроскопа. Фотопроектор позволяет рассматривать фотоабрисы.

Рисунок 13 – Стереокомпаратор СКА-30:

1 - стереокомпаратор; 2 - щит электропитания; 3- рулонный телетайп; 4 - стул оператора; 5 - процессор; 6 - цифровое табло

Стереокомпаратор  СКВ-1

Измерительные элементы в  виде квантованных шкал располагаются в плоскости снимков в области координатных осей x₁, y₁, x₂, y₂ . Это обеспечивает в большей мере реализацию принципа точных измерений (принципа Аббе). Прибор снабжен устройством дополнительного снимка, на котором световым пятном указывается положение измерительной марки. Прибор содержит электронно-вычислительные счетчики перемещений со световым табло и телетайп. На световом табло между строками текущих координат находятся строки памяти, на которых фиксируются значения координат для установки кареток по отсчетам в целях идентификации связующих точек.

При использовании  любого стереокомпаратора измерение  координат и параллаксов точек фотоснимков состоит из таких этапов работ: а) центрирование фотоснимков, б) их ориентирование, в) собственно само измерение. На всех стереокомпараторах можно обрабатывать только прозрачные фотоснимки в виде негативов, а чаще в виде диапозитивов на стеклянных фотопластинках.

Центрирование - это совмещение главной точки аэрофотоснимка или любого фотоснимка с центром вращения кассеты в приборе. Для работы на простых приборах необходимо сначала получить положение главных точек на негативах или диапозитивах. Для этого соединяют противоположные координатные метки под линейку карандашом и в пересечении находят главную точку фотоснимка. Наблюдая через оптическую систему, центрируют каждый фотоснимок отдельно. Его передвигают по кассете, пока главная точка совпадает с центром кассеты. Он обычно награвирован на стекле кассеты в виде крестика или кружка с точкой. В более высокоточных приборах центрирование выполняется по координатным штрихам кассеты (рисунок 14). Рассматривая через лупу по очереди каждую сторону кассеты или применяя специальную систему луп, передвигают снимок так, чтобы координатные штрихи, награвированные на стекле кассеты точно по середине сторон, оказались строго совпадающими с координатными метками фотоснимка.

Рисунок 14 – Схема центрирования  негатива или диапозитива в кассете  по координатным штрихам

Ориентирование  по координатным меткам заключается  в таком повороте фотоснимка с кассетой в своей плоскости на угол х, чтобы линии, соединяющие противоположные координатные метки фотоснимка, стали параллельными координатным движениям в приборе, т. е. чтобы системы координат фотоснимка и прибора совпали по направлению и были бы верными измерения. Ориентирование можно выполнить по осям ординат или по осям абсцисс и так же, как и центрирование, оно выполняется отдельно для каждого фотоснимка. Для того, чтобы осуществить ориентирование по координатным меткам вдоль оси ординат, вращением штурвалов Ш_X и Ш_Y наводят марку на одну из меток, например на дальнюю. Затем только штурвалом Ш_Y перемещают эту марку в ближнее положение (рисунок 15). Марка не совпадет с ближней координатной меткой. Совмещения добиваются наполовину вращением штурвала Ш_X, наполовину поворотом кассеты с фотоснимком на угол х. Работу повторяют несколько раз пока марка при вращении штурвала Ш_Y станет проходить через обе координатные метки.

Рисунок 15 – Схема  ориентирования аэрофотоснимка с кассетой по координатным меткам