Фотограмметрия как наука

     План 

1. Фотограмметрия  как наука и ее связь с другими  дисциплинами.
2. Фотографические материалы и их свойства.
3. Поперечный и продольный параллаксы точек снимков
4. Факторы, обусловливающие необходимость увеличения снимков.
5. Элементы взаимного ориентирования пары снимков
6. Планово-высотная привязка аэрофотоснимков
7. Дешифрирование – процесс получения семантической информации со снимков
8. Критерии качества при дешифрировании
9. Особые условия проведения аэрофотосъемки городских земель
10. Литература

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Фотограмметрия как наука и ее связь с другими дисциплинами. 

      Фотограмметрия - наука, изучающая способы определения форм, размеров, пространственного положения и степени изменения во времени различных объектов, по результатам измерений их фотографических изображений.

     Термин "фотограмметрия" происходит от греческих  слов: photos – свет, gramma – запись, metreo – измерение. Следовательно, его дословный перевод - измерение светозаписи.

     Предметы  изучения фотограмметрии это геометрические и физические свойства снимков, способы их получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки.

     В настоящее время в фотограмметрии выделяют три направления исследований. В первом изучаются и развиваются методы картографирования земной поверхности по снимкам. Второе связано с решением прикладных задач в различных областях науки и техники. В третьем развиваются технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленной на космических летательных аппаратах. Задачи и методы последнего из указанных направлений существенно отличаются от первых двух, и далее детально не рассматриваются.

     Современная фотограмметрия как техническая наука тесно связана с науками физико-математического цикла, достижениями радиоэлектроники, вычислительной техники, приборостроения, фотографии. Она органически связана с геодезией, топографией и картографией.

     На  основе достижения физики и особенно оптики созданы современные объективы съемочных и обрабатывающих приборов.

     Успехи  в развитии электроники, радиоэлектроники, вычислительной техники и космической  геодезии способствовали автоматизации  процессов самолетовождения и управления полетами космических кораблей созданию сенсоров, для получения изображений в цифровом виде, а также приборов для определения положения снимков в момент фотографирования, автоматизации процессов обработки и хранения информации, которой обладают снимки.

     Благодаря химии освоен выпуск черно-белых и цветных фотоматериалов. Математика широко применяется в разработке теории фотограмметрии при решении практических задач.

     Методами, известными в астрономии и геодезии, снимки обеспечиваются опорными точками, необходимыми для создания съемочной сети с целью составления топографических карт и планов или решения прикладных задач.

     При создании по фотоснимкам планов и  карт и их оформлении используются достижениями картографии.

     Фотограмметрия  применяется главным образом  для составления топографических карт и планов. Однако в настоящее время она находит все более широкое применение при решении различных прикладных задач. Для какой бы цели не применялась фотограмметрия, основные принципы ее остаются теми же самыми. Фотограмметрическое оборудование, используемое, прежде всего, в картографических целях, можно применить и в других областях науки и техники.

     В нашей стране фотограмметрические  методы применяют:

     - для изысканий и проектирования различного рода линейных сооружений (автомобильных и железных дорог, трубопроводов, линий электропередачи и т.д.). В этих случаях обычно составляют изыскательские планы, которые могут иметь меньшую точность и условную систему координат, фотосхему полосы местности и профиль местности, построенный по измерениям снимков;

     - в строительстве при определении качества строительства, повышении надежности и долговечности промышленных и гражданских сооружений и т.д.;

     - в геологоразведочных работах. Аэро- и космические снимки позволяют по данным дешифрирования более рационально подойти к выбору территорий, перспективных для поиска и разведке полезных ископаемых, наметить точки для бурения скважин и определить их координаты;

     - в геофизике для получения координат и высот заданных точек местности и определения топографических поправок в измеренные значения силы тяжести;

     - в архитектуре при производстве обмеров, составлении планов фасадов, изготовлении объемных моделей, съемке и воспроизведении архитектурных памятников, изучении и измерении архитектурных композиций, скульптур и т.д.

     - в горном деле для съемки открытых горных разработок с составлением маркшейдерских планов карьеров, дражных участков, бульдозерных полигонов, складов готовой продукции и т.д.;

     - в географических исследованиях (изучение ледников, селей, оползней и др.);

     - при картировании дна и получении глубин шельфа, изучении морского волнения, определении скорости и направления течения в открытом море;

     - в медицине и хирургии для диагностики и лечении заболеваний отдельных органов человека, а также для обнаружения в организме посторонних предметов и опухолей;

     - в военном деле и т.д. 
 
 
 
 

Фотографические материалы и их свойства. 

     Фотографические материалы (фотоматериалы) классифицируют:

• по назначению (аэрофотопленки, фототехнические пленки и др.);
• по цвету получаемого фотографического изображения (черно-белые, спектрозональные и цветные);
• по строению (фотопленки, фотопластинки, фотобумага).

          Все фотоматериалы имеют подложку (основу) и светочувствительный или эмульсионный слой.

     В аэрофотографии применяются подложки из прозрачных (триацетатных или лавсановых) пленок. При фототеодолитных съемках подложкой используемых фотоматериалов обычно служат тонкие стеклянные пластинки.

     Светочувствительный слой фотографических материалов представляет собой тонкую прозрачную пленку, большей частью желатиновую, содержащую во взвешенном состоянии галоидные соли серебра (бромистые, йодистые и хлористые) в виде отдельных кристалликов-зерен. Под воздействием света серебро освобождается, что и приводит к почернению эмульсионного слоя, тем большему, чем интенсивнее оно было. С помощью органических красителей (сенсибилизаторов) регулируют спектральную чувствительность эмульсии.

     Для правильного использования фотографических  материалов необходимо знать их фотографические свойства: светочувствительность, коэффицициэнт контрастности, фотографическую широту, вуаль, цветоточувствительность, разрешающую способность и др.

     Определяются  они по данным сенситометрических испытаний  фотоматериала. Сенситометрия – раздел фотографической науки, посвященный учению об измерении фотографических свойств светочувствительных слоев.

     Светочувствительность — способность фотоэмульсионного слоя создавать большую или меньшую оптическую плотность при одинаковой экспозиции.

     Светочувствительность может быть общей, если фотоматериал экспонировался излучением широкого спектрального интервала (например, 500...700 нм), или спектральной — для узкой зоны спектра (например, 520...560, 680...740 нм). Светочувствительность отечественных фотоматериалов определяется ГОСТом, и ее указывают на упаковке фотопленок, фотопластинок (например, 32 ед. ГОСТ, 250 ед. ГОСТ). Зарубежные фотоматериалы той же светочувствительности имеют другие числовые значения. Это вызвано различиями методик их определения.

     При малой освещенности объекта или при коротких выдержках при съемке применяют фотопленки с высокой чувствительностью.

     Спектральная чувствительность (цветочувствительность) фотоэмульсионного слоя характеризует его способность реагировать на лучи различных зон спектра.

     По спектральной чувствительности фотоэмульсии могут быть несенсибилизированные и сенсибилизированные. В состав сенсибилизированных эмульсий входят вещества-сенсибилизаторы, расширяющие спектральную чувствительность фотоматериала. Несенсибилизированные фотоэмульсии таких веществ не содержат.

     Различают следующие типы фотоэмульсий:

• несенсибилизированные — чувствительны к синим лучам спектра;
• ортохроматические и изоортохроматические — чувствительны к синим, зеленым и желтым лучам;
• пахроматические и изопахроматические взаимодействуют с лучами всей видимой зоны спектра;
• инфрахроматические фотослои обладают максимальной чувствительностью к лучам инфракрасной зоны спектра, причем максимум приходится на различные длины волн, что отражается в их маркировке, например И-840, И-960.

     Коэффициент контрастности характеризует свойство фотоэмульсионного слоя реагировать на некоторое количество световой энергии образованием большей или меньшей разности оптической плотности соседних изображений. Его значение зависит также от времени проявления и типа проявляющих растворов. При фотографировании местности с высоким яркостным контрастом, например горных районов или застроенных городских территорий, применяют малоконтрастные фотопленки. При съемке малоконтрастных ландшафтов, например пустынных или степных районов, используют контрастные фотоматериалы.

     Фотографическая широта — свойство фотоэмульсионного слоя сохранять пропорции оптических плотностей на снимке яркостям фотографируемых объектов. Чем больше фотографическая широта, тем больший интервал яркостей объектов будет изображаться на снимке без искажений.

     Зернистая структура фотоэмульсионного слоя — важный фактор в получении снимков высокого изобразительного свойства. Зерна фотоэмульсии при экспонировании рассеивают световые лучи, что ограничивает воспроизведение мелких деталей, снижает резкость изображения и уменьшает пределы увеличения снимков. Для оценки зернистости фотоэмульсионного слоя применяют критерий, называемый коэффициентом зернистости (фактор зернистости). Коэффициент зернистости используют для визуальной оценки размеров зерна фотоэмульсии, и он является показателем предельного увеличения изображений. Рассчитывают его по формуле 

                                                       

  где п — увеличение, при котором визуально определяется появление зерна на увеличенном изображении.

     Вуаль — оптическая плотность не подвергнутого воздействию света (неэкспонированного) фотоматериала. Для аэропленок вуаль допускается не более 0,2.

     Разрешающая способность фотоматериала определяет способность фотоэмульсионного слоя раздельно воспроизводить мелкие близко расположенные детали фотографируемого объекта.

     Разрешающая способность зависит от размера зерна фотоэмульсионного слоя: чем больше зерно, тем меньше разрешающая способность. Современные аэропленки имеют разрешающую способность 60...250 мм^-1.

     Для получения изображений с высокими изобразительными свойствами необходимо применять мелкозернистые фотоматериалы. Мелкозернистые фотоэмульсионные слои обладают малой светочувствительностью. Однако специфика выполнения аэро- и космических фотосъемок предполагает применение высокочувствительных фотопленок. Это одна из причин, по которой аэро- и космические фотоснимки имеют ограничения в коэффициентах увеличения и резкости.