Стереографомметрические приборы

Содержание

Введение 2

Немного истории 3

К. Пульфрих. 4

Строение 9

Назначение 14

Стереографические камеры 17

Заключение 19

Список  используемых источников 20

Введение

     На  протяжении нескольких последних десятилетий  картографирование земной поверхности, выполняется преимущественно аэрофотокосмическим  методом. Этот  метод завоевал всеобщее признание в силу его экономичности,  высокой точности и производительности.  Применение аэрофотокосмического метода  основывается на использовании использования аэро-  и космических снимков,  и определяет  условия, порядок и технические регламенты выполнения  съемки с применением фотограмметрических и стереофотограмметрических приборов,  в том числе порядок и способы маркировки опорных точек,  параметры аэрокамеры,  проектируемой аэрофотосъемки и материалов дистанционного зондирования, полученных современными оптико-электронными съемочными системами,  то их обработка может быть выполнена только с помощью цифровых фотограмметрических систем

     Стереофотограмметрическая обработка изображений, сформированных в режиме стереоскопической съемки, позволяет извлекать информацию о высотах местности с самой  высокой на сегодняшний день детальностью и точностью для космических  съемочных систем. Полученные в результате обработки цифровые модели рельефа  местности и могут быть использованы для решения задач топографического картографирования территорий и  большого спектра тематических задач. 
 

Немного истории

     История серийного выпуска фотограмметрических  приборов сравнительно молода и исчисляется  с начала XX столетия. В 1902 году немецкой фирмой «Цейсс» был начат выпуск первых стереокомпараторов (по идее К. Пульфриха); выпуск стереоавтографов «Ориоль» Цейсса начат в 1909 году, а первые серийные фототрансформаторы появились в конце второго десятилетия. В середине двадцатых годов начал выпускаться наиболее распространенный в мире универсальный стереоприбор- стереопланиграф   Цейсса.

 Наряду с  фирмой  «Цейсс»  выпуск фотограмметрических приборов осуществляется: швейцарской фирмой  «Вильд» (прославившейся универсальными стереоприборами- автографами А-5,  А-7, А-8); французской фирмой  «Галлус» (приборы   Пуавилье);  итальянскими фирмами «Нистри»  и  «Сантони»; английской фирмой  «Барр и Строуд» (двойные проекторы) и американской фирмой  «Бауш и Ломб» (двойные проекторы). В последние   десятилетия фотограмметрические приборы начали серийно выпускаться швейцарской фирмой  «Керн».  Высоких результатов в выпуске современных фотограмметрических приборов достигли фирмы  «Матра»  (Франция),  «Оми»  (Италия),  «Керн» и «Вильд» (Швейцария) и  другие.   Успехи итальянской и швейцарских фирм во многом обусловлены их широкой кооперацией с фирмами США, выпускающими современную вычислительную технику.

К. Пульфрих.

     Рассматривая  деятельность К. Пульфриха в области стереоскопии можно отметить следующее,  до создания стереокомпаратора и стереоавтографа с 1852 г. использовалась фототопографическая (фотограмметрическая) съёмка, разработанная французским топографом Эме Лосседа. Хотя он и использовал пару наземных фотоснимков, но они служили для монокулярного измерения на каждом из них координат изображений одинаковых точек местности. По измеренным на снимках абсциссам положение точек на плане определялось путём построения засечек, по примеру мензульной съёмки. Высоты точек вычислялись по измеренным на снимках ординатам. При этом фотограмметристы сталкивались с трудностью опознавания на двух фотоснимках одинаковых точек из-за перспективных искажений. Профессор Алексапольский Н.М. в учебнике "Курс геодезии", изданном в 1930 г., написал, что с появлением стереокомпаратора Пульфриха и стереоавтографа Ореля-Цейсса на смену фотограмметрической съёмке пришла стереофотограмметрическая съёмка. Датой её рождения можно считать 1901 г. - год изобретения стереокомпаратора.

     На  границе 19 и 20 веков  ученый К. Пульфрих заинтересовался стереоскопией, но прежде, чем описывать его заслуги в стереофотограмметрии, нужно дать пояснение. По его собственному высказыванию он поранил себе левый глаз, когда был молодым человеком. По данным его коллеги Макса фон Рора  у него с 1905 г. в левом глазу стала развиваться катаракта. В связи с этим К. Пульфрих не мог смотреть пространственно и, несмотря на этот недостаток, он создал стереокомпаратор, участвовал в разработке конструкции стереоавтографа.

     О создании стереокомпаратора К. Пульфрих доложил в 1901 г. на 73-й Конференции учёных естественных наук и врачей, проходившей в Гамбурге. Стереокомпаратор это первый стереофотограмметрический прибор, изготовленный на фирме Карл Цейсс Йена.

     В июне 1901 г. К. Пульфрих впервые использовал стереокомпаратор для измерения снимков звёздного неба, которые ему предоставил астроном М. Вольф . К. Пульфрих отметил, что отыскание и отождествление звёзд и следов планет при стереоскопическом рассматривании происходит проще и быстрее, чем по одиночным фотоснимкам. Кроме того, оно позволяет отличать дефекты фотоэмульсии на фотопластинках от изображений небесных тел. Карл Пульфрих в своей работе по использованию стереокомпаратора в астрономии написал, что ему доставляло наслаждение стереоскопическое рассматривание снимков звёздного неба. Вместе с М. Вольфом они обнаружили, что при повороте фотопластинок на 900 стереоскопическое изображение превращалось в плоское (сейчас это называется нулевой стереоэффект), а при повороте ещё на 900 наблюдался обратный стереоэффект. По стереопаре фотоснимков Луны К. Пульфрих пробовал измерять высоты кратеров и составил план небольшого участка лунной поверхности. Им были выполнены на стереокомпараторе измерения снимков Солнца.

     Исходя  из опыта измерения на стереокомпараторе  снимков звёздного неба, К. Пульфрих разработал блинк-компаратор (компаратор мигания) или блинк-микроскоп , на котором две фотографии ночного неба, полученные на оптическом телескопе в разное время, рассматривались монокулярно путём их быстрой смены в поле зрения.  В каждой ветви оптической системы перед объективами были установлены диафрагмы, которые по очереди открывали наблюдение левого или правого снимка. Это позволяло легко найти объекты в ночном небе, которые изменили своё положение относительно неподвижных звёзд. Их изображения прыгали влево-вправо. Например, с использованием этого компаратора в 1930 г. была обнаружена планета Плутон. Стереокомпаратор улучшил опознавание точек сфотографированных объектов, повысил скорость и точность измерения их координат на снимках. Однако остались вычислительные операции, и стереокомпаратор не дал существенного выигрыша в скорости рисовки контуров и горизонталей. В связи с этим нужен был прибор, на котором при рассматривании стереопары снимков можно было бы сразу же вычерчивать контура и горизонтали.

     Фирма Карл Цейсс предложила модернизировать прибор и начать серийный выпуск. К работе подключился К. Пульфрих. В ходе модернизации прибора на нём был установлен "параллелограмм Цейсса", обеспечивающий плановую засечку точек, и введены базисные суппорты. С целью автоматического определения высот точек К. Пульфрих разработал конструкцию третьей линейки. В 1909 г. фирма выпустила прибор под названием "стереоавтограф".

     В 1914 г. была изготовлена модель стереоавтографа , которая в течение долгого периода не видоизменялась (патент был выдан в 1916 г.). Только после 2-й мировой войны фирма Карл Цейсс  Йена выпустила новую модификацию прибора под названием стереоавтограф 1318, который имел компактную конструкцию, и его модифицированные модели использовались до конца 20 века .

     Карл  Пульфрих занимался популяризацией стереоскопии. Он организовал в Йене Общественные курсы стереофотограмметристов, которые вошли в научный Союз фотограмметристов Германии, созданный 7 октября 1909 г. В качестве немецкой секции этот Союз в 1911 г. вступил в Международное фотограмметрическое общество (МФО), основанное 4 июля 1910 г. в Вене. Таким образом, К. Пульфрих был в числе организаторов МФО. 1-й Международный конгресс фотограмметристов состоялся в Вене в 1913 г. с 24 по 26 сентября. В 1934 г. Н.М. Алексапольский участвовал в работе IV конгресса МФО и в номерах 5 и 7 журнала "Геодезист" за 1935 г. опубликовал отчет. В 1968 г. на XI конгрессе, проходившем в Лозанне, Швейцария, наш Национальный комитет фотограмметристов (НКФ) вступил в МФО. В 1980 г. МФО было переименовано в "Международное общество фотограмметрии и дистанционного зондирования" (МОФДЗ) .

     В 1957 г. на 1-м Международном фотограмметрическом  съезде канадский фотограмметрист Ю.В. Хелава (U.V. Helava) сообщил об общих принципах конструкции аналитического стереофотограмметрического прибора, который должен состоять из измерительного блока, созданного на базе стереокомпаратора, компьютера и координатографа. Таким образом, стереокомпаратор Пульфриха получил новую жизнь. Первый образец такого прибора был создан фирмами OMI (Италия) и Bendix (США) под названием АР-1 (analytical plotter) и был продемонстрирован в 1960 г. Программное обеспечение работы прибора было составлено Ю.В. Хелавой. Это событие стало началом перехода фотограмметрии на использование компьютеров и замену ими существовавших до сих пор аналоговых фотограмметрических приборов. В 1963 г. 2-й Международный фотограмметрический съезд был полностью посвящен аналитическим приборам. В 70-80-е гг. аналогичные приборы были выпущены в других странах, например, во Франции Traster (Трастер) фирмы Матра, в ФРГ Planicomp (Планикомп) фирмы Карл Цейсс. Особенностью Трастера является то, что оператор наблюдает снимки не в окуляры, а на экране через очки с поляроидными светофильтрами. В нашей стране были созданы стереопроектор аналитический (СПА) и стереоанаграф. Однако в конце 20 и начале 21 веков эти приборы стали заменять цифровыми фотограмметрическими системами (ЦФС). Таким образом, стереокомпаратор Пульфриха прослужил 100 лет, но в программном обеспечении ЦФС предусмотрен стереокомпараторный режим измерения снимков . В этот период К. Пульфрих занимался также фотометрией. Им был разработан фотометр, в котором исследуемый предмет сравнивался со стандартным образцом в виде шкалы перемены оптической плотности. В 1923 г. К. Пульфрих создан колориметр , у которого в качестве стандартного образца он разработал цветные клинья. На основе фотометра Пульфриха были созданы коллоидометр, нефелометр, флюорометр и другие приборы, в которых исследовались объекты путём сравнения со стандартной шкалой. Например, в 1996 г. при исследовании поверхности Марса с помощью робота Pathfinder-Sojourner был использован стереоспектрофотометр, разработанного на основе конструкции фотометра Пульфриха .

     С целью увековеченья памяти учёного  и талантливого конструктора фирмами  Карл Цейсс (Германия) и Intergraph Corporation (США) были учреждены премии Карла Пульфриха, которыми поощряются научные и производственные разработки в области фотограмметрии и дистанционного зондирования, изготовления съемочных, фотограмметрических и оптических приборов. 

Строение

     Первая  модель стереокомпаратора   отличалась от привычной для нас конструкции  этого прибора. В качестве наблюдательной системы использовался либо зеркальный стереоскоп  Гельмгольца, либо бинокулярный микроскоп с увеличениями 4, 6 и 8 крат. Движений по координатным осям наблюдательная система не имела. Для стереоскопического измерения фотоснимков К. Пульфрих применил способ мнимой марки, предложенный в 1892 г. Ф. Штольцем (Германия) и применяющийся до сих пор для измерения стереоскопических изображений. Суть способа состоит в том, что в каждом окуляре устанавливается измерительная марка одинаковой формы (крест, точка), одинаковой величины и одинакового цвета. При наблюдении стереоизображения эти марки сливаются в одну мнимую марку (стереомарку), перемещающуюся по трём координатам.

     Стереоскоп  Гельмгольца представлял собой  прибор на основе стереоскопа Витстона  помещающий 2 глазные трубочки перед двумя зеркальцами, соприкасающимися  ребрами под прямым углом; в правом зеркальце видно изображение предмета, помещенное в приборе на его правой стенке, а в левом - изображение, помещенное налево. В стереоскоп до изобретения фотографии помещались только чертежи геометрических тел и несложные перспективные рисунки. Если, при снимании изображений для стереоскопа  расстояния между объективами больше расстояния между глаз, то рельеф будет усиленный и может перейти в безобразный для предметов близких к глазу, но зато облегчается суждение о рельефе предметов отдаленных. На этом основано устройство телестереоскопа Гельмгольца - прибора, назначенного для определения, какие из дальних предметов находятся впереди других. Перед глазными трубочками находятся два зеркальца, как в стереоскоп Витстона; на одной линии с ними направо и налево помещены другие два зеркальца, отражающие изображения предметов в первые зеркальца. В каждом из глаз составится изображение отдаленных предметов и если линейка, на концах которой укреплены крайние зеркальца, имеет 11/2 - 2 метра длины, то можно судить о том, например, какая из вершин и холмов, рисующихся рядом, ближе к наблюдателю.

     Снимкодержатели  в стерекомпораторе Пульфриха  располагались на каретках, перемещающихся по осям X  и Y. Каретка Y  перемещалась вверх-вниз по наклонным направляющим. Каретка X  двигалась по направляющим, расположенным на каретке Y. Для измерения продольного и поперечного параллаксов снимкодержатели перемещались по направляющим, установленным на каретке X .  Измерение продольного параллакса выполнялось движением правого снимкодержателя вдоль оси X, а измерение поперечного параллакса - движением левого снимкодержателя вдоль оси Y.   Снимкодержатели вращались в своей плоскости. Чтобы компенсировать вес всех кареток, к каретке Y   был прикреплён тросик, а сзади прибора к тросику подвешен груз соответствующего веса.