Фотографические процессы

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение 
высшего профессионального образования

Государственный университет по землеустройству

 

 

Факультет городской  кадастр

Кафедра аэрофотогеодезии

 

 

 

                                         

 

Лабораторная  работа №1:

«Фотографические  процессы»

 

 

 

 

Выполнил:

Преподаватель:

 

 

Москва 2012

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

1. Введение…………………………………………………. …………………………………..3   
2. Характеристики информационного канала «Местность – снимок». 

Потери информации об объектах аэроландшафта в данном канале.

Математические и эмпирические зависимости…………………………………………....4

3. Условия правильного фотографирования на основе анализа характеристической

кривой………………………………………………………………………………………..13  

4. Устройство аэрофотоаппарата, основные детали и их параметры, принципы

работы………………………………………………………………………………………..14   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение
1. Понятие фотограмметрии

Фотограмметрия  – научное направление, изучающее  геометрические свойства снимков, технологию и теорию получения пространственного положения объектов по снимкам.

Основная  задача фотограмметрии – топографическое  картографирование, а также создание специальных инженерных планов и  карт, например, кадастровых.

Фотограмметрические методы позволяют также экономично и достаточно точно решать непосредственно  по снимкам некоторые прикладные задачи, например измерять площади участков местности, определять их уклоны, получать количественные характеристики эрозионных процессов, выполнять вертикальную планировку с определением объёма земляных работ и др.

Это направление  метрической обработки снимков  принято называть прикладной фотограмметрией.

Фотографирование  исследуемых объектов и последующая  камеральная обработка их изображений вместо самих объектов предопределяют основные преимущества фотограмметрического метода исследований перед другими: производительность метода, объективность, достоверность, высокая точность.

В современном  состоянии фотограмметрии можно  выделить несколько направлений: аэрофототопографию, прикладную фотограмметрию, космическую фотограмметрию.

 

1.2 Понятие аэрофотосъемки

Аэрофотосъемкой называют совокупность работ по получению  аэронегативов и аэроснимков местности с целью последующего их использования для создания планов и карт.

Аэрофотосъемка  заключается в фотографировании с воздуха земной поверхности. Она  состоит из следующих процессов:

1. летный – полет над снимаемой территорией по заранее разработанным техническим условиям;
2. аэрофотографический – фотографирование местности по разработанным ранее техническим условиям и руководство полетом;
3. фотолабораторный – проявление аэрофильмов; изготовление фоторепродукций с накидного монтажа;
4. фотограмметрический – регистрация проявленных негативов, составление накидного монтажа и оценка качества выполненной аэрофотосъемки.

Аэрофотосъемка  может быть:

а) многомаршрутной, при которой фотографируют значительную часть земной поверхности путем  проложения ряда прямолинейных и взаимно параллельных аэрофотосъемочных маршрутов. При этом смежные аэроснимки одного маршрута имеют продольное перекрытие, а смежные аэроснимки двух смежных маршрутов – поперечное.

б) маршрутной – когда проводится аэрофотосъемка узкой полосы местности. В этом случае смежные аэроснимки связаны между собой продольным перекрытием.

г) одинарной  – когда аэроснимки не имеют общих частей фотоизображения местности, т.е. взаимно не перекрываются.

Аэрофотосъемки  используются для получения планово-картографических материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Характеристики информационного канала «Местность – снимок».  Потери информации об объектах аэроландшафта в данном канале. Математические и эмпирические зависимости.

 

2.1 Общие характеристики информационного канала «Местность – снимок»

 

Рассмотрим общую схему получения  первичной видеоинформации при  проведении аэро- и космических съемок земной поверхности.

 

При съемке в отраженных лучах радиационный поток проходит путь от источника  излучения до объекта через атмосферу, где  происходят его энергетические изменения.

В результате взаимодействия с объектом часть  радиационного потока отражается в  пространство и имеет иной спектральный состав, поляризацию и энергию. Характер изменений зависит от химических и физических свойств снимаемых объектов. Поэтому отраженный поток электромагнитного излучения несет сведения о свойствах изучаемых объектов.

На пути от объекта до приемника съемочного устройства отраженное излучение объекта  подвергается искажению под воздействием различных компонентов, входящих в  состав атмосферы. При регистрации собственного излучения оно также подвергается воздействию атмосферы. Излучение радиодиапазона искажается помехами, вызванными в основном радиомагнитным полем Земли, ионосферным и тропосферным влиянием атмосферы на флуктуации прохождения радиосигнала.

В качестве приемников излучения в съемочных  системах служат фотографические пленки, фотоэлектрические и термоэлектрические элементы. Если съемку выполняют с  помощью радиосъемочной аппаратуры, то для приема радиоизлучения, отраженного от объекта, используют антенны.

Материалы съемок поступают на пункты приема. При  выполнении фотографических съемок здесь выполняют фотохимическую обработку фотопленки, изготавливают  контактные снимки. При съемке нефотографическими съемочными системами, передающими  результаты измерений излучения по радиоканалу, на пунктах приема записывают передаваемую информацию, проводят ее визуализацию и размножают цифровые изображения. На пунктах приема также оценивают изобразительное и фотограмметрическое качество материалов съемок, выполняют фотометрическую и геометрическую коррекцию нефотографической видеоинформации. После этого результаты дистанционного зондирования передают потребителю на фотографических или магнитных носителях. На территории страны существует сеть региональных государственных и негосударственных пунктов приема космической информации. Потребитель информации практически одновременно с проведением съемки может получать интересующие сведения об объектах (так называемая съемка в реальном или близреальном времени).

Как видно, процедура  получения видеоинформации достаточно сложная. На каждом этапе происходит искажение электромагнитного излучения, формирующего изображение. Знание особенностей этих искажений позволяет учитывать их при планировании, выполнении съемок или при дальнейшей обработке материалов аэро- и космических съемок.

 

2.2  Электромагнитное излучение, используемое при аэро- и космических съёмках земной поверхности.

При проведении аэро- и космических съемок для создания картографических материалов, экологического изучения территорий, мониторинга земель используют наиболее информативные для этого диапазоны электромагнитного излучения: оптический диапазон (λ = 0,1...1000 мкм) и радиодиапазон (длины волн электромагнитного излучения более 1 мм). Оптический диапазон делят на области и зоны спектра. Основной естественный источник облучения земной поверхности — Солнце. Поэтому при съемке земной поверхности чаще всего регистрируется отраженное от объектов солнечное излучение.

Распределение энергии по спектру зависит от длины волны и характеризуется спектральной плотностью энергетической яркости. Суммарная энергия облучения, Вт •м^-2, в некотором спектральном интервале λ₁- λ₂, создаваемая Солнцем на верхней границе атмосферы на элементарной площадке, расположенной перпендикулярно к направлению падения лучей, определяется интегралом:

 E=_, где — спектральная интенсивность излучения.

Электромагнитное  излучение, поступающее на снимаемую  поверхность, состоит из двух составляющих: прямое солнечное излучение и диффузное — рассеянное атмосферой и отраженное объектами земной поверхности. От соотношения доли прямой и диффузной радиации зависит освещенность объектов. В общем случае при безоблачном небосводе вклад рассеянной радиации в суммарную освещенность невелик.

Суммарная освещенность объекта зависит от высоты солнца, которая определяется широтой места  наблюдения, датой и местным временем наблюдения.

Максимальное  количество (до 99,9 %) солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли, приходится на спектральный интервал =0,3...4,0 мкм с преобладанием в видимой зоне спектра =0,4...0,7 мкм. При длине волны более 5 мкм отражение излучения не происходит.

Объекты земной поверхности излучают в пространство собственную радиацию.

Собственное излучение также относят к  естественному. Интенсивность самоизлучения зависит от температуры объекта и длины волны.

Аналогично  отраженному собственное излучение может быть диффузным и направленным.

 

Спектр  излучения Земли:

1 — собственный (тепловой); 2 — отраженный (солнечный)

 

В качестве искусственных источников излучения, используемых для освещения (облучения) объектов земной поверхности, применяют оптические генераторы (лазеры) и радары (радиолокаторы). Искусственные источники различаются по интенсивности, спектральному составу и поляризации генерируемого излучения, потребляемой мощности питания и т. п. Искусственные облучатели применяют при съемках поверхности Земли как с воздушных, так и с космических летательных аппаратов.

 

2.3. Роль атмосферы при проведении  аэро- и космических съёмок. Потери информации в ней.

Все виды излучения (солнечное или от искусственного источника, отраженное или собственное) частично рассеиваются, поглощаются и отражаются атмосферой. При этом изменяются поляризация, спектр несущих и модулированных частот, происходит рефракция лучей и т. п. При аэро- и космических съемках поляризация излучения значения не имеет и не учитывается.

Атмосфера состоит  из газов, водяного пара и различных  примесей, так называемых аэрозолей (мельчайших взвешенных твердых и жидких частиц). Основная масса атмосферы (99,9 %) сосредоточена в слое ниже 50 км, поэтому здесь и происходят основные искажения проходящего через нее излучения.

Атмосфера представляет собой фильтр с достаточно нестабильными  пропускными характеристиками. Нестабильность вызывается сложным вещественным составом и движением воздушных потоков атмосферы, обусловленным различием температуры и давления в ее слоях. Для описания оптических свойств используют критерий, называемый пропускной способностью атмосферы. Этот критерий зависит от оптической плотности, наличия механических частиц, водяных паров, длины волны излучения, толщины слоя атмосферы, через который проходит излучение, и т.д. Искажению подвергается отраженное и собственное излучение объектов. Чем больше оптическая толщина атмосферы между объектом и съемочной аппаратурой, тем больше искажение. При малых высотах съемки (до 200...400 м) атмосфера практически не изменяет спектральный состав излучения.

Газы и  аэрозоли, входящие в состав атмосферы, изменяют спектр проходящего электромагнитного излучения: полностью или частично поглощают лучи некоторых спектральных зон. Основные поглотители солнечного излучения — водяной пар, двуокись углерода и озон. Существуют спектральные интервалы, в которых атмосфера прозрачна для прохождения лучей. Их называют «окна прозрачности», и в них излучение практически не поглощается.

Съемки  поверхности Земли необходимо выполнять  в спектральных интервалах, прозрачных для прохождения лучей. Такими в  оптическом диапазоне являются видимая  область спектра и некоторые спектральные зоны в инфракрасной (ИК) области:

Δλ = 0,95... 1,05; 1,2...1,3; 1,5...1,8; 2,1...2,4; 3,3...4,2; 4,5...5,1; 8,7...9,0; 10,0... 14,0 мкм.

Спектральные  интервалы Δλ = 3...5 мкм и Δλ = 8... 14 мкм называют соответственно «ближним» и «дальним» тепловым окном прозрачности атмосферы.

Механические  частицы и водяной пар в  атмосфере образуют так называемую атмосферную дымку, которая снижает контраст изображения. Возникновение атмосферной дымки обусловлено рассеянием излучения частицами и аэрозолями, размер которых значительно меньше длины волны λ. Интенсивность рассеяния в соответствии с законом Релея обратно пропорциональна λ⁴. Наибольшему рассеянию подвергается излучение в ультрафиолетовой, фиолетовой и синей зоне спектра. Синие лучи рассеиваются примерно в двадцать раз больше, чем инфракрасные. Следовательно, при съемке в синей зоне спектра можно ожидать ухудшения качества изображения.