Геометрические свойства аэрокосмических снимков центральной проекции

При создании топографических крупномасштабных планов и карт фотограмметрическим методом используют в основном снимки получаемые кадровыми АФА, на которых изображение строится по законам центрального проецирования - проектирующие лучи пред­ставляют собой пучок линий, проходящих через единую точку – центр проекции S .

Задачи организации лесных терри­торий, земельного и лесного кадастра, инженерных изысканий удобнее решать по планам, созданным по законам ортогонального проецирования, — точки элементов ситуации при этом проециру­ют на горизонтальную плоскость отвесными линиями с одновре­менным масштабированием результатов.

Результаты ортогонального проецирования и центральной проекции будут примерно одинаковыми при аэрофотосъемке рав­нинной местности и отвесном положении оптической оси объек­тива АФА.

Основные элементы центральной проекции (рис.2.2):

S— центр проекции, в фотограмметрии — задняя узловая точка объектива съемочной камеры;

Р’ — картинная плоскость (негативная) — фокальная плоскость объектива съемочной камеры;

Р — картинная плоскость позитивная;

Е — предметная плоскость — горизонтальная секущая плос­кость снимаемого участка местности;

о(о') — главная точка картины — главная точка снимка, получа­емая при пересечении главного луча (оптической оси) объектива съемочной камеры S ₀ с плоскостью картины;

W— плоскость главного вертикала, проходящая через точку S перпендикулярно плоскостям Р(Р') и Е;

v_ov ( v ’ _o v ') — главная вертикаль — след пересечения плоскостей Р(Р') и W;

п(п') — точка надира — точка пересечения плоскости Р(Р') с от­весным лучом;

N— проекция точки надира — точка пересечения плоскости Е отвесным лучом, проходящим через точку S;

α_р — угол наклона картины (снимка) — угол между плоскостя­ми Р(Р’) и E или лучами SO и SN;

c ( c ’) — точка нулевых искажений — точка пересечения плоско­сти Р(Р’) биссектрисой угла а_Р;

С— проекция точки нулевых искажений;

h_nh_n ( h ’ _n h ’ _n ) — горизонталь, проходящая через точку п(п'), —ли­ния в плоскости Р(Р') перпендикулярная главной вертикали v_ov ( v ’ _o v ').

Горизонтали могут проходить через любую точку картины, на­пример через точку о — h ₀ h ₀ или точку с — h_ch_c.

 В одной из систем координат снимка главную вертикаль v ₀ v принимают за ось абс­цисс, а любую из горизонталей — за ось ординат.

Точки о, п, с располагаются на главной вертикали, а точки О, С, N— на ее проекции. Отстояния точек n и с от точки о определяют по формулам:

on=f·tgα_p и oc= f·tg1/2α_p

Эти точки, в общем случае, близки друг к другу. Например, на плановых снимках при а_Р=2° и ƒ= 100 мм on = 3,5 мм и ос =1,8 мм, а на снимках, полученных с использованием гиростабилизированной АФУ, при а_Р =20' о n = 0,6мм и ос = 0,3 мм.

Расстояние oS— главное фокусное расстоя­ние съемочной камеры (ƒ).

 Расстояние SN = Н - высота съемки.

Виды аэро- и космических съемок. Комплекс аэрофотосъемочных работ

При создании топографической основы фотограмметрическим методом используют снимки, полученные отечественными аэро­фотоаппаратами типа АФА-ТЭ, АФА-ТЭС, а из зарубежных — LMK, RC-30.

В качестве основных носителей съемочной аппаратуры применяют самолеты: Ан-2, Ан-30, Ту-134СХ, Ил-20М. В некоторых случаях съемку проводят с вертолетов, мотодель­тапланов, управляемых по радио БПЛА.

По экономическим соображениям масштаб съемки назначают мельче масштаба создаваемого плана.

По масштабу различают крупномасштабную (1:М>1:15000), среднемасштабную (1:15 000 < 1:М< 1:50 000), мелкомасштабную (1:М< 1:50 000) и сверхмелкомасштабную (1:М < 1:200 000).

В зависимости от угла отклонения оптической оси объектива АФА от вертикали (угла наклона снимка), различают плановую (угол наклона до 3°) и перспективную (угол наклона от 3° до 45°) аэросъемки. Плановую аэрофотосъемку применяют при созда­нии планов и карт крупного масштаба, одновременно другим АФА выполняют перспективную съемку - для увеличения зоны захвата снимаемой местности при обзорных или рекогнос­цировочных работах, для дешифрирования.

По количеству и расположению снимков различают однокадровую (одинарную), маршрутную и многомаршрутную (площадную) аэрофотосъемку.

Одномаршрутную и многомаршрутную аэрофотосъемку, про­водимую с помощью кадровых АФА, выполняют с перекрытиями соседних снимков. Перекрытиями называют части аэроснимков, на которых изображена одна и та же местность. Значения пере­крытий выражают в процентах от длины стороны снимков.

Взаимное перекрытие снимков одного маршрута (продоль­ ное перекрытие) рассчитываемое по формуле

где l _х – размер перекрывающихся частей снимка; l – длина стороны снимка по направлению маршрута.

Продольное перекрытие снимков рассчитывают или задают, исходя из технологии фотограмметрической обработки снимков (или иных соображений) величиной 60, 70, 80, 90 %.                                                                                ,

Расстоя­ние между соседними точками фотографирования в маршруте на­зывают базисом фотографирования В_х.

Продольное перекрытие обеспечивается частотой (временным интервалом) включения АФА (t),

Поперечное перекрытие р_у — это перекрытие снимков соседних маршрутов.

, где l _у — размер перекрывающейся части снимков двух смежных маршрутов.

Обычно задают поперечное перекрытие 30-40% (допускается 20 %).

Рас­стояние между маршрутами (By) рассчитывают по формуле

, где l — длина поперечной стороны снимка.

Продольные и поперечные перекрытия позволяют определить центральную часть снимка, где его геометрические и фотометрические искажения минимальны. Эту часть снимка называют рабочей площадью снимка, она ограничена линиями, проходящими через се­редины двойных продольных и поперечных перекрытий.

Размеры сторон рабочей площади b _х и b _у по соответственным осям х и у рассчи­тывают по формулам:  ;

В зависимости от числа одновременно используемых при съёмке спектральных зон различают однозональные и многозональные съемки.
   Панхроматическими называют однозональные изображения, полученные сразу во всём видимом диапазоне спектра (оттенки серого).

Многозональные изображения - это набор спектральных каналов в одном файле, т.е. съемка производится одновременно в нескольких спектральных диапазонах. В результате комбинации изображений различных каналов получают синтезированные изображения.

При просмотре изображений в ближних ИК- и тепловых каналах, а также при просмотре радиолокационных многозональных изображений используется синтез спектральных каналов, и такое изображение называют псевдоцветным.

Снимки, полученные в реальных цветах, называются цветными .

Изображения, полученные отдельно в нужном спектральном интервале называются спектральными.

Наиболее информативными для решения практически всех задач являются многозональные изображения.

При совместном анализе изображений, полученных в двух-трех зонах, можно разделить все объекты или даже опознать их, если известны эталонные сочетания яркостей этих объектов на снимках используемых зон (рис 2.1).

Комплекс аэрофотосъемочных работ состоит из нескольких этапов:

1. Разработка технического задания (проекта), включающего тех­нические параметры съемки:

-границы участка съемки, высоту и масштаб фотографирования,

-фокусное расстояние АФА,

-продоль­ное и поперечное перекрытие снимков,

-тип аэрофотопленки,

-сро­ки съемки и т.д.

2. Подготовка аэрофотосъемочного оборудования, полетного за­дания и т. п.;

3. Аэрофотографирование;

4.Фотолабораторная обработка аэрофильмов (проявление, фик­сирование, сушка, нумерация негативов, контактная печать аэро­снимков, изготовление репродук­ции накидного монтажа);

5. Оценка фотографического и фотограмметрического качества материалов аэрофотосъемки;

6.Сдача материалов аэрофотосъемки заказчику.

Аэрофотосъемочные работы выполняют как государственные предприя­тия (аэрофотосъемочные отряды), так и различные фирмы, имею­щие лицензии на производство аэрофотосъемки. Заказчиком мо­жет быть любая организация, у которой есть разрешительные до­кументы на работу с материалами аэрофотосъемки.