С. В. Богомазов
Фотограмметрия и дистанционное зондирование
ТЕМА 2 УСТРОЙСТВО АЭРОФОТОАППАРАТА (2 часа)
Цель работы: изучить устройство аэрофотоаппарата.
Основным средством, позволяющим получить аэрофотоснимки, является аэрофотоаппарат (АФА) – сложный высокоточный оптико-механический и электронный прибор. АФА не имеет приспособлений для наводки на резкость, поскольку высота фотографирования всегда больше гиперфокального расстояния.
Типы и конструкции современных АФА различны, но все они в своей основе имеют единую принципиальную схему, а основными их узлами является корпус, конус, кассета и командный прибор (рис. 1:6). Корпус АФА (1) служит для размещения механизмов, обеспечивающих работу всех частей фотокамеры – счетчика кадров, часов, уровня, числового индекса фокусного расстояния и др. В верхней части корпуса размещена прикладная рамка, плоскость которой совпадаете главной фокальной плоскостью объектива.
Рисунок 1 – Устройство аэрофотоаппарата
Конус АФА (2) крепится к нижней части корпуса и содержит оптическую систему, в которую входит объектив, светофильтры, компенсатор сдвига изображения и др.
Кассета (3) служит для размещения фотопленки и приведения ее светочувствительного слоя при экспонировании в соприкосновение с плоскостью прикладной рамки. В промежутке между экспозициями фотопленка перематывается с подающей катушки на принимающую. Перематываемый участок пленки соответствует формату кадра с учетом промежутка между кадрами. Выравнивание пленки в плоскость выполняется механическим прижимом к плоскому стеклу или путем откачивания воздуха из промежутка между пленкой и прикладной рамкой.
Командный прибор (4) предназначен для дистанционного управления всеми механизмами аэрофотоаппарата – измерения времени между экспозициями и их продолжительности, подачи команд на срабатывание затвора АФА, перемотки фотопленки, отсос воздуха между фотопленкой и прикладной рамкой и т. п. В современных аэрофотоаппаратах командный прибор управляет одновременно двумя – тремя съемочными камерами.
Аэрофотоустановка (5) служит для крепления аэрофотоаппарата на борту носителя, ориентирования его в пространстве и предохранения от толчков и вибрации.
Рисунок 2 – Прикладная рамка аэрофотокамеры
В плоскости прикладной рамки размещены четыре механические координатные метки (рис. 1.7), изображающиеся на каждом снимке. Прямые, соединяющие противоположные метки, должны быть взаимно перпендикулярны, а точка их пересечения О – совпадать с главной точкой снимка О'.
Современные АФА имеют в плоскости прикладной рамки 4-8 оптических координатных меток, размещенных по углам кадра, или равномерно распределенную по полю сетку крестов с шагом 1-2 см. Причем оптические координатные метки имеют специальные признаки, что допускает автоматическое определение их номеров и распознавание точки, к которой отнесены координаты. Современные аэрофотоаппараты имеют формат кадра 18×18, 23×23 или 30×30 см и оснащены специальными устройствами, обеспечивающими: аэрофотосъемку с заданным перекрытием;
впечатывание в кадр сенситометрического клина и навигационных данных; автоматическое регулирование экспозиции; измерение контрастности изображения и компенсацию его сдвига; смену светофильтров; индикацию снимаемого ландшафта на мониторе и т. п.
Основные технические характеристики некоторых современных аэрофотоаппаратов приведены в таблице.
Таблица 6 – Характеристики АФА
В конце XX века начали появляться цифровые съемочные системы, основанные на использовании приборов с постоянной зарядовой связью в виде матриц или линеек, помещаемых в плоскости прикладной рамки.
Контрольные вопросы
1. Назначение аэрофотоаппаратов.
2. Из каких основных узлов состоит аэрофотоаппарат?
3. Какие основные характеристики съемочных камер?
4. Классификация фотографических съемочных систем.
ТЕМА 3 СОСТАВЛЕНИЕ НАКИДНОГО МОНТАЖА И ОЦЕНКА КАЧЕСТВА АЭРОФОТОСНИМКА (4 часа)
Цель работы: изучить методику составления накидного монтажа и оценить качество аэрофотоснимков маршрута.
Задание 1: составить накидной монтаж и определить величины продольного и поперечного перекрытия (1 час).
Задание 2: определить рабочую площадь снимка (1 час).
Задание 3: определить непрямолинейность маршрута и разворот снимка относительно направления маршрута «Елочка» (1 час).
Задание 4: оценить фотографическое качество аэрофотоснимков (0,5 часа).
Задание 5: определить средний масштаб аэрофотоснимков (0,5 часа).
Исходный материал: маршрутные аэрофотоснимки двух, трех маршрутов; топографическая карта более мелкого масштаба, чем аэрофотоснимки; линейки, измерители, наколки, транспортиры, грузики.
При аэрофототопографической съемке снимки местности получают путем ее фотографирования. Называют этот этап летносъемочным процессом или аэрофотосъемкой (АФС), осуществляют – с самолёта или другого летательного аппарата. Цель: получение не только фотоснимков, удовлетворяющих заранее поставленным требованиям, но и показаний специальных приборов, характеризующих их положение в момент экспонирования. В наземной фототопографической съемке фотографируют фототеодолитом, который устанавливается на штативе.
АФС можно классифицировать по количеству и расположению аэрофотоснимков (одинарная, маршрутная и площадная), положению оптической оси аэрофотоаппарата (плановая и перспективная) и масштабу фотографирования (крупномасштабная – 1: 10000 и крупнее, среднемасштабная и мелкомасштабная – 1: 35000 и мельче).
Одинарная АФС – фотографирование отдельных сравнительно небольших участков земной поверхности, когда аэрофотоснимки не перекрываются.
Рисунок 3 – Маршрутная аэрофотосъемка
Маршрутная АФС – такое фотографирование полосы местности, при котором смежные аэрофотоснимки взаимно связаны заданным продольным перекрытием Р (рисунок 3). Причем величина его достигает 60 и более процентов, поэтому возникают и зоны тройного перекрытия, что очень важно при фотограмметрической обработке снимков. Маршрутная АФС может быть прямолинейной, ломаной и криволинейной. Площадная (многомаршрутная) АФС – фотографирование участка земной поверхности, который не захватить одним маршрутом. В этом случае прокладываются несколько параллельных между собой аэрофотосъёмочных маршрутов (рисунок 4). При этом смежные маршруты перекрываются. Называют общую часть изображений на снимках поперечным перекрытием Q.
Плановой называют аэрофотосъемку, при которой стараются получать горизонтальные снимки, но получают наклонные с отклонением оптической оси АФА от вертикали не более 3°. Перспективной считают АФС при наклоне оптической оси на заданный и сравнительно больший угол.
Рисунок 4 – Аэрофотосъемка нескольких маршрутов
Основным видом аэрофотосъёмки является плановая АФС. Она производится в различных масштабах, которые зависят от высоты фотографирования Н и фокусного расстояния f АФА, в частности:
При получении снимков с поверхности земли в топографических целях местность фотографируют с разных точек пространства, но так, чтобы смежные снимки перекрывали друг друга. Оптические оси фототеодолита устанавливают при этом, как правило, горизонтально.
Накидным монтажом называется приближенное соединение контактных аэрофотоснимков перекрывающимися частями для получения непрерывного изображения местности. Накидной монтаж выполняют способом мельканий. Монтаж начинают с верхнего маршрута справа налево, чтобы были видны номера всех аэрофотоснимков. Для этого прикрепляют к щиту кнопками самый правый аэрофотоснимок. Затем путем быстрого и многократного отгибания верхнего аэрофотоснимка и перемещения его добиваются совмещения общих контуров в средней части перекрытия (рисунок 5).
Рисунок 5 – Составление накидного монтажа
Монтаж второго маршрута также начинают с правого крайнего снимка, укладывая его по общим точкам поперечного перекрытия с аэрофотоснимками предыдущего маршрута.
Продольное перекрытие Рх рассчитывают по формуле:
Рх = (lx ×100 %)/l, (10)
где lx – размер перекрывающихся частей снимка; l – длина стороны снимка.
Продольное перекрытие снимков вычисляют или задают исходя из технологии фотограмметрической обработки снимков (или иных соображений). Значение его может быть 60, 70, 80, 90 %. Перекрытие между двумя снимками называют двойным. Зона перекрытия на трех снимках – тройное перекрытие и т. д. Для каждого стандартного значения продольного перекрытия определяют минимальные и максимальные пределы. Размер продольного перекрытия обеспечивается частотой (временным интервалом) включения АФА, который зависит от высоты фотографирования и путевой скорости летательного аппарата. Расстояние между соседними точками фотографирования в маршруте называют базисом фотографирования и обозначают Вх.
