Материал: 2423

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

клона оптической оси аэрофотоаппарата и колебанием рельефа местности. Устранение этих искажений осуществляется в процессе их фотограмметрической обработки, и в частности – фотографического или цифрового преобразования, называемого трансформированием. В связи с этим использование аэроснимков без их предварительного трансформирования для картографического (топографического) обеспечения выполняемых работ, в том числе в качестве основы ГИС, ограничивается влиянием указанных искажений.

Показания специальных приборов и оборудования, зафиксированные в процессе аэрофотосъемки, обеспечивают стабилизацию съемочной камеры в полете или последующее определение по ним пространственного положения аэроснимков в абсолютной или относительной системе координат с целью последующего их использования при выполнении фотограмметрических работ и преобразовании аэроснимков в планы и карты. К числу таких приборов относят гироскопы, системы глобального позиционирования, оборудование для определения высоты полета, превышений между центрами фотографирования, а также аэронавигационные системы и др. Наличие указанных данных во многом определяет технологию камеральной обработки материалов аэрофотосъемки, существенно влияет на оперативность, точность фотограмметрических построений и объемы полевых работ по их обеспечению.

Аэрофотосъемочные работы выполняются специализированными подразделениями топографо-геодезической или землеустроительной службами на специально оборудованных летных средствах.

1.2. Аэрофотоаппарат

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 (1.6).

Типы и конструкции современных АФА различны, но все они в своей основе имеют единую принципиальную схему.

3 4

5

2

Рис. 1.1. Принципиальная схема аэрофотоаппарата

25

Основными их узлами является корпус, конус, кассета и командный прибор (рис. 1.1).

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 совпадает с главной фокальной плоскостью объектива.

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 двумя–тремя съемочными камерами.

Аэрофотоустановка (5) служит для крепления аэрофотоаппа-

 

S

 

рата на

борту носителя,

 

 

ориентирования

его

в

f

 

 

 

 

пространстве

и

предо-

 

 

 

 

y

 

хранения от

толчков

и

 

o

 

вибрации.

 

 

 

 

 

В

плоскости при-

o

x

 

 

 

кладной рамки размеще-

Рис. 1.2. Прикладная

Рис. 1.3. Первая

ны четыре механические

рамка аэрокамеры

оптическая

координатные

метки

 

 

метка

(рис. 1.2),

изображаю-

 

 

 

щиеся на каждом снимке.

Прямые, соединяющие противоположные метки, должны быть вза-

26

имно перпендикулярны, а точка их пересечения o – совпадать с главной точкой снимка o.

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 (рис. 1.3), что допускает автоматическое определение их номеров и распознавание точки, к которой отнесены координаты.

Параметры аэрофотоаппарата (фокусное расстояние f и координаты главной точки o, расстояния между механическими метками, координаты оптических меток или крестов) определяют по результатам ее калибровки при строго определенном положении, одновременно с величинами остаточной дисторсии. Координаты точки o пересечения линий, соединяющих противоположные координатные метки прикладной рамки (рис. 1.2), определяют исходя из условия симметричности фотограмметрической дисторсии.

Современные аэрофотоаппараты (АФА) имеют формат кадра 18 18 или 23 23, или 30 30 см. АФА оснащены специальными устройствами, обеспечивающими: автоматическое вычисление интервалов между экспозициями (для аэрофотосъемки 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 АФА приведены в табл. 1.1.

 

 

 

Таблица 1.1

Тип АФА

Фокусное

Разрешающая

Остаточная

способность

расстояние, мм

дисторсия, мкм

 

линий/мм

 

 

 

АФА ТЭС-10М (РФ)

100

33

10

АФА ТЭ-50 (РФ)

500

35

10

ТК-350 (РФ)

350

35–80

20

АТ-204 (РБ)

150, 300

50–100

3

RC Wild/Leica

153

120

2

RC Wild/Leica

305

107

2

В конце XX в. начали появляться цифровые съемочные системы, основанные на использовании приборов с постоянной зарядовой свя-

27

зью в виде матриц, помещаемых в плоскости прикладной рамки, или

линеек. Способы получения цифровых изображений, их основные ха-

рактеристики и особенности фотограмметрической

 

обработки рас-

смотрены в главе 9.

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Фотографический объектив и его характеристики

Фотографический снимок (аэроснимок, аэронегатив), в соответ-

ствии с законами геометрии, представляет собой перспективное

изображение, построенное в центральной проекции, в которой все

лучи света, отраженные от объекта съемки, проходят через одну точ-

ку, называемую центром проекции.

 

 

 

 

 

В действительности фотографическое изображение строится

при помощи объектива, представляющего собой сложную оптиче-

скую систему, состоящую из комбинации собирательных и рассеи-

вающих линз и предназначенную для получения действительного об-

ратного изображения фотографируемого объекта. Все линзы объекти-

ва ограничены шаровыми поверхностями различных радиусов и точ-

но центрированы относительно прямой, проходящей через центры

кривизны всех линз. Эта прямая называется главной оптической осью,

а совпадающий с ней луч – главным оптическим лучом.

На рис. 1.4 представлена идеальная оптическая система, со-

стоящая из двух сферических поверхностей.

 

 

 

 

 

 

H1

H2

 

На

главной

оптической

 

 

P

оси расположены передняя (S1)

A

 

 

 

 

 

 

 

 

и задняя (S2)

 

узловые точки,

 

 

S2

 

F2

 

 

 

 

отнесенные

к

 

пространству

F

1

S1

 

 

 

f

a

предметов и пространству изо-

 

 

 

 

f

 

 

H2

P

бражения соответственно. Пе-

 

 

H1

Рис. 1.4. Построение изображения

редняя

узловая точка называ-

с помощью оптической системы

ется центром

 

фотографирова-

 

 

 

 

 

ния, а задняя – центром проек-

тирования. Луч, попадающий в переднюю узловую точку S1, при выхо-

де из задней узловой точки S2 сохраняет первоначальное направление.

Плоскости H1

и H2, проходящие через узловые точки перпенди-

кулярно к главной оптической оси, называются главными плоско-

стями объектива, в которых и происходит преломление лучей.

Луч, параллельный главной оптической оси, после преломления

пересекает ее в точке, называемой главным фокусом. Таких точек две:

28

передний фокус F1 в пространстве предмета и задний фокус F2 в про-

странстве изображения.

 

 

Плоскость, в которой получается резкое изображение фотогра-

фируемого объекта, называется фокальной плоскостью. В зави-

симости от расстояния между объективом и фотографируемым объек-

том положение фокальной плоскости изменяется, и при достаточном

удалении объекта она проходит через главный фокус.

Плоскости,

проходящие через главные фокусы F1

и F2 перпендикулярно к главной

оптической оси, называются главными фокальными плоскос-

тями. Расстояние между узловыми точками объективов и точками

фокуса одинаково. Оно называется фокусным расстоянием объ-

ектива и обозначается символом f.

 

 

Луч, проходящий через передний фокус, после преломления

становится параллельным главной оптической оси.

 

Удаления точек A и a от передней и

S

задней узловых точек связаны с фокусным

f

расстоянием известной формулой оптического

 

сопряжения

 

a

b

 

 

 

1 1

1 ,

(1.1)

H

 

f

D

d

 

 

где f – фокусное расстояние объектива; D, d

 

 

 

 

расстояния вдоль главного оптического луча от

A

 

 

 

 

B

передней и задней узловых точек до точки объ-

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.5. Масштаб

екта A и точки изображения a соответственно.

 

аэрофотоснимка

В фотограмметрических построениях узло-

вые точки объектива S1 и S2 (рис. 1.4) объединяют в одну, рассматриваемую как центр фотографирования и одновременно как проектирования. В связи с этим обе части каждого проектирующего луча будут представлять однупрямую линию.

При аэрофотосъемке можно полагать, что объект находится в бесконечности, и величиной 1/D в формуле (1.1) можно пренебречь. В этом случае d = f, т. е. изображение объекта (местности) строится в главной фокальной плоскости. В этой плоскости и помещают светочувствительный материал (фотопленку), на которой получается резкое изображение фотографируемой местности. Это позволяет применять для определения масштаба горизонтального аэроснимка простую зависимость, вытекающую из подобия треугольников Sab

и SAB (рис. 1.5):

29