Лаврова Н.П., Стеценко А.Ф. Аэрофотосъемка. Аэро

Подождите немного. Документ загружается.

ственной частоты. Под пространственной частотой понимают

количество распределения освещенности на единицу длины.

Фазово-частотная характеристика показывает способность

системы сохранять подобие изображения и объекта, т. е. опре-

деляет ортоскопичность оптической системы.

Частотно-контрастная характеристика (ЧКХ) представляет

собой коэффициенты передачи контраста Т(Ы), определенные

для различных частот N и показывающие уменьшение контра-

ста Ким изображения по отношению к контрасту объекта,

(91)

Км

где

К*.

р'

шах

Р'

шах

Е'

—максимальная и минимальная освещенности опти-

ческого изображения объекта. Для штриховой миры — осве-

щенность темных и светлых штрихов.

Передаточная функция может быть определена, если изве-

стны спектр объекта и спектр изображения. Задача ее опреде-

ления сводится к измерению коэффициентов контраста изобра-

жения, получаемого от мир различной пространственной ча-

стоты с контрастом, равным 1.

Величина изменения контраста в изображении миры по

сравнению с абсолютным контрастом служит исходным мате-

риалом для построения графиков ЧКХ. ЧКХ выражают графи-

чески, показывая зависимость контраста от пространственной

частоты для всех углов поля зрения (рис. 78).

Контраст, который еще может быть воспринят при данных

условиях наблюдения, называется пороговым контрастом

(/(пор), а частота Л/

, соответствующая ему — граничной ча-

стотой. Граничная частота ой-

Т(ы)(н)

Для со = 5

И, мм''

Рис. 78. График ЧКХ для угла поля

зрения

= 5°

150

ределяет предел разрешения

данной оптической системы.

Для характеристики изме-

нения контраста от угла поля

зрения при постоянной фоку-

сировке строится график, при-

веденный на рис. 79.

Если необходимо показать

изменение контраста во взаи-

мосвязи со всеми факторами,

строят пространственные гра-

фики, так называемые «Т-горы»

или «холмы контраста» (1гапз-

1ег—передача контраста),

предложенные шведскими уче-

10 20

Рис. 79. Зависимость контраста от

угла (о

ными. «Т-гора» передачи кон-

траста пространственной ча-

стоты приведена на рис. 80.

В пространственной системе

координат по оси абсцисс от-

кладывают углы поля зре-

ния со, по оси ординат — вели-

чины расфокусировки (А/к),

а по оси аппликат — значение

контраста К- Выбирают сече-

ние контраста А К, равное

10%, и соответствующие точки

соединяют плавными кривыми

(горизонталями), в резуль-

тате чего получают простран-'

ственное тело.

Для специалистов, исполь-

зующих АФА в производствен-

ных целях, более удобным яв-

ляется график, когда по оси абсцисс откладываются углы со,

а по оси ординат — пространственные частоты Ы, мм

-1

(рис.81).

Кривые линии, проведенные через АЛГ%, показывают изменение

контраста в зависимости от первых двух факторов.

ЧКХ оптических систем могут быть вычислены по конструк-

тивным параметрам [8], [18] с ошибкой отклонения от экспери-

ментальных значений, равной ±0,044-0,07. Однако наиболее

объективные данные получаются в результате непосредствен-

ного измерения ЧКХ. Для этих целей созданы специальные

установки, называемые электронно-оптическими скамьями

(ЭОС). Следует отметить, что большинство ЭОС предназначено

для испытаний только отдельных объективов. В ЦНИИГАиК

(СССР) создана электронно-оптическая скамья для исследова-

ний аэрофотосъемочных объективов, вмонтированных непосред-

ственно в камеру.

ЭОС ЦНИИГАиК является фотоэлектрической установкой,

позволяющей измерять ЧКХ аэрофотообъективов с фокусным

расстоянием до 150 мм, в диапазоне полевых углов

со

= ±60°.

Скамья работает по методу непосредственного сканирования

штрихов миры с синусоидальным изменением яркости. В связи

со сложностью создания синусоидальных мир на практике ис-

пользуют прямоугольные миры с постепенным изменением ча-

стоты штрихов. В этом случае необходимо выполнить пере-

счет результатов Т'(Ы), полученных по прямоугольной мире,

в коэффициенты Т(Ы), соответствующие синусоидальной

мире,

ТМ)=-

т'(Ы) + ±Т (ЗЫ)

-Т (5Л0 +

з 5

(92)

151

Рис. 80. «Т-гора» передачи контраста объективом

/V, мм'

25 20 15 10 5 0 5 10 15 2п 25 +Ь)

81. График изменения контраста в зависимости от со и N ь

12 3 4 5 6 7 8 0 10 11

Общая схема ЭОС показана на рис. 82. В фокальной пло-

скости объектива коллиматора 6 помещена вращающаяся

мира 5, которая освещается через конденсор 3 со светофильт-

ром 4.

Исследуемый объектив 7, установленный в параллельном

пучке, стрит изображение миры в фокальной плоскости 8, с ко-

торой совмещена анализирующая диафрагма 9 с узкой щелью.

Световой поток от источника 2 и отражателя 1 проходит через

подвижную миру и диафрагму и падает на фотоэлемент элек-

тронного усилителя 10, возбуждая в нем фототок, регистрируе-

мый гальванометром или осциллографом 11. Через аэрофото-

объектив поочередно пропускают световые потоки, идущие от

миры, с разными частотами, и на выходе регистрируют показа-

ния гальванометра, соответствующие изменениям светового по-

тока. По отсчетам гальванометра определяют значения макси-

мальной и минимальной освещенности, а по ним контраст

Кши оптического изображения на разных частотах. Зная исход-

ный контраст Кы, по формуле (91) вычисляют величины коэф-

фициентов передачи контраста Т(Ы). По значениям коэффи-

циентов Т(М), полученным для разных углов поля зрения со и

частот А

, строят графики. Следует отметить, что при определе-

нии ЧКХ по полю изображения АФА поворачивается по сек-

тору на выбранный угол р. При этом фокальная плоскость сме-

щается от первоначального положения на величину I, равную

/ = /;(—Ц-— 1), (93)

\ соз р /

/к— фокусное расстояние АФА.

В связи с этим частоту миры необходимо умножить на ко-

синус соответствующего угла р. Точность определения ЧКХ на

ОЭС составляет 1% ординаты кривой ЧКХ для N = 50 мм

-1

2% для N=100 мм-

153

Глава IX

МЕТОДЫ КАЛИБРОВКИ АЭРОФОТОСЪЕМОЧНЫХ СИСТЕМ

§ 62. Ортоскопичность аэрофотообъективов

В основу обработки аэрофотоснимков фотограмметрическим

способом положено предположение, что оптическая система,

строящая изображение снимка, не нарушает подобия между

предметом и изображением, т. е. удовлетворяет основным зако-

нам солинейного сродства. Способность оптической системы

аэрофотоаппарата удовлетворять названным требованиям назы-

вается ортоскопией системы.

На практике в самых лучших ортоскопичных аэрофотообъ-

ективах не удается обеспечить эти законы в различных уча-

стках поля изображения, т. е. в реальных объективах не наблю-

дается параллельности оптически сопряженных лучей (рис. 83).

Точка изображения г не соответствует идеальному положе-

нию точки го, соответствующей лучу Л5, в связи с неравенством

углов со и ш', в поле предмета (к) и в поле изображения г'.

Смещение Аг точки г может быть записано выражением

Д7 = Ог

-П§а), (94)

где/'—фокусное расстояние объекта, а отрезок Ого=['1ца

или

д7

Ог

№—1). С95)

Объективы, которые обеспечивают отношение

—- = сопз!, (96)

называются ортоскопическими. Нарушение ортоскопии аэрофо-

тообъектива (системы) называется дисторсией.

К причинам, ведущим к возникновению дисторсии, относят:

отступление показателей преломления, радиусов кривизны,

толщины линз и воздушных промежутков от значений, заданных

при расчете объектива;

отступление поверхностей линз от идеальной формы и неод-

нородность оптического стекла;

нарушение центрировки оптических деталей объектива и ряд

других причин.

Все аэрофотообъективы представляют относительно слож-

ную оптическую систему, состоящую из нескольких компонен-

тов, которые должны быть строго центрированы относительно

оптической системы. В случае хорошей центрированности си-

стемы наблюдается и центрированность дисторсии. Такая дис-

154

торсия называется радиальной дисторсией

и вызывает смещение изображения точек

вдоль радиуса, проходящего через главную

точку. Иногда в литературе встречается де-

ление дисторсии на абсолютную, которая

выражается формулой

А Г=г—Р, (97)

и относительную, которая представляет от-

ношение величины абсолютной дисторсии

к величине неискаженного изображения от-

резка (г), т. е.

67 = ^ =

' . ' (98)

г г

В связи с тем, что любое изображение

связано с предметом, а естественно, и с уг-

лом, под которым он виден, то функцию

абсолютной дисторсии часто представляют через значение этого

угла

Л7= (99)

Так как центрированной системе соответствует центриро-

ванное распределение дисторсии относительно ее оси, при изме-

нении знака у аргумента, через который записана функция,

должно произойти и изменение знака у абсолютной дисторсии,

без изменения ее по абсолютной величине, т. е. дисторсия за-

писывается нечетной функцией от аргумента:

Л г, = схй +

сГп

Г(

+ . . . (100)

В реальных аэрофотообъективах наблюдается нарушение

центрировки, а естественно, и нарушение центрировки дистор-

сии. Такая дисторсия называется нецентрированной дисторсией

или наиболее часто тангенциальной дисторсией. Тангенциаль-

ная дисторсия смещает изображение точек в направлении, пер-

пендикулярном к радиальному (рис. 84).

Линия, проходящая через главную точку, получается искрив-

ленной, за исключением линии нулевой тангенциальной дис-

торсии.

Таким образом, дисторсия изображения представляет собой

некоторый вектор, произвольно ориентированный относительно

координатной системы снимка. Для фотограмметрической обра-

ботки снимков необходимо знать компоненты этого вектора дх

и 6у в системе координат снимка.

Из опыта создания аэрофотообъективов установлено, что ра-

диальная дисторсия не превышает 20 мкм, а тангенциальная —

примерно в 3 раза меньше. В лучших ортоскопических аэрофо-

тообъективах остаточная дисторсия не превышает 5 мкм.

155

О г„ Лг г

Рис. 83. Нарушение

параллельности опти-

чески сопряженных

лучей

Рис. 84. Искажение изображения,

вызванное дисторсией объектива

со

0,01 0,02 8,

мм

Рис. 85. График зависи-

мости дисторсии от угла

оз

Величина дисторсии определяется в процессе калибровки

АФА и записывается в паспорт данного аэрофотоаппарата. Зна-

чение дисторсии представляют различным образом:

графиком функциональной зависимости б от тангенса угла

поля зрения объектива (рис. 85);

графиком зависимости изменения Ьх и Ьу от координат то-

чек снимка (рис. 86);

таблицами значений дх и б у для различных зон снимка;

в виде векторного поля ошибок (рис. 87).

+ 6

,мм

/ >

X /

/ »

> 1

\ Ч

/ 1

)

/ (

- -

\ »

\ <

\ 1

{

\ 1

(

ч \

\ 1

\ »

Рис. 86. График дисторсии в зависи- Рис. 87. Векторное поле ошибок, вы-

мости от координат точек снимка званное дисторсией аэрофотообъек-

тива

156

§ 63. Элементы внутреннего ориентирования

аэрофотографических камер

Величины, характеризующие взаимное расположение аэро-

фотоснимка и центра проекций в момент фотографирования,

называются элементами внутреннего ориентирования аэрока-

меры.

К ним относят фокусное расстояние камеры /

и координаты

главной точки х

и уо. Под фокусным расстоянием фотокамеры

подразумевается величина перпендикуляра, опущенного из зад-

ней узловой точки объектива к плоскости прикладной рамки

АФА. Точка пересечения перпендикуляра с плоскостью при-

кладной рамки называется главной точкой аэрофотоснимка.

Главная точка должна совпадать с началом плоской системы

координат снимка, задаваемой координатными метками

(рис. 88). Из-за ряда технических трудностей и ошибок в реаль-

ных фотокамерах такого совпадения не наблюдается. Вслед-

ствие чего главная точка О будет иметь координаты (х

, уо, V)

в системе координат хугЫ', а отрезок Ы'а' соответственно равен

/А

— Х

\ / Х

Р= Уа—Уо )= г/а—У

• (101)

-г

/ \0-/' )

Очевидно, что в идеально отъюстированном аэрофотоаппа-

рате или в случае, когда значения координат главной точки не-

значительны по сравнению с точностью обработки снимков, от-

резок Ы'а (вектор р) часто записывается так:

Р==

(

(Ю2)

Элементы внутреннего ориентирования дают возможность

восстановить связку проектирующих лучей, существующих в мо-

мент фотографирования, и тем самым производить точную фо-

тограмметрическую обработку аэрофотоснимков.

Названные параметры не всегда являются постоянными ве-

личинами и изменяются в известных пределах.

Анализируя основную формулу геометрической оптики для

бесконечно тонкой линзы

-1

(

Лс/в

_1)(-!_-Ц, (103)

Г \г

]

можно заключить, что фокусное расстояние аэрофотообъектива

будет изменяться с изменением относительного показателя пре-

ломления п

и радиуса кривизны линзы, зависящих от длины

волны светового потока, температуры и давления воздуха.

157

В связи с этим различают несколько

понятий фокусного расстояния:

расчетное фокусное расстояние,

взятое при расчете и создании объек-

тива;

фактическое фокусное расстояние,

соответствующее параметрам стан-

дартной атмосферы и определенной

спектральной зоне;

фактическое мгновенное фокусное

расстояние, соответствующее конкрет-

ному моменту фотографирования в

конкретных условиях;

калиброванное фокусное расстоя-

ние — вычисленное на основе измере-

ния (определения) физической вели-

чины фокусного расстояния фотока-

меры под каким-нибудь определенным

условием.

Зная дисторсию объектива, можно

вычислить калиброванное фокусное расстояние, причем условия

выбора могут быть различны. Например, калиброванное фокус-

ное расстояние вычисляют при условии, что сумма квадратов

ошибок дисторсии должна быть минимальной [оо]-тт или мак-

симальное положительное и отрицательное значения дисторсии

в пределах нужной зоны поля зрения объектива должны быть

равны между собой.

Аэрофотоаппарат используется в различных условиях, пре-

терпевает как динамические, так и температурные изменения,

а поэтому определение элементов внутреннего ориентирования

является важным этапом в аэрофотосъемочном процессе.

Однако при обработке аэрофотоснимков на современных

приборах аналитической фотограмметрии знание только пере-

численных величин (х

, Уо, /') недостаточно. Необходимо знать

величины фотограмметрической дисторсии по всему полю изо-

бражения.

Существует множество методов определения элементов вну-

треннего ориентирования аэрокамер и величин дисторсии их

объективов. Эти методы отличаются между собой как техноло-

гией, методикой, так и сложностью применяемой аппаратуры.

Их можно разделить на два вида: визуальные и фотографиче-

ские. Последние, в свою очередь, подразделяются на камераль-

ные (лабораторные) и полевые. В табл. 12 приведены основ-

ные способы калибровки АФА.

него ориентирования

158

Таблица 12

Страна

Учреждение

или фирма

Применяемый

способ

Примечание

СССР

США

Велико-

британия

ГДР

Италия

Канада

Швеция

Цех аэрофото-

съемочного

отряда

Центральный

научно-исследо-

вательский ин-

ститут геодезии,

аэрофотосъемки

и картографии

(ЦНИИГАиК)

Национальное

бюро стандартов

Ю. С. Н. Фото-

граф. Интер.

центр, Вашингтон

То же

Орднанс Серией

Военное

министерство

Народное пред-

приятие «Карл

Цейсс», Йена

Галилео-Сантони

Отдел приклад-

ной физики

Национального

Совета по иссле-

дованиям

«Ройал», Инсти-

тут технологии,

Стокгольм

Визуальный

способ (лаб.)

Фотогр афический

способ (лаб.)

Фотографический

способ

Визуальный

способ

Фотографирова-

ние звезд

Фотографирова-

ние полигона

в полетном

режиме

Гониометри-

ческий способ

(полевой)

Визуальный

и фотографичес-

кий способы

(лаб.)

Фотогр афический

способ (лаб.)

Визуальный

способ

Фотографический

способ (лаб.)

Фотографический

способ (лаб.)

Фотографирова-

ние полигона

с башни

Применяется оптическая

скамья гониометричес-

кого типа

Применяется скамья, со-

держит 11 коллимато-

ров. Она обеспечивает

единое начало измере-

ний, для чего приме-

няется специальное

устройство, дающее не-

дисторсированное на-

правление, параллель-

ное плоскости осей кол-

лиматоров

Используемая скамья со-

держит 25 коллиматоров

Имеет место сочетание

гониометра с теодолитом

Специальная оптическая

скамья

Применяется для обоих

способов специальная

оптическая скамья

Применяемая скамья

имеет 17 коллиматоров,

расположенных в одной

вертикальной плоскости

Используется установка

в виде оптического тео-

долита

Применяемая оптическая

скамья состоит из про-

странственной системы

коллиматоров

Одиночный коллиматор

перемещается между эк-

спозициями на опреде-

ленный интервал

159

Лаврова Н.П., Стеценко А.Ф. Аэрофотосъемка. Аэро - фотосъемочное оборудование

Подождите немного. Документ загружается.