Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

Формулы (17.5) и (17.7) можно использовать и для подсчета

ошибок геодезических координат точек местности, вызванных ошиб-

ками элементов внешнего ориентирования модели. Для этого вместо

элементов или поправок к ним в данные уравнения следует подста-

вить их ошибки и считать, что = а

= V? = 0, а 1

, 1

и 1

—

искомые ошибки.

§ 113. Определение элементов внешнего ориентирования

снимков

Линейные элементы внешнего ориентирования стереопары, т. е.

геодезические координаты точек фотографирования, можно полу-

чить по формулам (17.1), так как фотограмметрические координаты

этих точек и элементы ориентирования модели известны.

Угловые элементы внешнего ориентирования левого и правого

снимков найдем по элементам внешнего ориентирования модели

I, г] и 0 и элементам взаимного ориентирования снимков а!, щ, «2,

<02, И2.

Повороту модели относительно системы геодезических коорди-

нат соответствует матрица

4^9 =

Ь1

Ьг

Ьз

(17.9)

элементы которой вычисляются по формулам (17.2). Элементам

взаимного ориентирования соответствуют две матрицы:

«21

«31 «12

«22

«32

А ,, =

®1*1

Ь\ 1

• А ,,, =

Ь'\ 2

31_

(17.10)

Элементы матрицы А^

Уь

- найдем по формулам (9.8), подставив

в эти формулы углы а!, со! = 0 и к[ вместо а, со и к. Элементы мат-

рицы получим тоже по формулам (9.8), используя углы

<Х2, 0)2 И %2.

Теперь составим матрицы для определения угловых элементов

внешнего ориентирования левого и правого снимков стереопары

& ДА

аи

Ьп

СЦ

ЬЦ

"21

«31

Ьп

31.

а.-12

ЬЗ 2

32.

(17.11)

290

Применив формулы (9.10), получим

«1 = — Я31/С31, 51П ц»! = — 6

, х

= 611/621; ,

\ (17.12)

АГ = О32/С32, 51П Ш

= — 6

, % = Б1

/Й

Глава 18

УНИВЕРСАЛЬНЫЕ СТЕРЕОПРИБОРЫ

§ 114. Назначение и классификация универсальных

стереоприборов

Универсальные стереоприборы служат для сгущения опорной

сети и составления топографических карт по снимкам.

На универсальном стереоприборе можно выполнить все про-

цессы преобразования снимков в план, а именно:

1) внутреннее ориентирование снимков, т. е. построение связок

проектирующих лучей;

2) взаимное ориентирование снимков, т. е. построение модели;

3) внешнее ориентирование модели;

4) определение координат отдельных точек местности и съемку

контуров и рельефа.

Следовательно, на универсальном стереоприборе можно решить

обратную двойную фотограмметрическую засечку.

Если элементы внешнего ориентирования снимков известны

с достаточной точностью, то на универсальном стереоприборе можно

решить и прямую фотограмметрическую засечку. В этом случае

снимки устанавливают в приборе по элементам ориентирования.

Затем путем проектирования снимков создают связки лучей. В ре-

зультате пересечения соответственных лучей образуется модель,

местности.

Связки проектирующих лучей, получаемые в универсальном

стереоприборе, могут быть или тождественными существовавшим

в момент съемки, или преобразованными. В соответствии с этим и мо-

дель получается подобной местности или преобразованной.

По способам построения связок проектирующих лучей и модели

универсальные стереоприборы можно разделить на четыре группы:

1) оптические, 2) механические, 3) оптико-механические, 4) ана-

литические.

Оптический универсальный прибор имеет две проектирующие

камеры или больше, с помощью которых по снимкам строятся

связки лучей и модель местности.

В универсальном стереоприборе механического типа связки

лучей и модель создаются с помощью прецизионных рычагов или

линеек.

В оптико-механическом универсальном стереоприборе связки

лучей получаются оптически, а модель строится при помощи

механизмов.

ю*

291

В аналитическом универсальном стереоприборе в процессе из-

мерения снимков определяются координаты точек местности на

электронной цифровой вычислительной машине, которые одновре-

менно используются для составления карты на координатографе.

Многие современные универсальные стереоприборы позволяют

получать не только графическое изображение местности в виде

карты, но и фотографическое в ортогональной проекции — орто-

фотокарту. Для этого приборы имеют приспособления, позволяю-

щие выполнять дифференциальное трансформирование снимков.

Кроме того, отдельные приборы содержат устройства, автоматизи-

рующие процессы обработки снимков.

Аналитические универсальные стереоприборы обеспечивают на-

ивысшую точность измерения снимков: средняя квадратическая

ошибка измерения координат точек около 5 мкм. Остальные стерео-

приборы по точности измерения снимков разделяются на три

класса. Они позволяют измерять снимки с точностью, равной со-

ответственно 10, 20 и 50 мкм.

§ 115. Принципиальные схемы оптических универсальных

стереоприборов

Универсальные стереоприборы, основанные на оптических спо-

собах решения фотограмметрической засечки, можно разделить

на три подгруппы.

Первую подгруппу составляют двойные проекторы и мульти-

плексы. В этих приборах снимки с помощью камер проектируются

на экран так, чтобы изображения их накладывались друг на друга

(рис. 196). Связки лучей взаимно ориентируются, в результате

чего получается оптическая модель местности.

Фотограмметрическая засечка образуется путем построения

треугольника, вершинами которого служат передние узловые точки

объективов проектирующих камер и 5

и определяемая точка

модели а (принцип треугольника).

Модель наблюдают и измеряют способами анаглифов, полярои-

дов и вращающихся бленд. Для измерения модели используют

марку, перемещение которой в плоскости плана фиксируют на эк-

ране, а по высоте с помощью счетчика или шкалы.

Расстояние между передними узловыми точками объективов

проектирующих камер равно базису фотографирования в масштабе

модели

В' = —в.

{

Отсюда следует, что минимальный масштаб модели, получаемой

по данным снимкам, определяется наименьшим расстоянием, ко-

торое можно установить между передними узловыми точками объек-

тивов проектирующих камер.

Так как экран Е находится на конечном расстоянии от объек-

тива камеры, то для получения резкого изображения снимка лучи,

292

исходящие из точки снимка и проходящие объектив, должны на-

правляться к экрану сходящимся пучком. В этом случае главное

фокусное расстояние объектива проектирующей камеры Р должно

быть меньше фокусного расстояния самой камеры /.

Чтобы получить резкое изображение на экране, необходимо

выполнить два условия:

1) расстояния от объектива до снимка (/) и до экрана (О) вдоль

главной оптической оси объектива должны удовлетворять основ-

ному уравнению оптики

(18.1)

Рис. 196

2) плоскость снимка, главная плоскость объектива и плоскость

экрана должны пересекаться по одной линии.

В универсальных приборах первой подгруппы эти условия вы-

полняются нестрого.

Пусть при горизонтальном положении проектирующей камеры

изображение на экране получается резким, когда экран удален

от объектива на расстояние Р) (рис. 197). При любом другом поло-

жении экрана резкость изображения нарушается. Появляются

кружки нерезкости, диаметр которых

6 = -^-/, (18.2)

где I — расстояние от~экрана до плоскости резкого изображения;

й — диаметр действующего отверстия объектива.

Пусть диаметр кружка нерезкости не превышает такого значе-

ния, при котором практически не снижается точность стереоскопи-

293

ческих измерений. Тогда глубина резкости

С?

= 2/=

— Г>.

На местности величине <2 соответствует превышение

й = — <2 = 2-

• н,

(18.3)

(18.4)

где Я —• высота фотографирования.

Пусть Я == 2500 м, б = 0,2 мм, й = 2 мм, тогда к = 500 м.

При наклоне проектирующей камеры резкость изображения

нарушается, так как главная плоскость объектива О не проходит

через линию пересечения снимка Р и экрана Е, а остается

параллельной снимку (рис. 198). Такое явление наблюдается и

в случае, когда первое оптическое условие выполнено. При этом

кружок нерезкости будет максимальным на краю изображения.

Как следует из рисунка,

г а

НО

Д = Ца = г — а,

поэтому

о = — га,

(18.5)

где й : / — относительное отвер-

стие объектива; г — расстояние

ис

}д

на снимке от главной точки до

данной.

Пусть й : / = 1 : 10, г = 20 мм, а = 6°, тогда б = 0,2 мм.

Отдельные приборы первой подгруппы имеют приспособления

для изменения главного фокусного расстояния объектива камеры,

а также для поворота главной плоскости объектива. Это позволяет

изменять положение плоскости резкого изображения относительно

объектива и строго выполнять оптическое условие.

С целью сокращения размеров прибора мультиплекс рассчиты-

вается на обработку не оригинальных снимков, а уменьшенных

в 3—4 раза.

Пусть Ы

— разрешающая способность негатива. Чтобы полу-

чить на диапозитиве все детали местности, изобразившиеся на не-

гативе, необходимо использовать диапозитивные пластинки с раз-

решающей способностью

ЛГ

= лЛГ

(18.6)

где п — коэффициент уменьшения негатива.

В соответствии с этим и разрешающая сила объектива умень-

шителя должна быть не меньше N.

294

В приборах второй подгруппы (стереопланиграф и топофлекс

Цейсса, фотокартограф Ф. В. Дробышева и др.) каждый снимок

с помощью камеры проектируется на отдельный экран, снабжен-

ный измерительной маркой (рис. 199, а). Расстояние 5х5

между

передними узловыми точками объективов проектирующих камер

может быть, с точки зрения принципиальной, произвольным. Прак-

тически же оно устанавливается по конструктивным соображениям

и всегда больше базиса фотографирования, выраженного в масштабе

модели.

Модель местности получается в результате пересечения лучей

левой связки с соответственными лучами правой связки, перене-

сенной параллельно так, чтобы вершина ее совпала с точкой 5г.

При этом расстояние между измерительными марками

где 1:1 — масштаб модели; В — базис фотографирования; К —

расстояние между передними узловыми точками объективов про-

ектирующих камер (постоянная прибора).

Таким образом, фотограмметрическая засечка в данном случае

осуществляется по принципу треугольник плюс параллелограмм

(5x5^! и т

т ,3

Этот принцип используется не только в оптических, но и в меха-

нических, а также в оптико-механических универсальных стерео-

приборах.

Кроме рассмотренных выше двух принципов (треугольник и

треугольник плюс параллелограмм) для осуществления фотограм-

метрической засечки в универсальных стереоприборах применяется

принцип двух треугольников — 5^2Шх и 515

/п

(рис. 199, б).

В этом случае центр проекции 5

второго снимка смещается отно-

сительно точки 3

не в продольном направлении по продолжению

Рис. 199

т-гт?,

= К В, (18.7)

295

прямой 8

8а, а в поперечном 5^5

на произвольную величину К,

выбираемую по конструктивным соображениям. На рис. 199 8

и 5

— два соответственных луча. При этом точка т

получается

в пересечении направления З^х с направлением З^т-х, проведен-

ным из точки 3'

параллельно 8

Принцип двух треугольников позволяет создавать более ком-

пактные приборы по сравнению со стереопланиграфом и другими,

в которых использован принцип треугольник плюс параллелограмм.

Фокусное расстояние камеры стереопланиграфа равно глав-

ному фокусному расстоянию ее объектива. Следовательно, снимок,

установленный в проектирующую камеру, находится в главной

фокальной плоскости объектива. Лучи, исходящие из точки снимка

и проходящие объектив, направ-

ляются нараллельным пучком.

Резкое изображение снимка полу-

чается с помощью дополнитель-

ной проектирующей системы, ко-

торая расположена между объек-

тивом камеры и экраном и состоит

из положительной и отрицатель-

ной линз. При изменении рассто-

яния между камерой и экраном

меняется и расстояние между

этими линзами с помощью инвер-

сора.

200

Для наблюдения и измерения

модели применяется способ мни-

мой марки. При этом действительные марки т

и т

и изображения

снимков, построенные на экранах, рассматривают стереоскопически,

используя для этого наблюдательную систему.

Перемещение марки в пространстве модели отсчитывают по

шкалам и счетчикам и фиксируют на планшете.

Приборы третьей подгруппы (стереоскопический рисовальный

прибор М. Д. Коншина) основаны на построении по снимкам и из-

мерении мнимой оптической модели местности (рис. 200).

Снимки рассматриваются с помощью зеркального стереоскопа,

малые зеркала или диагональные грани кубов которого посеребрены

на 50 %. Благодаря этому наблюдатель видит не только мнимую

модель но и действительную марку, а также экран или планшет.

Связки образуются лучами, идущими от снимков к глазам наблю-

дателя. Таким образом, вершинами связок или центрами проекции

служат передние узловые точки глаз наблюдателя.

Снимкодержатели имеют движения для взаимного ориентиро-

вания снимков и внешнего ориентирования модели. План по-

лучается в результате ортогонального проектирования элементов

модели на планшет с помощью измерительного столика.

В отличие от других универсальных стереоприборов приборы

данной подгруппы позволяют одновременно видеть модель и план-

шет. Благодаря этому, горизонтали, проведенные на планшете»

296

оптически накладываются на модель, чем обеспечивается контроль

рисовки рельефа. Значительное поле зрения наблюдательной си-

стемы, простое устройство и небольшие размеры также отличают

приборы третьей подгруппы от многих других. Однако недоста-

точное увеличение наблюдательной системы — около 1 — не позво-

ляет эффективно использовать точность построения фотографиче-

ских изображений.

По точности измерения снимков оптические приборы первой

подгруппы относятся ко второму (двойные проекторы) или

к третьему (мультиплексы) классу, второй подгруппы — к пер-

вому, а третьей — к третьему классу.

§ 116. Принципиальные схемы механических универсальных

стереоприборов

Вторую группу универсальных стереоприборов, основанных на

механическом способе решения фотограмметрической засечки,

можно разделить на две подгруппы.

В приборах первой подгруппы (стереоавтограф, технокарт и то-

покарт Цейсса, стереоавтограф Ф. В. Дробышева) для решения

фотограмметрической засечки применяются плоскостные механизмы.

Стереоавтограф и технокарт служат для обработки наземных

снимков. Принципиальные схемы этих приборов рассмотрены

в гл. 5.

Топокарт содержит более сложные плоскостные механизмы,

позволяющие решать фотограмметрическую засечку по аэросним-

кам.

Рис. 201

297

В приборах второй подгруппы (стереопроектор Г. В. Романов

ского, стереограф Ф. В. Дробышева, автограф Вильда, стерео-

картограф Сантони и др.) фотограмметрическая засечка решается

с помощью пространственных механизмов.

Вокруг точек и 5

, соответствующих центрам проекции,

вращаются рычаги и (рис. 201). Короткие плечи их в авто-

графе связаны с наблюдательной системой (на рис. 201 показана

только часть этой системы), а длинные проходят через карданы

базисного устройства, расположенного на мостике М. Мостик имеет

движения по трем взаимно перпендикулярным направляющим.

Эти движения учитываются по счетчикам и фиксируются на план-

шете, что позволяет измерить координаты точек модели и соста-

вить карту. Камеры имеют все движения, необходимые для взаим-

ного ориентирования снимков и внешнего ориентирования модели.

Стереопроектор и стереограф существенно отличаются от авто-

графа тем, что снимки в этих приборах всегда находятся в горизон-

тальной плоскости, а влияние их углов наклона учитывается с по-

мощью коррекционных механизмов. Эта особенность позволяет

применять в стереопроекторе и стереографе более простую наблю-

дательную систему, чем в автографе.

Фотограмметрическая засечка в приборах данной подгруппы

осуществляется по принципу треугольник плюс параллелограмм.

Исключением являются стереокартограф Сантони, в котором исполь-

зован принцип двух треугольников.

К точности изготовления и юстировки плоскостных и пространст-

венных механизмов предъявляются высокие требования.

§ 117. Принципиальные схемы оптико-механических

универсальных стереоприборов

В универсальных стереоприборах третьей группы связки про

ектирующих лучей создаются оптически, а модель местности

строится при помощи пространственных или плоскостных меха-

низмов. В соответствии с этим приборы третьей группы можно раз-

делить на две подгруппы.

К приборам первой подгруппы относится, например, фотостерео-

граф Нистри. В нем связки образуются с помощью проектирующих

камер, а модель — посредством пространственных рычагов К

и 7?

(рис. 202). Рычаги вращаются вокруг передних узловых точек

проектирующих камер и устанавливаются по направлениям лу-

чей. С рычагами связана наблюдательная система. При этом ви-

зирные оси микроскопов наблюдательной системы всегда прохо-

дят через точки пересечения осей рычагов со снимками. На рис. 202

показана только часть наблюдательной системы. Нижние концы

рычагов проходят через карданы базисного устройства, находя-

щегося на мостике М.

Мостик передвигается по трем взаимно перпендикулярным на-

правлениям. Эти движения учитываются по счетчикам и фикси-

руются на планшете, что позволяет измерять координаты точек

298

модели и составлять карту. Проектирующие камеры имеют движе-

ния для ориентирования снимков. Фотограмметрическая засечка

осуществляется по принципу треугольник плюс параллелограмм.

К приборам второй подгруппы относится полевой стереоплани-

граф А. Н. Лобанова. В этом приборе связки лучей создаются с по-

мощью стереоскопа, слу-

жащего наблюдательной

системой. Центрами про-

екции являются передние

узловые точки глаз наблю-

дателя. Снимкодержатели

имеют движения, необхо-

димые для ориентирования

снимков Р

и Р

(рис- 203).

После ориентирования

снимков в приборе обра-

зуются два трансформиро-

ванных изображения как

результат сечения связок

Рис. 202

Рис. 203

горизонтальной плоскостью Е. По этим изображениям составляется

карта с помощью плоскостного механизма, который вводит по-

правки за рельеф в положение точек на левом трансформирован-

ном изображении и вычисляет высоты, т. е. решает уравнения

(14.10) и (14.8).

§ 118. Принципиальная схема аналитических универсальных

стереоприборов

Универсальные стереоприборы аналитического типа созданы

с целью расширения возможностей и повышения точности фото-

грамметрической обработки снимков.

Фотограмметрическая засечка в аналитических стереоприборах

решается с помощью электронных цифровых вычислительных ма-

шин. Благодаря этому можно быстро и точно решать более слож-

ные и более соответствующие реальным условиям уравнения за-

висимости между координатами точек местности и снимков по срав-

нению с теми уравнениями, которые приняты в идеальной цен-

тральной проекции и в обычных универсальных стереоприборах.

На аналитических стереоприборах можно обрабатывать снимки

299