Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

с любыми элементами ориентирования, полученные любыми фото-

камерами, в том числе панорамными и щелевыми.

Аналитический стереоприбор состоит из координатного устрой-

ства, электронной цифровой вычислительной машины — вычис-

лителя, стереокомпаратора и координатографа (рис. 204).

В координатное устройство входят два штурвала и ножной

диск, приводимые в действие оператором. Оно вырабатывает ко-

ординаты точки модели, которые в виде импульсов поступают в вы-

числитель. Используя эти данные, а также элементы внешнего

ориентирования снимков и другую информацию, необходимую для

Вычис-

литель

(ЭЦВМ)

Рг

^ =

Стереокомпаратор

Рис. 204

учета влияния систематических ошибок, вычислитель по специаль-

ной программе находит координаты соответственных точек левого

и правого снимков и координаты точки карты. Результаты вычис-

лений преобразуются из цифровой в аналоговую форму и исполь-

зуются для установки кареток стереокомпаратора и координато-

графа. После такой установки, выполняемой автоматически с по-

мощью моторов, измерительная марка совмещается с определяе-

мой точкой модели, а карандаш координатографа указывает поло-

жение этой точки на составляемой карте.

Пусть известны элементы внешнего ориентирования снимков.

Введем в вычислитель эти величины и программу определения ко-

ординат точек снимков по координатам точек модели (местности).

Затем установим координатную систему и снимки в стереокомпа-

раторе так, чтобы марка совместилась с какой-либо точкой модели,

а отсчеты по шкалам X, У и 2 равнялись координатам соответст-

вующей точки местности. Тогда для определения координат любой

точки местности, изобразившейся на стереопаре, достаточно дви-

300

жениями X, V, и 1 навести марку на соответствующую точку мо-

дели.

Если элементы внешнего ориентирования снимков неизвестны,

но даны опорные точки, то можно решить обратную двойную за-

сечку. Для этого измеряют координаты не менее пяти точек стерео-

пары, по которым вычисляют элементы взаимного ориентирования

снимков; затем строят модель и по опорным точкам находят ее эле-

менты внешнего ориентирования. Эти величины используют для

определения положения точек местности, изобразившейся на сним-

ках.

Возможен и другой способ ориентирования снимков на анали-

тическом стереоприборе, например способ, основанный на непо-

средственном определении элементов внешнего ориентирования по

опорным точкам в результате решения обратной фотограмметриче-

ской засечки.

§ 119. Стереопроектор Г. В. Романовского

Стереопроектор — высокоточный универсальный стереоприбор

механического типа. Он широко применяется в СССР для состав-

ления топографических карт по плановым снимкам.

Снимки в стереопроекторе находятся в горизонтальном поло-

жении. Влияние углов наклона снимков учитывается коррекцион-

ными механизмами, которые смещают объективы наблюдательной

системы, т. е. трансформируют пару снимков.

Модель строится с помощью рычагов, вращающихся вокруг кар-

данных центров, которые в общем случае не совпадают с центрами

проекции снимков. Поэтому связки в приборе не подобны сущест-

вовавшим во время съемки, что вызывает неравенство горизонталь-

ного и вертикального масштабов модели. Преобразование связок

позволяет обрабатывать на стереопроекторе снимки с любыми фо-

кусными расстояниями. Формат снимков не больше 18 X 18 см.

Размещение снимков в горизонтальной плоскости позволило

применить простую наблюдательную систему и обеспечить хорошие

условия для рассматривания снимков.

Основными частями стереопроектора служат станина, каретки

снимков, проектирующие рычаги, базисная каретка, каретка фо-

кусных расстояний, наблюдательная система и коррекнионный

механизм (рис. 205 и 206).

Каретки снимков Кг и /С

расположены горизонтально на верх-

ней части станин. При повороте проектирующих рычагов Нх и Я*

они перемещаются по направляющим параллельным осям X и V

прибора. На каретках снимков находятся снимкодержатели.

Проектирующие рычаги м Н

проходят через двухосные

скользящие шарниры и поворачиваются вокруг центров этих шар-

ниров и 5

. Шарниры находятся на каретке фокусных расстоя-

ний К{, которая, перемещается по вертикальным направляющим.

Это движение соответствует изменению фокусного расстояния

проектирующей камеры /. Нижние концы рычагов связаны с ба-

301

зисной кареткой, а верхние проходят через шарниры, прикреплен-

ные к кареткам снимков.

Базисная каретка К

с помощью штурвалов перемещается вдоль

осей X и У прибора. Эти движения отсчитываются по счетчикам

и повторяются карандашом к на планшете. Верхняя часть базис-

ной каретки перемещается с помощью ножного диска вдоль оси 2,

что позволяет измерять высо-

ты точек модели, отсчитывая

их также по счетчику. Фото-

грамметрическая засечка

в стереопроекторе осущест-

вляется по принципу тре-

угольник плюс параллело-

грамм (5

5га и аа'ЗъЗ'д-

Поэтому расстояние между

центрами проектирования

и 5

— величина постоянная,

а для установки базиса верх-

няя часть базисной каретки

имеет движения Ь

, Ь

и Ь

параллельные осям X, У и 2

прибора. Эти движения поз-

воляют изменять расстояние

между нижними концами

проектирующих рычагов.

Наблюдательная система

состоит из левого и правого

рукавов, симметричных отно-

сительно вертикальной плос-

кости У2 прибора. На рис.

207 представлена схема пра-

вого рукава. Снимок 1 нахо-

дится в главной фокальной

плоскости объектива 2. Этот

объектив укреплен на ка-

ретке, которая перемещается коррекционным механизмом

в продольном и поперечном направлениях. За ним следуют

объектив 3 и прямоугольная призма 4. До призмы 4 визирный луч

направлен параллельно оси 2 прибора. Призма 4 направляет луч

параллельно оси X в призму 5, состоящую из двух прямоугольных

призм. Призма 5 перемещает луч несколько вверх и направляет

его параллельно оси У в коллектив 6 и кубическую призму 7,

составленную из двух прямоугольных призм. Диагональная грань

кубической призмы посеребрена на 10 % и служит для включения

в систему оптической марки.

Далее луч попадает в трапециевидную призму 8, которая на-

правляет его вниз под углом в 15° к вертикали. За этой призмой

следуют коллективы 9 я 10, а также пентапризма 11, выполняющая

роль прямоугольной призмы, но имеющая две отражательные грани.

302

Пентапризма направляет луч вверх под углом 75° к вертикали.

Оптические детали, расположенные за пентапризмой,— ромбиче-

ская призма 12, окуляр 13 и оптический клин 14 — принадлежат

бинокулярной головке. Ромбическая призма позволяет изменять

расстояние между окулярами, а с помощью оптического клина

можно перемещать в небольших пределах изображения снимка и

марки в фокальной плоскости окуляра, что необходимо для устра-

нения зрительного вертикального параллакса.

Марки имеют следующее устройство. На посеребренном диске 16

выгравированы четыре марки — три кольцеобразные и одна Т-об-

разная. Каждая марка включается в оптическую систему поворо-

том диска. Марка освещается лампой, перед которой установлен

диск 15 со сменными цветными фильтрами — б^лым, желтым и зе-

303

Рис. 207

Рис. 208

леным. Марка проектируется объективом 17. Диагональная грань

кубической призмы направляет часть лучей, идущих от марки,

в световой пучок, исходящий от снимка.

Коррекционный механизм решает уравнение

г» = г —бг, (18.8)

где г — радиус-вектор на плановом снимке, соединяющий точку

нулевых искажений с наблюдаемой точкой; б г — смещение наблю-

даемой точки, вызванное наклоном снимка; г° — радиус-вектор

на горизонтальном снимке, соответствующий величине г.

Согласно формуле (9.60)

0 _ Г

81П Ф 51П А

} — г зт

зт а

или

(

ф 5

° (18 9)

где / — фокусное расстояние снимка; а

— угол наклона снимка;

<р — угол на снимке, составленный радиус-вектором с горизон-

талью.

На рис. 208 представлены снимок Р, рычаг Р, подвижный объек-

тив О наблюдательной системы и основные части коррекционного

механизма: рычаги 1 и 2 и каретка 3.

Нижний конец рычага 2 соединен с двухосным шарниром 4,

а последний — с суппортом 5, который перемещается вместе с ка-

реткой снимка К• Верхний конец рычага 2 проходит через сколь-

зящий двухосный шарнир 6, соединенный с кареткой объектива О,

и через скользящий двухосный шарнир 7, связанный с кареткой 3.

Эта каретка может перемещаться по вертикальной направляющей.

Вместе с кареткой перемещается и шарнир 7. Нижний конец ры-

чага 1 проходит через скользящий шарнир 8, соединенный с суп-

портом 5, а верхний жестко связан с тарелкой 9 и может повора-

чиваться с ней вокруг центра неподвижного двухосного шарнира 10.

Разности высот I шарниров 10—8 и 6—4 одинаковы.

На тарелку опирается шаровидный конец стержня 11, который

можно смещать в продольном и поперечном направлениях. При

вертикальном положении рычагов 1 я 2 центры шарниров 6 и 7

совпадают, а визирный луч должен проходить через точку нулевых

искажений.

Движение каретки снимка вызывает поворот рычагов 1 я 2.

Если конец стержня находится в центре шарнира 10, то центры шар-

ниров 6 я 7 остаются совмещенными при любых положениях ры-

чагов 1 и 2. Если же конец этого стержня смещен с центра шарнира

10, то при повороте рычагов каретка 3 сместится по вертикальной

направляющей, что вызывает смещение шарнира по высоте на ве-

личину б/ и каретки объектива на величину б г по направлению,

параллельному радиус-вектору.

305

Пусть рычаги 1 и 2 перпендикулярны к плоскости снимка, ви-

зирный луч проходит через точку нулевых искажений, а стержень

11 смещен на величину к относительно центра шарнира 10. Дейст-

вуя штурвалами, переместим каретку снимка, чтобы визирный

луч прошел через точку а. В результате этого рычаги К, 1,2 и та-

релка 9 повернутся, каретка 3 опустится и объектив О сместится

на величину 8г. Вследствие смещения объектива каретка снимка

будет передвинута не на г,

а на величину г—8г.

Как следует из рис. 208,

где р и — углы отклонения

рычагов 1 я 2

от:

вертикали.

При этом

*8Р' =

г—дг

1 — 61

Следовательно,

г(г-6г)

8г=а-

(18.10)

Рис. 209

Сравнивая это выражение

с равенством (18.9), видим,

что коррекционный механизм

вводит поправки за наклон

снимков при условии, если

смещение стержня 11

а = —— зтф8та

. (18.11)

В приборе стержень 11

смещается в продольном и поперечном направлениях на величины

51п а;

51П (О,

(18.12)

где а и со — продольный и поперечный углы наклона снимка.

Согласно теории построения модели по трансформированным

изображениям при отвесном положении проектирующего рычага

визирный луч должен проходить через точку надира снимка, а

согласно теории коррекционного механизма при отвесном положе-

нии рычагов этого механизма на визирном луче должна быть точка

нулевых искажений. Первое требование теории выполняется пу-

тем децентрации снимка

А = а

« ?а<>.

306

(18.13)

а второе — путем децентрации коррекционного механизма

б = (18.14)

Децентрация снимка вводится смещением верхней части ка-

ретки снимка относительно нижней, с которой связаны шарнир

пространственного рычага и суппорт 5. Децентрация коррекцион-

ного механизма устанавливается передвижением суппорта 5.

В приборе устанавливают составляющие этих децентраций по осям

х и у

= {а;

д>

—

[а;

(18.15)

Если проектирующий рычаг и рычаги коррекционного меха-

низма приведены в вертикальное положение, а визирный луч про-

ходит через центр снимкодержателя, то отсчеты по шкалам децен-

траций равны начальным.

Стереопроектор имеет два коррекционных механизма, которые

расположены симметрично относительно плоскости У7, прибора.

На рис. 209 представлена третья модель стереопроектора, отли-

чающаяся от второй следующими особенностями:

прибор снабжен координатографом, что значительно расширило

пределы изменения масштаба составляемой карты по сравнению

с масштабами обрабатываемых снимков;

децентрация коррекционных механизмов вводится автоматиче-

ски при установке децентрации снимков;

наблюдательная система снабжена двумя комплектами под-

вижных объективов, что позволяет обрабатывать снимки с боль-

шими углами наклона;

точность прибора в два раза выше.

Основные характеристики третьей модели стереопроектора

Размер снимков До 18X18 см

Фокусные расстояния снимков 35—350 мм

Фокусное расстояние прибора 150—300 мм

Увеличение наблюдательной системы 6 и 10

Поле зрения при увеличении 6

30 мм

Отношение масштаба снимков к масштабу карты:

без координатографа 0,5—2,0

с координатографом 0,1—10,0

Максимальные разности высот точек местности (в до-

лях высоты фотографирования) при п, равном 0,5 0,5

Предельные значения углов наклона снимков при

фокусных расстояниях снимков, равных 100 и 35 мм 5,1 и 1,8°

Размеры стереопроектора 116X120X190 см

Масса стереопроектора 800 кг

Размеры координатографа 120X 128X80 см

Масса координатографа 150 кг

Средняя квадратическая ошибка определения высот

по макетным снимкам 1 : 8000 от высоты фотогра-

фирования

307

§ 120. Стереограф Ф. В. Дробышева *

Стереограф, созданный проф. Ф. В. Дробышевым,— широко рас-

пространенный в СССР универсальный стереоприбор, основанный

на принципе механического проектирования аэрофотоснимков с

преобразованием связок проектирующих лучей (рис. 210).

Влияние углов наклона снимков учитывают коррекционные

механизмы, которые трансформируют координаты точек снимков

методом текущей коррекции путем введения поправок в фокусные

расстояния проектирующих камер.

Рис. 210

Конструктивная форма пространственной засечки — треуголь-

ник плюс параллелограмм, но в связи с тем, что снимки на приборе

расположены вдоль оси У, параллелограмм также ориентирован

примерно вдоль этой оси. По трансформированным изображениям

пары снимков строится геометрическая модель с помощью двух

проектирующих стержней, вращающихся вокруг центров проек-

ции, через которые они проходят своими верхними концами. В сред-

ней части стержни связаны с каретками, несущими снимки, а ниж-

ними концами — с базисной кареткой. При движении базисной

каретки по трем взаимно перпендикулярным направляющим

стержни поворачиваются и смещают снимки под неподвижной на-

блюдательной системой.

* § 120 написали Б. В. Краснопевцев и А. Н. Лобанов.

308

Теоретические основы работы коррекционного механизма сте-

реографа состоят в следующем. Предположим, что из центра про-

екции 5 (рис. 211) получен плановый аэрофотоснимок Р с фокус-

ным расстоянием / и углом наклона а

. Используя принцип обра-

тимости фотографического процесса, произведем трансформирова-

ние снимка Р с сохранением элементов внутреннего ориентирова-

ния. В результате центральным проектированием из точки 5 точки

снимка Р (точка т) будут перенесены на горизонтальную плоскость

Рис. 211

{

(точка т

). Эта плоскость может отстоять от центра проекции 5

на любом расстоянии = / + б/, которое будет фокусным рас-

стоянием трансформированного изображения.

При трансформировании снимка Р с преобразованием связки

проектирующих лучей новый центр проекции 5' расположим на

отвесном луче 5га. Расстояние от точки 5' до горизонтальной пло-

скости, проведенной через линию неискаженных масштабов снимка

Р (точка с), будет исходным фокусным расстоянием Р проектирую-

щей камеры. Задавшись условием получить на плоскости Р

{

та-

кое же трансформированное изображение, как и при проектиро-

вании с подобной связкой, введем плоскость Р

, на которую точки

снимка Р перенесем пучком лучей, все лучи которого (например,

тт

, //

) параллельны линии 55'. После этого точки с плоскости

(точка т

) путем центрального проектирования из центра 5'

309