Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

перенесем на плоскость Р

в результате чего получим трансформи-

рованное изображение с фокусным расстоянием Р

(

= Р + б/.

Чтобы три плоскости Р, Р

и Р

находились в перспективном

соответствии, плоскость Р

должна проходить через преобразо-

ванную линию горизонта (точка /

), а плоскость Р

{

— через ли-

нию пересечения плоскостей Р и Р

(точка У). Плоскость Р

на-

зывается коррекционной плоскостью и ее поворот вокруг преобра-

зованной линии горизонта, т. е. изменение угла а

, будет вызы-

вать смещение по высоте плоскости Р

{

и тем самым изменять фо-

кусное расстояние трансформированного изображения. Таким об-

разом, данный способ трансформирования снимков дает возмож-

ность вводить поправки за перспективу с масштабным коэффици-

ентом

= М = Р

1Р.

Фокусные расстояния Р

(

и трансформированного изображения

относительно центров проекции 5' и 5

р(= , //=

~! *ва

- (18-16)

—а

—а„

Коэффициент преобразования связки проектирующих лучей

к =

Отклонение фокусного расстояния трансформированного изобра-

жения от исходного значения

8г=

Р1&ао-Г1

йак

(1817)

«к

—

Связь между углами наклона аэрофотоснимка а

и коррекцион-

ной плоскости а

можно найти из треугольников VII' и У1

Г,

имеющих общую сторону;

*ёа

= ^М§сс

= И

ос

. (18.18)

Если плоскость Р

проходит через линию неискаженных масш-

табов (точка с), то плоскость Р

{

будет также проходить через эту

линию, так что ^ = 1, Р

{

— Р, = /. Теория стереографа осно-

вана именно на этом случае расположения плоскостей, т. е. усло-

вия строгой работы коррекционного механизма прибора будут сле-

дующими:

1) снимок должен быть наклонен на угол а

. который он имел

в момент экспонирования;

2) коррекционная плоскость должна быть наклонена вокруг

линии неискаженных масштабов снимка на угол

= агс1^-у 1§а

(18.19)

3) вертикальное перемещение каретки перемены фокусного рас-

стояния АР, опирающейся на коррекционную плоскость, должно

310.

быть параллельно линии, на которой расположены центры проек-

ции 5 и 5'. Это условие соответствует перенесению точек парал-

лельным пучком лучей с исходного снимка на коррекциоиную

плоскость.

Однако конструкция прибора имеет отклонения от строгой тео-

рии. Первое состоит в том, что снимки на приборе устанавливаются

горизонтально, что приводит к ошибкам при измерении координат,

равным разности отрезков ст = г и г', т. е.

Ьг = г — г' = г — г соз а

или, учитывая малость угла а

Ьг = га%. (18.20)

Наличие этих ошибок приводит к дополнительным наклонам мо-

дели, разномасштабности по осям X и У, искажению базисной со-

ставляющей Ь

. Чтобы эти искажения были практически малы,

необходимо, чтобы величины б г не превышали точности измерения

координат, т. е. 0,02 мм, а это возможно при а

<;1

. Такие углы

наклона могут быть только у гиростабилизированных снимков.

Второе отклонение состоит в том, что коррекционная плоскость

при наклоне пересекает снимок не по линии неискаженных масшта-

бов, а по произвольной. Это объясняется тем, что центр вращения

плоскости (точка о

) располагается неподвижно на линии 55'

ниже ее рабочей поверхности на величину I. При такой конструк-

ции поворота плоскости ее рабочая поверхность никогда не прой-

дет через линию неискаженных масштабов. Связь между углами

и а

определяется зависимостью

= ^ + 2

зша

о (1

!(Р+1) +1УР + Р(Р + 21)Ып*а

Зависимость величины фокусного расстояния трансформиро-

ванного изображения Р

(

от угла наклона снимка приводит к тому,

что при обработке пары снимков с разными углами наклона возни-

кает неравенство Р

{л

и Р

{

„. Выравнять их путем изменения исход-

ных фокусных расстояний проектирующих камер невозможно, так

как при смещении по высоте центра проекции 5' происходит изме-

нение наклона плоскости Р

и, соответственно, смещение в том же

направлении, что и центр проекции 5', плоскости Р

. Неравенство

(л

и Рщ можно компенсировать деформацией базисной состав-

ляющей Ь

Если провести анализ изменения фокусного расстояния Р

(

в за-

висимости от величин / и а„, то можно сделать вывод, что это из-

менение будет тем меньше, чем больше отличаются фокусные рас-

стояния фотокамеры и проектирующей камеры прибора и чем

меньше величина а

. Например, величина б/ будет лежать в преде-

лах 0,04 мм для ? — 55, 70, 200 мм и 0,08 мм для / — 100 мм при

Подводя итог, можно сделать вывод, что на стереографе следует

обрабатывать гиростабилизированные снимки, так как только в

311.

этом случае ошибки, возникающие из-за~отклонения конструкции

прибора от строгой теории, будут практически малы.

Наиболее распространенной моделью стереографа Ф. В. Дробы-

шева является СД-3. Основные части прибора — станина, каретки

X, У, 2 (базисная), проектирующие стержни, коррекционные пло-

скости, дифференциальные каретки со снимкодержателями и ка-

ретками изменения фокусного расстояния, наблюдательная си-

стема и координатограф (см. рис. 210 и рис. 212).

Рис. 212

На станине 1, прикрепленной к столу координатографа, нахо-

дятся направляющие представляющие, ось У прибора. По этим

направляющим перемещается каретка 2 с направляющими, которые

представляют ось X прибора. По направляющим, установленным

на каретке 2, перемещается каретка 3. Каретки 2 и 3 приводятся

в движение с помощью ручных штурвалов У и X.

На каретке 3 установлены вертикально направляющие 4, по

которым с помощью ножного штурвала 2 перемещается базисная

каретка 5. Вращая штурвалы X, У и 2, можно перемещать базис-

ную каретку вдоль трех координатных осей прибора.

На каретке 3 имеются горизонтальные направляющие х диффе-

ренциальных кареток 6, а на последних — горизонтальные направ-

ляющие у дифференциальных кареток 7, на которых установлены

снимкодержатели и вертикальные направляющие кареток измене-

ния фокусного расстояния 8. Каретки 8 шаровыми опорами сколь-

зят по стеклянным коррекционным плоскостям 9. Последние смон-

тированы на станине и могут наклоняться с помощью винтов, уста-

новленных в передней части станины. На каретках 8 установлены

812.

нижние шарниры 10. Верхние шарниры 5х и 5

прикреплены к ста-

нине рядом с наблюдательной системой. Через шарниры

и 10 проходят проектирующие стержни и Л?

> определяющие

направления пары одноименных проектирующих лучей. Точки

пересечения осей верхних шарниров и 5

осуществляют собой

центры проекции. Такие же точки нижних шарниров 10 соответст-

вуют точкам на снимках, на которые наведены измерительные

марки.

При вращении штурвалов X, У и 2 шаровые опоры кареток 8

скользят по коррекционным плоскостям, что при наклонном по-

Ллвскость ст/мкк

Рис. 213

ложении последних приводит к вертикальному перемещению ка-

реток 8, т. е. к изменению фокусных расстояний проектирующих

камер. Одновременно с каретками 8 смещаются нижние шарниры 10,

которые скользят вдоль проектирующих стержней, что при на-

клоне последних приводит к смещению в горизонтальной плоскости

дифференциальных кареток, несущих снимкодержатели. Эти сме-

щения соответствуют величинам поправок за углы наклона аэро-

фотоснимков в координаты наблюдаемых точек.

На базисной каретке имеются три суппорта, позволяющих уста-

навливать на приборе базис проектирования. Проекция базиса

проектирования на ось X устанавливается смещением нижнего

конца ближнего проектирующего стержня на величину Ь

, а про-

екции на оси У и 2 — смещением нижнего конца дальнего проекти-

рующего стержня на величины Ь

и Ъ

. Для этого на суппортах Ъ

и Ь

установлены шаровые опоры проектирующих стержней, цен-

тральные точки которых определяют положение точки модели в ко-

ординатной системе прибора.

313.

Снимкодержатели имеют повороты на угол и и движения для

введения децентрадий Ах.

Наблюдательная система представляет собой бинокулярный

микроскоп, обеспечивающий ортогональное визирование на точки

аэрофотоснимков. Оптическая схема ее показана на рис. 213: 1

и Г — левый и правый снимки, 2 я 2' — призмы, 3 и 3' — объек-

тивы, 4 и 5 — зеркала, 4' и 4" и 5' — блок призм, 6 и 6' — объек-

тивы бинокулярной головки, 7 и 7' — трапециевидные призмы,

8 и 8' — стекла с марками, 9 и 9' — окуляры, 10 и 10' — оптические

клинья, 11 и 11' — зрачки выхода.

Призма 5' и оптические элементы 6'—11' правой ветви биноку-

лярной головки закреплены на суппорте установки глазного ба-

зиса. Так как призмы 4', 4", 5' находятся в параллельном пучке

лучей, идущем между объективами 3' и 6', то при приближении

(удалении) призмы 5' к призме 4' изображение правой марки не

будет сходить с точки снимка.

Призма 2 и объектив 3, соответственно 2' и 3', находятся на суп-

порте, позволяющем вводить децентрации А у.

Координатограф соединяется с прибором через редукторы, сме-

ной шестерен в которых устанавливается коэффициент перехода

от масштаба модели к масштабу карты.

Основные технические характеристики СД-3

Формат аэрофотоснимков 18X18 см

Фокусное расстояние аэрофотоснимков 55 -ь 210 мм

Фокусное расстояние прибора 130 + 3 мм

Увеличение наблюдательной системы 7

Поле зрения 20 мм

Диаметр измерительных марок 0,03 мм

Отношение масштаба снимка к масштабу карты . . 0,5 -н 3,0

Максимальная разность высот точек местности . . 0,35 Н

Допустимые углы наклона снимков 1°

Инструментальная точность измерения коор-

За создание высокоточных универсальных стереоприборов

Ф. В. Дробышеву присуждена Ленинская премия.

§ 121. Стереограф ЦНИИГАиК *

Стереограф ЦНИИГАиК СЦ-1 (рис. 214) является модифика-

цией стереографа СД-3 и имеет следующие особенности.

Наиболее важным изменением в конструкции прибора по срав-

нению с СД-3 является замена стеклянных коррекционных плоско-

стей мостиковой системой направляющих, по которым переме-

щаются кареточки, служащие опорами для кареток перемены фо-

динат:

Размеры прибора с координатографом

Масса прибора

плановых

высотных

15 мкм в плоскости сним-

ка

Не ниже 1/5000 от вы-

соты проектирования

135X105X125 см

400 кг

* § 121 написал Б. В. Краснопевцев.

314.

кусного расстояния проектирующих камер АР. Таким образом,

трение скольжения, имеющее место на СД-3 между опорой каретки

АР и стеклянной плоскостью, заменено трением качения, что спо-

собствует более чувствительному и точному перемещению диффе-

ренциальных кареток, несущих аэрофотоснимки.

Для улучшения условий наблюдения снимков установлена ав-

томатическая система регулирования освещенности в зависимости

от плотности фотоизображения. Введены сменные измерительные

марки в виде черных точек диаметром 0,03 и 0,04 мм. Увеличен

диапазон перемещений на винтах децентраций до ± 15 мм. Преду-

смотрена возможность подключения регистратора координат.

Рис. 214

Прибор закрыт кожухом, к котором сделаны окна для доступа

к снимкодержателям и рабочим движениям.

Координатограф отделен от прибора, и связь между ними осу-

ществляется механическим путем через двойные редукторы, кото-

рые позволяют устанавливать широкий диапазон коэффициентов

перехода от масштаба снимков к масштабу карты: 0,5 -+-6,0. Раз-

меры рабочей площади координатографа по сравнению с СД-3 рас-

ширены примерно в 1,5 раза.

Конструктивная же схема решения теоретических принципов

трансформирования снимка при помощи коррекционной плоско-

сти осталась без изменения. Следовательно, отклонения от строгой

теории, имеющие место на СД-3, остаются и на СЦ-1. К ним отно-

сится горизонтальное, а не наклонное расположение плановых

снимков и несовпадение линии пересечения коррекционной пло-

315.

скости и снимка с линией неискаженных масштабов последнего.

Подробно теория стереографа и конструктивные отклонения от

нее рассмотрены при описании СД-3.

Вывод, сделанный для СД-3, о том, что возникающие из-за от-

ступлений от строгой теории искажения координат можно считать

практически малыми, если углы наклона снимков не превышают

1°, относится и к СЦ-1.

Наблюдательная система СЦ-1 практически не претерпела из-

менений по сравнению с СД-3, описание ее, а также кинематическая

схема прибора приведены в предыдущем параграфе.

Основные технические характеристики СЦ-1

Формат аэрофотоснимков 18Х 18 см

Фокусное расстояние аэрофотоснимков 55-4- 500 мм

Фокусное расстояние прибора 130 ± 3 мм

Увеличение наблюдательной системы 7

Поле зрения 20 мм

Диаметры измерительных марок 0,03 и 0,04 мм

Отношение масштаба снимка к масштабу карты . . 0,5 ч- 6,0

Максимальная разность высот точек местности . . 0,35#

Допустимые углы наклона аэрофотоснимков ... 1

Инструментальная точность измерения координат:

плановых 15 мкм в плоскости сним-

ка

высотных Не ниже 1/5000 от вы-

соты проектирования

Размеры стереографа 110X135X140 см

Масса стереографа с кожухом 550 кг

Размеры координатографа 125X115X130 см

Масса координатографа 100 кг

§ 122. Фотоприставка к стереографу

Ф. В. Дробышев предложил и разработал фотоприставку к сте-

реографу, позволяющую получать фотографическое изображение

местности в ортогональной проекции — ортофотоснимок (рис. 215).

После взаимного ориентирования снимков и внешнего ориенти-

рования модели правый снимок Р проектируется через щель Щ

на светочувствительный материал, заложенный в кассету К

(рис. 216, а). Источник света и щель неподвижны. Когда снимки

смещаются вдоль оси У прибора, кассета перемещается в обратном

направлении и на фотоматериале фиксируется изображение в виде

узкой полоски, ширина которой равна длине щели. При этом мас-

штаб изображения непрерывно меняется в зависимости от рельефа

местности, изобразившейся на данной полоске. Снимки вдоль оси У

перемещаются мотором. Наблюдатель в это время вращает ножной

штурвал и следит за тем, чтобы измерительная марка касалась

поверхности модели. Вращение ножного штурвала вызывает сме-

щение кассеты К и объектива 5 вдоль оси аа', что обеспечивает

постоянство масштаба изображения местности на ортофотоснимке.

Резкость изображения снимка сохраняется с помощью инверсора.

Когда проектирование данной полоски закончено, снимки авто-

316.

матически смещаются вдоль оси X на величину, равную длине

щели, и проектируется следующая полоска. Таким образом транс-

формируется вся часть правого снимка, которая перекрывается

с левым [7].

Чтобы автоматизировать и высотное движение при щелевом

трансформировании, на планшете проводят горизонтали и изготов-

ляют восковку с отверстиями — перфокарту. На восковке прочерчи-

вают параллельные линии с интервалом, равным ширине полос.

Приложив восковку к планшету, отмечают пересечения горизон-

Рис. 215

талей с параллельными линиями; пробивают отверстия справа, если

отметка данной горизонтали выше отметки предыдущей, или слева,

если отметка уменьшается.

Перфокарту устанавливают под двумя следящими системами

с фотореле. В процессе трансформирования световые импульсы,

проходящие через отверстия перфокарты, преобразуются в движе-

ние мотора, который смещает базисную каретку по высоте вверх

или вниз.

Горизонтали можно нанести на прозрачную пленку и заложить

ее в кассету (на фотопленку). Тогда на ортофотоснимке будут не

только контуры, но и горизонтали.

В изложенном способе дифференциального трансформирования

снимка щель имеет не бесконечно малые, а конечные размеры. Поэ-

тому на ортофотоснимке вследствие влияния рельефа местности

возникает ошибка в положении точек на краю полосы, например

точки е (рис. 216, б).

317.

Подсчитаем эту ошибку по формуле

~н

где г — расстояние на снимке от точки надира п до определяемой

точки е; Н — высота фотографирования над точкой местности,

соответствующей центру элементарного участка; к — разность

высот точек местности, соответствующих точке е и центру элемен-

тарного участка.

Л.

а Ъ'

Рис. 216

/т

V' •

Обозначив через Ь отрезок на местности, соответствующий длине

щели I, напишем

где »х — угол наклона местности вдоль оси X.

Следовательно,

(18.22)

(18.23)

Кроме того, точки ортофотоснимка имеют «смаз», величина ко-

торого зависит от ширины щели и и может быть подсчитана по

формуле, аналогичной (18.23),

ги

•

где г у — угол наклона местности вдоль оси У.

318

(18.24)

П. С. Александров предложил счетно-решающее устройство для

уменьшения ошибки на стыках полос. Оно позволяет увеличить

длину щели и повысить производительность дифференциального

трансформирования.

Первым прибором, созданным в СССР для дифференциального

трансформирования снимков, является щелевой фототрансформа-

тор Е. И. Калантарова и Г. П. Жукова. Этот прибор состоит из

трехпроекторного мультиплекса и щелевого проектора. С помощью

мультиплекса по уменьшенным снимкам создается модель местно-

сти. Перемещая измерительный столик мультиплекса по линиям,

параллельным оси У прибора, модель сканируют, т. е. обводят

маркой ее поверхность. Одновременно смещаются щелевой проек-

тор по высоте и щель, через которую проектируется на фотопленку

снимок, установленный в этом проекторе.

Дополнительный процесс уменьшения снимков снижает эффек-

тивность этого прибора и не позволяет применять его при крупно-

масштабных съемках.

§ 123. Стереометрограф фирмы «К. Цейсс» (ГДР)

Стереометрограф служит для графической и аналитической об-

работки плановых снимков с целью составления топографических

карт (рис. 217 и 218).

Фотограмметрическая засечка в стереометрографе осущест-

вляется механическим способом по принципу треугольник плюс

параллелограмм. Для этого используются пространственные ры-

чаги, которые вращаются вокруг центров проекции, восстанавли-

вая связки лучей, существовавшие во время съемки.

Проектирующий рычаг 1 подвешен в кардане 2, прикреплен-

ном к каретке 3 объектива наблюдательной системы. Рычаг 1 про-

ходит через скользящие шарниры 4 и 5. Центр шарнира 4 служит

центром проекции. Шарнир 5 связан с базисной кареткой 6, которая

находится на каретке 7, перемещающейся с помощью штурвала по

•направляющей 8 вдоль оси X прибора. Направляющая 8 прикреп-

лена к другой каретке, которая перемещается с помощью штурвала

вдоль оси У по направляющей 11.

Винтом 9 можно изменить расстояние между центрами шарни-

ров 5, т. е. установить составляющую базиса Ъ

. Составляющая

базиса Ъ

устанавливается путем смещения шарнира 5 вдоль оси У

по направляющей 10.

Проектирующая камера находится в кардане и может накло-

няться на углы а и со. Снимкодержатели имеют повороты к. Оси

этих трех вращений проходят через центр кардана 4. Верхнюю часть

камеры можно перемещать относительно нижней по направляю-

щим 12 для установки фокусного расстояния снимка.

Каретка 3 объектива наблюдательной системы при повороте

рычага 1 перемещается по взаимно перпендикулярным направляю-

щим 13 и 14. При этом центр шарнира 2 всегда находится в плоско-

сти, параллельной снимку и удаленной от центра шарнира 4 на

319.