Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

§ 161. Блок-схема стереомата

С целью автоматизации фотограмметрических процессов за ру-

бежом разработано несколько моделей стереомата. Первую модель

создал Хоброух в Канаде.

На рис. 294 показана блок-схема сканирующего и корреляцион-

ного устройств стереомата В-8, изготовленного фирмой «Вильд»

(Швейцария).

Рис. 294

Выходы генераторов шумов и синусоидального генератора по-

ступают в схемы формирования развертки, где их амплитуды уп-

равляются сигналом, исходящим от дискриминатора.

В корректорах сканирования сигналы развертки преобра-

зуются с учетом сигналов за наклон снимков от корректирующего

вычислительного устройства и сигналов за наклон местности от

дискриминатора. Скорректированные сигналы развертки через

усилители поступают на отклоняющие системы каждой электронно-

лучевой трубки. Сканирующие лучи с экранов электронно-луче-

вых трубок при помощи оптических систем фокусируются на диа-

позитивах, и модулируемые по плотности фотоизображения попа-

дают на фотоумножители, где преобразуются в электрические сиг-

налы, модулированные по амплитуде и поступающие в дискрими-

натор.

Использование двух сканирующих устройств позволяет полу-

чить модулированные выходные сигналы от каждого снимка, при-

470.

веденные к одному изображению, и тем самым дает возможность

их точного сравнения. При наличии одного сканирующего устрой-

ства выходные сигналы различаются тем сильнее, чем больше

наклон местности, поскольку один и тот же участок наклонной ме-

стности имеет различные перспективные искажения на левом и

правом снимках стереопары. Этим и объясняется более надежная

работа стереомата В-8 по сравнению с предыдущими моделями,

особенно на участках с большой крутизной. Однако применение

двух сканирующих устройств предъявляет более жесткие требова-

ния к идентичности работы обоих каналов.

Дискриминатор преобразует сигналы, поступающие с элек-

тронно-лучевых трубок, управляет разверткой сигналов парал-

лаксов и наклона местности.

Коррекционный сигнал достигает максимума, когда сигналы от

фотоумножителей одинаковы, что соответствует моменту наведе-

ния оптических центров обеих сканирующих разверток электронно-

лучевых трубок на идентичные точки снимков. При этом разности

фаз двух электрических сигналов равны нулю в любой момент вре-

мени. Поскольку сравниваются разности фаз, а не амплитуды

сигналов, различие в общей плотности снимков значения не

имеет.

Блоки формирования развертки связаны с дискриминатором

обратной отрицательной связью. Поэтому увеличение управляю-

щего сигнала дискриминатора приводит к уменьшению амплитуды

развертки, что уменьшает сканируемую площадь и повышает раз-

решающую способность системы.

Сигналы параллаксов возникают в случае, когда сканирующие

лучи электронно-лучевых трубок проходят соответственные точки

в разное время, что вызывает сдвиг фаз между выходными сигна-

лами фотоумножителей. Этот сдвиг фаз преобразуется в дискрими-

наторе в сигналы продольного и поперечного параллаксов.

Сигнал поперечного параллакса служит для управления испол-

нительными двигателями следящих систем а, со, я, которые устра-

няют поперечные параллаксы при автоматическом взаимном ори-

ентировании снимков.

Сигнал продольного параллакса служит для управления ис-

полнительными двигателями, перемещающими каретку высот в

вертикальном направлении при ручном управлении и автоматиче-

ском профилировании или в горизонтальном направлении при авто-

матической рисовке горизонталей. Сигналы продольного парал-

лакса используются в вычислительном устройстве для коррекции

и каждой сканирующей развертке разности масштабов снимков по

линиям сканирования. Затем выходной сигнал одного из фотоум-

ножителей используется для модулирования светового потока

ретьей электронно-лучевой трубки, на экране которой получается

трансформированное изображение, соответствующее ортофото-

ишмку.

Па стереомате В-8 можно работать вручную, как на обычном

ннпографе В-8, или автоматически выполнять взаимное ориентиро-'

471.

вание, печатать ортофотоснимки, проводить горизонтали, созда-

вать цифровую модель местности.

При взаимном ориентировании оператор устанавливает снимки

по начальным направлениям, а затем включает автоматическую

систему. Сканирующая головка автоматически в соответствии с

программой последовательно обходит стандартно расположенные

точки, при этом непрерывно устраняется поперечный параллакс.

Взаимное ориентирование снимков выполняется за 5 мин (6 при-

ближений).

Внешнее ориентирование модели производится вручную. Од-

нако схемы корреляции постоянно держат измерительную марку

в контакте с поверхностью модели местности.

Чтобы напечатать ортофотоснимок, помещают фотопленку в ор-

тофотоприставку стереомата и включают печатающую электронно-

лучевую трубку. Сканирующая головка перемещается по парал-

лельным направлениям, выполняя профилирование. В результате

этого на фотопленке получается трансформированное изображение.

Средняя скорость сканирования 7 мм/с. На изготовление ортофото-

снимка требуется около 2 ч.

При проведении горизонталей сканирующая головка с чертеж-

ным приспособлением автоматически перемещается в направлении,

соответствующем нулевому сигналу поперечного параллакса. Чер-

тежное приспособление поднимается, когда сигналы продольного

параллакса становятся ненадежными.

Для создания цифровой модели местности на приборе можно

автоматически считывать и записывать координаты точек модели

на перфокартах, перфоленте или магнитной ленте.

Недостатком стереомата является ненадежная работа по прове-

дению горизонталей при съемке плоских мест и обрывистых участ-

ков.

§ 162. Топомат фирмы «К. Цейсс» (ГДР)

Автоматизированная фотограмметрическая система топомат

(рис. 295) сконструирована Народным предприятием «К- Цейсс»,

Йена (ГДР) по агрегатному принципу. Система включает топокарт-С,

ортофот-С, оромат и координатограф.

Топокарт является центральным блоком и, как известно из

гл. 18, представляет собой универсальный стереофотограмметриче-

ский прибор механического типа, предназначенный для составле-

ния топографических карт по наземным снимкам и аэроснимкам.

Ортофот служит для оптического дифференциального трансфор-

мирования снимков.

Для корреляции снимков в топомате применяется электронная

развертка, которая в принципе может быть использована и для

электронного телевизионного дифференциального трансформиро-

вания. Однако предпочтение отдано оптическому дифференциаль-

ному трансформированию, которое обеспечивает:

более высокое качество изображения;

472.

изменение диапазона увеличений от снимка к ортофотоснимку;

возможность трансформирования цветных снимков на цветной

фотоматериал;

высокую точность ортофотоснимков;

высокую точность изображения рельефа.

Координатограф подключается к топокарту механическим спо-

собом. В качестве дополнительного прибора для цифровой реги-

страции координат можно применять коордиметр с пишущей ма-

шинкой, ленточным перфора-

тором и другими внешними

устройствами.

Оромат—электронной кор-

релятор снимков. В сочетании

с ортофотом он обеспечивает

автоматическую развертку

модели по профилям.

Оромат состоит из меха-

нической части, жестко со-

единенной с топокартом и

расположенной с ним на

одной траверсе. Эта дополни-

тельная часть в сочетании

с направляющими топокарта

песет две удлиненные каретки

снимков, на которых с [по-

мощью механической рычаж-

ной системы движутся сним-

кодержатели. Кроме этого,

механическая часть оромата

включает элементы разверты-

вающей системы с «бегущим лучом» — электронно-лучевые трубки

(ЭЛТ), отклоняющие зеркала, объективы, фотоэлектронные умно-

жители (ФЭУ) и высоковольтные блоки питания ЭЛТ и ФЭУ.

Электроника оромата находится в специальном шкафу.

Кроме основных снимкодержателей в приборе использованы

дополнительные, что обеспечило реализацию блочного принципа

конструкции и возможность изготовления цветных ортофотосним-

ков.

Система развертки преобразует фотографическую информацию

снимков в соответствующую последовательность электрических сиг-

палов (видеосигналы). В качестве системы развертки в оромате

используется развертывающая система с «бегущим лучом». Она

состоит из двух ЭЛТ, соответственно для левого и правого сним-

ков. По экранам ЭЛТ синхронно пробегает по заданной траектории

интенсивное световое пятно, которое отображается оптической си-

стемой на снимках. Прошедший световой поток, модулированный

изменениями плотности снимка, попадает на ФЭУ и превращается

в соответствующее электрическое напряжение. Регулировка яр-

кости светового пятна получается непосредственно от видеосиг-

473.

Рис. 295

нала. Такая регулировка гарантирует постоянный уровень осве-

щенности в пределах снимка и различного типа стереопар. Бла-

годаря этому увеличивается срок службы ЭЛТ, так как интенсив-

ность светового пятна уменьшается на светлых участках снимка.

Соответственные участки стереопары развертывает стандартный

квадратный растр с длиной стороны 4 мм на снимке. Число линий

растра 32. С помощью простых схемных устройств растровые ли-

нии, идущие вдоль оси х, сжимаются в середине растра и образуют

тем самым искусственный центр тяжести. Деформация растра вдоль

оси х вызвана необходимостью учета продольных и поперечных

наклонов поверхности модели с целью повышения точности изме-

рения высот.

Растры меньших размеров — 2 X 3 мм и 1 X 2 мм — полу-

чаются от стандартного растра путем выделения бланкирования из

преобразованного в цифровую форму видеосигнала.

Блок-схема оромата представлена на рис. 296. Создаваемые раз-

вертывающим устройством видеосигналы проверяются корреля-

ционной схемой на наличие продольных параллаксов. Продоль-

ный параллакс проявляется в видеосигналах как фазовый сдвиг

между однотипными последовательностями сигналов. Электрон-

ная схема коррелятора использует тот факт, что информация со-

держится главным образом в положении фазы, и потому после

формирования сигнала с помощью трех фильтров с различными

диапазонами пропускания и каскадами преобразования в цифро-

вую форму обрабатываются только цифровые сигналы. В результате

этого упрощается последующая техника по сравнению с обработ-

кой аналоговых сигналов. По известному методу взаимной корре-

ляции (ортогональный коррелятор) получают характеристику

дискриминатора, которая обеспечивает однозначную привязку по-

лярности параллакса и полярности напряжения для устранения

ошибки от параллакса с помощью моторной регулировки положе-

ния винта 2. Переход от цифровой информации на выходе корреля-

тора к аналоговым устанавливающим сигналам для двигателя 2

выполняет интегратор. Каждому из трех фильтров соответствует

линия задержки со временем задержки, согласованным с границей

полосы. Блок для получения характеристики дискриминатора,

включая интегрирование, также используется в приборе трижды.

Различное управление этим блоком позволяет получить как собст-

венно сигнал продольного параллакса для коррекции 2, так и сиг-

налы продольного и поперечного наклонов.

Выходные напряжения дискриминаторов поперечного и продоль-

ного наклонов влияют на деформацию растра так же, как и контур

регулирования следящей системы по 2, т. е. оба растра деформи-

руются до тех пор, пока они оптимально не будут согласованы с на-

клоном местности.

Г: Надежность работы электронного коррелятора зависит от числа

коррелируемых деталей стереопары. Это следует учитывать прежде

всего при выборе размера растра. Если оператор использует для

обработки слишком малый растр, то автоматически включается

474.

ЕЮ По

ШПО

самый большой растр. Это состояние быстро обнаруживается по

индикаторной лампе, и выбор величины растра может быть уточ-

нен.

Другим параметром, который может играть роль при автомати-

ческом слежении по 2, является структура информации на снимках.

Вследствие большой свободы при выборе масштабов снимков воз-

никают различные типичные частоты в видеосигналах, которые не-

обходимо учитывать путем правильного выбора используемого для

обработки диапазона частот в сочетании с диапазоном захватыва-

ния. В оромате для этого имеются два диапазона частот. Если не-

возможно однозначное решение, то используют такой режим вре-

мени, при котором можно периодически охватывать оба диапазона

частот.

Следующим параметром, который устанавливается оператором,

является скорость движения по оси 2. Оромат имеет систему авто-

матического управления скоростью для ортофота. По индикатор-

ным лампам оператор устанавливает оптимальную скорость для

соответствующего динамического состояния.

Если лампы «быстрее» и «медленнее» загораются приблизительно

одинаково часто, то установлена оптимальная скорость. Однако

могут встретиться такие участки стереопары, для которых не будет

выполнено требование корреляции деталей снимков. Эта ситуация

может возникнуть, например, на поверхностях без структуры, на

больших водных поверхностях в лесных районах без различимой

структуры, при большой неоднородности (расчлененности) поверх-

ности модели. Чтобы уловить это состояние, постоянно осущест-

вляется контроль добротности корреляции. Если она снижается

до определенной величины, электромагнитная муфта отключает

двигатель от винта 2. По истечении установленного оператором

времени следует аварийный сигнал, который обозначает «стоп»

для двигателя ортофота и включение звукового сигнала. При этом

автоматически закрывается диафрагма в ходе лучей ортофота. При

продолжении обработки в визуально-ручном режиме автоматиче-

ская система управления диафрагмой предотвращает неправильное

экспонирование в ортофоте.

Для обработки на топомате с каждой стереопары изготовляют

две копии. Таким образом, получают две одинаковые стереопары:

одну для передних снимкодержателей (визуальное наблюдение

и дифференциальное трансформирование), а другую — для задних

снимкодержателей (электронная корреляция снимков). Стереопары

могут быть в виде копий на стеклянных пластинках или на пленке

(негативы или диапозитивы черно-белые, цветные, спектрозональ-

ные или инфракрасные). Для дифференциального трансформирова-

ния цветных стереопар на цветной материал в передние снимкодер-

жатели закладывают цветные диапозитивы или негативы, а для

корреляции в задних снимкодержателях можно использовать дуб-

ликаты на более дешевом черно-белом материале.

Чтобы обеспечить единую плотность почернения или яркости

и контрастности ортофотоснимков, в любом случае рекомендуется

476.

использование снимков с уравниванием контрастов. Корреляция

таких снимков точнее и надежнее по сравнению с обычными сним-

ками.

На топомате можно обрабатывать снимки различных масшта-

бов — 1 : 10 ООО и мельче. Если масштаб снимков крупнее

1 : 10 ООО, то в местах с высокими сооружениями и деревьями, а

также в лесных районах могут быть нарушения корреляции. Это

означает, что определение наибольшего масштаба снимка, который

еще может быть обработан на топомате, должно производиться в за-

висимости от структуры и свойств сфотографированного объ-

екта.

Для дифференциального трансформирования рекомендуется

обеспечивать следующие оптимальные условия:

1. Угол между проектирующим лучом и поверхностью местно-

сти I ;> 15°.

2. Высота полета над поверхностью земли Я должна устанав-

ливаться таким образом, чтобы превышения точек местности были

А к < 15 % от Я.

3. Продольное перекрытие снимков должно быть > 80 %.

Благодаря этому можно обрабатывать лишь каждую вторую мо-

дель, выбирать модели таким образом, чтобы наиболее важные де-

тали местности располагались в центре кадра и при крупномасштаб-

ной обработке лучше совпадало содержание листа карты с содер-

жанием ортофотоснимка.

4. Поперечное перекрытие снимков должно быть > 30 %. Та-

кое перекрытие исключает разрывы и обеспечивает высокое каче-

ство ортофотоснимков на краях полос.

5. Аэрофотосъемочный полет в высокогорной местности должен

производиться по возможности параллельно долинам и горным це-

пям. Это обеспечивает изготовление ортофотоснимков оптималь-

ного качества.

6. Для изготовления ортофотоснимков высокогорных районов

целесообразно использовать щели небольших размеров в направ-

лении развертки.

Различают четыре режима работы топомата:

1. Автоматическая обработка модели для изготовления ортофо-

тоснимков и получения изображения рельефа в штрихах — оро-

грамм. При использовании прибора для регистрации коор-

динат возможна одновременная регистрация профилей (цифро-

вая).

2. Стереокартографирование (стереорисовка), цифровая обра-

ботка моделей и фототриангуляция с автоматическим слежением

по 2. При стереорисовке контуров и при наблюдении отдельных

точек с помощью штурвалов X и У коррелятор автоматически уста-

навливает измерительную марку по высоте.

3. Изготовление ортофотоснимков с одновременным изображе-

нием рельефа в штрихах или цифровой регистрацией профилей

при визуально-ручной развертке модели. В этом режиме корреля-

тор снимков отключен.

477.

4. Стереокартографирование (стереорисовка), цифровая обра-

ботка моделей и фототриангуляция с помощью визуально-ручного

ведения измерительной марки по всем трем координатам.

Автоматика топомата обеспечивает экономию рабочего времени.

Один оператор одновременно может обслуживать два топомата.

По данным фирмы, обработка снимков с помощью топомата произ-

водится в 2—2,5 раза быстрее, чем системой топокарт — ортофот,

и в 5—20 раз быстрее, чем стереорисовка на неавтоматизированных

универсальных стереоприборах [15].

§ 163. Планикомп С-100 фирмы «Цейсс» (ФРГ)

Планикомп С-100 — аналитическая стереосъемочная система,

разработанная фирмой «Цейсс» (ФРГ, Оберкохен). Планикомп

служит для аналитической и аналоговой обработки снимков с

Рис. 297

целью создания цифровых моделей местности, составления карт

и профилей и построения фототриангуляционных сетей.

Основными частями планикомпа являются оптико-механический

блок,

Vуправляющая .панель, электронный управляющий блок,

вычислитель — ЭЦВМ с устройствами ввода и вывода данных,

блок программного обеспечения и координатограф (рис. 297 и 298).

. Оптико-механический блок служит для наблюдения и измере-

ния снимков. Он содержит неподвижную наблюдательную систему

и два снимкодержателя с сервоприводами, перемещающиеся по

взаимно перпендикулярным направлениям.

Наблюдательная система имеет взаимозаменяемые окуляры для

рассматривания снимков с различными увеличениями, призмы

Дове, позволяющие получить прямой или обратный стереоэффект,

и измерительные марки.

478

Снимкодержатели приводятся в движение высокоточными вин-

тами с шагом в 1 мм и многозаходными гайками с помощью замкну-

тых контуров регулирования. При этом кодирующее устройство

генерирует 1000 импульсов за один оборот винта, что позволяет

учитывать положение снимкодержателя с точностью 1 мкм. Для

установки снимков на каждом снимкодержателе имеются 9 пере-

крестий, образующих сеть квадратов со стороной 90 мм.

К оптико-механическому блоку относятся и штурвалы, рычаги

управления, счетчики координат и регулятор скорости.

Рис. 298

Управляющая панель служит для управления всеми процессами

цифровой и графической обработки снимков, а также для контроля

выполнения этих процессов. С помощью клавиатуры управляющей

панели подключают или выключают вычислитель и координато-

граф, перемещают снимки или штурвалы для наведения измери-

тельной марки на точки стереомодели, вызывают программы для

внутреннего и взаимного ориентирования снимков или для внеш-

него ориентирования модели и выполняют эти процессы в вычис-

лителе, строят цифровую модель местности или производят графи-

ческое построение карт, планов и профилей.

Кроме автоматического ориентирования снимков и модели с по-

мощью ЭЦВМ можно выполнять и обычное ориентирование их, ис-

пользуя способы, применяемые в аналоговых приборах.

Электронный управляющий блок содержит электронные компо-

ненты, оперирующие между оптико-механическим блоком и вычис-

лителем. К ним относятся функциональные узлы для счетчиков

импульсов, регистр для значений смещений снимкодержателей,

479.