Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

стереоскопически. Для этого достаточно, не изменяя положения

марки т

ва снимке Р

перемещать марку т

параллельно оси х

и снимок Р

перпендикулярно к оси х до тех пор, пока мнимая

марка не коснется модели.

Для измерения координат соответственных точек имеются шкалы

х', у', р' и д', при помощи которых учитываются передвижения

снимков.

На рис. 34 представлена схема измерения модели способом

мнимой марки. Здесь действительные марки т

и т

нанесены на

зеркальных экранах, находящихся в пространстве модели и пере-

мещающихся по трем взаимно перпендикулярным направлениям.

При помощи проектирующих камер с объективами и 8'

на экра-

нах получаются изображения снимков Р

и Р

. Рассматривая че-

рез бинокуляр эти изображения и марки, наблюдатель видит сте-

реоэффект и мнимую марку. Совместными движениями действитель-

ных марок можно навести мнимую марку на любую точку видимой

модели, а затем отсчитать координаты соответствующей точки дей-

ствительной модели, например точки а.

Способ действительной марки служит для из-

мерения модели. Стереоскоп, при помощи которого рассматривают

пару снимков Р

и Р

, состоит из двух пар зеркал (З

и 31, 3'

;

рис. 35). Внутренние зеркала, находящиеся перед глазами наблю-

дателя о

и о

, посеребрены на 50 %. Благодаря этому наблюда-

тель видит не только модель, но и действительную марку т, рас-

положенную в пространстве мнимой модели. Снимки имеют движе-

ния, необходимые для ориентирования их.

На рис. 35 а

и а

— пара соответственных точек, а — точка

модели. Марка т находится на экране измерительного столика С,

который можно перемещать на планшете Е. Высота марки изме-

няется путем передвижения экрана относительно столика. Столик

имеет карандаш К, острие которого лежит на прямой, проходящей

через марку перпендикулярно к планшету. Таким образом, марку

Рис. 34

Рис. 35

т. кип совместить с любой точкой модели и нанести соответствую-

|цми точку па планшет.

Пусть модель ориентирована относительно планшета. Тогда для

11 и

^тления карты изображенного на снимках объекта достаточно

111111 помощи измерительного столика ортогонально спроектировать

ил планшет контуры, видимые на модели, и провести горизонтали.

Достоинством способа являются простая наблюдательная си-

| и мл п возможность одновременного рассматривания модели и ори-

гинала составляемой карты. Однако увеличение наблюдательной

системы недостаточное — меньше 1

и условия наблюдения небла-

гоприятные. Форма модели меняется и зависит от положения го-

ловы наблюдателя, так как центрами проекции служат узловые

точки глаз. Вследствие этого точность измерений низкая. Способ

не нашел широкого применения.

Анаглифический способ применяется для наблю-

дения и измерения модели. Сущность способа состоит в рассматри-

вании совмещенных изображений пары снимков, окрашенных

в дополнительные цвета. Для наблюдения используются цветные

очки, позволяющие каждым глазом видеть только одно из совме-

щенных изображений. Благодаря этому наблюдатель восприни-

мает одноцветную пространственную модель сфотографированного

объекта. Модель измеряется при помощи марки.

Пусть снимки Р

и Р

(рис. 36, а) проектируются на экран при

помощи камер К

и /С

. При этом изображения снимков наклады-

ваются друг на друга. Если снимки ориентированы, то каждая

пара соответственных лучей пересекается, в результате чего об-

разуется модель.

Рис. 36

Чтобы видеть модель, перед одним снимком устанавливают крас-

ный фильтр к, перед другим — зеленый з. Поэтому изображения

на экране окрашиваются в красный и зеленый цвета. Окрашенные

изображения наблюдают через очки с фильтрами. Фильтры изго-

товлены так, что каждый из них пропускает лучи, исходящие

только от одного изображения, и поглощает лучи, идущие от дру-

гого. Зеленый фильтр пропускает зеленые лучи и задерживает

красные. Поэтому, рассматривая через зеленый фильтр красную

и зеленую точки, находящиеся на неосвещенном экране, мы видим

только зеленую точку.

При наблюдении изображения на экране (рис. 36, б) глаз, пе-

ред которым установлен красный фильтр, видит красную точку с\

и не видит зеленую с

. Другой глаз, перед которым находится зе-

леный фильтр, видит зеленую точку с

и не видит красную с\. Та-

ким образом, выполняется основное условие рассматривания пары

снимков при получении стереоэффекта: каждый глаз должен ви-

деть только один снимок. Поэтому точки с\ и с

наблюдатель вос-

примет как одну точку, находящуются в пересечении соответст-

венных зрительных лучей 0-уС\ и 0

. Эта точка с' — одна из то-

чек видимой модели. Аналогично получаются и другие точки ви-

димой модели, например й', по точкам и й

Видимая модель с'а'й' в общем случае не совпадает с действи-

тельной сай. Форма видимой модели зависит от положения наблю-

дателя относительно экрана. Если расстояние от глаз наблюдателя

до экрана увеличивается, то видимая модель вытягивается. Наобо-

рот, при уменьшении этого расстояния модель сплющивается. Ви-

димая модель деформируется и при боковом смещении головы на-

блюдателя. Если переставить фильтры, то рельеф видимой модели

изменится на обратный. Такой же эффект получается в результате

перестановки очков, когда перед одним глазом устанавливают зе-

леный фильтр вместо красного, а перед другим — красный вместо

зеленого.

Марка, применяемая для измерения действительной модели,

представляет собой светящуюся точку т. Она находится на экране

измерительного столика и наблюдается левым и правым глазами.

Перемещая измерительный столик на планшете и изменяя высоту

экрана, можно совместить марку с любой точкой действительной

модели, например с точкой а. Для этого достаточно навести марку

на соответствующую точку видимой модели. При помощи измери-

тельного столика можно спроектировать на планшет контуры и го-

ризонтали модели, т. е. составить карту.

Вследствие неизбежных ошибок изготовления фильтров через

левую (правую) половину очков видно, хотя и слабо, и правое (ле-

вое) изображение на экране. Это изображение называется левы м

(правым) мешающим изображением.

Отношение между яркостью мешающего и основного изображе-

ний называется мешающим фактором. Если свето-

фильтры подобраны хорошо, то мешающий фактор меньше 10 %.

Согласно исследованиям Н. А. Соколовой, яркость изображения,

п ч> ж>л;к'мого даже через наиболее прозрачные светофильтры, в че-

п.||и' раза меньше яркости изображения, видимого без фильтров,

ни данные характеризуют колоссальные потери света в анаглифи-

•II

ком способе. Кроме того, установлено, что точность измерения

1.1МСТПО снижается, если яркость одного изображения больше яр-

ки' 1п другого в три раза.

Дальтоники с ярко выраженной потерей отличия цветов, осо-

(м ппо красного и зеленого, затрудняются, а иногда и не могут по-

пчн'п, пространственное восприятие анаглифических изображений.

(:пособ анаглифов неприменим для наблюдения цветных сним-

1,|>Н.

Рельефное изображение можно получить и по окрашенным

| пимкам—анаглифам. Для этого снимки, составляющие стерео-

пару, отпечатывают прозрачными красками

па белой подложке в дополнительных цве-

Iа\. Например, один снимок — в красном,

тругой — в зеленом. В этом случае через

илепое стекло очков наблюдатель видит

красный снимок и не видит зеленого, так

как зеленый снимок сливается с зеленым

фоном (через зеленый фильтр белая подложка

воспринимается зеленой). Через красное

стекло очков наблюдатель видит зеленый

снимок и не видит красного, так как крас-

ный снимок не выделяется из красного фона (рис. 37).

Анаглифы можно построить и по чертежам, например по карте.

11а анаглифических картах одно изображение геометрически не

отличается от обычной карты, а другое изменено с таким расчетом,

чтобы при стереоскопическом рассматривании анаглифа получить

пространственную модель местности.

Способ поляроидов позволяет наблюдать и изме-

рить модель. Существенное отличие его от анаглифического способа

состоит в том, что разделение двух совмещенных изображений на

два отдельно наблюдаемых достигается путем поляризации света.

Из электромагнитной теории света известно, что световые коле-

бания являются поперечными. Световые лучи, пройдя через систему,

обладающую свойствами асимметрии (кристалл исландского шпата,

турмалин и др.), раздваиваются. Каждый из полученных таким

образом лучей при прохождении через второй кристалл исландского

пшата ведет себя иначе, чем обычные лучи.

Пусть на пути светового луча установлен кристалл турмалина

(поляроид), на пути луча, поляризованного этим кристаллом,—

другой кристалл турмалина (анализатор). Тогда, поворачивая

анализатор вокруг светового луча, наблюдатель заметит, что ин-

тенсивность света изменяется. При этом наступит момент, когда

свет полностью погашается. Это явление поляризации света под-

чинено закону

= /1 соз

а,

(3.10)

где /

— интенсивность света, пропущенного обоими кристаллами;

а — угол между плоскостями поляризации поляризатора и анали-

затора; I

— интенсивность света, пропущенного обоими кристал-

лами, когда их плоскости поляризации взаимно параллельны,

(а - 0).

Пусть при проектировании пары снимков на экран (см. рис. 36)

вместо цветных светофильтров установлены два поляризатора так,

что угол между плоскостями поляризации равен 90°. Тогда на эк-

ране получаются два совмещенных изображения, построенных по-

ляризованными лучами. Чтобы каждым глазом видеть только одно

изображение, воспользуемся очками-анализаторами, настроен-

ными параллельно каждому из поляризаторов. Наблюдая таким

образом, получим стереоэффект. Модель будет иметь нормальные

тона, свойственные фотоизображениям. Благодаря этому сетчатки

глаз раздражаются более естественно, чем в способе анаглифов, и

результаты измерений получаются достаточно точные и устойчи-

вые.

Измерение действительной модели производится, как и в спо-

собе анаглифов, при помощи марки.

При наблюдении снимков способом поляроидов очки необхо-

димо держать так, чтобы поляризационные плоскости их фильтров

были параллельны плоскостям соответствующих фильтров проек-

торов. Если параллельность нарушена наполовину прямого угла,

то каждый глаз видит оба изображения одинаково светлыми. По-

ворот на 10° вызывает заметное мешающее изображение.

Способ бленд служит для наблюдения и измерения мо-

дели. Сущность его заключается в том, что на экране получаются

совмещенные изображения левого и правого снимков, а наблюде-

ние каждым глазом только одного изображения обеспечивается

вращающимися блендами, которые устанавливаются перед объек-

тивами проектирующих камер и глазами наблюдателя.

На рис. 38, а представлены две взаимно ориентированные про-

ектирующие камеры Кх

Кг и экран Е, на котором получены сов-

мещенные изображения снимков Р

и Р

. Точка а — пересечение

|р.||ч.1 (птт'тственных лучей а

и а

— является одной из то-

'1.1 мидели. Бленды Ь\ и Ь

установлены перед объективами

и V, проектирующих камер, а бленды Ь\ и

Ь'

— перед глазами на-

(''Ц|VI лт

ели (рис. 38, б).

11рп и))ащении каждая из этих бленд закрывает и открывает

' 'текши проектирующей камеры или глаз наблюдателя. Бленды

и /'! открывают левый объектив и левый глаз одновременно.

И мог момент правые бленды Ь

и Ь'

закрыты, и левый глаз видит

п'.'п.ко левое изображение. Затем левые бленды закрываются, а

праиые открываются, и правый глаз видит только правое изобра-

/| епие. При этом частота перерывов света равна критической ча-

| юге мельканий (не меньше 10 мельканий в 1 с). Таким образом,

н,|Г),шодатель непрерывно видит левым глазом только левое изобра-

жение, а правым — только правое. Эти изображения сливаются

п фптельном ощущении в одно пространственное изображение.

Видимая модель не совпадает с действительной и деформируется

при изменении положения головы наблюдателя относительно эк-

рана.

Способ бленд позволяет обрабатывать как черно-белые, так

и цветные снимки. Модель измеряется при помощи марки, находя-

щейся на экране измерительного столика.

Кроме изложенных выше способов применяется электронный

способ измерения снимков и модели, описанный в гл. 23.

§ 14. Точность наведения марки

Пусть наблюдатель наводит марку т на точку а снимка, рассмат-

ривая эти два объекта невооруженным глазом (рис. 39). Наблюда-

тель заметит несовмещение та только в случае, если оно рассмат-

ривается глазом под углом Ду, превышающим остроту монокуляр-

ного зрения. Поэтому ошибку наведения марки можно найти по

формуле

= ВА\. (3.11)

где О — расстояние наилучшего зрения.

При ^ = 250 мм и Ду = 45" получим т

= 55 мкм. С такой

точностью можно навести марку на точку при невооруженном мо-

нокулярном зрении.

Если снимок измеряется при помощи монокомпаратора с уве-

личением V, то ошибка наведения марки будет меньше:

т* = Г> (Ду/о)-' (3.12)

Однако увеличение наблюдательной системы прибора не может

быть беспредельным. Оно должно соответствовать разрешающей

силе объектива аэрофотоаппарата е" = 140М, где й — диаметр

действующего отверстия объектива.

Целесообразно потребовать, чтобы произведение юг" было

равно остроте монокулярного зрения Ду: уе" = Ду = 140 (ю/й).

Отсюда

V = (й/140) \у.

(3.13)

При й = 30 мм, Ау = 45". Тогда V = 10

Предпочтение следует отдать наблюдательной системе с пере-

менным увеличением. Она позволяет устанавливать оптимальное

увеличение в зависимости от выполняемого на приборе процесса.

Например, при юстировке прибора желательно иметь увеличение

порядка 20

, а при измерении координат отдельных точек снимка—

. Для съемки рельефа и контуров важно иметь достаточно боль-

шое поле зрения наблюдательной системы. Это условие выпол-

няется при увеличении от 4 до 8

Стереоскопические способы позволяют измерять снимки и модель

с большей точностью, чем монокулярные. Пусть наблюдатель сов-

мещает марку т с точкой модели а (рис. 40). Разность удалений

точек т и а относительно наблюдателя может быть замечена только

в случае, когда разность параллактических углов этих точек

больше остроты стереоскопического зрения Л-у^. Величины АО

и Ду

связаны между собой уравнением Ай = —О

(Ау^Ь?), где

Б — расстояние наилучшего зрения; Ь

— глазной базис наблю-

дателя.

Подставив в это выражение,0 =250 мм, Ь

= 65 мм и Л^ =30",

получим ошибку стереоскопического совмещения марки по глу-

бине АЮ = 0,14 мм. Ошибка в плановом положении пг

= И А у

При тех же значениях Э и получим т

= 36 мкм. Такова точ-

ность совмещения марки с точкой при невооруженном бинокуляр-

ном зрении.

Если увеличение наблюдательной системы прибора равно V, то

Рис. 39

Рис. 40

ДО=

—

ДТх

(3.14)

= О (Лу!/^)-

(3.15)

11,11||шмг|), при V 10

будем иметь Ай — 14 мкм и т

= 3,6 мкм.

Кроме остроты зрения и увеличения наблюдательной системы,

пин июс влияние на точность визирования оказывают форма и раз-

меры и (мерительных марок, контраст их относительно наблюдае-

мп||1 и тбражения, освещенность снимков или модели, степень

\ тм.исппи зрения и другие факторы.

И ||ютограмметрических приборах применяются различные марки

11'11( 11). Стремление различать марку одинаково отчетливо на раз-

111чиых деталях снимка привело к созданию светящейся цветной

марки. Такая марка была применена А. С. Скиридовым в стереоуни-

• <§> +

? 1

Т_Т_Т

Рис. 41

м(-реале и получила широкое распространение в фотограмметрии.

В способе мнимой марки используются, как известно, две дейст-

шнельпые марки. Они должны быть одинаковыми по форме и раз-

мерам. Разность размеров марок не должна превышать 10 %, в

противном случае точность визирования заметно падает.

Детальные исследования измерительных марок выполнены в

ЦНИИГАиК О. А. Герасимовой.

11з рассмотренных выше способов измерения снимков и модели

способ мнимой марки занимает первое место по точности и широко

применяется в различных стереофотограмметрических приборах.

На точность измерения снимков влияют ошибки отсчетов по

шкалам или счетчикам прибора, а также другие инструментальные

ошибки.

Обычные стереокомпараторы позволяют измерять снимки с

ошибкой 10—20 мкм, а высокоточные — 2—5 мкм. Универсальные

стереоприборы первого класса обеспечивают точность измерения

снимков порядка 5—20 мкм.

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

НАЗЕМНАЯ ФОТОГРАММЕТРИЯ

Глава 4

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМУЛЫ

НАЗЕМНОЙ ФОТОГРАММЕТРИИ

§ 15. Координаты точки объекта и ее изображений

на снимках

В наземной фотограмметрии положение точки объекта опреде-

ляют в пространственной прямоугольной системе координат 8XV2.

"ли 0Х

(рис. 42).

/г

\А

V (

]

-Уг

о Г

• 1

' '

ас

Рис. 42

Рис. 43

Система координат 8ХУ2. — правая, она используется обычно

п&и изучении взаимного положения точек объекта и называется

Фотограмметрической. Начало и направления коор-

динатных осей этой системы могут быть выбраны произвольно.

Частном случае начало совмещают с точкой фотографирования 5,

Плоскость XV устанавливают горизонтально.

Система 0Х

— левая, применяется при картографирова-

ли местности и называется геодезической; плоскость

•У

этой системы всегда горизонтальна, ось направлена на

а ось К. — на восток.

Пусть начало фотограмметрической системы координат нахо-

в точке фотографирования 5, а координатные оси X и V па-

"1лельны осям У

и Х

соответственно. Тогда геодезические ко-

°Р%наты точки А местности можно найти по простым формулам

= + У

= К

Г5

+ X; г

= 2„ + 2, (4.1)

Г5

, 2

Г5

— геодезические координаты точки фотографиро-

вал 5, а X, У, 2 — фотограмметрические координаты точки

ме

^гности.

Для определения положения точки на снимке служит прямо-

угольная плоская система координат о'хг (рис. 43). Начало этой

системы находится в пересечении о' прямых, проходящих через

координатные метки 1 и 2, 3 и 4, а ось х совпадает с первой из этих

прямых.

Координатные метки на снимке представляют собой изображе-

ния координатных меток, установленных в плоскости прикладной

рамки фотокамеры. Прямая, проходящая через заднюю узловую

точку объектива (центр проекции) перпендикулярно к плоскости

прикладной рамки фотокамеры, пересекает снимок в точке о, на-

зываемой главной точкой. Вследствие ошибок изготовле-

ния и юстировки фотокамеры начало координат о' не совпадает

с главной точкой снимка о, а ось г не проходит через координатные

метки 3 и 4.

Координаты главной точки снимка обозначим через Хд и г

На рис. 44 Р

и Р

— стереопара, а

и а

— изображения одной

и той же точки объекта, т. е. со-

ответственные точки. Таблица 5

Разность абсцисс соответствен-

ных точек называется продоль-

ным параллаксом, а раз-

ность аппликат — поперечным

пар а л л а к с о м:

Р = х

—х

-, ц = г

—г

. (4.2)

Для измерения на снимках коор-

дин ат и параллаксов служит стерео-

компаратор.

Кроме плоской системы координат для определения положения

точки снимка используется пространственная фотограмметрическая

система 5ХУ2 (рис. 45). Обозначим координаты точки а снимка Р

в этой системе через X', У, 2.'.

Приборов для измерения пространственных координат точки

снимка нет. Но эти координаты можно найти по плоским коорди-

натам х и г. Для этого введем вспомогательную систему координат

Зх'у'г', начало которой находится в центре проекции 5, оси х'

и г' параллельны соответствующим осям плоской системы коорди-

нат о'хг, а ось у' совпадает с главным лучом 5о. Тогда координа-

тами точки а в системе Зх'у'г' будут

х'= х — х

\ 1/' = /; г' = г—г

. (4.3)

По формулам преобразования координат, известным из анали-

тической геометрии, получим

X' = а

(х — х

) + а+ а

(г — г„); I

У' = Ь

(х-х

) + Ь

Г+Ь

(г-г

у, (4.4)

С1

{х — Х

) +с

+ с

(г — г„), ]

где а

, а

— косинусы углов, составленных осью X с осями

х', у', г' (табл. 5); Ь

, Ь

— косинусы углов, составленных осью У

Координат-

ные оси

х'

у'

г'

X а

Ь ь»

С1