для чего нужна фотограмметрия

Фотограмметрия

Фотограмметрия появилась в середине XIX века, практически одновременно с появлением самой фотографии. Применять фотографии для создания топографических карт впервые предложил французский геодезист Доминик Ф. Араго примерно в 1840 г.

В простейшем случае пространственные координаты точек объекта определяются путём измерений, выполняемых по двум или более фотографиям, снятым из разных положений. При этом на каждом изображении отыскиваются общие точки. Затем луч зрения проводится от местоположения фотоаппарата до точки на объекте. Пересечение этих лучей и определяет расположение точки в пространстве. Более сложные алгоритмы могут использовать другую, известную заранее, информацию об объекте: например, симметрию составляющих его элементов, в определённых случаях позволяющую реконструировать пространственные координаты точек лишь по одному фотографическому изображению.

Алгоритмы, применяемые в фотограмметрии, имеют целью минимизировать сумму квадратов множества ошибок, решаемую обычно с помощью алгоритма Левенберга — Марквардта (или метода связок), основанного на решении нелинейных уравнений методом наименьших квадратов.

Содержание

Области применения фотограмметрии

Фотограмметрия находит применение в различных видах деятельности:

Общие принципы фотограмметрии

Фотограмметрия использует способы и приёмы различных дисциплин, в основном, заимствованные из оптики и проективной геометрии.

На схеме показаны четыре основных типа данных, которые могут быть как входными, так и выходными при производстве фотограмметрических работ:

К элементам внешнего ориентирования относятся трёхмерные координаты центра проекции, продольный и поперечный углы наклона снимка и угол поворота. К элементам внутреннего ориентирования относятся, в первую очередь, фокусное расстояние объектива (хотя может учитываться и характер искажений, вносимых при съёмке: например, дисторсия объектива, деформация фотоматериала и пр.) и двухмерные координаты главной точки.

Дополнительные наблюдения помогают точнее определять расстояния и координаты точек объекта, а также уточнять масштабы и саму систему координат.

Достоинства фотограмметрии

См. также

Литература

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Фотограмметрия» в других словарях:

фотограмметрия — фотограмметрия … Орфографический словарь-справочник

фотограмметрия — Дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и пространственного положения объектов по их фотоснимкам; наибольшее применение имеет при создании топографических карт. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС… … Справочник технического переводчика

Фотограмметрия — (от греч. phos, род. падеж photos свет, gramma запись, изображение и metreo измеряю * a. photogrammetry; н. Photogrammetrie; ф. photogrammetrie; и. fotogrametria) науч. техн. дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и… … Геологическая энциклопедия

ФОТОГРАММЕТРИЯ — Построение изображений предметов в горизонтальной или вертикальной плоскости по снятым предварительно фотографиям. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. фотограмметрия (фото. гр. gramma запись +… … Словарь иностранных слов русского языка

фотограмметрия — дисциплина, использующая фотоснимки для проведения топографической съемки и составления карт, в том числе трехмерных и гипсометрических. Идея использовать фотоснимки в картографии появилась вскоре после изобретения фотоаппарата в середине 19 в.… … Географическая энциклопедия

фотограмметрия — и, ж. photogrammétrie f., нем. Photogrammetrie < фото+ гр. gramma запись + metreo меряю. Прикладная наука, разрабатывающая превращение в точные планы воздушных перспективных фотоснимков. 1925. Вейгелин Сл. авиа. спец. Техническая дисциплина,… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

ФОТОГРАММЕТРИЯ — ФОТОГРАММЕТРИЯ, использование фотографических изображений для измерения расстояний и площадей в ГЕОДЕЗИИ. Фотографии, сделанные с самолетов или орбитальных спутников (см. СПУТНИК, ИСКУССТВЕННЫЙ) дают возможность использования точных измерений для … Научно-технический энциклопедический словарь

ФОТОГРАММЕТРИЯ — ФОТОГРАММЕТРИЯ, фотограмметрии, мн. нет, жен. (от греч. phos свет, gramma запись и metreo измеряю) (спец.). Определение истинной величины предмета путем измерения фотографического его изображения; составление планов местности по фотографическим… … Толковый словарь Ушакова

фотограмметрия — сущ., кол во синонимов: 1 • аэрофотограмметрия (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

Источник

Исследование фотограмметрии

Друзья, хочу поделиться опытом, который приобрел в процессе практического изучения дисциплины, как фотограмметрия. Буду рад, если кто-нибудь из вас выскажет свое мнение, поправит меня или укажет на ошибки, которые допустил. Возможно эта статья по изучению мною фотограмметрии поможет и будет полезна Вам. Моя работа описана на примере фотосъемки природы в городском парке, в Центральной полосе России, в период август–сентябрь 2017 г.

Итак, начнем с самого начала: прочитав и просмотрев определенное количество информации по данной тематике, я выбрал программу Agisoft PhotoScan, которая помогает получить 3d модели, текстурированные на основе исходных изображений. Взяв на вооружение инструкцию от Agisoft PhotoScan — по правильной фотосъемке, правил которой, нужно придерживаться, чтобы получить наилучший результат. Известно, что существует множество программ по данной тематике: Photoscan (Agisoft), 123D Catch (Autodesk), ReCap360 (Autodesk), Arch3D (Epoch project), Bundler/PMVS2, Apero/MicMac, 3DF Zephyr (3DFlow), Photomodeller scanner (EOS systems), Smart3D (Acute3D).

Следующий этап работы включает в себя настройки фотоаппарата, камеры, изображения и подготовку необходимого оборудования для съемки.

Этап съёмки

После нужной подготовки и выбрав благоприятный день, лучше всего подойдет облачная погода она самая благоприятная для фотосъемки, нам нужно нейтральное освещение, потому как при дальнейших действиях мы получим 3d модель c текстурой и выставим в нужное освещение, конечно можно и отснять объект в солнечную погоду — если вам нужна, только 3d модель и в данном случае текстуру можно будет поправить в Photoshop, но это дополнительные манипуляции, об этом способе напишу дальше.

Отправляемся в лесной парк или в то место где находится нужный нам объект. Итак, приехав на место съёмки, старался найти более интересные объекты с ярко выраженной фактурой. Природа создает по своей красоте и форме такие экземпляры с неповторимым колоритом, узором от которых невозможно оторвать взгляд, наша задача состоит в том, чтобы позаимствовать всё это великолепие и перенести в наш 3d мир. Приступим к фотосъемке.

Для осуществления процесса фотосъемки необходимо, снимая каждый последующий кадр обеспечить перекрытие между кадрами примерно 60%, именно эти 60% будут формировать нашу модель с текстурой. Разрешение желательно максимальное, какое может позволить ваш фотоаппарат, нужно обойти объект полностью, т.е. совершить обход 360% и сделать примерно 36 снимков на 1 круг, кругов съемки может быть несколько. Повторюсь, ни в коем случае не нужно зумить, если нужно зафиксировать какие-то детали, то нужно подойти ближе, присесть или прилечь, чтобы сделать нужный снимок. Если у объекта есть вогнутости и выпуклости, и съемка ведется только стоя и снизу объект не снимается, то тогда в некоторых местах, которые смотрят «нормалями» в землю и не попадают в кадр, в этих областях будут дыры на 3d модели и соответственно отсутствовать текстура, такие моменты мы поправим дальше в программах, но лучше этого избегать с самого начала. Должен заменить еще важный момент, стремитесь, чтобы не попадали веточки и трава в кадр, которые находятся возле корней и у основания нужных нам объектов, потому что в последующем эти объекты отпечатаются на нашей текстуре, и мы будем ее чистить, что в некоторых случаях неизбежно. Я нашел вот этот интересный пень.

Итак, сделав необходимое число снимков всех объектов, которые нам приглянулись наступил следующий этап.

Обработка фотографий и создание 3d модели

Многим известно, что есть программы по редактированию Raw форматов одни из них, CameraRaw и Lightroom, я остановился на Lightroom.

Далее импортируем все наши Raw снимки в Lightroom и совершаем следующие настройки. Highlights понижаем, а Shadows повышаем, убираем хроматическую аберрацию и искажение линзы. На основе настройки одной фотографии создаем Preset, чтобы в дальнейшем ускорить процесс обработки фотографий, их может быть разное количество от нескольких десятков до нескольких тысяч, в зависимости какая у вас задача и сколько у вас объектов съёмки.

Созданный нами Preset применяем к оставшимся фотографиям и экспортируем их в TIFF формат в соответствующую папку для каждого объекта отдельно и библиотеку данной категории, лучше всего организовать рабочий процесс, с самого начали, чтобы избежать последующего хаоса и потери нужных файлов, Raw файлы удаляем.

Добавляем фотографии

Открываем Agisoft PhotoScan и добавляем наши фотографии. Для достижения наилучших результатов, необходимо закрыть маской все второстепенные объекты на исходных фотографиях. Создаем маски вокруг объекта, маски можно создать разными путями в PhotoScan Lasso и потом добавить выделение или в Photoshop так же Lasso tool, но еще создать Actions, чтобы пропустить рутинный процесс создания маски, добавления ее в канал и сохранения файла. Если проводили съемки в студии и у вас был однородный фон, то вам нужно зайти в Tools / Import mask и применить метод From Background к выбранным камерам. Можно вообще обойтись без создания масок, но это усложнит процесс.

Выравнивание фотографий

На этом этапе PhotoScan определяет положение камер и строит разреженное облако точек на основании фотографий.

Если у нас созданы маски, то ставим галочку «Учитывать маски». После этого шага мы можем оценить качество наших фотографий и в появившемся окне выбираем все камеры.

Мы можем отфильтровать наши фотографии по качеству, я уже это сделал и вверху находятся самые плохие фотографии, но это не обязательно так как определяется качество размытости.

Алгоритм оценки качества изображения анализирует контраст между пикселями, когда есть много контраста, тогда изображение воспринимается как хорошие. Единственный способ убедиться, что все ваши изображения нормальные, визуально проверить их на 200% зума. Ужасно скучная работа. Самые плохие изображения те, которые сильно размыты, можно отключить.

Следующим действием выделяем наш объект инструментом Selection и нажимаем Crop и так чистим наш объект. Клавиша Space помогает нам переключаться между инструментами, например, выделение и навигацией.

Задание области построения

Откорректируем Box, в этом на поможет NumPad он дает возможность переключаться между камерами, перспективой и ортогональной проекцией.

Построение плотного облака точек

Основываясь на рассчитанных положениях камер, программа строит плотное облако точек. Качество: Ультравысокое (чем выше желаемое качество, тем больше времени и вычислительных ресурсов потребуется для завершения этапа).

Агрессивная (если реконструируемая сцена имеет сложную геометрию с многочисленными мелкими деталями или не текстурированными поверхностями, такими как крыши зданий, рекомендуется задать значение параметра Мягкая).

Вот что у нас получилось.

После небольшой чистки объекта инструментами выделения мы получаем вот такой результат.

Построение полигональной модели

Тип поверхности: Карта высот.
Исходные данные: Плотное облако.
Количество полигонов: Высокое (в скобках рядом со значением параметра
указано максимальное число полигонов в модели, которая будет построена.
Значения, предлагаемые программой, рассчитываются на основании данных
о количестве точек в плотном облаке).
Интерполяция: Включена (по умолчанию).

Вот наш результат 3d модели

Редактирование полученной геометрии

Выбираем Edit и нажимаем Gradual Selection, выделятся красным цветом все отдельные кусочки геометрии, которые нам нужно удалить.

После этого нам нужно закрыть все отверстия в нашем объекте, для этого выбираем Tools, Mesh, Close Holes.

Экспорт модели

Теперь экспортируем нашу модель в Zbrush для дальнейшего редактирования.

Создаем low-poly модель

Импортируем модель в Zbrush и дублируем,

применяем команду Zremesher и экспортируем в Maya.

Импортируем модель в Maya выполняем операцию Extrude и экспортируем обратно в Zbrush.

В Zbrush применяем операцию DynaMesh и Zremesher,

экспортируем в Maya и удаляем не нужные полигоны. Конечно можно сетку low- poly еще доводить ручками и сократить еще полигоны, но сейчас я этого делать не буду. Если у вас есть желание, то можете попробовать и написать о результате, все файлы я прикреплю к статье.

Экспортируем в UVLayout и создаем UV развертку.

Создаем текстуру цвета

Импортируем low-poly с готовой UV- разверткой в Zbrush и выполняем команду ProjectAll, dist. нужно повысить и с каждым разом понижать что бы не было артефактов, тут же в Zbrush запекаем Displacement map. Экспортируем полученную после Project High-poly.

Открываем PhotoScan и удаляем модель на ее место через меню Tools импортируем полученную High-poly модель.

После того как импортировали модель, создаем текстуру в формате Tif и экспортируем ее.

Открываем текстуру в Photoshop и Magic wand Tool нажимаем на участок где отсутствует текстура и на этом месте черное пятно.

Выбираем инструмент Lasso и в меню Edit выбираем команду Fill, заливка с учётом содержимого (Content-Aware Fill).

Вот что у нас получилось, буквально несколько секунд и текстура готова.

Конечно можно пойти другими способами, например, Stamp и ручками закрашивать все пробелы. Так же можно при помощи других программ, например, 3D – Coat, импортировать High-poly и текстуру цвета в и инструментом Stamp закрасить нужные места на текстуре, такие же манипуляции можно повторить и в Substance Painter, так же можно в Zbrush инструментом DraqRect, но это все долго и возможно в какой-то ситуации именно так и нужно будет пойти одним из этих путей.

Запекание и создание текстур

1. Запускаем Substance Painter, создаем новый проект, подгружаем low- poly с готовой UV- разверткой, после создания проекта переходим в меню TextureSet Settings и нажимаем Bake textures. В окне запекания убираем не нужные нам карты, подгружаем High-poly из PhotoScan. Запеченные карты будут автоматически вставлены в соответствующие слоты в настройках TextureSet.

2. Следующим этапом мы заменим нашу low- poly модель на High- poly. для того чтобы при генерации дополнительных текстур таких как specular, roughness и др. мы могли отчетливо просматривать нужную нам текстуру.

3. Генерируем нужные нам карты, так как текстурирование по каналам очень увлекательное занятие, вместе с различными фильтрами и очень гибкими генераторами, которые нам очень сильно помогут в этом и ускорят весь рабочий процесс получения нужных текстур. Например, создаём слой заливку (Add fill layers), заливаем нужным цветом или текстурой, отключаем все не нужные каналы, к слою заливка подключаем маску черную или белую, генераторы, фильтры, в общем творчество Вам в руки.

4. После получения нужного результата мы можем создать Smart materials, для того чтобы в последующем не повторять одни и те же действия, ведь мы стремимся облегчить и ускорить рабочий процесс, так как время — это ресурс который не вернуть и не купить.

5. Когда мы полностью довольны полученным результатом, можем экспортировать все нужные нам текстуры в различные рендеры/движки для дальнейшей визуализации. В Export document есть Config который нам поможет выбрать настройки экспорта текстур для дальнейшего места их применения.

Вот что у нас было и вот то что мы быстро и без особых усилий получили.

И так подведем итог, такая дисциплина как Фотограмметрия очень интересная, нужная и может помочь здорово ускорить рабочий процесс, в создании объектов окружении (деревья, растения, камни и т.д.), предметов интерьера (микрофон, музыкальная колонка, кресло и т.д.), органика (человек, черепаха и т.д.), ландшафт и строения и т.д. Применение Фотограмметрии очень широко!

Ну, что же, друзья процесс завершен. Открыт к Вашим вопросам в личку и общению в опыте работ.

Источник

Как это работает

Упрощенно фотограмметрия – это процесс создания 3D-моделей из нескольких изображений одного объекта, сфотографированного с разных углов.

Эта техника совсем не нова, она намного старее современного процесса, и она широко использовалась в картографии и геодезии.

В 1852 году французский инженер Эмме Лосседа в процессе создания плана местности Парижа получил первые перспективные снимки. Съемка была проведена с воздушного шара.

Фотограмметрия стала более популярной благодаря доступности из-за увеличения мощности компьютеров, возможности делать аэрофотоснимки местности с помощью беспилотников с камерой, и это позволило ей быстро распространиться в другие области.

Описание технологии

Большинство современных цифровых устройств имеющих камеру умеют сохранять дополнительную информацию в файл фотографии. Например координаты места съёмки полученные с приёмника GPS, тип камеры, условия и способы его получения и т. п.

Программой для получения карт или 3D модели эта информация извлекается и записывается в специальный файл где указывается: высота, угол поворота камеры, данные долготы и широты. Программа использует технологии машинного зрения и фотограмметрии для нахождения общих точек на фотографиях. В результате каждому пикселю на фотографии находится соответствие на других снимках.

Каждое соответствие становится ключевой точкой. Если точка найдена на трех фотографиях и более, программа вычисляет координаты этой точки в пространстве и сохраняет их. Чем больше таких точек, тем точнее определяются координаты точки в пространстве. Чем больше совпадений на разных фотографиях, тем точнее будет модель. Наложение снимков от 60 до 80% является оптимальным.

Пространственные координаты каждой точки вычисляются методом триангуляции: от каждой точки съемки к выбранной точке автоматически проводится линия зрения, и их пересечение дает искомое значение.

Кроме того, в фотограмметрии применяются алгоритмы, целью которых является минимизирование суммы квадратов множества ошибок. Обычно для решения используют алгоритм Левенберга — Марквардта — метод оптимизации, направленный на решение задач о наименьших квадратах. Являющимся альтернативой методу Ньютона. Может рассматриваться как комбинация последнего с методом градиентного спуска или как метод доверительных областей.

В процессе обработки фотографий создается облако точек (совокупность всех пространственных координат фотографируемой поверхности), которое может использоваться для генерирования полигональной сетки (жарг. меш от англ. polygon mesh) – совокупности вершин, рёбер и граней, которые определяют форму многогранного объекта.

В заключение вычисляется разрешение и определяется, какие пиксели на фотографии соответствуют какому полигону. Для этого 3D­ модель развертывается в плоскость и затем пространственное положение точки ставится в соответствие оригинальной фотографии для задания цвета.

Источник

Лекции по предмету «Основы фотограмметрии» 1 раздел

§ 1. Понятие о фотограмметрии

Фотограмметрия выделилась из геодезии в начале прошлого столе­тия благодаря применению новых начал измерительной техники, бази­рующихся на способности объектива строить изображения объектов, возможности регистрации этого изображения фотохимическими мето­дами и измерения его с помощью оптических, механических, а позд­нее и электронных приборов и инструментов.

Если установить негатив Р в то положение, которое он занимал в момент фотографирования, и, воспользовавшись принципом обрати­мости фотографического процесса, осветить его, то световые лучи Sa , Sb , Sc и Sd пройдут через объектив S и те же точки объекта ABCD . Поставив на пути световых лучей экран Р’, в се­чении его лучами светового пучка получим изо­бражения a 0 b ° c ° d 0 тех же точек ABCD объекта в масштабе, зависящем от соотношения уда­лений экрана Р’ от объектива S и этого объекта. Изменяя угол, под которым световой пучок пе­ресекает экран Р’, можно выполнять пре­образование (трансформирование) изображения.

Методы построения и преобразования изо­бражений объектов, основанные на использова­нии свойств одиночного аэрофотоснимка, называются фотограмметрическими. Эти методы позволяют получить координаты X и Y точек местности.

Если снимки Р ₁ и Р ₂ установить в то положение, которые они за­нимали во время съемки, то связки лучей, существовавшие в момент фотографирования, окажутся восстановленными, и в пересечении со­ответственных лучей S ₁ a ₁ и S ₂ a ₂ , S ₁ b ₁ и S ₂ b ₂ возникает пространст­венная (стереоскопическая) модель объекта, подобная сфотографи­рованному объекту местности. Масштаб стереоскопической модели определяется расстоянием S ₁ S ₂ между вершинами связок, и, изменяя его, можно привести построенную модель к заданному масштабу. Вращение модели вокруг координатных осей позволяет привести ее в требуемое положение относительно системы координат местности.

Для получения плана (карты) достаточно выполнить измерение коор­динат точек A , В и др. стереоскопической модели (рис. 2) и ортого­нальное их проектирование на плоскость карты (точки Aq , Bq ).

Таким образом, применение фотограмметрического и стереофото-грамметрического методов связано с получением аэроснимков с по­мощью летательных аппаратов и последующей их камеральной об­работкой.

Фотографирование исследуемых объектов и последующая каме­ральная обработка их изображений вместо самих объектов предопре­деляют основные преимущества фотограмметрических и стереофотограмметрических методов исследований перед другими. Это, прежде всего, высокая производительность метода; объективность, достовер­ность и документированность данных; высокая точность; возможность безопасного получения информации о любых (в том числе быстро движущихся) объектах и т. п.

Эти преимущества фотограмметрии обеспечили применение ее ме­тодов в самых разнообразных отраслях науки и техники: в геодезии и картографии (для создания планов и карт); в строительстве (для кон­трольных измерений и исследования деформации сооружений); в ар­хитектуре (для съемки исторических памятников); в астрономии и кос­монавтике (для определения положения космических объектов и кар­тографирования планет); в военно-инженерном деле (для определения координат цели, траектории и иных параметров полета снаряда, раке­ты и пр.) и т. д.

Фотограмметрическая обработка фотоснимков позволяет выявить месторождения полезных ископаемых и его границы, определить ин­тенсивность движения городского транспорта, параметры деятельно­сти вулканов, характеристики объектов микромира и т. п.

Становление и развитие фотограмметрии тесно связано с точным приборостроением и авиацией, космонавтикой и физикой, химией и электроникой, математикой, геодезией и картографией. Их достиже­ниями определяется и современное состояние фотограмметрии, в ко­торой можно выделить несколько направлений:

аэрофотофототопографию, изучающую методы и технические средства создания планов и карт по цифровым или аналоговым изо­бражениям земной поверхности, полученным с летательного аппарата;

космическую фотограмметрию, изучающую вопросы применения фотограмметрии для обработки снимков Земли, планет и иных небес­ных тел, полученных непосредственно из космоса (с борта космиче­ского аппарата) или с помощью спускаемых аппаратов.

Появившиеся в конце XX в. технические средства и методы полу­чения, обработки и хранения цифровых изображений придали фотограмметрии новый импульс и обусловили возникновение и развитие цифровой фотограмметрии.

§ 2. Основные виды и методы фототопографических съемок

Фототопография, как составная часть фотограмметрии, решает за­дачи определения координат точек местности, составления топографи­ческих карт и цифровых моделей местности по результатам фотограм­метрической обработки ее изображений.

Фототопографической съемкой называют комплекс процессов, выполняемых для создания топографических или специ­альных карт и планов по материалам фотосъемки. В этот комплекс входит фотографирование местности, полевые геодезические работы по определению координат опорных точек и камеральные фотограм­метрические работы, результатом которых является топографический или специальный план (карта) местности.

В зависимости от применяемых технических средств, выполняемых при фототопографической съемке, ее делят на наземную и воздушную (аэрофототопографическую) съемку.

Наземная фототопографическая съемка основана на использовании наземных фотоснимков исследуемой территории, полученных с помощью фототеодолитов с концов некоторого базиса. Обработку полученных фотоснимков выполняют стереофотограмметрическим методом, с помощью специальных приборов. Этот метод съемки иногда называют фототеодолитной, или наземной стереофотограмметрической съемкой. В современных условиях фототеодолитная съемка применяется, в основном, для архитектурных обмеров, опреде­ления объемов земляных работ, при съемке карьеров, горных выра­боток, изучении деформации инженерных сооружений и т.п.

Аэрофототопографическая съемка предусматривает фотографирование местности аэрофотоаппаратом, установленном на воздушном носителе (самолете, вертолете, космическом аппарате и т. п.), и последующую обработку полученных результатов. В зависимо­сти от применяемых методов обработки результатов аэрофотосъемки различают два метода аэрофототопографической съемки: комбиниро­ванный и стереотопографический.

Стереотопографический метод решает задачу составления карты на основе свойств пары снимков и в современных условиях яв­ляется основным методом картографирования. Применение стерео-топографического метода предполагает составление плановой (кон­турной) и высотной части карты в камеральных условиях.

В стереофототопографическом методе, в зависимости от применяемых методов и приборов, различают три способа обработки снимков: диф­ференцированный, универсальный и аналитический.

Универсальный способ обработки снимков основан на применении методов и приборов, позволяющих по результатам обработки пары снимков определять одновременно плановые координаты и высоты то­чек. Все процессы такой фотограмметрической обработки выполня­ются на одном приборе.

Аналитический способ обработки снимков основан на применении современных аналитических фотограмметрических комплексов, выполняющих все технологические процессы по созданию топографических карт, цифровых моделей местности, электронных карт по снимкам.

Создание карты (плана) местности методами фототопографических съемок связано с дешифрирование аэрофотоснимков и планово-высотной подготовкой аэрофотоснимков.

Расстояние между точками, из которых ведется аэрофото­съемка в маршруте, т. е. между соседними центрами проекти­рования В (рис. 2), устанавливается с таким расчетом, чтобы аэрофотоснимки в маршруте получались с перекрытием. Тогда на каждом следующем аэрофотоснимке ча­стично изображается пло­щадь, получен­ная на предыдущем. Перекрытие соседних по марш­руту аэрофотоснимков на­зывается продольным, его величина выражается в про­центах от стороны формата аэрофотоснимка и задается не менее 60%. Расстояние между соседними маршру­тами устанав­ливается так, чтобы между ними тоже получилось пере­крытие. Оно называется по­перечным и задается не ме­нее 30%.

Второй вид работ — топографо-геодезические работы первого сезона, проводимые для получения плановых опорных точек. Эти работы называются еще плановой привязкой или плановой геодезической подготовкой аэрофотоснимков.

Плановая опорная точка — это контурная точка, выбранная на местности и распознанная на аэрофотоснимке, для которой в результате геодезических измерений определены плановые координаты х и у. Плановые опорные точки необходимы для создания карт по аэрофотоснимкам. Так как работа по их оп­ределению очень трудоемка, то ее стараются по возможности сократить и потому плановые опорные точки получают не на каждом аэрофотоснимке, а через несколько, например через восемь снимков, т. е. сеть плановых опорных точек всегда бы­вает разреженной. Если на местности нет в нужных местах кон­туров, опознаваемых на аэрофотоснимках, то применяют марки­рование опорных точек. В этом случае точки, для которых определили координаты, обозначают на поверхности земли раз­личными геометрическими фигурами так, чтобы их можно было распознать на аэрофотоснимках. Маркирование опорных точек делается до аэрофотосъемки.

Третий вид работ — камеральные фотограмметрические работы. Их цель — создание топографического фотоплана. Эти работы начинаются с процесса фотограмметрического сгущения сети плановых опорных точек, если их число недостаточно для создания топографического фотоплана. В результате сгущения получают на каждом аэрофотоснимке по четыре точки, для ко­торых известно плановое положение. Эти точки называют трансформационными, так как их используют для трансформирова­ния аэрофотоснимков, выполняемого вслед за сгущением пла­нового обоснования. Затем из трансформированных фотосним­ков составляется, как мозаика, единое фотоизображение, т. е. создается мозаичный фотоплан. При этом перекрывающиеся края фотоснимков обрезают и на планшет наклеивают только средние части фотоснимков (рабочие площади). С мозаичного фотоплана изготавливают фотокопию, которая и используется в дальнейшей работе.

Четвертый вид работ — топографо-геодезические ра­боты второго сезона. Их цель — создание оригинала топографи­ческой карты. Чтобы создать на основе фотоплана топографическую карту, выполняют дешифрирование фотоплана и нано­сят на него горизонтали в результате измерений на местности, выполняемых с помощью кипрегеля и мензулы.

Технологическая схема стереотопографической съемки. Пер­вый вид работ — топографическая аэрофотосъемка. Цель и содержание этих работ те же, что и при комбинированной съемке.

Второй вид работ — топографо-геодезические работы. В отличие от комбинированной съемки эти работы выполня­ются не за два полевых сезона, а за один. Цель их — получение плановых и высотных опорных точек и дешифрирование аэро­фотоснимков. Процесс получения высотных опорных точек на­зывают высотной привязкой аэрофотоснимков.

Высотной опорной точкой называется точка, выбранная на местности и распознанная на аэрофотоснимке, для которой в ре­зультате геодезических измерений найдена высота. Это может быть контурная точка или характерная точка рельефа. Высот­ные опорные точки нужны для того, чтобы в камеральных ус­ловиях получить по аэрофотоснимкам изображение рельефа местности на топографической карте. Одновременно с привяз­кой при стереотопографической съемке аэрофотоснимки дешиф­рируются, когда фотоплана еще нет.

Третий вид работ — камеральные стереофотограмметрические работы. Их цель — создание оригинала топографиче­ской карты по аэрофотоснимкам. Работа начинается с процесса фотограмметрического сгущения сети плановых и высотных опорных точек, в результате чего получается достаточное их количество для создания карты по аэрофотоснимкам. После сгу­щения создается оригинал топографической карты.

Эта работа может быть выполнена двумя различными ме­тодами: универсальным и дифференцированным. При универ­сальном методе оригинал карты создается по фотоснимкам од­ним исполнителем на одном универсальном приборе, причем сразу получается изображение контуров и рельефа.

В настоящее время применяется в основном универсальный метод, так как он обеспечивает более высокую точность ра­боты, повышает производительность, открывает большие воз­можности для автоматизации процессов на основе применения электронно-вычислительной техники, электроники, лазерной техники и является более прогрессивным, чем дифференциро­ванный.

§ 3. Этапы развития фотограмметрии

Начальный этап развития фотограмметрии – от зарождения в 1839 г. до начала 20 века, т.е. до появления стерефотограмметрических приборов.

Второй этап – разработка стереофотограмметрического метода и универсальных приборов.

Третий этап развития фотограмметрии, продолжавшийся с на­чала 1960-х до середины 1980-х гг., характеризуется развитием и мас­совым использованием аналитических методов.

Теоретические основы аналитической фотограмметрии были сфор­мулированы в первой половине XX в., когда были опубликованы ос­новополагающие труды профессора П. Г. Келля «Фотография и фото­грамметрия» (1937 г.) и профессора Н. А. Урмаева «Аналитические методы уравнивания фототриангуляции» (1936 г.), «Элементы фото­грамметрии» (1941 г.). Появление в конце 1950-х гг. электронных вы­числительных машин (ЭВМ) сделало задачу применения аналитиче­ского метода обработки результатов фотограмметрических измерений актуальной и своевременной. Выполненные в 1956-1957 гг. под руко­водством профессора А. Н. Лобанова исследования положили начало внедрению аналитического метода в производство. Широкому его внедрению в производство способствовало создание в 1970-х гг. автоматизированных стереокомпараторов СКА-18 и СКА-30, обеспечивающих измерение аэроснимков с точностью по­рядка 2-3 мкм и регистрацию результатов на машинных носителях.

Современное состояние фотограмметрии характеризуется массовым применением цифровых методов обработки материалов аэ-ро- и космической съемки, базирующихся на достижениях аналитиче­ской фотограмметрии и теории компьютерного зрения, машинной графики и распознавания образов, теории сигналов и теории информа­ции, вычислительной геометрии и многих других отраслей знаний.

Становление и развитие методов цифровой фотограмметрии стало возможным с появлением в середине 1980-х годов персональных ЭВМ, обладающих значительными вычислительными ресурсами, за­поминающими устройствами большой емкости и обеспечивающих возможность обработки громадных объемов информации.

Одним из основных процессов цифровой стереофотограмметричсской обработки изображений является идентификация точек смежных снимков, точность которой в значительной степени определяет качество последующих работ. Идея автоматизации этого процесса была сформу­лирована профессором А. С. Скиридовым еще в 1924 году и базирова­лась на сравнении фотографических плотностей соответственных зон смежных снимков. Эта идея была реализована в цифровых фотограм­метрических системах (ЦФС) только в середине 1980-х годов.

В последнее десятилетие, в связи со стремительным развитием вы­числительной техники и средств приема изображений на основе при­боров с зарядовой связью (ПЗС), появились условия для постепенного перехода от методов аэрофотосъемки к методам цифровой съемки.

§ 4. Общие понятия об аэрофотосъемке

Аэрофотосъемкой называют совокупность работ по получе­нию аэронегативов и аэроснимков местности с целью последующего их использования для создания планов и карт. Термин «аэрофото­съемка» объединяет ряд взаимосвязанных процессов, в частности:

• летно-съемочные работы, включающие разработку техниче­ских условий аэрофотосъемки и ее выполнение;

• полевые фотолабораторные работы, включающие фотографи­ческую обработку экспонированных аэрофильмов, изготовле­ние по ним отпечатков и иной первичной продукции;

• полевые фотограмметрические работы, включающие регист­рацию материалов аэрофотосъемки и оценку качества ис­полненной фотосъемки.

Результатом перечисленных работ являются аэронегативы, аэроснимки, а также зафиксированные в полете показания специальных приборов.

Использование при аэрофотосъемке специального обору­дования, обеспечивающего стабилизацию съемочной камеры в по­лете, компенсацию сдвига изображения, фиксацию высоты полета, превышений между центрами фотографирования, их координаты и др., существенно упрощают последующую камеральную обработку снимков и повышают ее точность. В состав такого оборудования вхо­дят гиростабилизирующие установки, системы глобального пози­ционирования, оборудование для определения высоты полета, пре­вышений между центрами фотографирования, а также аэронави­гационные системы и др. Наличие указанных данных во многом опре­деляет технологию камеральной обработки материалов аэрофото­съемки, существенно влияет на оперативность, точность фотограм­метрических построений и объемы полевых работ по их геодезиче­скому обеспечению.

Аэрофотосъсмочные работы выполняются на оборудованных лет­ных средствах специализированными подразделениями гражданской авиации или непосредственно топографо-гсодезическими (землеуст­роительными, лесоустроительными и др.) предприятиями.

При подготовке к топографической аэрофотосъемке прове­ряют и готовят к работе оборудование, материалы и полетные карты, проводят тренировку экипажей, выполняют расчеты маршрутов, составляют график полетов.

§ 5. Виды аэрофотосъемки. Носители съемочной аппаратуры

В зависимости от величины угла наклона α между главной оптической осью съемочной камеры и отвесной прямой, аэрофотосъемку подразделяют на плановую (α перспективную (α > 3°). Для картографирования применяется только плановая аэрофотосъемка, хотя современные технологии фотограмметрической обработки аэроснимков такого ограничения не накладывают.

В зависимости от поставленной задачи и раз­меров фотографируемого участка местности различают аэрофото­съемку:

В зависимости от масштаба фотографирования аэрофотосъемку подразделяют на мелкомасштабную (масштаб аэро­снимка 1:50 000 и мельче), среднемасштабную (1:10 000 +1:50 000) и крупномасштабную (1:10 000 и крупнее).

В зависимости от целей и поставленных задач аэрофотосъемка выполняется в границах топографических планшетов, административно-территориальной единицы или объекта съемки.

В некоторых случаях, при выполнении площадной аэрофото­съемки, прокладываются дополнительные аэросъемочные маршруты, пересекающие основные. Такие маршруты размещаются, как правило, в начале и конце основных маршрутов и называются каркасными.

К носителям аэрофотосъемочной аппаратуры предъявляется ряд технических требований общего и специального характера. Общетех­нические требования определяют условия размещения аппаратуры, максимальную высоту полета (потолок), рабочую скорость, дальность и длительность полета, устойчивость во время съемки, наличие вибра­ции при работе винтомоторной группы и т. п. Специальные требо­вания вытекают из условий эффективной эксплуатации носителя, про­стоты его оборудования (или переоборудования для целей аэрофото­съемки), а также условия эксплуатации в соответствующих физико-географических условиях.

Конус АФА (2) крепится к нижней части корпуса и содержит оптическую систему, в которую входит объектив, светофильтры, ком-; пенсатор сдвига изображения и др.

Плоскости НН, проходящие через узловые точки пер­пендикулярно к главной оптической оси, называются главными плоскостями объектива, на которых и происходит преломление лучей.

Луч, параллельный главной оптической оси, после преломления пересекает ее в точке, называемой главным фокусом. Таких точек две: передний фокус F ₁ в пространстве предмета и задний фокус F ₂ в про­странстве изображения.

Луч, проходящий через передний фокус, после преломления становится параллельным главной оптической оси.

Удаления точек А и а от передней и задней узловых точек связаны с фокусным расстоянием известной формулой оптического сопряжения

При аэрофотосъемке можно полагать, что объект находится в бесконечности, и величиной 1 / D в формуле (1.1) можно пренебречь. В этом случае d = f , т. е. изображение объекта (мест­ности) строится в главной фокальной плоско­сти. В этой плоскости и помещают светочувст­вительный материал (фотопленку), на которой получается изображение фотографируемой ме­стности. Это позволяет применять для опреде­ления масштаба горизонтального аэроснимка простую зависимость, вытекающую из подобия треугольников Sab и SAB :

Масштаб аэрофотоснимка равен отношению фокусного рас­стояния камеры к высоте фотографирования, если плоскость аэрофотоснимка параллельна плоскости предмета.

Основными характеристиками объектива АФА являются: главное фокусное расстояние объектива, угол зрения, относи­тельное отверстие, разрешающая способность, дисторсия. В за­висимости от величины главного фокусного расстояния объек­тивы АФА, а соответственно и сами АФА называют короткофо­кусными (при f ₀ б = 55, 70 или 100 мм), среднефокусными (/ f _об = 140 или 200 мм), длиннофокусными ( f _об = 300 мм), сверхдлин­нофокусными ( f _об более 300 мм).

По углам зрения объективы и аэрофотоаппараты подразде­ляются на узкоугольные (с углом зрения до 60º), нормально-угольные (с углом зрения от 60 до 100°), широкоугольные (100°) и сверхширокоугольные (более 100°).

Угол зрения объектива — это угол, образованный лучами, идущими из задней узловой точки к краям изображения. Обычно длиннофокусные объективы бывают узкоугольными, а коротко­фокусные — широкоугольными.

Относительное отверстие объектива — это отношение диа­метра действующего отверстия объектива к главному фокус­ному расстоянию. От этой величины зависит светосила объек­тива, т. е. количество света, пропускаемого объективом. У объ­ективов АФА относительное отверстие бывает порядка 1 : 6—1 : 9.

Разрешающая способность объектива — это его способность изображать мельчайшие детали предмета. Она характеризуется числом линий, изображающихся раздельно на площади шири­ной в 1 мм. Объективы АФА должны иметь разрешающую спо­собность не менее 25 линий в центре изображения и не менее 8—10 линий на краях. Дисторсия объектива характеризуется ве­личиной сдвига точки изображения относительно ее правиль­ного положения (эта величина называется линейной дисторсией). Линейная дисторсия бывает порядка 0,02 мм у объек­тивов узкоугольных и 0,04 мм у широкоугольных.

Кассета (3) служит для раз­мещения фотопленки и приведения ее светочувствительного слоя при экс­понировании в соприкосновение с плоскостью прикладной рамки. В про­межутке между экспозициями фо­топленка перематывается с подающей катушки на принимающую. Перематы­ваемый участок пленки соответствует формату кадра с учетом промежутка между кадрами. Выравнивание пленки в плоскость выполняется механическим прижимом к плоскому стеклу или путем откачивания воздуха .

Аэрофотоустановка (5) служит для крепления аэрофото­аппарата на борту носителя, ориентирования его в пространстве и предохранения от толчков и вибрации. Аэрофотоустановка состоит из каркаса и укрепленного внутри его каркаса из трех колец на осях. Два внешних кольца могут накло­няться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей а и б, а третье кольцо может поворачиваться в своей плоскости. К третьему (внутреннему) кольцу прикрепляется АФА. Кардан­ное устройство позволяет наклонять АФА в любом направле­нии поворачивать вокруг оптической оси, т. е. устанавливать его в нужное положение. После установки АФА его положе­ние фиксируется закрепительными винтами. Применение про­стейшей аэрофотоустановки обеспечивает возможность получе­ния аэрофотоснимков со случайными углами наклона, не пре­вышающими 3°.

С 1956 г. стали применять гиростабилизирующую аэрофото-установку. В ней оси карданных колец соединены с гироскопами, которые при наклонах самолета удерживают АФА в ранее ус­тановленном положении, т. е. сохраняют горизонтальность при­кладной рамки. Гиростабилизирующая аэрофотоустановка дает возможность получать аэрофотоснимки со случайными углами наклона не болеее 30—40′ (отдельные снимки могут быть полу­чены с углами наклона до 1°).

Современные АФА имеют в плоскости прикладной рамки 4-8 оп­тических координатных меток, размещенных по углам кадра, или рав­номерно распределенную по полю сетку крестов с шагом 1—2 см. При­чем оптические координатные метки имеют специальные признаки, что допускает автоматическое определение их номеров и распознавание точки, к которой отнесены координаты.

Параметры аэрофотоаппарата (фокусное расстояние и коорди­наты главной точки о’, расстояния между механическими метками, ко­ординаты оптических меток или крестов) определяют по результатам его калибровки при строго определенном положении, одно­временно с величинами остаточной дисторсии.

Современные аэрофотоаппараты имеют формат кадра 18×18, 23×23 или 30×30 см и оснащены специальными устройствами, обес­печивающими: аэрофотосъемку с заданным перекрытием; впечаты­вание в кадр сенситометрического клина и навигационных данных; автоматическое регулирование экспозиции; измерение контрастно­сти изображения и компенсацию его сдвига; смену светофильтров; индикацию снимаемого ландшафта на мониторе и т. п.

Основные технические характеристики некоторых современных аэрофотоаппаратов приведены в таблице.

В конце XX в. начали появляться цифровые съемочные системы, ос­нованные на использовании приборов с постоянной зарядовой связью в виде матриц или линеек, помещаемых в плоскости прикладной рамки.

§ 7. Специальное аэросъемочное оборудование

Статоскоп представляет собой высокочувствительный диффе­ренциальный барометр, позволяющий измерять изменение давления воздуха, возникающие при колебании высоты фотографирования. Способ основан на известном положении, что при малых разностях высот (порядка 50-100 м) колебание высоты d Н связано с разностью давления d р и барометрической ступенью Q простой линейной зависимостью

Поскольку барометрическая ступень для стандартной атмосферы известна (например, 1,1 м), для определения превышения между центрами фотографиро­вания необходимо лишь измерить разность давлений в точках съемки.

Проявленная пленка называется статограммой и содержит данные об изменении давления в точках фотографирования, представленные расстояниями d р между точками на сплошной и прерывистой линиями, причем, точ­ки сплошной линии соответствуют моментам фотографирования. По­казания неработающего статоскопа изображаются прямыми линиями. Как только изменение высоты полета превысит 25 м, статоскоп авто­матически переключается на вторую трубку, что фиксируется на статограмме отрезком П (переключе­ние), после чего начинается фиксация превышений относительно новой изобарической поверхности.

В современном аэрофотосъемочном производстве применяются ста­тоскопы-автоматы непрерывного действия С-51 и С-51М, обеспечиваю­щие определение превышений между центрами фотографирования с точностью около ±1 м.

Радиовысотомер представляет собой радиолокационную уста­новку, предназначенную для измерения высоты полета в моменты фо­тографирования. Принцип его действия основан на использовании им­пульсного метода измерения расстояний по времени прохождения ра­диоволны, направленной к земной поверхности и отраженной обратно. Тогда расстояние до ближайшей точки, близкое к высоте фотографи­рования, будет равно половине пройденного пути:

Принцип работы радиовысотомера заключается в следующем. В момент экспонирования передатчик 1 генерирует и через антенну 2 излучает импульс, который, отразившись от земли, улавли­вается приемной антенной 3 и через приемник 4 передается на экран индикатора 5.

Кадры высотограммы содержат изображение индикатора со шка­лой развертки от 0 до 500 м и два выступа («выброса»), соответст вующие моментам регистрации начального и отраженного импульсов. С учетом того, что при H =1700 м число оборотов n =3 полный отсчет по высотограмме (рисунок) соответствует вы­соте фотографирования Н = 175 + 3 х 500 = 1675 м. (175 м – разность отсчетов по выступам).

Широкая направленность антенны (120°) и выбранная длина волны (68 см) обеспечивают отражение радиоволн от точек земной поверхности (а не от растительности), расположенных на различных расстояниях. После приема первого отраженного импульса приемник радиоволн запирается, что исключает многозначность определений.

С увеличением рельефа местности показания радиовысотомера на­чинают отличаться от истинного значения высоты фотографирования и приближаются к наклонному расстоянию до ближайшей точки. По­иск этих точек и введение соответствующих поправок в показания ра­диовысотомера выполняют по фотограмметрическим данным.

Применяемые при аэрофотосъемке радиовысотомеры РВТД и РВТД-А обеспечивают определение высоты фотографирования над равнинной местностью с точностью 1,2-1,5 м.

Гиростабилизирующая установка предназначена для стабилизации в полете положения съемочной камеры и уменьшения углов отклонения ее главной оптической оси от отвесной линии. В ос­нове конструкции современных гироскопов лежит принцип волчка, стремящегося сохранить неизменным пространственное положение своей оси вращения при наклоне плоскости, на которой он установлен. Применяемые гиростабилизирующие установки Н-55, ТАУ, ГУТ-9 и др. использует трехстепенные гироскопы, стабилизирующие положе­ние съемочной камеры с точностью 10-15 минут.

Системы определения координат центров фото­графирования в процессе аэрофотосъемки применяют с 50-х гг. про­шлого столетия. В начале это были радиотехнические системы, осно­ванные на фазовых методах измерения расстояний от самолета до двух наземных станций. Широко применяемые в то время радиогеодезическая станция ЦНИИГАиК (РГСЦ) и самолетный радиодальномер (РДС) обес­печивали определение координат центров с ошибкой 1-5 метров.

Системы глобального позиционирования GPS ( Global Positioning System ), появившиеся в 90-х гг., заменили применявшиеся ранее радио­геодезические системы. Они работают по принципу измерения дально­стей (расстояний) от самолета до геодезических спутников и скоростей их изменения (вследствие перемещения этих спутников). Определяемые с помощью системы пространственные координаты центров фотогра­фирования могут использоваться как для целей навигации, так и для фотограмметрической обработки снимков. Координаты антенны определяются через интервалы 1 сек и менее.

§ 8. Основные технические требования к топографической аэрофотосъемке

При топографической аэрофотосъемке должен быть выполнен ряд требований, соблюдение которых обеспечивает последующую фото­грамметрическую обработку аэрофотоснимков. Контроль за соблюде­нием этих требований производится как в процессе аэрофотосъемки, так и по ее завершению, при оценке качества полученных материалов.

Высота фотографирования над средней плоскостью съемочного участка определяется в период предполетной подготовки в зависимости от параметров аэрофотосъемки (/, т) и масштаба плана (М).

где К- коэффициент увеличения снимка

Перекрытия аэроснимков, выражаемые в процентах от размера аэронегатива, обеспечивают возможность фотограмметричес­кой обработки аэроснимков, и требование их соответствия расчетным является одним из основных.

Продольное перекрытие Р _х должно быть в среднем 60% при минимальном 56%, что обеспечивает наличие 12-процентной зоны тройного продольного перекрытия. В некоторых случаях (напри­мер, при съемке населенных пунктов с многоэтажной застройкой) про­дольное перекрытие может устанавливаться равным 80-90 % (±5 %). Это позволяет обрабатывать маршруты, в которых снимки взяты через один(при Р _х = 80 %) или через два (при Р _х = 90 %).

Зона продольного перекрытия определяет границы стереопары, в пределах которой выполняется фотограмметрическая обработка изо­бражений. Зону тройного продольного перекрытия используют для связи смежных стереопар по общим точкам и передачи от одной из них к другой системе координат и масштаба фотограмметрических по­строений.

Поперечное перекрытие Р _у должно быть не менее 20% при среднем 30-35% и используется для размещения в нем опор­ных точек и точек связи смежных маршрутов. Иногда оно устанавли­вается равным 60%, что позволяет формировать и обрабатывать мар­шруты через один с целью по­вышения точности измерений и сокращения объема полевых ра­бот.

Наличие продольного и попе­речного перекрытий обусловливает целесообразность практического использования не всей площади перекрытия аэроснимков, а только его центральной части. К тому же величины ис­кажения положения точек под влиянием факторов физического и гео­метрического характера в центральной части снимка заметно меньше, чем по краям. Эта часть аэроснимка, ограниченная средними линиями продольного и поперечного перекрытий, называется рабочей площадью. В ее границах выполняется дешифрирование снимка и любые измери­тельные действия; из этих площадей создаются фотопланы, ортофотопланы и т. и.

Непараллельность стороны аэроснимка (базиса фотографиро­вания) направлению полета затрудняет фотограмметрическую обра­ботку снимков’и не должна превышать 5-10° (в зависимости от фо­кусного расстояния съемочной камеры и высоты фотографирования).

Угол наклона аэроснимков оказывают влияние на фотограм­метрические работы только при использовании приборов аналогового типа. Тем не менее, действующие нормативные документы, регламен­тирующие аэрофотосъемочные работы, устанавливают критерии ее оценки и по величине угла наклона, которая не должна превышать один градус при аэрофотосъемке с использованием средств стабилизации аэрофо­тоаппарата и 3° без них. Причем число снимков с максималь­ным углом наклона не должно превышать 10 % от их общего числа.

Ряд требований регламентирует метеорологические ус­ловия съемки, определяющие фотографическое качество снимков.

В частности, аэрофотосъемка должна выполняться при безоблач­ном небе, поскольку на снимках недопустимо изображение ни самих облаков, ни отбрасываемой ими тени. Отрицательное влияние на фо­тографическое качество оказывает также туман, дымка, избыточная влажность воздуха и пр. Все это меняет отражательную способность ландшафта, делает границы между объектами плохо различимыми и т. п. Нежелательно выполнять аэрофотосъемку ранней весной, позд­ней осенью, после распускания деревьями листвы, и совершенно недо­пустимо зимой, при наличии снежного покрова. Считается, что аэрофотосъемочный сезон начинается через две недели после весеннего снеготаяния и завершается с наступлением периода систематических осенних дождей.

Аэрофотосъемка выполняется, как правило, при высоте Солнца над горизонтом не менее 20-25°, с обязательным использованием све­тофильтров.

§9. Расчет аэрофотосъемочных параметров. Аэрофотосъемочные работы

Летно-съемочным работам предшествует расчет параметров аэро­фотосъемки, к числу которых относят площадь участка, высоту фото­графирования, расстояния между центрами фотографирования (базис) и смежными маршрутами, интервал между экспозициями и др.

Высоту фотографирования Н над средней плоскостью участка съемки определяют по формуле H = mf (по фокусному расстоя­нию и масштабу аэрофотосъемки). Одновременно по топографической карте определяют максимальную (А _{m ах} ); минимальную ( A _min ) отметки точек на участке работ (без учета отдельных вершин) и вычисляют абсолютную высоту фотографирования (высоту полета самолета) над уровнем моря:

Расчетные перекрытия р и q смежных снимков, выражаемые в процентах от их размера, всегда за­даются по отношению к средней плоскости съемочного участка. Одна­ко их фактические значения не долж­ны быть меньше минимально допус­тимых и для других плоскостей, встречающихся на съемочном участ­ие. В связи с этим расчет продольного (р) и поперечного ( q ) перекры­тий выполняют по эмпирическим формулам, учитывающим поправки к их оптимальным значениям (62% и 32%), зависящие от величины превышения h над средней плоскостью съемочного участка и высоты H фотографирования над ней:

р = (62+50 h / H )%, q = (32 + 50 h / H )%.

Базис фотографирования Вх (расстояние между центра­ми фотографирования) и расстояние между маршрутами By зависят от размера кадра фотокамеры I , величин продольного р, по­перечного q перекрытий и знаменателя масштаба аэрофотосъемки т:

Интервал между экспозициями определяет продолжи­тельность полета самолета со скоростью W км/час между двумя по­следовательными экспозициями, т.е. время, в течение которого са­молет преодолеет расстояние Вх

Число аэроснимков на участке определяют по простым формулам, связывающим размеры участка ( Lx , Ly ), базис фотографи­рования (В _х ) и расстояние между маршрутами ( By ), причем, для обеспечения сводок со смежными участками число маршрутов на участке и число снимков в маршруте увеличивают на 1 и на 3 соответственно

Kx=Lx/Bx+3 Ky=Ly/By+1 K=Kx Ky

По завершению расчетов готовят полетную карту, масштаб кото­рой в 10-20 раз мельче мельче масштаба создаваемого плана. На эту карту наносят границы съемочного участка, оси маршрутов и ориен­тиры в начале и конце каждого из них.

Непосредственно аэрофотосъемка выполняется в соответствии с подготовленными расчетами и техническими условиями.

Во время подлета к съемочному участку самолет набирает нужную высоту полета, по намеченным на полетной карте ориентирам выпол­няет заход в створ первого маршрута, после чего оператор включают аэрофотоаппарат за полтора-два базиса фотографирования до границы съемки. С этого момента аэрофотоаппарат выполняет все операции автоматически, в том числе соблюдение заданной величины продоль­ного перекрытия. Заметим, что оборудование самолета АН-30 и неко­торых других позволяет автоматизировать как полет по маршруту, так и заход на следующий маршрут.

Затем приступают к аэро­фотосъемке. Набрав заданную высоту и выйдя на маршрут, аэросъемщик должен определить угол сноса и путевую скорость самолета, если она автоматически не определяется.

Угол сноса — это угол между заданным маршрутом и фак­тическим направлением полета . Этот угол воз­никает из-за влияния ветра. Чтобы самолет не сносило с курса, его разворачивают против ветра на угол упреждения, кото­рый рассчитывают в зависимости от угла сноса.

Развернув самолет против ветра, нужно повернуть АФА в аэро-фотоустановке в обратном направлении, чтобы стороны при­кладной рамки были параллельны и перпендикулярны к на­правлению маршрута. Если этого не сделать, то аэрофотоснимки в маршруте занимают положение, называемое «елочкой»

«Елочка» уменьшает зону перекрытия аэрофотоснимков и затрудняет их фотограмметрическую обработку. Путевую ско­рость самолета определяют для того, чтобы затем вычислить интервал времени между моментами получения аэрофотосним­ков и установить его на шкале интервалометра. Угол сноса и путевая скорость определяются при помощи оптических визиров.

§ 10. Полевые фотолабораторные работы

По окончании аэрофотосъемки производят фотолаборатор­ную обработку фотопленок, чтобы получить на них негативное изображение заснятых объектов. При этом обрабатываются пленки, на которые фотографировалась местность, и пленки, на которых фиксировались показания статоскопа и радиовысото­мера. Затем с аэронегативов получают отпечатки на фотобу­маге. Эти работы выполняются в полевой фотолаборатории, оборудованной при аэрофотосъемочном отряде.

Фотопленка представляет собой прозрачную целлулоидную ленту с нанесенным на нее тонким слоем светочувствительного вещества, состоящего из смеси бромистого серебра с желатиной и называемого фотоэмульсией. Когда на пленку проектируется изображение предмета, в слое фотоэмульсии образуется скры­тое изображение.

Чтобы оно стало видимым, пленку обрабатывают специ­альным химическим раствором — проявителем. Под действием проявителя бромистое серебро разлагается и выделяется ме­таллическое серебро черного цвета. Так как процесс идет бы­стрее там, куда попало больше света, то на пленке образуется негативное изображение, на котором светлые участки получа­ются темными, и наоборот. Для аэрофотосъемки применяется фотопленка длиной 60 или 120 м и шириной не менее 19 см.

Для ее проявления используют специальные автоматические проявительные приборы разного устройства, например АПП-85, АМПП-10, АМПП-ПМ. Проявительный прибор АМПП-ПМ со­стоит из четырех бачков, двух катушек и механизма для пере­матывания пленки. Катушки, на одну из которых намотана пленка, а на другой закреплен ее конец, опускают в бачок с проявителем. В бачке пленка автоматически перематывается с одной катушки на другую и таким образом равномерно подвергается действию проявителя. Проявление аэрофильма мо­жет длиться от 5 до 15 мин. Чтобы определить время прояв­ления, обрабатывают пробные фотоснимки, полученные на концах аэрофильма, и по времени проявления пробы опреде­ляют время проявления всего аэрофильма. Проявленную пленку промывают, перематывая ее в бачке с водой, а затем помещают в бачок с закрепителем — фиксажем. Под действием закрепи­теля из эмульсии удаляется не успевшее разложиться бромис­тое серебро, так как после полного его разложения почернение пленки окажется равномерным и изображение исчезнет. Обработка аэрофильма закрепителем длится 10—15 мин, после чего пленку промывают в течение 20—30 мин в проточной воде. От качества промывки зависит длительность сохранности не­гативов.

После промывки аэрофильмы подвергаются сушке на су­шильных барабанах или в специальных автоматических сушиль­ных приборах, в которых пленка высушивается принудитель­но— нагнетанием теплого воздуха. После высушивания на аэрофильме нумеруют негативы, надписывая черной тушью в се­веро-восточном углу условное обозначение (шифр) объекта съемки, дату залета и порядковый номер негатива. Запись чи­тается с неэмульсионной стороны пленки. В соответствии с ну­мерацией аэронегативов производится нумерация статограмм и высотограмм, т. е. фотопленок, на которых зафиксированы в по­лете показания статоскопа и радиовысотомера.

Для того чтобы получить отпечатки хорошего качества, нужно правильно выбрать сорт фотобумаги по степени ее кон­трастности. Контрастность — это способность фотобумаги передавать разницу в изображении светлых и темных контуров. Фотобумага разных сортов может иметь до семи степеней кон­трастности, определяемых номером или одним из следующих терминов (в порядке увеличения контрастности): 1 — мягкая, 2 — полумягкая, 3 — нормальная, 4 — контрастная, 5 — особо-контрастная, 6 — сверхконтрастная, 7 — сверхособоконтрастная. Бумагу выбирают в зависимости от контрастности негативов: чем менее контрастен негатив, тем более контрастной должна быть бумага.

§ 11. Полевые фотограмметрические работы

Эти работы называются полевыми фотограмметрическими, так как выполняются фотограмметристами на базе летного от­ряда. Для того чтобы материалы аэрофотосъемки можно было использовать при создании топографической карты, необходимо выполнение определенных требований, предъявляемых к этим материалам. Поэтому полученные материалы аэрофотосъемки необходимо принять у аэрофотосъемочного отряда, т. е. прове­рить на пригодность для создания топографической карты, оце­нить качество. Проверка и оценка качества аэрофотосъемочных материалов производится в соответствии с «Основными техни­ческими требованиями к аэрофотосъемке, производимой для соз­дания топографических карт и инженерных планов» (ОТТ).

Монтаж начинают с правого конца северного маршрута и укладывают фотоснимки в маршруте справа налево, последую­щий фотоснимок на предыдущий, так, чтобы совмещались кон­туры, выбранные посередине продольных перекрытий. Номера всех фотоснимков должны быть видны. Затем в таком же по­рядке укладывают фотоснимки следующего маршрута, доби­ваясь наилучшего совмещения контуров в серединах продоль­ных и поперечных перекрытий. На накидном монтаже отмечают полосками белой бумаги шириной 5 мм границы участка съемки и сдаточных трапеций и белыми нитями — внутренние рамки трапеций, а внутри трапеций прикалывают полоски бумаги с на­писанной на них номенклатурой. Сверху на монтаже подписы­вают название предприятия, производившего съемку, и год вы­полнения залета, а внизу — масштаб залета.

Цифровая схема аэрофотосъемки, составляемая по накид­ному монтажу, необходима для наглядного учета и системати­зации материалов аэрофотосъемки. На ней линиями показы­вают расположение маршрутов на накидном монтаже, отмечают положение главных точек аэрофотоснимков и у точек подписы­вают номера аэрофотоснимков. Репродукция накидного мон­тажа — это его фотокопия, которая делается с уменьшением в 3—4 раза, с таким расчетом, чтобы были отчетливо видны все снимки и хорошо читались их номера. Репродукция накидного монтажа, так же как цифровая схема аэрофотосъемки, позво­ляет определять местоположение каждого аэрофотоснимка на съемочном участке. Так как на репродукции есть фотоизобра­жение местности, ее можно использовать для ориентирования на местности, а также для создания проектов различных работ, например проекта привязки аэрофотоснимков.

Источник