Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра инженерной геодезии

Корнилов Ю.Н.

ФОТОГРАММЕТРИЯ

(конспект лекций 6семестр)

Санкт-Петербург

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ФОТОГРАММЕТРИИ.

ПРЕДМЕТ ФОТОГРАММЕТРИИ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ.

Фотограмметрия - наука, изучающая способы определения форм, размеров, пространственного положения и степени изменения во времени различных объектов, по результатам измеренийих фотографических изображений.

Термин "фотограмметрия" происходит от греческих слов: photos – свет, gramma – запись, metreo – измерение. Следовательно, его дословный перевод - измерение светозаписи.

Предметы изучения фотограмметрии это геометрические и физические свойства снимков, способыих получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки.

Характеристики объекта могут изучаться по его изображению на одиночном снимке или по паре перекрывающихся снимков, полученных из различных точек пространства.

Еслиприизучении объекта используются свойства одиночного снимка, то такой метод получения необходимой информации называют фотограмметрическим. Если же он изучается по паре перекрывающихся снимков, то метод называют стереофотограмметрическим.

В настоящее время в фотограмметрии выделяют три направления исследований. В первом изучаются и развиваются методы картографирования земной поверхности по снимкам. Второе связано с решением прикладных задач в различных областях науки и техники. В третьем развиваются технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленнойна космических летательных аппаратах. Задачи и методы последнего из указанных направлений существенно отличаются от первых двух, и далее детально не рассматриваются.

Основными достоинствами фотограмметрического и стереофотограмметрического методов являются:

- высокая точность результатов, так как снимки объектов получают прецизионными фотокамерами, а их обработку выполняют, как правило, строгими методами;

- высокая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряют не сами объекты, аих изображения. Это позволяет обеспечить автоматизацию процесса измерений и последующих вычислений;

- объективность и достоверность информации, возможность при необходимости повторения измерений;

- возможность получения в короткий срок информации о состоянии, как всего объекта, так и отдельных его частей;

- безопасность ведения работ, так как съемка объекта выполняется неконтактным (дистанционным) методом. Это имеет особое значение, когда объект недоступенили пребывание в его зоне опасно для здоровья человека.

- возможность изучения движущихся объектов и быстро протекающих процессов.

Наряду с отмеченными достоинствами рассматриваемые методы имеют и недостатки. Кним следует отнести зависимость фотографических съемок от метеоусловий и необходимость выполнения полевых геодезических работ с целью контроля всех технологических процессов. Поэтому только разумное их сочетание с другими методами получения информации может обеспечить решение поставленной задачи сминимальными затратами труда и средств.

Современная фотограмметрия как техническая наука тесно связана снауками физико-математического цикла, достижениями радиоэлектроники, вычислительной техники, приборостроения, фотографии. Она органически связана с геодезией, топографией и картографией.

На основе достижения физики и особенно оптики созданы современные объективы съемочных и обрабатывающих приборов.

Успехи в развитии электроники, радиоэлектроники, вычислительной техники и космической геодезии способствовали автоматизации процессов самолетовождения и управления полетами космических кораблей созданию сенсоров, для получения изображений в цифровом виде, а также приборов для определения положения снимков в момент фотографирования,автоматизации процессов обработки и хранения информации, которой обладаютснимки.

Благодаряхимии освоен выпуск черно-белых и цветных фотоматериалов. Математика широко применяется в разработке теории фотограмметрии при решении практических задач.

Методами, известными в астрономии и геодезии, снимки обеспечиваются опорными точками, необходимыми для создания съемочной сети с целью составления топографических карт и планов или решения прикладных задач.

При создании по фотоснимкам планов и карт и их оформлении используются достижениями картографии.

ПРИКЛАДНАЯ ФОТОГРАММЕТРИЯ.

Фотограмметрия применяется главным образом для составления топографических карт и планов. Однако в настоящее время она находит все более широкое применение при решении различных прикладных задач. Для какой бы цели не применялась фотограмметрия, основные принципы ее остаются теми же самыми. Фотограмметрическоеоборудование, используемое, прежде всего, в картографических целях, можно применить и в других областях науки и техники.

В процессе решения нетопографических задач часто достаточно иметь топографический план с фотопланом, или фотодокументы пониженной точности, цифровую модель участка местности, построенную по измерениям снимков или только измеренные по снимкам координаты точек изучаемого объекта.

В нашей стране фотограмметрические методы применяют:

- Для изысканий и проектирования различного рода линейных сооружений (автомобильных и железных дорог, трубопроводов, линий электропередачи и т.д.). В этих случаях обычно составляют изыскательские планы, которые могут иметь меньшую точность и условную систему координат, фотосхему полосы местности и профиль местности, построенный по измерениям снимков;

- В строительстве при определении качества строительства, повышении надежности и долговечности промышленных и гражданских сооружений и т.д.;

- В геологоразведочных работах. Аэро и космические снимки позволяют по данным дешифрирования более рационально подойти к выбору территорий, перспективных для поиска и разведке полезных ископаемых, наметить точки для бурения скважин и определить их координаты;

- В геофизике для получения координати высот заданных точек местности и определения топографических поправок визмеренныезначения силы тяжести;

- В архитектуре при производстве обмеров, составлении планов фасадов, изготовлении объемных моделей, съемке и воспроизведении архитектурных памятников, изучении и измерении архитектурных композиций, скульптур и т.д.

- В горном деле для съемки открытых горных разработок с составлением маркшейдерских планов карьеров, дражных участков, бульдозерных полигонов, складов готовой продукции и т.д.;

- В географических исследованиях (изучение ледников, селей, оползней и др.);

- При картировании дна и получении глубин шельфа, изучении морского волнения, определении скорости и направления течения в открытом море;

- В медицине и хирургии для диагностики и лечении заболеваний отдельных органов человека, а также для обнаружения в организме посторонних предметов и опухолей;

- В военном деле и т.д.

ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПРОЕКЦИЯ СНИМКА И ОРТОГОНАЛЬНАЯ ПРОЕКЦИЯ ПЛАНА.

Пусть А, В, С и D (рис. 9) точки местности, а S – центр проекции. Тогда точки пересечения а, в, с, d плоскости Р с проектирующими лучами AS, BS, CS и DS есть центральные проекции соответствующих точек местности. Такую же центральную проекцию можно построить и в том случае, если плоскость проекции Р¢ провести по другую сторону от центра проектирования и на том же расстоянии от него. Действительно, если это сделать, то получим точки а¢, в¢, с¢ и d¢, причем согласно условию , , и . Плоскость Р проекции дает негативное (обратное) изображение точек местности, а Р¢ – позитивное (прямое). То есть, позитив получается, когда объект и плоскость проекции помещены по одну сторону от центра проектирования, а негатив, если они расположены по разные стороны от него. Поскольку негатив и позитив располагаются симметрично относительно центра проекции, то они одинаковы (конгруэнтны). Отметим, что изображение объекта на плоскости снимка, полученное в центральной проекции, называется перспективным изображением. Если центр проектирования перенести на бесконечно большое расстояние относительно местности, то проектирующие лучи будут взаимно параллельны. Их пересечение с перпендикулярной к ним плоскостью дает ортогональную проекцию точек местности. В топографии такая проекция (при условии, что проектирующие лучи отвесны) называется горизонтальной.

Отличие между ортогональной (горизонтальной) и центральной проекциями видно на рис. 10. Точки местности A, B, C и D изображаются на плоскости Р в центральной проекции в точках a, b, c, d, а в ортогональной проекции – в точкахa_o, b_o, c_o, d_o. При перемещении плоскости проекции в положение Р" взаимное положение точек a_o, b_o, c_o, построенных в ортогональной проекции, не нарушится. В то же время точкиa¢, b¢, c¢, построенные в центральной проекции, свое взаимное положение изменят.

Понятно, что для составления плана участка местности по его изображению на снимке необходимо перспективное изображение преобразовать в ортогональное. Но переносом центра проектирования в бесконечность такое преобразование практически не осуществить. Поэтому необходимо найти косвенные пути решения задачи.

Летательные аппараты

Аэрофотосъёмка производится с самолёта АН-30, ИЛ-14ФК, АН-2, Л-410 или вертолёта, например, К-26.

Практический потолок полёта самолёта АН-30 - 8000 м. Его редняя крейсерская скорость равна 440 км/час. Кабины самолёта герметизированы. Он используется для аэрофотосъёмки в средних и мелких масштабах.

Самолёт ИЛ-14ФК предназначен для аэрофотосъёмки в средних масштабах. Его практический потолок полёта - 5600 м. Средняя крейсерская скорость - 300 км/час.

Практический потолок полёта самолёта АН-2 - около 5000 м. Средняя крейсерская скорость - 180 км/час. Он используется для аэрофотосъёмки в крупных масштабах.

Вертолёт К-26 применяется для аэрофотосъёмки небольших участков местности в крупных масштабах. Максимальная высота полёта - 3100 м. Крейсерская скорость - 140 км/час.

Фотографирование небольших участков местности иногда выполняют с минисамолётов, подвесных аэростатов, радиоуправляемых авиамоделей и др летательных аппаратов. При съёмке из космоса носителем фотографирующей системы является космический аппарат.

Аэрофотоаппараты

Аэрофотоаппарат (АФА) служит для получения аэрофотоснимков земной поверхности. Он представляет собой сложную фотографическую систему, отфокусированную на бесконечность и работающую автоматически в сложных условиях вибраций, толчков и перегрузок.

АФА, применяемые при аэрофотосъёмке, классифицируются по целевому назначению, принципу действия, размерам аэроснимка, величине фокусного расстояния и типу используемых фотоматериалов.

По целевому назначению они подразделяются на топографические и нетопографические.

Топографическими называются АФА, которые обеспечивают получение аэроснимков с высокими измерительными и изобразительными свойствами. Они имеют строгие оптические характеристики объектива, жёсткую конструкцию, гарантирующую неизменность его констант, и надёжную систему выравнивания аэрофотоплёнки в плоскость в момент фотографирования. Важно, что на снимках, полученных топографическими АФА можно ввести прямоугольную систему координат.

Нетопографические АФА отличаются тем, что их конструкция не гарантирует выполнения выше указанных свойств. При картографировании они практически не применяются и используются только для дешифрирования объектов местности.

Аэрофотоаппараты бывают цифровые и нецифровые. У первых в качестве сенсора используются ПЗС линейки. Они начали появляться на рынке только с 2000 года, и пока широкого применения не имеют. Нецифровые АФА по принципу действия бывают кадровыми, щелевыми и панорамными. Все нецифровые топографические АФА – кадровые.

Выпускаемые отечественной промышленностью АФА по размеру кадра, могут быть разделены на две группы: стандартные 18´18 см. и широкоформатные 30´30 см. Все топографические АФА имеют аэрофотоснимки стандартного формата. Западноевропейский стандарт снимков - 23x23 см.

По величине фокусного расстояния АФА подразделяются на короткофокусные (f<150 мм), среднефокусные (f=150-300 мм) и длиннофокусные (f>300 мм), или соответственно - на узкоугольные, нормальные и широкоугольные.

Фотографирование может осуществляться на фотопленку или на стеклянную фотопластинку. Но второй вариант встречается крайне редко.

Несмотря на большое разнообразие, все топографические АФА имеют ряд общих частей и элементов. Схема его устройства показана на рис. 19. Он имеет фотокамеру 1 и кассету 2, как правило, съемную.

Фотоамера состоит из корпуса 5, объективного блока 6 и прикладной рамки 7, к которой в момент экспонирования должен прижиматься эмульсионный слой фотоматериала. В нижней части объективного блока вмонтирован объектив 8. Расстояние от задней узловой точки S₂ объектива до плоскости прикладной рамки 7 постоянно и равно фокусному расстоянию АФА. Между компонентами объектива установлены диафрагма 9 и центральный многодисковый затвор. Конструкции затворов рассчитаны на диапазон выдержек от 1/50 до 1/1000 сек. и меньше.

Для надежного выравнивания аэрофотопленки в плоскость прикладной рамки устанавливается выравнивающие плоскопараллельное стекло 10. На нем выгравированы координатные метки, контрольные линии или координатная сетка в виде крестов, с промежутками в 1 или 2 см. В нижней части фотокамеры под объективом устанавливается защитное стекло 11, а между защитным стеклом и объективом – светофильтры 12.

Кассета служит для размещения аэрофотопленки и предохранения ее от воздействия света. В ней есть механизмы для выравнивания пленки в плоскость и ее перемотки (направляющие валики, сматывающая 13 и наматывающая 14 катушки).

Выравнивание осуществляется пружинным столом кассеты 15 путем прижима пленки к плоскости выравнивающего стекла. Если его нет, то создается дополнительное давление в фотокамере или вакуум в кассете, и пленка прижимается к рабочей поверхности прижимного стола. В этом случае система координат снимка (плоскости изображения) и положение его главной точки определяются координатными метками прикладной рамки 7.

Для удобства перезарядки и эксплуатации у большинства АФА кассеты легко отделяются от корпуса. На катушке кассеты размещается до 120 м аэрофотопленки, что позволяет при формате кадра получить до 560 фотоснимков.

В нашей стране наиболее распространены аэрофотоаппараты: АФА-ТЭ, АФА-ТЭС, АФА 41, ТАФА.

АФА-ТЭ (топографический, электрический) имеют объективы с фокусными расстояниями 55-500 мм. Плёнка выравнивается в плоскость вакуумным способом. Диапазон выдержек до 1/300 – 1/400 с.

АФА-ТЭС и АФА-41 являются модернизацией АФА-ТЭ. АФА-ТЭС выпускаются с объективами, имеющими фокусные расстояния 50, 72 и 100 мм. Выравнивание фотоплёнки в плоскость осуществляется путём её прижима к стеклу, помещённому в фокальной плоскости объектива. Диапазон выдержек до 1/700 – 1/850 с. Цикл работы фотокамер от 1,2 до 2,4 с.

АФА-41 предназначен для аэрофотосъёмок с высот до 20 км. У АФА-42 размер кадра 30Х30 см.

В ГП «Аэрогеодезия» для получения высококачественного фотографического изображения местности применяют АФА-ТК-21/23 (размер кадра 23x23 см). Он может работать синхронно со спутниковым приемником. Комплект АФА состоит из 4 блоков: пульт управления, электронный блок, кассетный баул (2 шт.) и оптико-механический блок (камера). Фокусное расстояние камеры 210 мм. Возможно, они изготовляются и с фокусами 150 мм и 300 мм.

Разрешающая способность аэроснимков в среднем 40-50 мм^-1 в центре и 20-25 мм^-1 на краю. Дисторсия объективов различных фотокамер изменяется от 10 до 30 мкм.

За рубежом топографические аэрофотоаппараты выпускают фирмы Германии, Швейцарии, США и других стран. В нашей стране используются АФА MRB и LMK (Карл Цейсс), RMK (Оптон, ФРГ), RC-10 (Вильд, Швейцария). Формат их кадра 23´23 см.

МАСШТАБ СНИМКА.

Масштабом снимка 1/m в данной точке по данному направлению называется отношение бесконечно малого отрезка dl на снимке к соответствующему отрезку dL на местности. То есть:

(43)

Пусть местность равнинная, а начала координат в пространстве и на снимке расположены соответственно в точках S и o,(рис. 32).

Обозначив проекции отрезков dl и dL на соответствующие координатные оси через dx, dy и dX, dY, с учетом данного определения масштаба и рис. 32 напишем:

,

(44)

где φ – угол между осью x снимка и заданным направлением отрезка dl.

При указанном выборе систем координат, и при условии, что оси ординат расположены в плоскости главного вертикала, справедливы уравнения (37) зависимости между координатами точек местности и снимка. Продифференцируем их по переменным x и y, в результате получим:

.

Введём обозначение:

.

и учтем, что dy=dxtgj, тогда

(45)

Подставив выражения dX и dY из соотношений (45) в формулу (44), будем иметь:

.

(46)

Полученное равенство показывает, что масштаб снимка зависит от фокусного расстояния АФА, высоты фотографирования, угла наклона снимка, положения точки на снимке (координат x и y), в которой взят элемент dl и от направления φ этого элемента относительно линии главного вертикала .

Определим значение масштаба 1/m для частных случаев.

1. Масштаб горизонтального снимка (ε = 0). Подставив это значение в формулу (46), с учетом принятых обозначений k и p получим:

,

т. е. масштаб горизонтального снимка плоской местности во всех точках постоянный.

2. Масштаб наклонного снимка по направлению главной вертикали (x = 0, φ = 90°):

.

(47)

На основании уравнения (47) запишем значение масштаба 1/m в характерных точках, лежащих на линии главного вертикала:

В главной точке снимка o (y = 0)

;

В точке нулевых искажений с , поэтому:

;

В точке надира n , после подстановки получаем:

;

В главной точке схода

.

Таким образом, масштаб в точке нулевых искажений равен, в главной точке мельче, а в точке надира крупнее масштаба горизонтального снимка. Масштаб в точке нулевых искажений называется главным масштабом снимка.

3. Масштаб наклонного снимка по направлению горизонтали (φ = 0°)

(48)

Поскольку в уравнении абсцисса точки отсутствует, то вдоль горизонтали, если местность равнинная, мосштаб величина постоянная.

Запишем выражения 1/m для горизонталей, проходящих через характерные точки снимка:

По линии действительного горизонта , поэтому:

;

Вдоль главной горизонтали , после подстановки имеем:

;

На линии неискажённого масштаба , значит

;

По горизонтали h_nh_n, проходящей через точку надира , и:

.

Выполненный анализ показал, что масштаб снимка в точке c по любому направлению равен масштабу горизонтального снимка.

Теория пары снимков.

Средства измерений

Измерение цифровых снимков выполняется на экране монитора. Оно может быть как монокулярным, если отображается один снимок (растр) и стереоскопическим, когда на экране присутствуют растры, составляющие стереопару, а технология требует именно такого варианта измерений.

В качестве измерительной марки используется курсор (или два курсора). Его (их) форма, размер и цвет зависят от того, какой технологический процесс выполняется, а также могут устанавливаться и пользователем. Перемещение курсора (курсоров) осуществляется мышкой, соответствующими кнопками клавиатуры, а на фотограмметрической станции ЦФС, кроме того, ножным и ручными штурвалами. Методы стереонаблюдения: оптический, миганий и анаглифический.

Первый используется на ЦФС, для чего перед экраном дисплея устанавливается стереоскоп. В методе миганий используются затворные (жидкокристаллические) очки, в которых попеременно открывается изображение, то для левого, то для правого глаза, Синхронно с работой очков чередуются изображения снимков на экране монитора. При этом возможен интерлейсный режим при котором кадр делится на два полукадра, первый из которых содержится в четных строчках, а второй – в нечетных (при этом происходит снижение разрешения и возникают некоторые неудобства при работе с меню). Возможно и покадровое стерео (режим page-flipping). Оно обеспечивает более качественный стереоэффект, в связи с использованием полных кадров. Для того, чтобы оператор не уставал, нужна высокая частота вертикальной развертки. Как отмечалось выше, она должна быть не менее 120 Гц.

При анаглифическом методе на экране отображаются в разных цветах два наложенных друг на друга растра (например, красный и синий), а оператор должен использовать анаглифические очки. Как правило, есть возможность варьировать цветами растров и подобрать наилучший вариант (исходя из цветов стекол очков и пристрастий оператора).

Обычно в программных продуктах реализовано несколько вариантов стереонаблюдений, и можно переходить от одного к другому, но, по отзывам производственников, анаглифический метод измерений наименее точен, и его следует использовать как вспомогательный вариант. Кроме того, всеми разработчиками предусматривается переключение от прямого стереоэффекта к обратному, что очень полезно при работе со снимками залесенных и застроенных территорий. Возможна и коррекция самих растровых изображений (изменение плотности, контрастности и т.д.).

Большим достоинство измерения цифровых снимков является то, что после позиционирования одного из курсоров, второй можно навести на соответственную точку автоматически, используя механизм корреляции. Он же позволяет автоматически сгущать число соответственных точек или набирать их в виде сетки квадратов, что важно для взаимного ориентирования снимков и построения цифровой модели рельефа. Но результат работы коррелятора нужно все время контролировать, особенно на однотонных участках снимков.

5.3.2 Принципы измерений (Михайлов)

Цифровое изображение хранится в памяти компьютера, в общем случае, в виде прямоугольной матрицы, элементы которой несут информацию об оптических плотностях или цвете элементарных участков изображения, а номера i строки и j столбца элемента определяют его положение в матрице. Нумерация строк и столбцов матрицы цифрового изображения начинается с нуля.

Координаты центров пикселов в левой прямоугольной системе координат цифрового изображения оC xC УC .(рис. 56), началом которой является левый верхний угол цифрового изображения, определяются в, так называемых, пиксельных координатах (единицей измерения в этом случае является пиксел) по формулам:

xp =j + 0.5, yp =i + 0.5

(125)

Для измерения координат точек цифрового изображения его визуализируют на экране дисплея. Если пиксел изображения на экране дисплея соответствует пикселу исходного цифрового изображения, то с помощью “мыши” или клавиатуры компьютера можно навести измерительную марку, формируемую в виде цифрового изображения на экране дисплея, на точку изображения с точностью до одного пиксела.

Для получения подпиксельной (субпиксельной) точности можно увеличить матрицу изображения на экране монитора относительно исходного цифрового изображения. В этом случае каждый пиксел исходного изображения будет изображаться матрицей n×n пикселов, численное значение всех элементов a'ij которой будут равны численному значению элемента матрицы исходного изображения.

Пиксельные координаты точек увеличенного изображения можно измерить с точностью до 1/n пиксела исходного изображения (рис.57).

Рис. 57

Пиксельные координаты (в пикселах исходного изображения) элемента a'ij увеличенного изображения определяют по формулам:

xp =j +(j΄ + 0.5)/n, yp =i + (i΄ + 0.5)/n

(126)

Причем i, j - номера строки и столбца элемента матрицы исходного изображения, в котором находится элемент a'ij увеличенного изображения, а i΄,j΄ - номера строки и столбца элемента a`ij подматрицы n×n; n – коэффициент увеличения изображения.

Например, для элемента a’33 (рис.57) пиксельные координаты:

x_p = 1 +(3 + 0.5)/5 =1.7 , y_p = 1 +(3 + 0.5)/5 =1.7

Значения координат центров пикселов цифрового изображения в метрической системе можно определить по значениям их пиксельных координат, используя соотношение:

xc = Δ·xp и yc = Δ·yp,

(127)

если известны физические размеры Δ стороны пиксела изображения (предполагается, что пиксел имеет форму квадрата). Например, координаты центра пиксела, соответствующего элементу a’33 (рис. 56) при величине Δ=20 мкм будут равны х_c = 34 мкм и y_c = 34 мкм.

В некоторых цифровых системах начало системы координат цифрового изображения оC хC уC выбирают в центре пиксела, расположенного в верхнем левом углу цифрового изображения. В этом случае значения пиксельных координат вычисляют по формулам:

xp =j и yp =i

(128)

при измерениях с точностью до пиксела и по формулам:

xp =j – 0.5+(j΄ + 0.5)/n, yp =i – 0.5+ (i΄ + 0.5)/n

(129)

при измерениях с субпиксельной точностью.

Метод измерения цифрового изображения с субпиксельной точностью требует его увеличения на экране дисплея компьютера. Однако, даже при увеличении только в два раза, исходный аналоговый снимок может оказаться увеличенным на экране дисплея в 40 раз. Это приводит к значительному ухудшению изобразительных свойств наблюдаемого изображения и, как следствие, к снижению точности наведения измерительной марки на измеряемые объекты на изображении.

Для его реализации без увеличения исходного изображения, разработан метод, в котором цифровое изображение снимка может смещаться относительно неподвижной измерительной марки с шагом в n – раз меньшим размера пиксела.

Принцип такого метода измерения координат точек иллюстрируется на рис. 58 и 59.

На рис.58 представлен фрагмент исходного цифрового изображения с измерительной маркой и точкой m, координаты которой необходимо измерить. Из рисунка следует, что центр изображения марки не совпадает с изображением точки m, причем разности значений их пиксельных координат составляют величины Dx_p и Dy_p. Для совмещения центра изображения измерительной марки с точкой m можно создать фрагмент цифрового изображения снимка, в котором координаты начала системы координат o_c^΄ x_c^΄ y_c будут иметь значения , а .

Создается такой фрагмент следующим образом. По координатам центра каждого пиксела фрагмента изображения x΄_pi, y΄_pi определяют значения координат его проекции x_pi, y_pi в системе координат ох_cу_c исходного изображения. Для этого используют формулы: x_pi= x΄_pi+ Δx_pi, y_pi= y΄_pi+ Δy_pi. Затем по значениям координат x_pi, y_pi находят ближайшие к изображению точки i, соответствующей центру пиксела создаваемого фрагмента цифрового изображения, четыре пиксела исходного цифрового изображения, например, M, K, L, N (рис. 60).

Далее методом билинейного интерполирования определяют значения оптической плотности i-го пиксела создаваемого фрагмента изображения. При этом:

Di = D1 + (D2 – D1)DXp,

(130)

причем

D1 = DK + (DM – DK)DYP, D2 = DL + (DN – DL)DYP,

Таким же образом формируются все элементы создаваемого фрагмента цифрового изображения.

На экране дисплея, на визуализированном фрагменте созданного цифрового изображения центр измерительной марки будет совмещен с изображением точки m. Ее пиксельные координаты в системе координат исходного изображения определяются по формулам 129.

Необходимо отметить, что создание фрагмента цифрового изображения требует значительных вычислительных процедур. Поэтому для достижения эффекта перемещения изображения на экране дисплея относительно марки в “реальном масштабе” времени фрагмент изображения не должен иметь большие размеры.

В случае если для измерений используются цветные цифровые изображения при формировании элементов создаваемого изображения методом билинейного трансформирования по формулам 130. определяются интенсивности красного (R), зеленого (G) и синего (В) компонентов цветного изображения.

Технологически схемы

Сущность метода заключается в том, что в камеральных условиях по фотоснимкам получают и контурную часть плана, и изображение рельефа. Полевые работа необходимы только для определения плановых координат (высот) опознаков и дешифрирования снимков.

Теоретической основой метода является решение двойной обратной пространственной фотограмметрической засечки. Но характер и последовательность выполнения основных процессов зависит в основном от двух факторов: применяемого для обработки снимков оборудования, и необходимости составления фотоплана (ортофотоплана).

Заметим, что в процессе развития стереофототопографического метода, было предложено 4 разных концепции использования пары снимков для составления по ним планов и карт. Первая связана с расчленением технологии на отдельные: процессы. Вторая предполагала физическое построение с помощью аэро или наземных снимков точных пространственных моделей (геометрически подобных уменьшенных копий того, что имело место в процессе фотографирования местности). Решение двойной обратной пространственной засечки обходилось в этом случае без значительных математических расчетов. В третьей было реализовано аналитическое решение основных процессов указанной выше засечки: восстановление связок проектирующих лучей (внутреннее ориентирование снимков), взаимное ориентирование (построение модели), внешнее ориентирование модели, определение координат точек местности. Четвертая основана на цифровой обработке информации современными средствами вычислительной техники.

На основе первых двух концепций появились в свое время (в рамках стереотопографической съемки местности) два метода картографирования по снимкам дифференцированный и универсальный.

В дифференцированном методе картографирования, каждый процесс выполнялся по своей технологии только для него предназначенными средствами. При этом элементы взаимного ориентирования снимков определялись по результатам измерений координат и параллаксов соответственных точек на стереокомпараторах. Изображение рельефа местности осуществлялось путем измерения пары плановых снимков на стереометре, который в 30^x годах сконструирован Ф.В. Дробышевым. Трансформирование снимков производилось на фототрансформаторах. Несмотря на то, что указанная технология имела выдающееся значение при картографировании территории СССР в масштабе 1:25 000 и 1:100 000, на ней не стоит останавливаться, так как она теперь имеет только историческое значение. Приборы, предназначенные для реализации универсального метода стереотопографической съемки, и назвали универсальными аналоговыми приборами. А поскольку оператор выполнял на них стереоизмерения, то полное их название – универсальные аналоговые стереофотограмметрические приборы. Следует отметить, что эра и этих приборов близка к закату. Их уже не производят и из производственного процесса постепенно исключают, так как возможности этих приборов значительно ограничены и по производительности и по параметрам обрабатываемых снимков, и по учету различных искажений снимков (кривизны Земли и рефракции, деформации эмульсионного слоя, дисторсии объектива и проч.).

На смену моделирующим приборам пришли аналитические стереоприборы, у которых таких ограничений нет. Их предшественники стереокомпаратор и вычислительная машина. И именно отсутствие соответствующих средств вычислений долгое время сдерживало развитие аналитической фотограмметрии. В настоящее время на производстве имеется парк универсальных аналитических стереофотограмметрических приборов. Но и их век весьма ограничен, так как выяснилось, что высокоточные измерения, причем с элементами автоматизации, можно выполнять и на экране монитора.

К цифровым методам обработки снимков привело бурное развитие вычислительной техники. За ними не только будущее, но, пожалуй, уже и настоящее. На первый взгляд цифровые и аналитические методы это одно и тоже. Но это не так. В аналитических методах основным источником информации является фотоснимок, кот