Предмет и задачи фотограмметрии.

Предмет и задачи фотограмметрии.

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

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

- изучение и развитие методов картографирования земной поверхности по снимкам.

- решение прикладных задач в различных областях науки и техники.

- развитие технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленной на космических летательных аппаратах.

Понятие спектра электромагнитных волн и его характеристики.

Спектр электромагнитных волн – это весь диапазон частот или длин вол электромагнитного поля, которое существует в природе. Этот спектр достаточно широк, поэтому его, для удобства классификации и работы с ним, разделяют на несколько диапазонов.

Все диапазоны электромагнитных вол по мере возрастания их частоты или длины волны располагают на так называемой «шкале электромагнитных волн». На этой шкале размещены (в порядке возрастания частоты) следующие диапазоны:

1. Низкочастотные электромагнитные волны (от нескольких Гц до 100 кГц).

2. Радиоволны (от 100 кГц до 300 ГГц).

3. Инфракрасное излучение (от 300 ГГц до 400 тыс. ГГц).

4. Видимый свет (от 400 до 800 тыс. ГГц).

5. Ультрафиолетовое излучение (от 800 тыс. ГГц до 30 млн. ГГц).

6. Рентгеновское излучение.

7. Гамма излучение.

Рассмотрим более подробно каждый из этих диапазонов.

Низкочастотные электромагнитные волны – это самый низкий диапазон спектра. Именно в этом диапазоне работает большинство электронных приборов. Дело в том, что с низкочастотным диапазоном легче всего работать и им легче всего управлять.

Радиоволны идут следующим диапазоном в спектре. Как мы знаем, с помощью радиоволн работают практически все беспроводные системы и устройства для передачи информации. В свою очередь радиоволны разделяются на несколько поддиапазонов: длинные, средние, короткие, ультракороткие и сверхвысокочастотные (СВЧ).

Инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолетовое излучение входят в так называемый «оптический диапазон» или оптический спектр. Этот диапазон находится в промежутке частот между 3·10¹¹ до 3·10¹⁶ Гц. Оптический спектр также широко используется в системах передачи информации, но кроме этого еще и в системах отображения визуальной информации: дисплеях, мониторах, информационных табло и т.д.

Рентгеновское излучение возникает в результате различных процессов, возникающих в электронной оболочке атомов различных веществ. Например, при резком торможении быстрых заряженных частиц: электронов, протонов и других. Используется в основном в медицине.

Гамма излучение, также как и рентгеновское генерируется внутри ядер, правда не в результате торможения частиц, а в процессе реакции их деления. Используется, а точнее является следствием использования радиоактивных материалов в энергетике.

Цифровая аэрофотосъёмка.

Цифровая аэрофотосъемка выполняется современными топографическими аэрофотосъемочными системами, обладающими высокой производительностью, геометрической точностью, пространственным разрешением и фотометрическим качеством изображения. Материалы аэрофотосъемки, получаемые с помощью полноформатных цифровых аэрофотокамер, представляют собой набор цветных и мультиспектральных снимков в четырех спектральных зонах (красной, зеленой, синей, ближней инфракрасной). Снимки спектральных каналов могут использоваться для создания спектрозональных снимков (снимков в условных цветах, в которых присутствует ближний инфракрасный канал и два выбранных канала видимой зоны спектра), которые обладают высокими дешифровочными свойствами.

Цифровая аэрофотосъемка эффективно применятся для решения задач:

· Создание и обновление топографических и специальных карт;

· Создание картографической основы кадастра объектов недвижимости;

· Экология и природопользование (сельское и лесное хозяйство);

· Мониторинг различного типа объектов;

· Создание 3D моделей объектов и местности;

· Реагирование на чрезвычайные ситуации;

· Создание визуальных информационных систем.

Фотоаппарат и его блоки.

Фотоаппарат— устройство для получения и фиксации неподвижных изображений материальных объектов при помощи света.

Состоит из: Корпус, к которому крепится объектив, кассета и элементы работы фотоаппарата.

Объектив – главная часть фотоаппарата, с его помощью строится изображение, снимаемого объекта.

Кассета – предназначена для размещения светочувствительного слоя.

Затвор – с помощью затвора регулируется выдержка, т.е. время в течении которого свет проходит через объектив и попадает на светочувствительный слой.

Диафрагма – предназначена для регулирования интенсивности светового потока, проходящего через объектив.

Телевизионная съемка.

Телевизионная съемка ведется телевизионными камерами в оптическом диапазоне электромагнитного спектра (0,4-1,1 мкм). Сущность телевизионной съемки заключается в том, что оптическое изображение местности преобразуется в электрический видеосигнал. Телевизионные приемники относятся к оптико-электронным системам дистанционного зондирования. Телевизионные камеры состоят из объектива, фокусирующего изображение на светочувствительную поверхность, электронно-лучевой трубки, блоков считывания информации и формирования сигналов для трансляции на наземные приемные пункты. Основной составной частью телевизионной камеры является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ), которая и является приемником электромагнитного излучения.

Принципиальное отличие телевизионной камеры от фотоаппарата заключается в том, что оптическое изображение местности через объектив проектируется не на фотопленку, а на светочувствительный экран, на котором формируется электронное изображение, которое преобразуется в электрический видеосигнал. Кроме того, ресурс элементов оптико-электронной регистрации на много больше, чем возможный запас фотопленки на борту носителя, а значит, спутник с телевизионной системой может годами функционировать на орбите и оперативно постоянно передавать информацию на наземные приемные станции.

Инфракрасная съемка.

Инфракрасная (ИК) съемка проводится с целью регистрации теп­лового излучения геологических объектов с космических аппаратов и самолетов в интервалах длин волн преимущественно 3,5-5 и 8-14 мкм. ИК-зондирование осуществляется с помощью сканирующих систем и последующей визуализацией радиационных изменений в форме тепло­вых карт. Последние отображают пространственно-временное распреде­ление температурных контрастов земной поверхности и структурных форм литосферы.

Пороговая чувствительность ИК-тепловой аппаратуры составляет 0,1-1°К, что позволяет фиксировать даже незначительные температурные различия геологических объектов. Разрешение деталей на местности при космической съемке составляет от сотен метров до первых километров. ИК-съемка с авиационных носителей с высот не более 1 км обеспечивает разрешение до 10-15 м. Приемниками ИК-излучения способными полу­чить тепловые карты с высокой пороговой чувствительностью и разре­шающей способностью в спектральном диапазоне 8-14 мкм, являются фоторезисторы из сернистого свинца, теллура и сурьмянистого индия.

ИК-съемка из космоса осуществляется сканирующими радиометрами.

Главный принцип применения ИК-изображений в геологических ис­следованиях заключается в том, что одновозрастные и близкие по литологическому составу породы при прочих равных условиях (влажность и др.) должны обладать близкими тепловыми контрастами и, следовательно, отражаться на ИК-изображснии сходной структурой рисунка.

Лазерная съемка.

Создание лазера положило начало разработки различных лазерных систем дистанционного зондирования, которые получили различные названия. Наиболее широкое применение получило название лидар, который состоит из передатчика и приемника.

Лазерное зондирование относится к активным видам съемок, которое может вестись от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазона. Ввиду поглощения атмосферой коротких волн, используемых в лидаре, он эффективно работает только при ясном небе.

В настоящее время созданы лидары трех типов: высотомер, который позволяет строить профили; сканирующий лидар, который можно использовать как инструмент для картографирования и третий тип лидара – для спектроскопических исследований и создания карты распределения загрязняющих атмосферу веществ.

Основные области применения лазерной съемки следующие:

- измерение концентрации веществ, содержащихся в атмосфере, связанных с ее загрязнением;

- определение термических, структурных и динамических характеристик атмосферы, океана и подстилающей поверхности;

- обнаружение порогового (критического) содержания различных веществ в атмосфере (углекислого газа, окиси азота и двуокиси серы);

- наблюдение за динамикой шлейфов промышленных выбросов;

- распознавание и выделение в океане зон распространения фитопланктона с целью обнаружения косяков рыб, а так же обнаружение нефтяных пятен.

Радиолокационная съемка.

Радиолокационная съемка проводится в зоне электромагнитного спектра с длинами волн от нескольких миллиметров до метров. Она относится к активным методам дистанционного зондирования.

Радиолокационная съемка (активная радиолокация) по отношению к фотографической и телевизионной съемке обладает рядом преимуществ, а именно:

- возможностью проведения съемки в любое время суток и при любых погодных условиях (кроме грозовой облачности);

- независимостью разрешающей способности станции от дальности объекта;

- возможностью съемки без непосредственного полета над объектом;

- большой полоса захвата на местности при малой высоте полета;

- возможностью обнаружения объектов по их радиолокационным, а не оптическим контрастам;

- возможностью передачи полученной информации с борта носителя на наземные пункты по радиоканалу на значительные расстояния.

Отличительной особенностью электромагнитных волн радиодиапазона является способность их проникать вглубь объекта, а глубина их проникновения зависит от свойств подстилающей поверхности и длины волны. Чем больше длина волны, тем больше глубина ее проникновения, которая приблизительно равна половине ее длины. В песчаные отложения и пресную воду радиоволны проникают глубже, чем в глинистые породы и соленую воду.

Перспектива точки

Центральная проекция или перспектива точки А, расположенной в предметном пространстве, получается как точка пересечения с картинной плоскостью проецирующего луча или луча зрения, проведенного из точки зрения S в данную точку пространства А, Рис.3.

Рис. 3. . Построение перспективы точки

Однако, одна проекция точки не определяет ее положения в пространстве. Решение обратной задачи проецирования, то есть определение формы и размеров предметов по их проекциям в наиболее распространенных видах проекций – ортогональных и аксонометрических, осуществляется с помощью двух проекций каждой точки предмета.

Точно так же, с помощью двух проекций одной и той же точки, решается обратная задача проецирования и в перспективных проекциях. Второй проекцией точки А на картине является a_k – перспектива основания точки, полученная путем центрального проецирования, Рис.3. При этом перспектива точки и перспектива ее основания располагаются на одном перпендикуляре к линии основания картины.

Перспективы самих точек и их оснований для любых точек предметного пространства всегда располагаются на картине, выше линии ее основания k-k. Ниже линии k-k могут располагаться только перспективы точек, находящихся в нейтральном и мнимом пространствах.

Основание точки М, лежащей в предметной плоскости, совпадает с самой точкой; так же совпадают на картине перспектива этой точки и перспектива ее основания. Рис. 4.

Перспектива точки В, лежащей в картинной плоскости, совпадает с самой точкой.

Рис.4-. Построение перспективы точек частного положения

3. Перспектива прямой

Перспектива прямой линии, произвольно расположенной в пространстве, получается на проецирующем аппарате как совокупность точек пересечения с картинной плоскостью лучей зрения, проведенных к каждой точке данной прямой. Эти лучи образуют плоскость, называемую лучевой плоскостью. Таким образом, перспектива прямой на плоскость представляет собой прямую линию, т. к. является результатом пересечения двух плоскостей – картинной и лучевой. Из этого следует, что для построения перспективы прямой достаточно построить перспективу двух ее точек; тогда прямая, проведенная через найденные точки, представит перспективу заданной прямой.

Поскольку перспектива любой точки пространства определяется двумя ее проекциями, то и перспектива прямой АВ на картинной плоскости будет задана центральными проекциями этой прямой и ее основания, Рис.5.

Рис. 5. Построение перспективы прямой

Фотограмметрическая модель

фотограмметрическая модель (объекта)
Совокупность координат точек объекта фотограмметрической съемки, определенных в результате фотограмметрической обработки фотограмметрических снимков.
Примечание - Фотограмметрическая модель объекта подобна объекту, может иметь произвольный масштаб и быть произвольно расположена и ориентирована относительно системы координат объекта.

30.

элементы ориентирования (фотограмметрической) модели:— элементы внешнего ориентирования модели:геометрические параметры, определяющие положение, ориентацию фотограмметрической модели объекта фотограмметрической съемки и ее масштаб. [ГОСТ Р 51833-2001]. К элементам внешнего ориентирования модели относятся 7 параметров: знаменатель масштаба модели, геодезические координаты начала фотограмметрической системы координат, продольный угол наклона модели, поперечный угол наклона модели, угол поворота модели.
Э.в.о.м. определяются как правило по опорным точкам путем решения системы уравнений с семью неизвестными. Для решения такой системы достаточно трех точек, одна из которых может быть высотной.

Предмет и задачи фотограмметрии.

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

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

- изучение и развитие методов картографирования земной поверхности по снимкам.

- решение прикладных задач в различных областях науки и техники.

- развитие технологии получения информации об объектах Земли, Луны и планет солнечной системы с помощью аппаратуры, установленной на космических летательных аппаратах.