Фотограмметрия как наука и ее связь с другими дисциплинами

1. Фотограмметрия как наука и ее связь с другими дисциплинами.

Фотограмметрия – это дисциплина занимающаяся изучением свойств  изображения объектов и методов  их отработки с целью определения  формы, размеров, пространственного  положения  и изменения во времени  этих объектов.

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, способы их получения  и использования для определения  количественных и качественных характеристик  сфотографированных объектов, а также  приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки.

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, установленной на космических  летательных аппаратах. Задачи и  методы последнего из указанных направлений  существенно отличаются от первых двух, и далее детально не рассматриваются.

Современная фотограмметрия как техническая  наука тесно связана с науками  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 обладают снимки.

Фотограмметрический снимок – это  изображение объекта зафиксированное на материальном носителе в аналоговом или цифровом виде, используемый для целей фотограмметрической обработки.

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. Фотограмметрическое оборудование, используемое, прежде всего, в картографических целях, можно применить и в  других областях науки и техники.

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 координат и высот заданных точек местности и определения топографических поправок в измеренные значения 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.

2.  Понятие спектрометрирования. Технология спектрометрирования.

Космическая фотограмметрия – изучает методы исследования объектов по космическим снимкам, по материалам искусственных спутников Земли, изучают состав поверхности Земли  для различных  целей: прогнозирование  погоды, полезных ископаемых, определение  характеристик снежного покрова, кроме  того по космическим снимкам исследуют  небесные тела: Луну, Венеру, Марс, создают  карты поверхностей этих тел.

Эти фоторгамметрические методы применяются для изучения не только в оптическом диапазоне электромагнитного спектра, но и в радио и ренгеновском диапазоне.

3. Контактная и  проекционная печать.

Существует два способа печати: контактный и проекционный.

При контактном способе печати фотографическая бумага помещаете и вплотную к негативу; отпечаток получается того же размера, что и негатив. При проекционном способе печати негатив помещается в увеличитель, при помощи которого изображение может быть увеличено в любое число раз; на практике большей частью используют линейное увеличение до 10—20 раз. 
        Проекционная печать в настоящее время является основным способом печати при съемке пленочными камерами, так как она имеет ряд преимуществ. При увеличении размер и формат отпечатка не связаны с размером и форматом негатива; можно отпечатать не все негативное изображение, а только часть его. Увеличение позволяет легко исправить ряд недостатков негатива, которые при контактной печати будут неизбежно переданы на отпечатке с механической точностью.  
       Контактный способ печати позволяет получить большую резкость изображения и поэтому используется в основном в научной, технической и репродукционной фотографии. Для этих целей обычно используются негативы размером 9×12 см и более. При съемке пленочными камерами контактным способом можно делать отпечатки с негативов 6×6 и 6×9 см, а также пробные отпечатки с малоформатных негативов.

4. Стереоскопическая съемка. Стереоскопический эффект.

      Если стереоскопическая съемка выполняется двумя отдельными фотоаппаратами или одним фотоаппаратом путем его смещения, необходимо позаботиться о том, чтобы их оптические оси были параллельны, а базис был горизонтален и имел достаточную величину. Установлено, что острота стереоскопического восприятия пространства зависит от величины базиса.       Чем больше базис, тем более удаленные предметы воспринимаются объемными, однако ближние предметы при больших базисах стереоскопически воспринимаются хуже. Поэтому практически величину базиса Б выбирают, исходя из расстояния до ближайших предметов L по формуле.

      Чаще всего стереоскопическую съемку выполняют малоформатными фотоаппаратами, имеющими кадр 24x36 или 18X24 мм и объективы с фокусными расстояниями 40—60 мм. Их удобно размещать на штативе, с привинченной горизонтальной планкой, на которой устанавливаются два фотоаппарата или перемещается один фотоаппарат. Неплохие стереоскопические снимки неподвижных объектов можно получить одним фотоаппаратом без штатива, смещая фотоаппарат (на величину базиса) перенесением тяжести тела с одной ноги на другую. Незначительная непараллельность оптических осей обоих кадров не ухудшает стереоскопического эффекта.

Расстояние между зрачками человека в среднем равно 65 мм и называется нормальным глазным базисом. Пользуясь  приведенной формулой, нетрудно вычислить  расстояние до ближайших объектов, воспринимаемых стереоскопически: L = = 50Б = 50-65 = 3250 мм = 3,2 м. В большинстве случаев объекты съемки находятся от фотоаппарата па большем расстоянии, поэтому величину базиса съемки Б = 65 мм можно считать наиболее употребительной и стереофотоаппараты промышленного изготовления имеют базис, близкий к этой величине. Вместе с тем, как уже упоминалось, очень удаленные объекты лучше воспринимаются при большей величине базиса. Поэтому для съемки архитектурных ансамблей, удаленных ландшафтов базис съемки целесообразно увеличивать, иногда до нескольких метров. Можно получать стереоскопические изображения и близко расположенных малых объектов в случае макро- и микросъемки при соответственном уменьшении базиса фотографирования. Процесс получения негативов и позитивов для стереоскопических наблюдении ничем не отличается от обычного.

Рассматривать стереоскопические  изображения можно различными способами. Наилучший стереоэффект наблюдается  в стереоскопах, позволяющих одному наблюдателю видеть увеличенное  стереоскопическое изображение.

Стереоскоп состоит из рамки, в  которой устанавливаются два  отпечатка или диапозитива, правый и левый, линз-окуляров и планки, закрывающей правое изображение  от левого глаза и левое от правого.

Стереоскопы обычно дают возможность  видеть стереоизображение только одному наблюдателю, поэтому для наблюдения стереоизображений несколькими  зрителями разработаны и другие способы стереоскопического наблюдения.

Способ анаглифов заключается в том, что правое и левое изображения одновременно проецируются на белый экран через красный и зеленый светофильтры соответственно. Зритель наблюдает изображение через очки, правое стекло которых является красным светофильтром, а левое — зеленым, благодаря чему правый глаз видит только правое изображение, а левый — только левое. Таким образом выполняется основное условие раздельности наблюдения правым и левым глазом.

Аналогично наблюдают стереоизображение  с помощью поляризационных светофильтров. В этом способе на объективы проектора  надеваются поляризационные светофильтры, плоскости поляризации которых перпендикулярны. Изображение на экране рассматривают через очки также с поляризационными фильтрами, плоскости поляризации которых установлены так, что правый глаз видит только правое изображение, а левый только левое, и возникает стереоэффект.

Существуют и другие способы  коллективного восприятия стереоскопических  изображений, в том числе и  стереоскопического кино, однако все  эти способы не получили массового  распространения.

5. Отличие реального  снимка от идеальной центральной  проекции.

Центральная проекция - проекция участка местности на плоскость аэро- или космо снимка, полученная с помощью проектирующих лучей, проходящих через центр проекции (точку фотографирования).

При картографировании земной поверхности  используют различные картографические проекции. Задачи организации территорий, земельного и городского кадастра, инженерных изысканий удобнее решать по планам, созданным по законам ортогонального проецирования, — точки элементов ситуации при этом проецируют на горизонтальную плоскость отвесными линиями с одновременным масштабированием результатов. 
На снимках, полученных с помощью кадровых съемочных систем, изображение, как отмечалось ранее, строится по законам центрального проецирования. Проектирующие лучи здесь представляют собой пучок линий, проходящих через единую точку — центр проекции.

Построение  изображения какого-либо предмета или  объекта на избранной поверхности  по определенному закону называется проектированием, а его результат  – проекцией.

6. Определение высот (глубин) объектов, крутизны склонов участков местности с помощью измерительных стереоскопов и стереокомпараторов.

Если по снимкам получают объемное трехмерное изображение объекта  и измерение производят на трехмерной модели, то это стереофотограмметрические методы (от греческого слова стерео – пространство).

Для применения стереофотограмметрических  методов, съемку объекта производят специальным образом. Снимки получают с разных точек пространства, так  чтобы одна и та же территория (объект) изображались на 2 или более снимках.

При использовании зеркально-линзового стереоскопа, его устанавливают перед экраном дисплея, в левой части которого формируют изображение фрагмента левого, а в правой части – правого снимка стереопары.

Анаглифический метод заключается в следующим: на экран дисплея одновременно выводятся наложенные друг на друга фрагменты левого и правого снимков стереопары, первый из которых окрашивает в синий, а второй – красный цвет.

Перед левым глазом оператора  устанавливают красный светофильтр, о перед правым – синий. В этом случае оператор левым глазом наблюдает только левый снимок, а правым только правый.

Возможна также комбинация красного и зеленого, зеленого и  синего светофильтров.