Соколова Е.В. КЛ_АМвЛХ

чувствительность фотоматериала. Несенсибилизированные фотоэмульсии таких веществ не содержат.

Различают следующие типы фотоэмульсий:

несенсибилизированные — чувствительны к синим лучам спектра; ортохроматические и изоортохроматические — чувствительные к

синим, зеленым и желтым лучам;

пахроматические и изопахроматические взаимодействуют с лучами всей видимой зоны спектра;

инфрахроматические фотослои обладают максимальной чувствительностью к лучам инфракрасной зоны спектра, причем максимум приходится на различные длины волн, что отражается в их маркировке, например И-840, И-960.

Фотографическая широта — свойство фотоэмульсионного слоя сохранять пропорции оптических плотностей на снимке яркостям фотографируемых объектов. Чем больше фотографическая широта, тем больший интервал яркостей объектов будет изображаться на снимке без искажений.

Зернистая структура фотоэмульсионного слоя — важный фактор в получении снимков высокого изобразительного свойства. Зѐрна фотоэмульсии при экспонировании рассеивают световые лучи, что ограничивает воспроизведение мелких деталей, снижает резкость изображения и уменьшает пределы увеличения снимков. Для оценки зернистости фотоэмульсионного слоя применяют критерий, называемый коэффициентом зернистости (фактор зернистости). Коэффициент зернистости используют для визуальной оценки размеров зерна фотоэмульсии, и он является показателем предельного увеличения изображений. Рассчитывают его по формуле:

	Q	100	(1.5)
		n

где n — увеличение, при котором визуально определяется появление зерна на увеличенном изображении.

Разрешающая способность фотоматериала определяет способность фотоэмульсионного слоя раздельно воспроизводить мелкие близко расположенные детали фотографируемого объекта.

Разрешающая способность зависит от размера зерна фотоэмульсионного слоя: чем больше зерно, тем меньше разрешающая способность. Современные аэропленки имеют разрешающую способность 60...250 мм-1.

Фотобумага, применяемая в аэрофотографии, представляет собой бумажную основу с нанесенными на нее слоями сернокислого бария и фотоэмульсионным. Основу изготовляют из тонкой бумаги, картона, тисненого картона. В некоторых фотобумагах, например «фотокарт», бумажная основа «запечатана» между двумя тончайшими слоями полимерной пленки. Такая основа не размокает и практически не деформируется.

Цветные фотопленки и фотобумаги позволяют получить цветное изо-

бражение. Преимущество цветного изображения в том, что глаза человека

воспринимают во много раз больше цветов и цветовых оттенков, чем тонов черно-белого изображения. В аэрофотографии используют два варианта цветного изображения: в естественных (натуральных) цветах — цвет изображения соответствует цисту объекта, в ложных (псевдоцветах) — цвет изображения отличается от цвета объекта. Во втором случае получают спектрозональные изображения, а съемку называют спектрозональной. Смысл спектрозональной съемки — получение наибольшего цветного контраста изображений объектов местности. В отличие от чѐрно-белых фотоматериалов у цветных фотоэмульсионный слой стоит из двух-трех слоев. Каждый слой чувствителен к лучам определѐнного спектра. Находящиеся в этих слоях красители после химической обработки окрашивают их в определенные цвета. Сложение цветов изображений в отдельных слоях приводит к формированию цвета изображения в целом. В результате цветонос произведение должно соответствовать заданной цветовой гамме.

1 . 3 . 1 . 3	Л ѐ т н о - с ъ ѐ м о ч н ы й	п р о ц е с с
а э р о ф о т о с ъ ѐ м к и

Аэрофотосъемка состоит из подготовительных, летно-съемочных, полевых фотолабораторных и полевых фотограмметрических работ.

Подготовительные работы. Одним из важнейших процессов является расчет элементов аэрофотосъемки. Для этого требуются заданные значения масштаба фотографирования и фокусного расстояния АФА, формат аэрофотоснимка, заданные проценты продольного и поперечного перекрытия, размеры съемочного участка.

По этим исходным данным определяют высоту и базис фотографирования, интервал между экспозициями, число аэрофотоснимков в маршруте и на съемочный участок, а также время, необходимое для аэрофотосъемки всего участка оборудование, материалы и полетные карты, проводят тренировку экипажей и составляют графики полетов, затем приступают к аэрофотосъемке. Набрав заданную высоту и выйдя на маршрут, аэрофотосъемщик - оператор определяет угол сноса (угол между направлением продольной оси самолета и линией пути самолета) и путевую скорость самолета, т.е. скорость движения самолета относительно Земли. С учетом величины угла сноса самолет разворачивают против ветра на угол упреждения. Значения путевой скорости самолета или другого носителя необходимо для вычисления интервала времени между экспозициями. Угол сноса и путевую скорость самолета определяют при помощи оптических визиров в прямом и обратном направлениях по маршруту. После этого приступают к фотографированию местности: включив аэрофотосъемочную аппаратуру, следят за ее работой и прокладыванием аэрофотосъемочных маршрутов и соответствии с проектом.

Маршрут самолета прокладывают по приборам и контролируют по земным ориентирам.

Полевые фотолабораторные работы состоят из негативного и позитивного процессов.

Негативный процесс включает проявление, фиксирование, промывку экспонированной аэропленки.

Позитивный процесс заключается в получении контактных аэрофотоснимков путем печатания на специальных станках (копировальных приборах) фотоизображений с негативов на светочувствительную фотобумагу.

Полевые фотограмметрические работы включают нумерацию аэрофильмов; контроль качества аэрофотосъемки по всем показателям в соответствии с техническими требованиями; составление накидных монтажей; выявление необходимых исправлений и доделок; изготовление репродукции накидных монтажей; оценку качества съемки по законченным участкам, составление паспортов; подготовку, оформление и сдачу готовой продукции.

Нумерацию и регистрацию аэронегативов выполняют сразу после высушивания аэрофильмов. Каждый аэронегатив нумеруют с эмульсионной стороны в левом верхнем углу обратным (зеркальным) письмом. Кроме порядковых номеров аэрофотоснимков надписывают дату и номенклатуру района аэрофотосъемки. Все аэронегативы регистрируют и направляют в фотолабораторию для изготовления контактной печати.

Накидной монтаж (соединение контактных отпечатков по их общим контурам) выполняют на деревянных щитах в границах съемочных трапеций международной разграфки или лесхоза.

Предварительно аэроснимки раскладывают по маршрутам. Монтаж начинают с верхнего маршрута справа налево ли слева направо, чтобы были видны номера аэрофотоснимков, которые последовательно накладывают один на другой, монтируют по контурам ситуации местности в местах перекрытий и закрепляют кнопками. Каждый следующий маршрут увязывают с предыдущим по перекрытиям. Полученный рабочий накидной монтаж позволяет установить границы заснятой территории, проверить техническое и фотографическое качество съемочных работ. Дав предварительную оценку качества аэрофотоснимков, устанавливают места, подлежащие повторной аэрофотосъемке, если перекрытие между аэрофотоснимками меньше заданной величины или имеются фотографические дефекты.

Оценка качества выполненного залета. После изготовления накидного монтажа, выполняют оценку качества аэрофотосъемочных материалов. Аэрофильмы и контактные отпечатки с них должны иметь резкое и хорошо проработанное изображение по всему полю. Основные фотограмметрические требования к материалам аэрофотосъемки выполняемой для создания и обновления карт и планов заключаются в следующем:

Непрямолинейность аэрофотосъемочных маршрутов, определяемая как отношение стрелки прогиба к длине маршрута, не должна быть более 2% при аэрофотосъемке с высоты 750 м и более в масштабе 1:т < 1:5000. При высоте полета менее 750 м и т= 1:5000 и крупнее непрямолинейность допускается до 3%.

Высота полета над средней плоскостью съемочного участка не должна отличаться от заданной в равнинных районах более чем на 3%, в горных - более чем на 5%, а при высотах до 1000 м - более чем на 30 м в равнинных и на 50 м в горных районах.

Число стереопар с максимальным продольным перекрытием не должно превышать 5% от их общего числа.

Максимальные взаимные продольные и поперечные углы наклона аэроснимков, полученных стабилизированными АФА, не должны превышать 1,5° для f < 140 мм и 2,0 для f > 200 мм. Сумма взаимных поперечных углов наклона в серии аэрофотоснимков не должна превышать 2,0° для f < 140 мм и 2,5 для f > 200 мм. Стереопар с максимальными значениями взаимных продольных углов наклона не должно быть более 3%, а стереопар с максимальными поперечными углами наклона - не более 5%. При аэрофотосъемке без стабилизации АФА углы наклона не должны превышать 3°. При высоте полета более 750 м число аэрофотоснимков с максимальными углами наклона допускается не более 10% от их общего числа.

Непараллельность базиса фотографирования стороне аэроснимка ("елочка") не должна превышать 5° при f = 100 мм и меньше, 7° при f = 140 мм, 10 при f =200 мм, 12° при f=350 мм и 14 при f =500 мм. Максимальные значения этих углов допускаются на отдельных стереопарах как исключение.

После окончания летно-съемочных работ выполняют чистовой накидной монтаж, на котором размечают рамки трапеции международной разграфки, пишут названия населенных пунктов и рек, а также номенклатуру трапеции. С накидного монтажа изготовляют репродукции. Масштаб репродукции должен быть в 3-4 раза мельче масштаба аэрофотосъемки. Репродукции накидного монтажа используют в дальнейшем при обследовании лесов и в лесоустройстве. По ним можно предварительно ознакомиться с районом работ, установит наличие нелесных и не покрытых лесом площадей, разделить территорию на таксаторские участки, подобрать аэрофотоснимки для полевых работ.

1 . 3 . 2 Н е ф о т о г р а ф и ч е с к и е с ъ ѐ м о ч н ы е с и с т е м ы

К нефотографическим системам относят несколько классов съемочных устройств, которые разработаны с целью расширения технических возможностей аэро- и космических методов изучения Земли. Принципиальное их отличие от фотографических систем — применение иных сенсоров, регистрирующих широкий спектр излучения от земной поверхности, иных способов построения и передачи изображения. Съемочные системы, установленные на космических летательных аппаратах, позволяют получать информацию о процессах, проходящих на Земле, в реальном или близреальном времени. Специфика космических полетов потребовала конструирования съемочных систем специального вида: компактных, малой массы и энергопотребления, с возможностью передачи без искажения информации на пункт приема непосред-

ственно в процессе съемки и т. д. Съемочные системы, применяемые при космических съемках, успешно используют в аэросъемочном процессе.

Кадровые телевизионные (ТВ) системы имеют сходство с кадровыми фотографическими системами — изображение строится по закону центральной проекции. Также существуют оптическая система, затвор, компенсатор сдвига изображения. Изображение формируется на фотоэлектрической поверхности (фотомишени), являющейся частью приемопередающего устройства — видикона (рис. 1.8).

Рисунок 1.8 - Схема видикона (1 - объектив; 2 -затвор; 3 фотомишень; 4 - электронный прожектор; 5 - управляющие конденсаторы;

6 - электронный луч; 7 – изображение)

Фотомишень можно считать аналогом фотопленки, но в отличие от нее используемым многократно. Схема процесса получения ТВ-снимка следующая. Оптическое изображение с помощью объектива фокусируется на фотомишень. На ее поверхности образуется поле электрических зарядов. Величина заряда на элементарной площадке фотомишени пропорциональна интенсивности падающего светового потока (экспозиции). Изображение представлено распределением электрических зарядов различной величины. При передаче на пункт приема оно сканируется электронным лучом, исходящим из электронного прожектора и управляемым отклоняющей системой (конденсаторами). В момент взаимодействия электронного луча с элементарной ячейкой происходит сложение зарядов. Суммарный заряд поступает на усилитель, после чего передается антенной по радиоканалу на наземный пункт приема, где поступившие сигналы визуализируются — преобразуются в изображение, аналогичное фотографическому. В результате сканирования фотоэлектрическая поверхность очищается и готова к приему нового оптического изображения. В случае, когда прямая радиосвязь невозможна, результаты съемки записываются на магнитный носитель. Передачу информации начинают после входа в зо-

ну радиовидимости. Изображение в кадровых ТВ-системах может быть получено одновременно в нескольких спектральных зонах. Для этого используют несколько видиконов, имеющих различную спектральную чувствительность фотоэлектрических поверхностей.

Недостатки кадровых ТВ-систем — большие геометрические и фотометрические искажения, низкая разрешающая способность, а также зависимость от погодных условий. ТВ-снимки используют при исследовании больших территорий земной поверхности и поверхности океанов, изучении облачности и т. п. Из отечественных ТВ-систем можно отметить систему «Метеор» с разрешением на местности от 1,25 х 1,25 км в центре до 2,0 х 2,0 км на краю снимка. Система RVR, установленная на LANDSAT (США), имеет три спектральных канала с разрешением на местности при съемке с высоты 930 км

0,04...0,08 км.

Контрольные вопросы

1.Типы самолетов и вертолетов, применяемых в лесном хозяйстве, их летно-технические характеристики?

2.Понятие дистанционного зондирования.

3.Каковы преимущества и недостатки фотографических и нефотографических съемок?

4.Как различают аэрофотосъемку по основным параметрам?

5.Что входит в аэрофотосъемочные работы?

6.Каковы требования, применяемые к плановой аэрофотосъемке?

7.Назовите основные характеристики АФА?

8.Каковы основные технические показатели фотоматериалов?

9.В чем состоит летно-съемочный процесс?

10.Что такое накидной монтаж?

11.Чем отличается рабочий накидной монтаж от чистого накидного

монтажа?

ЛЕКЦИЯ 3 - ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЭРО- И КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ (2 ЧАСА)

3.1 Основные элементы центральной проекции

3.2 Масштабы аэроснимков

3.3 Искажения изображений на аэроснимках

3 . 1 О с н о в н ы е э л е м е н т ы ц е н т р а л ь н о й п р о е к ц и и

При картографировании земной поверхности используют различные законы построения изображения этой поверхности в масштабе — картографические проекции. Задачи организации территорий, земельного и городского кадастров, инженерных изысканий удобнее решать по планам, созданным по законам ортогонального проектирования: точки элементов ситуации при этом проецируют на горизонтальную плоскость отвесными линиями с одновременным масштабированием результатов.

На снимках, полученных с помощью кадровых съемочных систем, изображение строится по законам центрального проецирования. Проектирующие лучи здесь представляют собой пучок линий, проходящих через единую точку — центр проекции.

Основные элементы центральной проекции (рис. 3.1) следующие:

S — центр проекции — в фотограмметрии задняя узловая точка съемочной камеры;

P’ — картинная плоскость (негативная) — фокальная плоскость съемочной камеры;

Р — картинная плоскость позитивная; Е — предметная плоскость — горизонтальная секущая плоскость сни-

маемого участка местности; о — главная точка картины — главная точка снимка, получаемая при

пересечении главного луча (оптической оси) объектива съемочной камеры So с плоскостью картины;

W — плоскость главного вертикала, проходящая через точку S перпендикулярно плоскостям Р и Е;

vov' — главная вертикаль — след пересечения плоскостей Р (P’) и W; v0V— проекция главной вертикали;

n - точка надира — точка пересечения плоскости Р (Р’) отвесным лу-

чом;

N — проекция точки надира — точки пересечения плоскости Е отвесным лучом;

αp — угол наклона картины (снимка) — угол между плоскостями Р (Р’)

иЕ или лучами SO и SN;

с— точка нулевых искажений — точка пересечения плоскости Р (Р') биссектрисой угла oSn;

С— проекция точки нулевых искажений;

hnhn — горизонталь, проходящая через точку n, — линия в плоскости Р (Р’), перпендикулярная vov.

Рисунок. 3.1. Основные элементы центральной проекции

Горизонтали могут проходить через любую точку картины, например через точку o — hoho или точку с — hchc. В одной из систем координат снимка главную вертикаль v0V принимают за ось абсцисс, а любую из горизонталей — за ось ординат.

Точки о, n, с располагаются на главной вертикали, а точки О, С, N— на ее проекции. Расстояние oS называют главным расстоянием и обозначают буквой f, а в фотограмметрии — фокусным расстоянием съемочной камеры. Расстояние SN называют высотой съемки и обозначают Н.

3 . 2 М а с ш т а б ы а э р о с н и м к о в

Под масштабом изображения местности понимают отношение отрезка прямой этого изображения к соответствующему отрезку прямой на местности.

Масштаб горизонтального аэроснимка выражается простым соотноше-

нием:

1		fk
m		H ,		(3.1)

где fk – фокусное расстояние камеры; Н – высота фотографирования.

Масштаб горизонтального аэроснимка плоской местности постоянен по всей площади аэроснимка, следовательно горизонтальный аэроснимок является планом плоской местности.

Масштабы планового и перспективного аэроснимков не равны масштабу соответствующего горизонтального аэроснимка.

Масштаб планового аэроснимка в принципе различен не только в разных частях аэроснимка, но и в каждой точке. Он не одинаков также для различных направлений. Однако, учитывая, что углы наклона плановых аэроснимков малы (до 3°) и искажения невелики, масштаб их для практических целей определяется по той же формуле, что и горизонтальных аэроснимков.

Перспективный аэроснимок в разных своих частях имеет существенно различные масштабы изображения, которые зависят от того, в каком направлении взят измеряемый отрезок. Только по линиям, перпендикулярным к главной вертикали (по горизонталям) масштаб остается постоянным.

Масштаб перспективного аэроснимка может быть определен как отношение бесконечно малого отрезка dr на аэроснимке к соответствующему бесконечно малому отрезку на местности DR.

Исходя из этого, масштаб вдоль любого направления перспективного аэроснимка можно определить по формуле:

cos

x

sin

2

dr

1

f к

f к

(3.2)

DR

m

H

1 sin 2

sin 2

По этой формуле и рис. 3.1 можно определить масштаб в характерных точках по главной вертикали и горизонталям.

Масштаб горизонтали, проходящей через любую точку аэроснимка, определяется по формуле:

1		fk	cos	x	sin	(3.3)
my		H		fk

Если известны fK, H и α, то можно определить масштаб по любой горизонтали, подставив во второй член в скобках значение координаты х для искомой горизонтали. Так, например, для главной горизонтали, проходящей через точку о, координата х=0 следовательно, формула масштаба примет вид:

1		fk	cos
				(3.4)
m		H

Масштаб по горизонтали, проходящей через точку надира, будет:

1 fk 1

						(3.5)
	m m cos

Координата х для точки нулевых искажений равна

x fktg 2

Тогда масштаб по горизонтали, проходящей через точку нулевых искажений, будет:

1 fk

m H

Масштаб вдоль главной вертикали в обобщенном выражении определяется формулой:

1		f k	cos	x	sin	2
my		H		f k		(3.6)

Из анализа этой формулы видно, что масштаб по главной вертикали непрерывно изменяется, так как непрерывно меняются значения координаты х для различных точек главной вертикали.

Так, в главной точке аэроснимка при х=0 масштаб по вертикали будет:

1		f	k	cos	2
m		H

вточке нулевых искажений равна:

xfktg 2

		1						fk
а для точки надира при x=fKtg:				m				H
	1		fk				1
	m		H cos2

(3.7)

(3.8)

(3.9)

Из вышеизложенного видно, что в главной точке масштаб по горизонтали мельче, чем масштаб соответствующего горизонтального аэроснимка, а масштаб по вертикали еще мельче, чем масштаб по горизонтали. В точке ну-