↑ Информационные возможности фотографических изображений

Изучением метрических свойств снимков с использованием их в целях измерений занимается фотограмметрия. Фотограмметрические способы обработки снимков позволяют определять пространственное положение объектов, получать их геометрические характеристики и прослеживать изменения.

В процессе работы с плановыми снимками географ использует их не только для выявления и прослеживания линейных границ объектов но изучает и их объемные формы и пространственное положение. Для этого приходится прибегать к ряду измерений и дальнейших построений, как это делается при составлении тематических карт на топографической основе. Однако между снимком и топографической картой имеются существенные и принципиальные различия. Поэтому знание основных геометрических и фотограмметрических свойств аэрокосмических снимков необходимо каждому географу, для того, чтобы избежать грубых ошибок при работе с ними. Так как фотографические снимки обладают наиболее высокими геометрическими и изобразительными свойствами, в этой главе будут рассмотрены их геометрические и стереоскопические свойства.

↑ Центральная проекция снимка

Изображение земной поверхности на аэроснимке строится с помощью прямолинейных лучей, идущих от разных точек земной поверхности через общий центр проектирования S, которым является узловая точка объектива аэрофотоаппарата.

Изображение земной поверхности на аэроснимке строится с помощью прямолинейных лучей, идущих от разных точек земной поверхности через общий центр проектирования S, которым является узловая точка объектива аэрофотоаппарата.
Такая проекция называется центральной в отличие от ортогональной, при которой все точки местности проектируются на плоскость непосредственно прямыми линиями, перпендикулярными к этой плоскости. По принципу ортогональной проекции строятся топографические карты. Из рисунка видно, что при перемещении плоскости проекции параллельно самой себе (например из Р в Р1) положение точек местности в ортогональной проекции не изменится. В условиях же централь- ной проекции положение одних и тех же точек местности будет меняться в зависимости от изменения высоты центра проекции над поверхностью Земли и от положения плоскости проекции Р..

Рассмотрим элементы центральной проекции, и введем обозначения характерных линий и точек (см. рис.). Центром проекции является центр объектива – S, а плоскость Р является картинной плоскостью, которой принадлежит плоскость снимка. Главный луч, или оптическая ось объектива, SO располагается перпендикулярно плоскости снимка, а So=f, т. е. главному расстоянию камеры, или фокусному расстоянию объектива АФА. Точка о – главная точка снимка, его геометри­ческий центр. Плоскость Е есть некоторая уровненная поверхность Земли, или предметная плоскость. Предметная и картинная плоскости пересекаются по линии ТТ, которая называется осью перспективы. Проведем перпендикуляр SN к плоскости Е – это расстояние называется высотой съемки и обозначается H. Плоскость V проходит через главный луч SO и называется плоскостью главного вертикала. Линия пересечения плоскости V с плоскостью снимка Р называется главной вертикалью vv.

Линия h₀h₀, проходящая через главную точку снимка перпендикулярно к главной вертикали, называется главной горизонталью. Параллельная ей линия h_ih_i, которая получается в пересечении плоскости снимка Р с горизонтальной плоскостью, проведенной через центр проекции, называется линией горизонта. Она несколько не совпадает с изображением на снимке видимого горизонта из-за кривизны Земли и влияния рефракции, а также неровностей поверхности Земли.

На главной вертикали, кроме главной точки снимка о, отмечаются еще ряд характерных точек. На пересечении главной вертикали с линией горизонта размещается точка i – главная точка схода. Она является точкой схода на снимке всех прямых линий местности, параллельных линии направления фотографирования ОСN. От главной точки снимка о главная точка схода находится на расстоянии oi=fctga, где а – угол наклона снимка, или угол наклона оптической оси.

Точка надира n отмечается на пересечении плоскости снимка с отвесной линией   SN.  Точка  надира   является   на   снимке  точкой   схода   всех вертикальных линий местности. Точка надира п отстоит от главной точки снимка на расстоянии оп = f tgа.

На пересечении биссектрисы угла наклона оптической оси с главной вертикалью находится точка нулевых искажений с. Все углы на местности, имеющие вершину в точке нулевых искажений, равны соответствующим углам на снимке. Расстояние точки нулевых искажений от главной точки снимка . Горизонталь h_сh_с,  проходящая через точку нулевых линией с, называется линией нулевых искажений или линией неискаженного масштаба.

В общем случае съемки координатные оси снимка развернуты по
отношению к линии главного вертикала на угол х, называемый углом
поворота снимка. При малых углах наклона снимка линия горизонта уходит далеко за пределы снимка, а точка нулевых искажений и точка надира располагаются вблизи от главной точки снимка. На горизонтальных снимках все точки совпадают в главной точке снимка.

Использование аэроснимков для картографических целей, а так же для различного рода специальных точных измерительных работ с помощью стереоприборов требует определения элементов их внутреннего и внешнего ориентирования.

Элементы внутреннего ориентирования аэроснимка определяются тремя величинами: фокусным расстоянием АФА (fк) и фотограмметрическими координатами Δх Δу главной точки снимка, которые определяют положение центра проекции в относительно аэронегатива в аэрофотоапарате.

Элементы внешнего ориентирования аэроснимка позволяют восстановить положение, которое занимал аэрофотоснимок в пространстве в момент фотографирования. Таких элементов шесть, три из них линейные и три угловые. В качестве линейных элементов служат три пространственные координаты, определяющие положение S – X_S, Y_S и Z_S  в системе координат  X, Y, Z.

Угловыми элементами являются следующие:

а - угол отклонения главного луча SO от отвесной прямой SN, который определяет наклон аэроснимка;

А - угол, составленный линией пересечения вертикальной плоскости SNO и координатной плоскости ХУ с направлением оси   X,   который   определяет   азимут   линии   направления аэросъемки;

К - угол, определяющий поворот аэроснимка в своей плоскости вокруг главного луча SO.

Измерения, выполненные по отдельным снимкам, такие как измерение линейных величин, могут производится с помощью простых измерительных средств: масштабной линейки, измерителя, транспортира, планиметра и т.д. Измерения по стереопаре аэроснимков выполняется при помощи специальных стереофотограмметрических приборов позволяющих получать по данной паре снимков пространственную модель местности.