Лобанов А.Н. Фотограмметрия

Подождите немного. Документ загружается.

можно вычислить по двум наиболее удаленным друг от друга опор-

ным точкам (рис. 278)

АТ = Т — Т

; )

= АУ

1АХ

\ Г = — АУ"/АХ", )

где Т

и Т — дирекционные углы направления, проходящего через

опорные точки, в геодезической и фотограмметрической системах

координат; АХ

, А У

— разности геодезических координат опор-

ных точек; АХ", АУ" — разности фотограмметрических коорди-

нат опорных точек.

Новые фотограмметрические координаты точек сети

X'" = X" соз АТ — У" зт АТ; У" = — X" зт АТ — У" соз АТ,} (21.103)

а геодезические

= Х

Г1

+ Х"'; У

= У

-\-У"',} (21.104)

где Х

Г1

и У

Г1

— геодезические координаты начала фотограмметри-

ческой системы координат.

С целью сокращения работ в коротких рядах часто не вычис-

ляют координаты Х

и У

точек сети, а получают эти точки на план-

шете графическим способом. В этом случае точки сети наносят по

координатам X" и У" на прозрачную основу в том же масштабе,

в каком нанесены опорные точки на планшет. Затем прозрачную

основу кладут на планшет, ориентируют ее по опорным точкам и на-

калывают определяемые точки сети.

Влешнее ориентирование длинной маршрутной сети, .построен-

ной на стереопроекторе или другом универсальном стереоприборе,

можно выполнить и более строгим аналитическим способом, изло-

женным в § 148.

§ 153. Высокоточные автоматизированные

стереокомпараторы

Для аналитической фототриангуляции изготовлены специальные

стереокомпараторы. По сравнению со стереокомпаратором, описан-

ным в гл. 5, они имеют следующие основные особенности:

1. Точность измерений на один порядок выше: 1—2 мкм вместо

10—20 мкм.

2. Результаты измерений фиксируются автоматически откры-

тым текстом с помощью машинки и в закодированном виде на пер-

фоленте с помощью перфоратора. Кроме того, результаты измере-

ний выводятся на табло или наблюдаются на счетчике.

3. Увеличение наблюдательной системы переменное. В различ-

ных приборах оно изменяется в пределах от 5 до 40

4. Приборы снабжены фоторегистраторами для изготовления

фотоабриса с изображением наблюдаемой точки снимка и марки.

Фотоабрис проектируется в левый или правый окуляр наблюда-

тельной системы и используется для точной идентификации свя-

зующих точек смежных маршрутов.

(21.102)

440.

5. Для повышения точности идентификации точек в маршруте

в двухкареточных стереокомпараторах применен метод восстанов-

ления при обработке последующей стереопары отсчетов, зафикси-

рованных открытым текстом во время наблюдения предыдущей

стереопары. Для осуществления этого метода служит устройство

для переключения осей визирования, а также независимые изме-

рительные движения кареток.

Кроме двухкареточных стереокомпараторов, создан трехкаре-

точный, позволяющий одновременно наблюдать идентичные точки

трех снимков. Этот при-

бор позволяет точно

идентифицировать свя-

зующие точки в марш-

руте без восстановления

отсчетов, но устройство

его более сложное по

сравнению с двухкаре-

точным стереокомпара-

тором.

Эти особенности но-

вых стереокомпараторов

обеспечили повышение

точности измерения

снимков и производи-

тельности работ.

Советском Союзе со-

зданы высокоточные ав-

томатизированные сте-

реокомпараторы СКА-18

п СКВ.

Механическая система стереокомпаратора СКА-18* (рис. 279)

включает две каретки, на которые устанавливается стереопара, и

четыре винта для перемещения и измерения снимков. Движения

кареток могут быть совместными или раздельными. Винты сочле-

нены с датчиками «угол—код».

Каретки перемещаются с помощью штурвалов или электропри-

вода. Передача движений от штурвалов и электропривода осущест-

влена механическим способом. Для управления электроприводом

<лужит рукоятка; при этом скорость перемещения регулируется.

В прибор входит фотоаппарат с постоянной выдержкой 0,01 с.

Регулировка экспозиции производится путем изменения освещен-

ности снимков. Фотоабрисы можно получать с двух снимков. Фор-

мат фотоабриса 18 X 18 мм, число кадров в кассете 400. На фото

лбрисе регистрируется и номер точки, который передается с кла-

вишного устройства при регистрации результатов измерения.

* В разработке прибора участвовали И. Л. Андреев, Л. А. Ионисиани,

I . И. Калантаров, М. М. Кауфман, В. И. Кораблев, В. Д. Минкевич,

I . Н. Романовский, Е. В. Филимонов и др.

441.

С помощью проекторов изображение фотоабриса можно ввести

в левый или правый окуляры наблюдательной системы.

Прибор имеет устройство для установки дополнительного снимка

формата 30 X 30 см. Специальная ветвь наблюдательной системы

проектирует дополнительный снимок в левый окуляр. При этом

масштаб дополнительного снимка может быть крупнее масштаба

основного снимка в 3—50 раз. Использование дополнительного

снимка позволяет повысить достоверность и точность опознавания

точек.

Рис. 280

Для преобразования линейных перемещений в цифровой код

и регистрации результатов измерений применен датчик позицион-

ного кодирования угла в V коде. Он состоит из восьмиразрядного

датчика точного отсчета и двух пятиразрядных датчиков грубого

отсчета. Датчики соединены редукторами. Чувствительными эле- •

ментами служат специальные, трансформаторы. Электронная си-

стема считывает значения угла поворота и производит дальнейшие

преобразования отсчетов. Выходным устройством для регистрации

результатов измерений является телеграфный аппарат с перфори-

рующей приставкой.

Стереокомпаратор СКВ-1—двухкареточный (рис. 280), разра-

ботан под руководством 'М. Д. Коншина в ЦНИИГАиК-

Этот прибор существенно отличается от стереокомпаратора

СКА-18.

Системы для перемещения и измерения снимков выполнены раз-

дельно. Каретки перемещаются при помощи сельсинов и ленточ-

ных передач. Управление движениями кареток происходит от че-

тырех штурвалов. Из них два штурвала приводят в движение диф-

ференциальные сельсины. Дифференциальными движениями можно

пользоваться отдельно от основных или одновременно с ними. Уп-

равление электроприводами осуществлено от двух головок с регу-

лировкой скорости перемещения в двух диапазонах.

Перемещения кареток измеряются при помощи пар метрологи-

ческих дифракционных решеток. Длинные отражательные решетки

этих пар находятся в плоскости снимков на продолжении их коор-

динатных осей х и у. Это обеспечило достаточно строгое соблюдение

основного принципа точных измерений (принципа Аббе).

Наблюдательная система имеет переменное увеличение. Изме-

нение увеличения производится сменой окуляров. Система снаб-

жена дополнительными измерительными марками в виде двух пар

угловых биссекторов, расположенных под углом 90° друг к другу.

Эти марки применяются для повышения точности визирования на

изображения крестов контрольной сетки на снимках и для других

монокулярных измерений.

Для фоторегистрации применен серийный малоформатный фо-

тоаппарат «Киев-2» с широким диапазоном выдержек. Диаметр

фотоабриса 22 мм. Запас пленки в кассете на 36 кадров. Специаль-

ные проекторы вводят изображение фотоабриса в правый или ле-

вый окуляры наблюдательной системы.

Прибор снабжен устройством для указания на снимке (отпе-

чатке) точки, на которую наведена марка. Отпечаток прикрепляется

к экрану. На отпечаток проектируется круг с точкой в центре,

указывающей место наведения. Это позволяет быстро выполнить

приближенную наводку на точку без использования наблюдатель-

ной системы.

Система преобразования линейных перемещений в цифровой

код включает метрологические дифракционные датчики линейных

перемещений высокой точности. В датчике создается параллельный

мучск лучей, который проходит через прозрачную малую решетку,

отражается от большой решетки и попадает на четыре фотоэле-

мента.

Малая прозрачная решетка имеет четыре поля штрихов, сдви-

нутых по фазе на 90°. Система обеспечивает постоянство разности

фаз световых потоков и постоянную амплитуду, мало изменяю-

щуюся от угла разворота решеток при ходе кареток. Электронная

система ведет алгебраический счет квантов, поступающих при дви-

жении кареток.

Выходным устройством с открытым текстом служит телетайп.

Для непосредственного ввода в ЭПВМ отсчеты регистрируются

карточным или ленточным перфораторами. Кроме того, отсчеты

выводятся на табло.

Между одноименными строками текущих координат на табло

находятся строки памяти, на которых фиксируются значения ко-

ординат связующих точек для установки каретки по отсчетам в це-

лях идентификации этих точек.

443.

Таблица

Стереоком-

паратор,

страна

Формат

сним-

ков, см

Измеряемые

величины

Увеличение

наблюдатель-

нон

систе-

мы,

Фотореги-

стр

атор

"Проектор

Тип преобразова-

теля

СКА-18, СССР 18X18

XI,

Ух

5—20

Есть

Есть Угол-код бескон-

тактный

СКВ-1, СССР

18Х

У1

16, 20

» »

Линия-код

бес-

контактный,

от-

ражательные

ди-

фракционные

решетки

Стекометр,

23X23

Хъ

Ух

9, 12

Нет Угол-код

ГДР

Р,

18 контактный

ТА-3, Италия

30X30

Уъ

8—12 »

Есть То

же

Х'2

Уг>

Уз

СОМ, 23X23

Ух

7, 12

» »

Линия-код

бес-

Франция

2> У 2

контактный,

про-

зрачные дифрак-

ционные решетки

Рекординг, 23X23

Хх,

Ух

5—20

Нет

Нет Угол-код

кон-

Англия

*2> У г

тактный

СТК-1, Швей-

23X23

Хх,

Ух

11, 20,

То

же

цария

р,

ПСК,

ФРГ

23X23

Хх,

Ух

12, 16

» »

р,

Управление

Выходные устройства

электропри-

для кодиро-

для откры-

для отображения

механическое

водом

ванной

того тека

для отображения

водом

записи

2 педали,

1 рукоятка

Телеграфный ппарат Десятичное табло,

2 штурвала,

с перфорир ющим

устройством

6 разрядов

4 штурвала 2 головки

Перфоратор

ленточный

То

же

4 штурвала, 2 штурвала

То

же

Печатная Механический счет-

2 ножных

машинка

чик

разрядов

диска

6 штурвалов 2 кнопки,

4 клавиши

трехпози-

ционные

Перфоратор То

же

Десятичное табло,

6 разрядов

2 штурвала, 2 головки » »

То

же

2 ножных •

диска

4 штурвала Нет

Десятичное табло,

5 разрядов

4 штурвала »

Механический счет-

чик,

разрядов

8 штурвалов

» »

Механический счет-

чик

444.

В табл. 20 приведены основные характеристики советских и ино-

странных автоматизированных высокоточных стереокомпараторов.

§ 154. Высокоточные автоматизированные монокомпараторы

и приборы для маркировки точек на снимках

В аналитической фототриангуляции для измерения снимков

иногда применяют монокомпараторы вместо стереокомпараторов.

На рис. 281 представлен монокомпаратор МК-1 фирмы «Керн»

(Швейцария).

В этом приборе снимок Р прилегает к стеклянной пластине 1,

на которой нанесены координатные оси х и у (рис. 282). Светящаяся

измерительная марка 2

проектируется на сни-

мок и может быть наве-

дена на любую его точ-

ку. С маркой связаны

т^л

Рис. 281 Рис. 282

шкалы х' и у', награвированные на стеклянных пластинках 3 и 4

п установленные параллельно осям хну соответственно. Эти шка-

лы служат для измерения координат точек снимка в системе ху.

Снимок и измерительная марка рассматриваются с помощью

наблюдательной бинокулярной системы с переменным увеличе-

нием. При этом малое увеличение используется для грубой уста-

новки, а большое — для точного наведения марки.

Измерительная марка состоит из трех концентрических колец,

которые при визировании совмещаются с соответствующими коль-

цами замаркированной точки снимка.

Устройство для автоматической регистрации координат хну

основано на электронном сканировании оптического микрометра.

Основные характеристики монокомпаратора МК-1

<1>ормат снимков До 30X30 см

Унеличение наблюдательной системы 2,5—12,5 и 12—60^

Диаметр кольца марки:

внешнего 0,16 мм

внутреннего 0,08 мм

Ьыс.трое и медленное перемещение марки, точность от-

счета координат х и у ±1 мкм

Результаты измерений фиксируются перфоратором и пе-

чатной машинкой

445.

Монокомпараторы изготовлены и в других странах. Фирма

«ОМИ» (Италия) разработала монокомпаратор ТА-1/Р, позволяю-

щий измерять координаты точек на снимках формата до 23 X 23 см

с точностью 1 мкм. Увеличение наблюдательной системы (рис. 283)

10, 20 и 40

, диаметр измерительной марки в плоскости снимка

25 мкм. Результаты измерений регистрируются автоматически при

помощи перфоратора и пишущей машинки.

Автоматизированный монокомпаратор «Аскорекорд» фирмы

«К- Цейсс» (ГДР) предназначен для измерения координат точек на

снимках формата до 30 X 30 см. Точность отсчета координат в этом

приборе 0,1 мкм.

Для измерения на монокомпараторе на снимках маркируются

все точки, включенные в фотограмметрическую сеть. Для этого

созданы специальные приборы, позволяющие стереоскопически

опознать идентичные точки на смежных снимках и обозначить их.

К таким приборам относится «Трансмарк», разработанный фир-

мой «К. Цейсс» (ГДР) (рис. 284).

Маркировка точек в этом приборе выполняется бесконтактным

способом при помощи лазерных лучей. Кратковременное воздейст-

вие лазерного пучка на снимок образует белую окружность с чер-

ным кольцом. Благодаря этому замаркированная точка хорошо

различается на участках снимка различной плотности.

«Трансмарк» состоит из станины, двух кареток для снимков,

неподвижной наблюдательной системы и лазерной головки. Оку-

ляры наблюдательной системы сменные, что позволяет изменять

увеличение. Поперечные параллаксы можно преобразовать в про-

дольные с помощью призм Шмидта, которые поворачивают изоб-

ражения на 90°. Кроме того, они служат для получения обратного

446.

Рис. 283

Рис. 284

стереоэффекта путем поворота изображений на 180°. Измеритель-

пая марка представляет собой светящуюся точку. Снимки за-

крепляются на каретках с помощью стеклянных покровных пла-

стин или стальных линеек. Приближенное визирование выпол-

няется перемещением снимков от руки, а точное — движением ка-

реток в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В момент

маркировки точек глаза оператора автоматически защищаются от

воздействия отраженных лазерных лучей.

Основные характеристики прибора «Трансмарки

Формат снимков До 23X23 см

Размеры кареток 34X45 см

Перемещение кареток:

вдоль осей х и у ±5 мм

вдоль оси 2 (для фокусировки) 10 мм

Увеличение наблюдательной системы 7, 10, 13, 20

Диаметр поля зрения (в зависимости от увеличения) От 16 до 25 мм

Диаметр измерительной марки в плоскости снимка 0,066 мм

Скорость маркирования 60 точек в 1 ч на обоих

снимках

Точность маркировки ±1 мкм

Размеры прибора 102X70X122 см

Масса прибора 130 кг

Кроме «Трансмарка» для маркировки точек на снимках служат

приборы Р1Ю-4 фирмы «Вильд» (двухкареточный) иПМО-1 фирмы

«Керн» (трехкареточный). Маркировка в этих приборах выпол-

няется контактным механическим способом с точностью 3—5 мкм.

§ 155. Приведение результатов измерения снимков

к центральной проекции

Этот процесс включает решение двух задач: 1) переход от коор-

динат точек снимка, измеренных на приборе, к координатам в си-

стеме, принятой для снимка и определяемой координатными мет-

ками (перекрестиями); 2) введение поправок в координаты точек

снимка за смещение главной точки, а также за влияние системати-

ческой деформации снимка, дисторсии объектива фотокамеры и ат-

мосферной рефракции.

Исправленные координаты точек снимка можно рассматривать

как приведенные к центральной проекции.

На рис. 285: Р — снимок; 1—4 координатные метки; о — глав-

ная точка снимка; о' — начало координат на снимке (пересечение

прямых, проходящих через 'метки 1—2 и 3—4); оху*— система

прямоугольных координат в приборе; о'х'у' — система прямоу-

гольных координат на снимке; оху — система прямоугольных ко-

ординат на снимке, параллельная системе о'х'у'; <р — угол между

координатными осями х и х'\т — произвольная точка снимка; х,

у — координаты точки в системе оху, а х', у' их, у — координаты

точки т в системах о'х'у' и оху соответственно.

447.

Условимся считать, что ось х' проходит через метки 1 и 2. Тогда

ось у' будет перпендикулярна к прямой 1—2, но вследствие ошибок

нанесения меток она не пройдет через метки 3 и 4.

Найдем координаты точки о' в системе оху. Для этого составим

уравнения прямых, проходящих через метки 1—-2 и 3—4,

—Хх

У —Ух

-Хз

У—Уз

хг — хх

г/2

— ух — У а —

Уз

где х и у с индексами 1—4 — измеренные координаты меток 1—-4,

т. е. отсчеты по шкалам или счетчикам прибора.

Решив эти уравнения относительно х и у и обозначив коорди-

наты точки о' через х

, и у

,, получим

Уо-

ЛХ2-1Лу

-3

— (*гЛУ2-1

+ Ах

-1'Ау

-1) ЛХ4-3

А.*2-1Л(/4-3

—

Ах

_зДг/2-1

— 1/зАХ4-зАг/2-1 + О/1АХ2-1 -Г Ахз—хДг/2—1) Ау

Л*2-1Л</4-А — ДХ

_ЗД{/2-1

(21.105)

где Ах и А у — разности коор-

динат меток.

Теперь перенесем начало си-

стемы координат прибора из

точки о в точку о' и новые ко-

ординаты точки т в системе

о'ху обозначим через х' и у':

х = х — х

~у'

= у —

(21.106)

Повернем систему о'ху на

угол ф до совмещения ее с си-

стемой о'х'у':

Рис. 285

: X СОЗ

< •

у' 81П <р;

у' = у созф—л: зт ф. (21.107)

Чтобы найти угол ф, составим уравнения (21.107) для метки 1,

координаты х' и у' которой известны из результатов калибровки

фотокамеры. Решим эти уравнения, получим

зт ф =

/—/

х У •

—/ /

/ . /—г

X X +у у

(21.108)

х^ + У*

С целью контроля найдем угол ф по-формулам (21.108) два раза:

сначала по метке 1, а затем по метке 2.

Вычислим по формулам (21.107) координаты точек снимка в си-

стеме о'х'у' и исправим их за систематическую деформацию снимка:

х" = К

х'; у" = К

д', (21.109)

448.

где К

и К

— коэффициенты продольной и поперечной деформа-

ций снимка, определяемые по калибровочным и измеренным рас-

стояниям между метками 1—2 и 3—4,

Ки =

Й1-2

ЙЯ-4

Л/(*2-*1)

+ (У2 - У1)

^3-4

йа-4 д/(*

— А-з)

+ ((/4

—

Уз)

(21.110)

Если на снимке, кроме четырех меток, имеются дополнительные

метки (перекрестия), то влияние деформации можно учесть более

точно с помощью полиномов

х" = х' + а

+ а

х' а.

у' а

х'

+ а

х'V + а

х'у'

+ а

у'

;

а^х'у' •+ а

у'

+ а

х'

у" = у' + Ь

+ Ь

х' +

Ь%у'

+ Ь$х'

+ Ь

х'у' + Ь

у' + V'

+ 6

*'У + V*,'

+ 6

</'

\ (21.111)

Уравнения (21.111) составляются для каждой метки. Общее

количество таких уравнений обычно больше числа неизвестных

коэффициентов щ и Ьс, и они решаются по способу наименьших

квадратов. В результате решения находятся коэффициенты поли-

номов, а затем по формулам (21.111) — исправленные за деформа-

цию координаты точек снимка.

Теперь можно перейти от координат х" и у" к координатам с на-

чалом в главной точке снимка:

х'" = х"

—-

; у'" — у" —

Уо

(21.112)

и ввести поправки (2.5) и (2.24) за дисторсию и атмосферную реф-

ракцию

х =

'"+ Дх

+ Ах

; </ = */'" + Ду

. (21.113)

Глава 22

ТОЧНОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ

ФОТОТРИ АН ГУЛ яции

§ 156. Влияние систематических ошибок и методы

исключения деформации модели

Основными источниками систематических ошибок в фототриан-

гуляции служат дисторсия объектива камеры, атмосферная реф-

ракция и кривизна Земли.

Дисторсия, или искривление изображения, построенного объек-

тивом, обусловлена тем, что увеличение оптической системы зави-

сит от угла между лучом связки и осью системы, т. е. меняется от

15 Зак. 1505 4 49