Лекция№1

Основные термины и понятия
Фотограмметрия –это научная дисциплина, изучающая способы определения формы, размеров и пространственного положения объектов в заданной координатной системе по их фотографическим и иным изображениям.
Предметами изучения фотограмметрии являются геометрические и физические свойства снимков, способы их получения и использования для определения качественных и количественных характеристик объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки.
Основными методами являются фотограмметрические и стереофотограмметрические.

Основные достоинства
-высокая точность результатов, так как снимки объектов получают прецизионными фотокамерами, а их обработку выполняют, как правило, строгими методами;
-высокая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряют не сами объекты, а их изображения. Это позволяет обеспечить автоматизацию процесса измерений и последующих вычислений;
-объективность и достоверность информации, возможность при необходимости повторения измерений;
-возможность получения в короткий срок информации о состоянии, как всего объекта, так и отдельных его частей;
-безопасность ведения работ, так как съемка объекта выполняется неконтактным (дистанционным) методом. Это имеет особое значение, когда объект недоступен или пребывание в его зоне опасно для здоровья человека.
-возможность изучения движущихся объектов и быстро протекающих процессов.

Основные недостатки
зависимость фотографических съемок от метеоусловий
необходимость выполнения полевых геодезических работ с целью контроля всех технологических процессов.

Основные направления
Аэрофототопография
Прикладная фотограмметрия
Космическая фотограмметрия

Понятие об Аэрокосмических съемках
Аэрокосмические съемки (АКС) – это выполнение измерений (регистрации) отраженного или собственного электромагнитного излучения объекта. Измеряют и регистрируют излучение с некоторого расстояния от излучаемого объекта с помощью различных датчиков и съёмочных систем с воздушного или космического летательного аппарата. В зависимости от типа съемочной аппаратуры информация может быть представлена в различном виде: в двух мерное изображение (фотоснимок – аналоговый или цифровой) или трех мерное изображение при лазерной системе съемок .
Между регистрирующей аппаратурой и объектом всегда находится слой атмосферы, которая не является прозрачной. Поэтому выполнение съемки можно только в отдельных зонах спектра электромагнитных волн (ЭМВ), называемых «окнами прозрачности».

Результаты регистрации ЭМИ в виде изображения изучаемого объекта в аналоговой или цифровой форме называют видеоинформацией. Процедуру преобразования результатов аналоговой или цифровой записи сигналов в видимое изображение называют визуализацией.
АКС бывают:
Пассивные:
1) Регистрация отраженного от объекта солнечного светового потока;
2) Измерение радиационного потока, излучаемого самим объектом
Активные - поверхность исследуемого объекта облучается с борта летательного аппарата с помощью искусственного облучателя, а отраженное излучение регистрируется соответствующим бортовым приемным устройством.
В качестве приемников излучения в съемочных системах служат фотографические пленки, фотоэлектрические и термоэлектрические элементы. Результаты представляются в виде снимков, построенных путем регистрации яркостей объектов в том или ином спектральном диапазоне, различающиеся формой представления, изобразительными, радиометрическими, геометрическими и иными свойствами.

Электромагнитные излучения и взаимодействия с разными средами
Спектр электромагнитного излучения

Суммарная освещенность объекта зависит от высоты Солнца, которое определяется широтой места наблюдения, датой, и местным временем наблюдения.
Максимальное количество солнечной энергии, поступающей на поверхности Земли, приходится на спектральный интервал 0,3-4,0 мкм с преобладанием в видимой зоне спектра 0,4-0,7 мкм. При длине волны более 5мкм отражения излучения не происходит.
Объекты земной поверхности излучают в пространстве собственную радиацию. Оно относится также к естественному. Собственное излучение в видимой зоне спектра практически отсутствует. При выполнении аэрокосмических съёмок объектов Земли излучения в диапазоне 2-5 мкм регистрируются суммарно. Интенсивность самоизлучения зависит от температуры объекта и длины волны.

Пропускная способность атмосферы – это критерии описывающие оптические свойства атмосферы (оптическая плотность, наличие механических частиц, водяной пар, длина волны излучения, толщина слоя атмосферы и т.д. ).
Окна прозрачности – спектральные интервалы, в которых атмосфера прозрачна для прохождения лучей.

Взаимодействие ЭМИ с земными покровами
Объекты земной поверхности представляются в виде полей яркости с уникальным спектральным составом, суммарной интенсивностью и направленностью излучения. Изменения полей яркости происходят :
факторы определяющие свойства самого объекта;
внешние условия формирования энергетического поля.
Полнота и достоверность информации об объекте зависят от правильности учета свойств энергетического поля. При пассивной съёмке учитывается отраженная и излучаемая объектами энергия.

Аэрокосмические съемочные системы
Классификация съёмочных систем.
Воздушные и космические;
Пассивные и активные;
Работающие в оптическом или радио диапазоне;
Однозональные или многозональные;
Фототопографические и нетопографические;
Оперативные и неоперативные;
Построенные по законам центральной проекции или строчно-кадровой развертки.
И т.д.

Кадровые топографические съемочные системы
Фотографический способ регистрации электромагнитного излучения – один из основных способов при производстве съемок земной поверхности. Съемка местности осуществляется с помощью фотоаппарата. Классификация фотографических съёмочных систем зависит от используемых АФА
Кадровые топографические АФА
Нетопографические АФА
Цифровые аэрофотоаппараты (АФА)
DMC
UltraCam
ADS 40
3-DAS
Zeiss/Intergraph
Imaging, Германия/США
Vexel Imaging (Австрия/США)
Leica Geosystems
(Швейцария/США)
«Геосистема»
(Украина)

Устройство АФА

Основные характеристики объектива
Фокусное расстояние
Дисторсия объектива
Разрешающая способность
Светораспределение
Угол поля изображения

Фотографические материалы
Классифицируются по:
Назначению (аэрофотопленка, фототехническая пленка и т.д.)
По цвету получаемого фотографического изображения
По строению (фотопленка, фотопластины, фотобумага)

Все фотоматериалы имеют подложку и светочувствительный или эмульсионный слой. Цветные пленки отличаются от черно-белых строением эмульсии. Спектрозональная фотография регистрирует изображение в двух или трех цветных слоях. При изображении объекты получаются в ложных цветах.
Для правильного использования фотографических материалов необходимо знать их фотографические характеристики:
светочувствительность,
контрастность,
фотографическую широту,
вуаль,
цветоточувствительность,
разрешающую способность и др.

В фотосъемочных работах применяют следующие виды пленок:
Черно-белая панхроматическая;
Изопанхроматическая;
Инфрахроматическая;
Ортохроматическая;
Изоортохроматическая;
Несенсибилизированная;
Цветная спектрозональная для условной цветопередачи
Цветная для натурального воспроизведения объектов местности.

Схема построения трехслойной цветной пленки
Направление действия света

В зависимости от возможных углов наклона оптической оси АФА от отвесного направления различают съёмки:
Плановую
Перспективную

Нетопографические фотоаппараты
Используются для уменьшения смаза изображения. Применяются щелевые фотоаппараты. Изображение местности получается путем непрерывного экспонирования пленки. Скорость движение оптического изображения относительно пленки равно нулю. В результате съемки получаются изображения не отдельного кадра, а сплошная лента фотографического изображения. Изображения строятся по двум законам:
В поперечном направлении по законам центральной проекции;
В продольном направлении – ортогональная проекция
Изображение может быть плановым или панорамным.

Сканирующие системы
Изображение строится построчным сканированием местности с использованием оптико-механического устройства, представляющее собой быстровращающийся оптический элемент: плоские зеркала, зеркальные призмы, пирамиды и т.д. А также используют оптико-электронную систему.
В сканирующих системах применяют различные типы приемников электромагнитного излучения: тепловые и фотонные

Типы ОМС:
Линейно-строчная развертка
Вертикально-коническая развертка
Горизонтально-коническая развертка.

Тепловые сканирующие системы
Относятся к пассивным системам.
Работают в ИК и тепловой зонах ЭМИ (от 0,76 мкм до 30 см)
Точность регистрации температуры составляет 0,1-0,01 градуса.

Тепловые (инфракрасные)системы

ETM+/Landsat.
слева – цветное изображение, синтезированное из
4 (0,76-0,90), 3 (0,63-0,69) и 2 (0,52-0,60) каналов
справа – снимок в тепловом инфракрасном (10,950-11,650) канале
Морской край дельты Сев.Двины

Лазерная съёмка

Радиолокационная съемка
Используется два класса:
Метод активной радиолокации
Регистрация собственных излучения объектов
Работа по принципу радиолокации в непрерывном или импульсном режиме.
Применяется два типа радиолокационных систем (РЛС):
РЛС бокового обзора;
РЛС с синтезируемой апертурой

Снимок RADARSAT-1, длина волны C, поляризация HH,
2 декабря 2006 года (г. Астрахань

Многовременной синтез радиолокационных изображений
SAR/ERS (Болгария

SIR-C/X-SAR/Shutlle. Пространственное разрешение 30 м. Цветное изображение синтезировано из снимков разной частоты и поляризации Добыча нефти в море в 150 км западнее Бомбея. Темные пятна – нефтяные слики, белые точки – платформы. В правой части снимка видна серия внутренних волн, возникающих в подповерхностных слоях из-за температурных различий водных масс. В верхней части снимка на голубом фоне прослеживаются ветровые волны.

Телевизионные системы