(от Фото...
, греч
. grámma - çàïèñü, èçîáðàæåíèå è ...ìåòðèÿ (Ñì. ...метрия)
научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и положения объектов по их изображениям на фотоснимках. Последние получают как непосредственно кадровыми, щелевыми и панорамными фотоаппаратами, так и при помощи радиолокационных, телевизионных, инфракрасных-тепловых и лазерных систем (см.
Аэрометоды)
. Наибольшее применение, особенно в аэрофотосъёмке (См.
Аэрофотосъёмка)
, имеют снимки, получаемые кадровыми фотоаппаратами. В теории Ф. такие снимки считаются центральной проекцией объекта. Уклонения от центральной проекции, вызванные дисторсией (См.
Дисторсия) объектива, деформацией фотоматериала и др. источниками ошибок, учитываются по данным калибровки аэрофотоаппарата и снимков. В Ф. используются одиночные снимки и стереоскопические их пары. Эти стереопары позволяют получить стереомодель объекта. Раздел Ф., изучающий объекты по стереопарам, называется стереофотограмметрией.
Положение снимка в момент фотографирования определяют три элемента внутреннего ориентирования - фокусное расстояние фотокамеры f, координаты x0, y0 главной точки о (рис. 1) и шесть элементов внешнего ориентирования - координаты центра проекции S - XS, YS, ZS, продольный и поперечный углы наклона снимка α и ω и угол поворота χ.
Между координатами точки объекта и её изображения на снимке существует связь:
, (1)
где X, Y, Z и XS, YS, ZS - координаты точек М и S в системе OXYZ; X', Y', Z' - координаты точки m в системе SXYZ, параллельной OXYZ, вычисляемые по плоским координатам х и у:
. (2)
Здесь
a1 = cos αcosχ - sinαsinωsinχ
a2 = - cosαsinχ - sinαsin ωcosχ
a3 = - sinαcos ω
b1 = cosωsinχ
b2 = cosωcosχ (3)
b3 = -sinω
c1 = sinαcosχ + cosαsinωsinχ,
c2 = - sinαcosχ + cosαsinωcosχ,
c3 = cosαcosω
- направляющие косинусы.
Формулы связи между координатами точки М объекта (рис. 2) и координатами её изображений m1 и m2 на стереопаре P1 - P2 имеют вид:
, (4)
где
, (5)
BX, BY и
BZ - проекции базиса
В на оси координат. Если элементы внешнего ориентирования стереопары известны, то координаты точки объекта можно определить по формуле (4) (метод прямой засечки). По одиночному снимку положение точки объекта можно найти в частном случае, когда объект плоский, например равнинная местность (
Z = const). Координаты
х и
у точек снимков измеряются на монокомпараторе или
Стереокомпараторе
. Элементы внутреннего ориентирования известны из результатов калибровки фотоаппарата, а элементы внешнего ориентирования можно определить при фотографировании объекта или в процессе фототриангуляции (См.
Фототриангуляция)
. Если элементы внешнего ориентирования снимков неизвестны, то координаты точки объекта находят с использованием опорных точек (метод обратной засечки). Опорная точка - опознанная на снимке контурная точка объекта, координаты которой получены в результате геодезических измерений или из фототриангуляции. Применяя обратную засечку, сначала определяют элементы взаимного ориентирования снимков
P1 - P2 (
рис. 3) - α'
1, χ'
1, a'
2, ω'
2, χ'
2 в системе
S1X'Y'Z'; ось Х которой совпадает с базисом, а ось
Z лежит в главной базисной плоскости
S1O1S2 снимка
P1. Затем вычисляют координаты точек модели в той же системе. Наконец, используя опорные точки, переходят. от координат точек модели к координатам точек объекта.
Элементы взаимного ориентирования позволяют установить снимки в то положение относительно друг друга, которое они занимали при фотографировании объекта. В этом случае каждая пара соответственных лучей, например S1m1 и S2m2, пересекается и образует точку (m) модели. Совокупность лучей, принадлежащих снимку, называется связкой, а центр проекции - S1 или S2 - вершиной связки. Масштаб модели остаётся неизвестным, т.к. расстояние S1S2 между вершинами связок выбирается произвольно. Соответственные точки стереопары m1 и m2 находятся в одной плоскости, проходящей через базис S1S2. Поэтому
(6)
Полагая, что приближённые значения элементов взаимного ориентирования известны, можно представить уравнение (6) в линейном виде:
a δα1' + b δα2' + с δω2' + d δχ1' + e δχ2' + l = V, (7)
где δα1',... e δμ2' - поправки к приближённым значениям неизвестных, а,..., е - частные производные от функции (6) по переменным α1',... χ2', l - значение функции (6), вычисленное по приближённым значениям неизвестных. Для определения элементов взаимного ориентирования измеряют координаты не менее пяти точек стереопары, а затем составляют уравнения (7) и решают их способом последовательных приближений. Координаты точек модели вычисляют по формулам (4), выбрав произвольно длину базиса В и полагая Xs1 = Ys1 = Zs1 = 0, BX = В, BY = BZ = 0. При этом пространственные координаты точек m1 и m2 находят по формулам (2), а направляющие косинусы - по формулам (3): для снимка P1 по элементам α1', ω1' = 0, χ1', а для снимка P2 по элементам α2', ω2', χ2'.
По координатам X' Y' Z' точки модели определяют координаты точки объекта:
, (8)
где t - знаменатель масштаба модели. Направляющие косинусы получают по формулам (3), подставляя вместо углов α, ω и χ продольный угол наклона модели ξ, поперечный угол наклона модели η и угол поворота модели θ.
Для определения семи элементов внешнего ориентирования модели -
,
, , ξ, η, θ,
t - составляют уравнения (8) для трёх или более опорных точек и решают их. Координаты опорных точек находят геодезическими способами или методом фототриангуляции. Совокупность точек объекта, координаты которых известны, образует цифровую модель объекта, служащую для составления карты и решения различных инженерных задач, например для изыскания оптимальной трассы дороги. Кроме аналитических методов обработки снимков, применяются аналоговые, основанные на использовании фотограмметрических приборов -
Фототрансформатора
, Стереографа
, Стереопроектора и др.
Щелевые и панорамные фотоснимки, а также снимки, полученные с применением радиолокационных, телевизионных, инфракрасных-тепловых и других съёмочных систем, существенно расширяют возможности Ф., особенно при космических исследованиях. Но они не имеют единого центра проекции, и элементы внешнего ориентирования их непрерывно изменяются в процессе построения изображения, что осложняет использование таких снимков для измерительных целей.
Основные достоинства фотограмметрических методов работ: большая производительность, т.к. измеряются не объекты, а их изображения; высокая точность благодаря применению точных аппаратов и инструментов для получения и измерения снимков, а также строгих способов обработки результатов измерений; возможность изучения как неподвижных, так и движущихся объектов; полная объективность результатов измерений; измерения выполняются дистанционным методом, что имеет особое значение в условиях, когда объекты недоступны (летящий самолёт или снаряд) или когда пребывание в зоне объекта небезопасно для человека (действующий вулкан, ядерный взрыв). Ф. широко применяется для создания карт Земли, других планет и Луны, измерения геологических элементов залегания пород и документации горных выработок, изучения движения ледников и динамики таяния снежного покрова, определения лесотаксационных характеристик, исследования эрозии почв и наблюдения за изменениями растительного покрова, изучения морских волнений и течений и выполнения подводных съёмок, изысканий, проектирования, возведения и эксплуатации инженерных сооружений, наблюдения за состоянием архитектурных ансамблей, зданий и памятников, определения в военном деле координат огневых позиций и целей и др.
Лит.: Бобир Н. Я., Лобанов А. Н., Федорук Г. Д., Фотограмметрия, М., 1974; Дробышев Ф. В., Основы аэрофотосъемки и фотограмметрии, 3 изд., М., 1973; Коншин М. Д., Аэрофотограмметрия, М., 1967; Лобанов А. Н., Аэрофототопография, М., 1971; его же, Фототопография, 3 изд., М., 1968; Дейнеко В. Ф., Аэрофотогеодезия, М., 1968; Соколова Н. А., Технология крупномасштабных аэротопографических съемок, М., 1973; Русинов М. М., Инженерная фотограмметрия, М., 1966; Rüger W., Buchholtz A., Photogrammetrie, 3 Aufl, B., 1973; Manual of photogrammetry, v. 1-2, Menasha, 1966; Bonneval Н., Photogrammétrie générate, t. 1-4, P., 1972; Piasecki М. B., Fotogrametria, 3 wyd., Warsz., 1973.
А. Н. Лобанов.
Рис. 1. к ст. Фотограмметрия.
Рис. 2. к ст. Фотограмметрия.
Рис. 3. к ст. Фотограмметрия.