Элементы стереопары фотоснимков

1.

Петербургский государственный университет путей
сообщения Императора Александра I
ЛЕКЦИЯ 3
ЭЛЕМЕНТЫ СТЕРЕОПАРЫ СНИМКОВ

2. Учебные вопросы 1. Элементы стереопары фотоснимков. 2. Принцип построения модели местности.

3. Введение

Стереофотограмметрический
метод
предполагает обработку фотоснимков,
свойствах двух фотоснимков – стереопары.
фотограмметрии
основанную на
Как было сказано во введении, по стереопаре можно
построить модель местности, которая будет подобна самой
местности (в геометрическом смысле) и отличается от
местности только масштабом.
Измеряя модель местности, представляется возможным
заменить измерения на местности измерениями на модели.
Вполне очевидно, что таким образом можно сократить затраты
на трудоёмкие дорогостоящие полевые работы.
Чтобы
научиться
использовать
стереофотограмметрический метод, необходимо изучить теоретические основы
метода. Изучение начнём со свойств стереопары.

4. 1. Элементы стереопары фотоснимков

Стереопарой
фотоснимков называется два фотоснимка, содержащих изображение одной и той же местности, но полученных с разных точек фотографирования.
Для изучения свойств стереопары следует знать её
элементы – основные точки,
линии и плоскости, характеризующие её.
В (S1S2) – базис фотографирования – расстояние между точками фотографирования;
К основным элементам
стереопары (рис.1) относятся:
S1, S2 – точки фотографирования – точки, в которых находились центры проекции в моменты фотографирования;
S1k1, S2k2 - базисные лучи –
лучи, совпадающие с базисом
фотографирования;
S1о1, S2о2 – главные лучи –
лучи, перпендикулярные плоскостям фотоснимков Р1 и Р2
соответственно;
S1n1, S2n2 -надирные лучи –
отвесные лучи;
о1,о2 - главные точки фотоснимков – точки пересечения главных лучей с плоскосями фотоснимков;

5.

n1,n2 - точки надира фотоснимков - точки пересечения
надирных лучей с плоскостями фотоснимков;
k1,k2 - базисные точки пересечения базисных лучей с
плоскостями фотоснимков;
а1,а2 - соответственные
(одноименные) точки – изобраизображения одной и той же
точки местности на стереопаре фотоснимков;
S1а1,S2а2 - соответственные (одноименные) лучи – проектирующие лучи, проходящие
через соответственые точки;
На рис.1 показаны также
углы наклона фотоснимков ε1
и ε2 вдоль главной вертикали.
Напомним, что отрезки S1о1и S2о2 равны
фокусному
расстоянию
фотоснимков
(фотокамеры)
Элементы стереопары фотоснимков
S1
P
k1 1
B
k2
ε1
ε2
o2
o1
c1
S2
a2
a1
c2 n
2
n1
W
A
Рис. 1
W – базисная плоскость –
плоскость, содержащая базис фотографирования;
Среди всех базисных плоскостей выделим главные басзисные плоскости и надирную базисную плоскость.

6.

Базисные плоскости пересекают плоскости фотоснимков
по базисным линиям. Вполне очевидно, что все базисные
линии на фотоснимках будут сходиться в базисных точках.
Поэтому, зная положение точки на фотоснимке, можно
провести базисную линию, на которой она находится.
Из всех базисных линий фотоснимков выделим главные
базисные линии k1о1 , k2 о2 и надирные базисные линии k1 n1,
k2 n2.
Кроме того, обратим внимание на тот факт, что
одноименные точки будут лежать на базисных линиях,
которые называются одноименными базисными линиями
(k1а1 , k2 а2). Это положение играет важную роль в автоматизации фотограмметрических измерений.
Используя свойство одноименных базисных линий, представляется возможным намного сократить объем одновременно обрабатываемой информации. Так, для автоматической идентификации точек стереопары фотоснимков
достаточно выполнить анализ информации принадлежащей
двум одноименным базисным линиям. В противном случае
пришлось бы анализировать информацию всей площ

7. 2. Принцип построения модели местности.

В основе построения модели местности лежит геометрическая обратимость фотографического
процесса.
Сущность его заключается в следующем.
Представим себе, что
на рис.2
изображены моменты фотографирования
стереопары. От точек местности А…В…С идут световые лучи.
Все они пересекаются в центрах проекций S1 и S2. На светочувствительном
слое они
образуют изображения
а1…в1…с1 и а2…в2…с2 (в данном случае позитивное изображение).
Поместим фотоснимки в проектирующие камеры, а затем расположим их в пространстве точно так, как в
моменты фотографирования. После
этого включим свет.
Принцип построения модели местности
S1
S′2
B
S2
bпр
o1
a1
c1
a2
b1
o2
b2
c2
a
b
c A
B
C
Рис. 2.
Лучи пойдут от изображений точек на фотоснимках к
самой местности (обратимость процесса). В этом суть
процесса проектирования .

8.

Каждая пара одноименных проектирующих лучей образует треугольник засечки на базисе, как на основании
засечки. Пересекутся пары проектирующих лучей в точках
А…В…С местности. Больше того, если местность убрать, то
лучи все равно пересекутся в тех местах, где были точки
местности.
Следовательно, совокупность точек пересечения одноименных проектирующих лучей образует поверхность,
которая абсолютно точно (в геометрическом смысле, а не в
физическом) повторяет поверхность местности.
Образованная поверхность – это геометрическая модель
местности, а ее масштаб равен 1 : 1, так как базис фотографирования равен расстоянию между центрами проекций
при проектировании. Теперь нетрудно сформулировать определение геометрической модели местности.
Поверхность, образованную совокупностью точек пересечений одноименных проектирующих лучей, принято называть геометрической моделью местности. В дальнейшем
будем употреблять термин «модель местности», подразумевая под ним геометрическую модель.

9.

Вполне очевидно, что модель местности в масштабе 1:1
построить нельзя. На практике ее масштаб всегда будет
мельче.
Получить такую модель можно, если, например, центр
проекции
S2 переместить в точку S2' так, чтобы все
проектирующие лучи второй связки оставались параллельными сами себе. В этом случае:
во-первых, углы между базисными плоскостями не
изменятся;
во-вторых, все пары одноименных проектирующих лучей
также будут пересекаться и образуют модель местности.
Расстояние между точками S2 и S2' назовем базисом
проектирования и обозначим bп. Так как углы между
базисными плоскостями не изменились, а треугольники
засечек подобны треугольникам засечек, существовавшими
ранее (при базисе проектирования, равном базису фотографирования), то масштаб модели будет равен:
1 : t bп / В. (4.1)

10.

Принцип построения модели местности
S′2
B
S1
S2
bпр
o1
a2
a1
o2
b1
c1
b2
c2
a
b
A
c
B
C
Рис. 2.

11.

Полученная модель будет подобна (в геометрическом
смысле) самой местности. Следовательно, зная масштаб
модели местности, представляется возможным выпол- нять
по ней измерения, которые необходимо было бы
производить на самой местности.
Таким образом, для построения модели необходимо,
чтобы одноименные проектирующие лучи пересекались. Они
же, как известно пересекаются только тогда, когда каждая
пара одноименных проектирующих лучей находится в одной
базисной плоскости.
Из вышесказанного следует, что принцип построения
модели состоит в том, что фотоснимки необходимо
расположить
относительно
друг
друга
так,
чтобы
одноименные проектирующие лучи пересекались.
Используя, кстати, свойство геометрической обратимости фотографического процесса, можно показать, что
одиночный фотоснимок позволяет не только трансформировать изображение фотоснимка. Другими словами, по
одиночному фотоснимку можно построить геометри- ческую
модель не только абсолютно плоской местности модель.

12.

Для этого достаточно пересечь проектирующие лучи
плоскостями на высотах, равным высотам точек местности.
Выполнить
это
аналоговым
способом
практически
невозможно, но если рассматривать модель как совокупность точек, пространственное положение которых получено
в результате вычислений (при дополнительных начальных
условиях – известных высотах определяемых точек), то
совокупность этих точек также можно рассматривать как
модель местности – аналитическую.
В геометрической же интерпретации это будет означать,
что эти точки находятся на пересечении соответствующих
проектирующих лучей с плоскостями на разных высотах
(соответствующих высотам данных точек местности).

13. Заключение

Изучение свойств стереопары фотоснимков следует
начинать с изучения ее элементов, то есть ее основных
точек,
линий
и
плоскостей.
При
этом
следует
акцентировать внимание на базисной плоскости, в которой
лежат одноименные проектирующие лучи. Среди всех точек
следует выделить базисные точки, которые раньше не
использовались, подчеркнуть их свойства и значение.
Обязательно обратить внимание на одноименные базисные
линии.
Построение модели базируется на свойстве геометрической обратимости фотографического процесса. На
данное обстоятельство обратил внимание в свое время
профессор А.С. Скиридов. Принцип же построения построения модели местности состоит в том, чтобы установить
снимки в такое положение, при котором каждая пара
одноимённых проектирующих лучей пересекается.