Фотограмметрия
Фотограмметрия определяет формы, размеры и положение объектов по их фотографическим изображениям. Само слово происходит от греческих слов: photos – свет, gramma – запись и metreo – измеряю. Широкое использование фотограмметрии обусловливают следующие ее достоинства:
- Относительно высокая точность измерений, так как снимки получаются на современных цифровых камерах, имеющих стабильные оптические характеристики, а их обработка выполняется строгими методами.
- Большая производительность, достигаемая благодаря тому, что измеряются не сами объекты, а их изображения.
- Полная объективность и достоверность результатов измерений, так как изображения объектов получаются фотографическим способом.
- Исследование объектов бесконтактным (дистанционным) способом, что имеет особое значение в условиях, когда объект недоступен, или находится в опасной зоне.
Форму, размеры и положение объекта можно определить, если сфотографировать его с двух точек и определить взаимное расположение двух снимков в пространстве, т.е. установить их в то положение, в котором они находились относительно друг друга при фотографировании.
Существуют два способа съемки (рис. 1):
- Стерео-фотосъемка, когда две камеры жестко закреплены на одном штативе, и их оптические оси параллельны. В данном случае взаимное положение снимков вытекает из размера штатива.
- Фотосъемка одной камерой. При этом для решения задачи взаимного ориентирования снимков необходимо положить на местность мерный объект, состоящий из трех точек – мерный треугольник.
У каждого метода есть свои преимущества и недостатки:
1 метод
- Преимущества – съемку местности можно проводить без выполнения работ на ней. Съемка производится из одной точки.
- Недостатки – сложность оборудования и невысокая точность. Для проведения съемки необходимо обеспечивать параллельность оптических осей объективов. В процессе эксплуатации эта соосность может быть нарушена, что требует частой поверки стерео-камеры.
2 метод
- Преимущества – простота оборудования, состоящего из 1 камеры и мерного объекта. Мерным объектом может быть треугольник, изготовленный из подручного материала. Возможность существенно увеличить базу съемки (расстояние между точками съемки) для повышения точности измерения.
- Недостатки – необходимость установка мерного объекта на местности. Съемка производится с двух точек.
Исходя из выше сказанного, предпочтительным является второй метод (одиночная камера и мерный объект), как наиболее простой, с точки зрения оборудования и эксплуатации (Фотомер).
В качестве камеры будет использоваться цифровой фотоаппарат. Современные цифровые фотоаппараты общего назначения имеют достаточно стабильные оптические и технические характеристики и могут быть использованы для измерений. Т.е. возможность использования неспециальных камер еще больше удешевляет стоимость оборудования.
Основные детали цифрового фотоаппарата (Рис. 2 ): объектив и ПЗС-матрица.
Основной параметр объектива: фокусное расстояние F – расстояние между оптическим центром объектива и плоскостью ПЗС-матрицы. Основные параметры ПЗС-матрицы: количество пикселей и размер диагонали матрицы D. В процессе съемки луч света проходит через точку в пространстве T, далее через оптический центр линзы объектива и оставляет след на ПЗС-матрице с координатой пикселя X,Y.
Далее перейдем к случаю, когда в пространстве находятся два снимка, точки схода лучей O1 и O2, мерный объект ABC(ось X проходит по стороне AB, ось Y перпендикулярна стороне AB, ось Z направлена вверх) и точка в пространстве T(Рис. 3).
Лучи, проходящие через точки A,B,C (точки мерного объекта) и T (произвольная точка в пространстве) оставляют след на фотоснимке. Таким образом, зная размеры мерного объекта, можно определить положение снимков в пространстве. И далее по следу от точки Т определить ее положение в пространстве относительно мерного объекта ABC. Данный принцип измерения по фото-снимкам реализован в программе Фотомер(СФО).