Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ФО)"

Фотограмметрия

Фотограмметри'я (от фото... , греч. grámma – запись, изображение и ...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 , имеют снимки, получаемые кадровыми фотоаппаратами. В теории Ф. такие снимки считаются центральной проекцией объекта. Уклонения от центральной проекции, вызванные дисторсией 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 x _{, y} главной точки о (рис. 1 ) и шесть элементов внешнего ориентирования – координаты центра проекции S – X_S , Y_S , Z_S, продольный и поперечный углы наклона снимка a и w и угол поворота c.

  Между координатами точки объекта и её изображения на снимке существует связь:

,     (1)

где X, Y, Z и X_S , Y_S , Z_S – 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 acosc – sinasinwsinc

a₂ = - cosasinc – sinasin wcosc

a₃ = - sinacos w

b₁ = coswsinc

b₂ = coswcosc      (3)

b₃ = -sinw

c₁ = sinacosc + cosasinwsinc,

c₂ = – sinacosc + cosasinwcosc,

c₃ = cosacosw

– 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)

B_X , B_Y и B_Z – 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 . 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 ) – a’₁ , c'₁ , a’₂ , w’₂ , c’₂ в системе S₁ X’Y’Z’; ось Х которой совпадает с базисом, а ось Z лежит в главной базисной плоскости S_1O1S₂ 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 S_1m1 и S_2m2, 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 da₁ ’ + b da₂ ’ + с dw₂ ’ + d dc₁ ’ + e dc₂ ’ + l = V ,     (7)

где da₁ ’,... e dm₂ ’ – поправки к приближённым значениям неизвестных, а,..., е – частные производные от функции (6) по переменным a₁ ’,... c₂ ’, 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 X s₁ = Y s₁ = Z s₁ = 0, B_X = В, B_Y = B_Z = 0. При этом пространственные координаты точек m₁ и m₂ находят по формулам (2), а направляющие косинусы – по формулам (3): для снимка P₁ по элементам a₁ ’, w₁ ’ = 0, c₁ ’, а для снимка P₂ по элементам a₂ ’, w₂ ’, c₂ ’.

  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 a, w и c продольный угол наклона модели x, поперечный угол наклона модели h и угол поворота модели q.

  Для определения семи элементов внешнего ориентирования модели – , ,

  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. 2. к ст. Фотограмметрия.

Рис. 1. к ст. Фотограмметрия.

Рис. 3. к ст. Фотограмметрия.

Фотографическая астрометрия

Фотографи'ческая астрометри'я, раздел астрометрии , посвященный методам решения астрономических задач с помощью фотографий звёздного неба. К числу задач, решаемых Ф. а., относятся: измерение небесных координат звёзд, планет, искусственных небесных тел и др.; определение собственных движений небесных объектов; измерение тригонометрических параллаксов звёзд; изучение движений компонентов двойных звёзд и др.

  Методы Ф. а. основаны на определении эмпирической зависимости между прямоугольными координатами некоторой группы звёзд (т. н. опорных звёзд), измеренными с помощью координатно-измерительной машины на астронегативе, и экваториальными небесными координатами этих же звезд, заимствованными из звёздного каталога . Эта зависимость позволяет по измеренным на фотоснимке прямоугольным координатам любого др. небесного объекта (звезды, планеты и т.д.) определить его экваториальные координаты. При вычислениях координат небесных светил, называемых астрометрической редукцией, принимают во внимание собственные движения опорных звёзд, вносят исправления искажений, обусловленных рефракцией света в атмосфере, годичной и суточной аберрацией света , аберрациями оптических систем и др. При астрометрической редукции широко применяется Тёрнера метод .

  Первые работы по Ф. а. относятся к 1857, когда Дж. Бонд выполнил многократное фотографирование двойной звезды Мицар и измерил на фотографии позиционный угол компонентов. В 90-х гг. 19 в. методы Ф. а. получили большое распространение. Новый раздел Ф. а. возник с началом фотографических наблюдений искусственных спутников Земли (ИСЗ) в начале 60-х гг. Одной из основных особенностей редукции фотографий прохождений спутников по звёздному небу (спутникограмм) является необходимость вычисления точных моментов формирования изображений быстро движущегося спутника на фотоснимке (с точностью до 0,1–1 мсек ). При наблюдениях слабых спутников, не оставляющих заметного следа на фотоэмульсии, фотопластинку (фотоплёнку) перемещают в фокальной плоскости объектива фотокамеры вслед за движущимся изображением спутника, что позволяет увеличить эффективную экспозицию спутника. Необходимость учёта таких перемещений фотопластинки относительно опорных звёзд также является особенностью редукции спутникограмм.

  Основным инструментом, применяемым в Ф. а., служит астрограф . Для наблюдений ИСЗ, метеоров и некоторых др. небесных светил применяются широкоугольные светосильные астрографы, в частности спутниковые фотокамеры .

  Лит.: Дейч А. Н., Фотографическая астрометрия, в кн.: Курс астрофизики и звёздной астрономии, 3 изд., т. 1, М., 1973.

  Н. П. Ерпылёв.

Фотографическая запись

Фотографи'ческая за'пись, запись электрических сигналов, несущих информацию о звуке и (или) изображении, осуществляемая с помощью фотографических методов. В системах Ф. з. носителем записи (НЗ) служит фото– или киноплёнка, фотопластинка либо какой-либо другой фотографический материал , а запись производится световым или электронным пучком (см. также Запись и воспроизведение информации ). В процессе записи либо НЗ перемещается относительно неподвижного пучка, либо записывающий пучок перемещается относительно неподвижного НЗ. При записи изменяют в соответствии с записываемым сигналом интенсивность или форму падающего на НЗ пучка (см. Модуляция света ). В результате последующей фотографической обработки НЗ (проявления фотографического , фиксирования фотографического и пр.) получают сигналограмму , на которой записанный сигнал закодирован в форме соответствующего изменения оптической плотности или коэффициента отражения различных участков НЗ. Различают Ф. з. некогерентным светом (с использованием светового луча, не обладающего пространственной когерентностью ), электронно-фотографическую запись (с использованием электронного луча) и Ф. з. когерентным светом (с использованием светового луча лазера ). Ф. з. некогерентным светом – наиболее распространённый вид Ф. з. Её используют для звукозаписи (например, в звуковом кино ), а также для записи телевизионных изображений с экрана приёмной телевизионной трубки (кинескопа ), осуществляемой в телевизионных студиях с целью консервации (хранения) телевизионных программ. В практике фотографической звукозаписи некогерентным светом преимущественно используют системы с модуляцией длины записываемого на НЗ штриха электромеханическим модулятором света с подвижным зеркальцем (управляемым магнитоэлектрическим устройством) с применением внешнего источника света постоянной интенсивности. В таких системах Ф. з. (см. рис. ) на НЗ (например, киноплёнке) создаётся (при помощи микрообъектива) изображение оптическое диафрагмы с узким прямоугольным вырезом. В свою очередь, в плоскости этой диафрагмы формируется (при помощи изображающей линзы, зеркальца и конденсоров ) оптическое изображение диафрагмы с М-образным вырезом, освещаемой т. н. записывающей лампой. При колебаниях зеркальца в соответствии с законом изменения записываемого сигнала изображение М-образного выреза колеблется относительно узкой щели, в результате чего происходит изменение ширины незасвеченных участков на НЗ. Полученная (после проявления плёнки) фонограмма называется двухсторонней фотографической фонограммой переменной ширины.

  Воспроизведение записанной информации с фотографической сигналограммы осуществляется при прохождении через неё воспроизводящего светового пучка. В процессе воспроизведения сигналограмма движется относительно воспроизводящего пучка со скоростью, равной скорости движения НЗ относительно записывающего пучка при записи. Прошедший через сигналограмму (или отражённый от неё) свет поступает в фотоэлектрический преобразователь (например, на фотоэлемент ), в котором закодированный на сигналограмме сигнал превращается в электрический сигнал.

  Электронно-фотографическая запись и Ф. з. когерентным светом позволяют осуществить более качественную (по сравнению с Ф. з. некогерентным светом) запись высокочастотных колебаний и повысить плотность записи; это обусловливает целесообразность (и перспективность) использования таких видов Ф. з. для записи изображений.

  Лит.: Бургов В. А., Основы записи и воспроизведения звука, М., 1954; Джакония В. Е., Запись телевизионных изображений, Л., 1972.

  В. А. Бургов.

Фотографическая звёздная величина

Фотографи'ческая звёздная величина', см. Звёздная величина .

Фотографическая звукозапись

Фотографи'ческая звукоза'пись, система записи звуковой информации с использованием киноплёнки в качестве носителя записи. Подробнее см. в ст. Звукозапись , Фотографическая запись .

Схема светомодулирующего устройства с зеркальным модулятором света для фотографической звукозаписи: 1 – записывающая лампа; 2 и 6 – конденсорные линзы; 3 – диафрагма с М-образным вырезом; 4 – изображающая линза; 5 – модулирующее зеркальце; 7 – диафрагма с узким прямоугольным вырезом; 8 – микрообъектив; 9 – световой штрих на кинопленке; 10 – кинопленка; 11 – фрагмент фонограммы с «сфотографированным» на ней звуком.

Фотографическая зенитная труба

Фотографи'ческая зени'тная труба', см. Зенитная труба фотографическая .

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ФО)"