Стереофотограмметрический способ определения характеристик взволнованной поверхности моря Советский патент 1989 года по МПК G01C11/00 

1

Изобретение относится к стерео- фотограмметрии и гидрометрии и.може использоваться в океанологии.

Целью изобретения является повы- . шение достоверности и информативное- ти измерений.

На фиг.1 изображена схема плановой встречной съемки границы раздела возволнованной поверхности моря; на фиг.2 - схема съемки в перспективе.

Устройство содержит ферму 1,съе- .мочиуго,надводную стереофотограммет- рическую камеру (СФК) 2, подвод- ную СФК 3,, nyjibT 4 управления, масштабную рейку 5, стабилизатор 6 световой прибор 7.

Способ осу1цествляется следующим образом.

В районе работ на море устанавливается в вертикальном положении полу погруженйая в воду ферма 1. В верхней части фермы в надводном положе- .нии монтируется надводная СФК 2 на высоте Hj над поверхностью моря при штиле. В нижней части фермы на глубине Hj монтируется подводная СФК 3. Ферма 1 закрепляется на опорной мачте, установленной на морском дне, на заякоренном буе-и т.п. Фотографирование камерами 2 и 3 при встречной съемке выполняется синхронно с управлением работой съемочных СФК с пульта 4 управления.

При плановой встречной съемке (фиг.1) объективы камер направлены один настречу другому, базисные плоскости совпадают, а оптические оси объективов попарно совмещены и па- раллельны.- Для увеличения площади изз аемого участка при фотографировании склона волны целесообразна перспективная съемка, которая выполняет

|Q

5

0

5 0

0

5

ся при наклонном положении оптических осей СФК по отношению к плоскости горизонта (фиг.2). Съемочные СФК для выполнения встречной съемки подбираются с одинаковыми значениями фокусных расстояний их объективов с учетом особенностей съемки в водной среде. Исходя из этого условия .подводная СФК должна быть снабжена оптическими системами с коррекцией на воду, например гидрообъективами. Должны иметь одинаковые значения и базисы съемки В. Значения Н и Н выбираются с расчетом фотографирования поверхности раздела вода - воздух как с воздуха, так и из-под воды в одинаковых масштабах съемки и охвата полями стереозрения обеих камер одних и тех хе участков поверхности моря. Получение надводных и подвод- ных стереопар в одинаковых масштабах съемки упрощает их камеральную обработку и повышает информативность визуального просмотра для качественного анализа.

По краям полей стереозрения обеих СФК устанавливаются масштабные рейки 5 в вертикальном положении наполовину под водой. При штиле на рейках замечаются опорные деления, соответствующие границе раздела вода - воздух. При условии, что ферма со съемочными камерами и масштабными рейками во время съемки практически неподвижна, по изображениям таких опорных делений на снимках можно .определить положение плоскости горизонта и найти элементы внешнего ориентирования - углы поворота оптических осей объективов обеих съемочных камер относительно плоскости горизонта. Под воздействием волнения и ветра, особенно при работе с судна или ино

го подвижного носителя, отклонения оптических осей объективов обеих съемочных камер и масштабных реек от вертикального или другого начального полжения могут быть значительными.В этом случае для определения угловых элементов внешнего ориентирования необходимо применить дополнительные устройства и способы, например фотогра фирование на каждый момент съемки встроенных в съемочные камеры уровней.

После закрепления СФК на ферме и их взаимного ориентирования определяется расстояние L между передними узловыми точками объе1 тивов надводной и подводной СФК вдоль их опти ческих осей (фиг.1 и 2). Для удобства монтаж, взаимное ориентирование и юстировку СФК на ферме целесообразно выполнять на берегу. Монтаж съемочных камер может быть выполнен не на общей ферме, а иным способом, например с раздельным их креплением на опорной мачте. Для исключения влияни фермы на водную среду и процесс волнения для обеспечения возможности съемки с наиболее целесообразной ориентацией базиса фотографирования В по отношению к направлению движения волн предусматривается стабилизатор 6, который закрепляется на ферме в надводном или в подводном положении. В первом случае устройство разворачивается против ветра, во втором - навстречу движению волн. Ориентация базиса при этом может совпадать с направлением распространения волнения (фиг.1)или быть перпендикулярной этому направлению (фиг.2).

Съемка может выполняться как при естественном освещении, так и с применением световых приборов в зависимости от погодных условий, времени суток и прозрачности воды. Возможна съемка с комбинированным освещением - естественным (надводная съемка) и искусственным (подводная съемка) с применением светового прибора 7 (фиг.2). Перед съемкой в зависимости от предполагаемой силы и степени волнения, задач исследований и освещенности, выбирается интервал между кадрами, величина выдержки и другие параметры фотографирования. Съемка выполняется преимущественно сериями.

10

15

-2025я 30

4710724

Восстановленные стереомодели изучаются визуально с качественной оценкой объемных изображений отдельных фаз гидрофизических процессов, для чего устанавливают левые и правые снимки надводных и подводных синхронных стереопар попарно на левую и правую каретки стереокомпаратора или иного измерительного прибора. Измерения координат характерных точек объектов съемки на надводных и подводных стереопарах выполняются раздельно. По данным измерений пространственные координаты характерных точек объектов, изображенных на надводных стереопарах, определяются в прямоугольной фотограмметрической системе координат S, , Х, , , , Z а пространственные координаты объектов, изображенных на подводных стереопарах - в фотограмметрической системе координат . z, , Y Вычисления этих координат выполняются по известным формулам.

Используя изображения масштабных реек и величину L, приводят массив пространственных координат в частных системах координат к одному масштабу осуг(естБляют их геометрическую привязку и преобразование к общей пространственной фотограмметрической системе координат S, , , Z, за которую может быть принята одна из частных систем координат (фиг.1). По найденным элементам внешнего ориентирования осутцествляют ориентирование общей пространственной фотограмметрической системы координат относительно плоскости горизонта и горизонтирование надводной и подводной стереомоделей при обработке снимков на универсальных приборах. Для ориентирования общей системы координат относительно сторон горизонта используются данные о направлении ветра и волнения во время выполнения съемок в море.

Результаты стереоизмерений представляются в виде таблиц пространственных координат характерных точек изучаемых объектов на различные моменты времени. По этим данным осуществляется построение профилей волн по необходимым сечениям с отображением картины распределения брызг в воздухе и пузырьковых образований в воде, определяется структурами форма неоднократных образований и другие

35

40

45

50

55

514

пространственные, а также временные характеристики гидродинамических процессов на границе раздела взволнованной поверхности моря.

Формулаизобретения

Стереофотограмметрическнй способ определения характеристик взволнованной поверхности моря,, включающий многократное синхронное фотографирование взволнованной поверхности с вертикальньЕм расположением осей объективов с передними узловыми точками надводной стереокамеры с базисом, формирование стереоизображения, определение пространственных координат характерных точек объектов съем26

ки и вычисление искомых характеристик, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности и информативности измерений, при фотографировании производят синхронное и многократное встречное фотографирование подводной стереокамерой, базис которой устанавливают равным.

базису надводной стереокамеры, а перед определением пространственных координат измеряют расстояние между передними узловыми точками объективов стереокамер и производят отсчеты

по изображениям на снимках вертикально установленных по краям полей сте- реозрения обеих стереокамер масштабных реек, пересекаемых взволнованной поверхностью.

Способ определения характеристик взволнованной поверхности моря относится к области океанологии. С целью повышения достоверности и информативности измерений синхронно и многократно производят съемку взволнованной поверхности надводной 2 и подводной 3 стереокамерами. Измеряют расстояние L между передними узловыми точками объективов стереокамер 2, 3. Базисы стереокамер устанавливают равными друг другу. Оптические оси стереокамер совмещают. На границе раздела взволнованной поверхности устанавливают в зоне стереоизображения вертикально расположенные и наполовину погруженные в воду масштабные рейки 5. По изображениям характерных точек, масштабных реек 5, расстоянию между объективами камер и базисам определяют координаты характерных точек, по которым вычисляют требуемые характеристики взволнованной поверхности моря. 2 ил.

tfa.f