УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СТЕРЕОФОТОГРАММЕТРИЧЕСКИЙ Советский патент 1973 года по МПК G01C11/26 

Изобретение относится к области фотограмметрии, в частности к фотограмметрическому приборостроению. Известны универсальные стереофотограмметрические приборы, содержащие проекционные камеры, наблюдательную оптическую систему, механическую систему проектирования с расположенными по разным концам проектирующих рычагов координатными каретками модели и трансформированных снимков. Недостатками известных приборов являются невозможность обработки фотоснимков, выполненных съемочными камерами, со щторко-щелевыми затворами, установленными на подвижных носителях, а также невозможность выполнения аффинного проектирования. Предлагаемый прибор отличается тем, что с каждым пространственным рычагом механической системы проектирования кинематически связаны два кардана с ползунами, выполненными с возможностью перемещения по скрещивающимся горизонтальным направляющим, причем, горизонтальная направляющая ползуна одного из карданов выполнена с возможностью перемещения по оси Z прибора, а ползун другого кардана кинематически связан с подвижным компонентом оптической системы. Нижний конец каждого из пространственных рычагов механической системы проектирования щарнирно связан с кареткой, выполненной с возможностью перемещения по напра1влению трех координатных осей, причем, каретка опирается на линейку, имеющую возможность вращения в плоскости XOZ. На фиг. 1 и 2 показаны схемы, иллюстрирующие теорию предлагаемого прибора; на фиг. 3 - кинематическая схема прибора. При съемке с движущихся носителей аэрофотоаппаратами, снабженными затворами щторно-щелевого типа, происходит разрущение связки проектирующих лучей. Отсутствие единого центра проекции для точек всего поля снимка связано с перемещением камеры в процессе неодновременного экспонирования всего кадра. Возникающее упорядоченное множество лучей может быть математически выражено уравнениями линейной конгруэнции. Лучи проектирования изображаются прямыми линейной конгруэнции, построенной на двух скрещивающихся носителях а и Ь. Прямая в пространстве образуется как пересечение двух плоскостей, проведенных через носители а и b и через точку предмета. Уравнения связи координат соответственных точек горизонтального снимка и местности имеют следующий вид ffy j |. / .t- где fx, fy - фокусные расстояния по осям X и у, HX, Ну - высоты проектирования по осям X, и г/, Ф - угол отклонения носителя b от плоскости yOZ. Существенно отличное свойство проекции при помощи линейной конгруэнции заключается в том, что проектирование выполняется не связкой лучей, а пучками с центрами, расположенными на некоторой прямой. Такая проекция возникает при съемке с подвижного носителя аэрофотоанпаратами со шторно-щелевыми затворами. Возникающие на аэрО:С1шмках геометрические деформации нельзя интерпретировать аффинными преобразованиями. При такой съемке связка лучей, соответствующая всему иолю точек кадра отсутствует, так как изображение строится пучками из последовательно расположенных вдоль направления полета центров. В связи с тем, что внутренняя связка сохраняется, преобразование координат вследствие углов наклона снимка в данном случае не отличается от известных положений и поэтому в описании опущено, рассматривается только случай горизонтальной съемки. Шторка затвора образует с осью ординат угол ф из-за по-ворота камеры. Пусть вовремя выдержки центр проекции перемеи,ается вдоль прямой а (фиг. I), тогда в силу свойств шторно-щелевого затвора течки местности будут проецироваться в илоскость ;зображения в разное время. Будем считать траекторию полета во время выдержки горизонтальной, тогда изображение прямых предметной плоскости ОТ, МК, параллельных оси У будет находиться в of и mk. Соответственные течки будут лежать на лучах, проходящих через мгновенные центры проекции Saf , Sa,,,, 5,,, Sa, при этом SaO fk. Построим конгруэнцию лучей на носителях а и Ь. Положение носителя а определяется отрезками и высотой фотографирования Яа-. Положение носителя b определяется углом ф, составленным щторкой с осью ординат, и приращением - fxЗная путевую скорость W, выдержку т и щирину щели затвора е, находим ДД Д/ . W 4. Вычисленное Д/ позволяет установить отрезки fy и Ну. Построив конгруэнцию на носителях а к Ь, можно восстановить в пространстве положение проектирующих лучей по всему полю снимка. Использование стереоскопической пары позволяет построить фотограмметрическую модель сфотографированной местности. При проектировании снимков с измененным значением фокусного расстояния камеры fn kfh надирный луч отклоняется от иерпендикуляра к плоскости трансформирования. занимая наклонное положение. Для образевания фотограмметрической модели надирный луч в пространстве проекции должен сохранять первоначальное положение, т. е. - центр проекции должен быть расположен на луче Sn (фиг. 2). Этого можно добиться, если сначала спроектировать точки снимка Р из аффинного центра S на плоскость РО, а затем полученное трансформированное изображение проектировать в пространство модели из центра Si). ПроиЗВОльный проектирующий луч займет положение то5оМ. Таким образом, пространственное проектирование снимка аффинной связкой происходит двумя преобразованиями: т - то и . На этих теоретических основаниях построена схема универсального стереофотограмметрического прибора аффинной связки для проектирования снимков, полученных с подвижного носителя аэрофотоаипаратами со щторно-щелевыми затворами. Схема прибора основана на принципе пространственной оптикомеханической засечки. Прибор состоит из двух симметричных половин и поэтому ниже описывается только одна часть его. Прибор содержит проектирующую камеру 1, имеющую установки элементов ориентирования а , со , х и децентраций Дл:, Дг/. Проектирование точек выполняет рычаг 2. Движение его в пространстве происходит от координатной системы XYZ - 3 через ведущий щарнир 4. Каретка с щарниром 4 опирается на линейку 5, установленную под углом v к направляющей X. В верхней части расположена ведомая каретка 6, которая соединена карданом 7 с рычагом 2. Средняя часть рычага 2 связана двумя карданами 8 и 9 с ползунками, перемещающимися вдоль скрещивающихся направляющих - носителей 10 и 11. Первоначальное положение направляющей перемещения // устанавливается устройством фокусного расстояния fy и угловым ориентированием ф. Рычаг 12, служащий для управления проекционной оптической системой, качается в кардане 13, положение которого относительно звена кардана tf задается координатным устроист ° Верхний конец рычага 12 через карлан 15 соединен с ведомой кареткой 6. Оптическое проектирование снимка выполняется по принципу Порро-Коппе. Трубка с объективом 1& и маркой /7 расположена в кардане. Передачу угловых движений от рычага 12 к объективу 16 с маркой 17 совершает щарнирный параллелограмм 18. Оптическая система для передачи изображения снимка состоит из объективов 19 и 20, зеркала 21, призмы Дове 22, прямоугольных призм 23, 24, 25 и 26 и окуляра 27. Снимки могут проектироваться как с сохранением, так и без сохранения значения фокусного расстояния камеры. Расстояния между направляющими каретками 6 и носителям а и b - 10 и. 11 соответственно - равны fx и fy. Угол ф - поворот носителя b - // соответствует развороту щторки затвора АФА относительно направления полета. Роль подвижного центра проекции выполняет подвижный кардан Sx, поэтому значение fx связано с fh- В случае построения в пространстве модели подобной связки fx fhПри афинной проекции значение коэффициента преобразования К -. Центр враЛ

щения рычага 12 смещается по осям координат на отрезок 5oS.

Л

(cos а -- COS а ),

(5oS)

sin 7

(5о5) у (cos со - cos О)),

sin О)

COS а. COS W - COS У. COS ш

(S,S), k.f, COS 2 COS о/

где (S(iS)x, {S(,S}y, (5oS)z - составляющие SoS по осям координат.

В результате введения установочных значений при вертикальном положении рычага 2 на марку 17 через оптическую систему попадает изображение точки надира.

Прибор работает следующим образом.

Перемещение ведущего шарнира 4 (точки М) по осям координат приводит к вращению рычага 2 вокруг одного из носителей а или b и одновременному смещению какого-либо из карданов 8 или 9. При перемещении щарнира 4 но радиальному направлению каждый из карданов 5 и 9 соверщает вращение и линейное смещение вдоль своих направляющих, благодаря чему строятся лучи линейной конгруэнции на носителях а и Ь. Наклон рычага 2 приводит к перемещению каретки 6 и одновременному наклону рычага 12, который поворачивает трубу оптической системы 16, 17 на соответствующую точку снимка. Для учета наклона траектории перемещения аэрофотоаппарата за время пробега щторки, вертикальная каретка высот опирается на линейку 5 под углом V. Угол V устанавливается в приборе в процессе внешнего ориентирования модели.

Предмет изобретения

1. Универсальный стереофотограмметрический прибор, содержащий проекционные камеры, наблюдательную оптическую систему, механическую систему проектирования с расположенными по разным концам пространственных рычагов координатными каретками модели и трансформированных снимков, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности обработки фотоснимков, полученных с подвижных носителей съемочными камерами со щторно-шелевыми затворами, с каждым пространственным рычагом механической системы проектирования кинематически связаны два кардана с ползунами, выполненными с возможностью перемещения по скрещивающимся горизонтальным направляющим, причем, горизонтальная направляющая

ползуна одного из карданов выполнена с возможностью перемещения по оси прибора ц вращения в горизонтальной плоскости, а ползун другого кардана кинематически связан с подвижным компонентом оптической системы.

2. Универсальный стереофотограмметрический прибор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью выполнения УСЛОВИЙ аффиино.о проектирования, нижний конец каждого из пространственных рычагов механической системы

проектирования шарнирно связан с кареткой, выполненной с возможностью перемещения по направлению трех координатных осей, причем, каретка опирается на линейку, имеющую возможность вращения в плоскости XOZ.

Фуг..1