Katedra Fotogrametrii i Teledetekcji

3.Fotogrametryczna ocena zdjęć lotniczych

4.Analityczna analiza pojedynczego zdjęcia lotniczego

Wykonawcy:

Katarzyna Detyna

Aneta Norowska

Marcin Siepsiak

GiSzN Rok III Grupa II

FOTOGRAMETRYCZNA OCENA ZDJĘĆ LOTNICZYCH

W zależności od położenia osi optycznej kamery lotniczej, w momencie ekspozycji, w stosunku do linii pionu przechodzącej przez przedni punkt główny obiektu zdjęcia lotnicze dzielimy na:

-zdjęcia poziome (kąt mniejszy niż 3^o )

-zdjęcia ukośne (nachylone i perspektywiczne)

Lotnicze zdjęcia pomiarowe wykonywane są z przystosowanych samolotów typu transportowego lub ze specjalnych samolotów fotogrametrycznych. Samolot powinien odpowiadać pewnym warunkom:

-duży zasięg lotu

-pułap

-prędkość lotu dla wykonania zdjęć nie powinna być zbyt duża, prędkość lotu oraz czas ekspozycji muszą być ze sobą zsynchronizowane

-stateczność samolotu

Wybór odpowiednich warunków technicznych dla wykonania zdjęcia lotniczego powinien uwzględniać:

• charakter terenu

• technologię opracowania mapy

• skalę opracowanej mapy

• skalę zdjęć lotniczych tym samym przekładnię skalową K

• wysokość fotografowania W

• typ kamery lotniczej, stałą kamery oraz format zdjęć

• prędkość samolotu oraz maksymalny dozwolony czas naświetlania

• pokrycie podłużne oraz poprzeczne zdjęć

• rodzaj materiału światłoczułego , warunki fotografowania

Skala zdjęć lotniczych w interpretacji geometrycznej zależy od wysokości fotografowania W, oraz stałej kamery CK. Stąd też skalę zdjęcia można obliczyć ze wzoru

M_z = CK / W

Skala zdjęć jest uzależniona od wielkości CK. Wybór stałej kamery CK uzależniony jest także od sposobu wykorzystania zdjęć i deniwelacji terenu. Ogólnie przyjmuje się że do opracowywania fotomap korzystamy z CK jak najdłuższego, a do opracowań autogrametrycznych jak najkrótszych. W pierwszym przypadku, długa CK oraz duża wysokość fotografowania W powodują mniejsze zniekształcenie obrazu terenu na zdjęciu, ze względu na deniwelację. W drugim przypadku , krótka CK oraz mała wysokość lotu powodują przesunięcia perspektywiczne pionowych form terenu odfotografowanych na zdjęciach.

Lotnicze zdjęcia pomiarowe wykonywane są szeregowo. Pokrycie wzajemne dwóch sąsiednich zdjęć w szeregu wynosi około 60 - 80 % ich powierzchni, odstępy między osiami szeregów zdjęć standardowo wynosi około 20 - 40% powierzchni tych zdjęć. Pokrycie podłużne i poprzeczne zdjęć lotniczych na danym obszarze ma za zadanie wyeliminowanie występowania przerw fotogrametrycznych. Przy wyborze pokrycia podłużnego i poprzecznego należy też uwzględnić charakter terenu.

Do ćwiczenia wykorzystano dwa szeregi: 9 i 10. W szeregu 9: zdjęcia o nr 617-636, a w 10: 642-654. Analizowane zdjęcia w szeregu 9 miały mianownik skali zdjęcia M_z=5620, a w szeregu 10 : M_z=5600

1. W celu obliczenia pokrycia podłużnego (p%)

• 9 szeregu wzięto pod uwagę 3 pary zdjęć o numerach: 617 i 618, 626 i 627, 635 i 636.

p₁%=(13,7/22,6)*100%=60,6%

p₂%=(15,0/22,6)*100%=66,4%

p₃%=(12,0/22,6)*100%=53,1%

p_śr%=60%

• 10 szeregu wzięto pod uwagę 3 pary zdjęć o numerach: 642 i 643, 648 i 649,653 i654.

p₁%=(15,2/22,6)*100%=67,2%

p₂%=(13,8/22,6)*100%=61,1%

p₃%=(14,8/22,6)*100%=65,5%

p_śr%=65%

2. W celu obliczenia pokrycia poprzecznego (q%) szeregów 9 i 10 wzięto pod uwagę trzy pary zdjęć o numerach: 634 i 654, 628 i 648, 622 i 642

q₁%=(9,3/22,6)*100%=41,2%

q₂%=(9,7/22,6)*100%=42,9%

q₃%=(8,3/22,6)*100%=36,7%

q_śr%=40%

Kąt znosu szeregu

• 9

tgα=4,5/40 → α=7,1320^g

• 10

tgα= 0,5/30 → α=1,0609^g

Powierzchnia użyteczna pojedynczego fotogramu

P_z = (L_x'y' M_z )²

P_z = (22,6 x 5620 )²

P_z ≈ 161ha

Pojemnośc informacyjna zdjęć lotniczych jest uwarunkowana ich zdolnością rozdzielczą. Zdolność rozdzielcza jest limitowana przez kilka czynników:

• zdolność rozdzielczą obiektywu R_o

• zdolność rozdzielczą filmu R_F

• rozmazanie obrazu spowodowane ruchem postępowym samolotu R_FM

• rozmazanie obrazu spowodowane ruchami kątowymi kamery R_AM

• kontrast obiektu

• wpływ atmosfery

• zdolność rozdzielczą filmu duplikacyjnego ( w przypadku duplikowania) R_D

Znając wartości poszczególnych składowych procesu fotografowania wyrażone w parach linii/mm można określić wynikowa zdolność rozdzielczą zdjęć R_ZDJ:

1/(R_ZDJ)² = 1/(R_O)² +1/(R_F)² + 1/(R_FM)² + 1/(R_AM)² +1/(R_D)²

Współczesne zdjęcia lotnicze chrakteryzują się rozdzielczością:

- ok. 55 par linii/mm dla obiektów kontrastowych (1 pl/mm = 18 μm)

- ok. 40 par linii/mm dla obiektów o niskim kontraście (1 pl/mm = 25 μm)

ANALIZA POJEDYNCZEGO ZDJĘCIA LOTNICZEGO

Elementy orientacji zdjęcia lot­niczego dzielimy na:

• 
  elementy orientacji wewnętrznej,

• elementy orientacji zewnętrznej

Elementami orientacji wewnętrznej zdjęcia lotniczego nazywamy wiel­kości umożliwiające określenie położenia śro­dka rzutów O w stosunku do płaszczyzny zdjęcia.

Elementami orientacji wewnętrznej są zatem:

• współrzędne tłowe głównego punktu zdjęcia O' (x'_o, y'_o);

• ogniskowa kamery f, tj. odległość między głównym punktem obrazowym obiek­tywu kamery a płaszczyzną obrazu (pła­szczyzną ramki tłowej). Jest ona odpowiednikiem odległości środka rzutu O od rzutni n.

Elementy orientacji zewnętrznej zdjęcia lotniczego są to wielkości okre­ślające położenie kamery względem fotogra­fowanego terenu. Umożliwiają one wyzna­czenie orientacji przestrzennej wiązki promie­ni rzutujących w momencie wykonywania zdjęcia.

Elementami tymi są:

• współrzędne przestrzenne środka rzutów X_o Y_o Z_o (w układzie współrzędnych prostokątnych, przyjętym do prac po­ miarowych w terenie);kąt nachylenia zdjęcia v - kąt nachylenia płaszczyzny zdjęcia w stosunku do płasz­czyzny poziomej. Może być on również określony jako kąt odchylenia osi kamery od pionu, a więc kąt zawarty między prostą pionową przechodzącą przez śro­dek optyczny obiektywu a osią optyczną kamery fotograficznej. Kąt v rozkłada się na dwa kąty składowe: wzdłuż osi x - kąt nachylenia podłużnego φ i wzdłuż osi y - kąt nachylenia poprze­cznego ω;

• kąt kierunkowy osi kamery (azymut zdjęcia) α. Jest to kąt zawarty między kierunkiem początkowym terenowego układu współrzędnych (dodatnim kierun­kiem osi Y) a rzutem prostokątnym osi optycznej kamery na płaszczyznę XY;

• kąt skręcenia zdjęcia χ . Jest to kąt zawarty między prostą największego spa­dku v'v' a dodatnim kierunkiem osi y', mierzony w płaszczyźnie zdjęcia, w kie­runku zgodnym z ruchem wskazówki zegara.

Elementy ramki zdjęcia lotniczego

Legenda:

1 i 8 - znaczki tłowe

2 - libella (kąt nachylenia kamery równy 2^o)

3 - zegar

4 - wysokościomierz ( wysokość lotu 180m)

5 - numer kamery lotniczej

6 -numer porządkowy negatywu

7 - ogniskowa kamery (f)

Wpływ deniwelacji terenu na odwzorowanie punktu na zdjęciu

Deniwelacje terenu powodują radialne (w stosunku do punktu nadirowego N) przesunię­cie obrazów punktów położonych powyżej lub poniżej płaszczyzny odpowiadającej śred­niej wysokości terenu T (rysunek). W rezul­tacie punkty terenu A i B, których rzut orto­gonalny na płaszczyznę T oznaczono odpo­wiednio A_o i B_o odfotografowują się na zdję­ciu jako punkty A' i B'. Położenie tych punktów należy więc skorygować o wartość Δr', doprowadzając do położenia A'₀ i B'₀. W przypadku punktu A, który leży poniżej płaszczyzny T, korekta będzie polegała na przesunięciu jego położenia o wielkość r'_A w kierunku od punktu nadirowego, natomiast w przypadku punktu B, leżącego powyżej płaszczyzny T, na przesunięciu położenia o odcinek r'_B skierowany do punktu nadirowego.

Wpływ deniwelacji terenu na położenie obrazu punktu jest tym większy, im bardziej jest on oddalony od punktu nadirowego, im większe jest przewyż­szenie tego punktu w stosunku do średniej wysokości terenu oraz im mniejsza jest wysokość fotografowania. Minimalne zniekształcenia wy­stępują w przypadku terenów równinnych i w środkowej części użytecznego pola zdjęcia.

Należy zaznaczyć, że praktycznie, w przy­padku zdjęć prawie pionowych, poprawkę r'_B odkładamy na promieniu Δr'_B wykreślonym z głównego punktu zdjęcia O', gdyż prawie pokrywa się on z punktem nadirowym N'. Wpływ tej nieścisłości na ostateczne położenie punktu jest znikomy i nie przekracza granic dokładności graficznej

Punkty i linie szczególne zdjęcia

Punkty:

• główny O'

• izocentryczny I'

• nadirowy N'

• zbiegu Z'

Linie:

• największego spadku v'v' (główna pionowa)

• główna pozioma h_oh_o

• linia niezniekształconej skali h_ih_i

• linia zbiegu zz

Analizę pojedynczego zdjęcia lotniczego wykonano na diapozytywie. Zdjęcie ,o numerze 647, wykonano na wysokości 850m , aparatem o stałej kamery c_k=152,07, odchylenie ν osi optycznej od linii pionu wynosi 2,5^o.

Ze względu na łatwość ustalenia położenia na zdjęciu pomiarowym punktu głównego O (punkt główny na zdjęciu pomiarowym znajduje się na przecięciu linii łączących przeciwne znaczki tłowe ) , w stosunku do tego punktu określone jest położenie pozostałych punktów szczególnych:

O'N'= tgν*C_K

O'Z'= ctgν*C_K

O'I'= tg(ν/2)*C_K

gdzie: c_k - stała kamery

ν- odchylenie osi optycznej od linii pionu

ON= 6,64 mm

OZ= 3482,98 mm

OI= 3,32 mm

Cechą wspólną dla wszystkich szczególnych punktów zdjęcia pomiarowego jest to, że leżą one na jednej prostej - linii największego spadku .

dr'_ν=(r'²/c_k)*sinν*sinγ

dr'_ν-wartość przesunięcia punktu na zdjęciu spowodowana występowaniem kąta nachylenia ν

r'- promień radialny, odległość od początku układu współrzędnych do danego punktu P na zdjęciu

γ- kąt odłożony od linii największego spadku

Wpływ nachylenia zdjęcia na położenie punktów na zdjęciu:

c_k = 152,07

r'= 10 mm

v = 2^o52'

γ = 0^o → dr'_v = 0,00

r'= 10 mm

v = 7^o52'

γ = 0^o → dr'_v = 0,00

r'= 110 mm

v = 2^o52'

γ = 0^o → dr'_v = 0,00

r'= 110 mm

v = 7^o52'

γ = 0^o → dr'_v = 0,00

r'= 10 mm

v = 2^o52'

γ = 45^o → dr'_v = 0,02

r'= 10 mm

v = 7^o52'

γ = 45^o → dr'_v = 0,06

r'= 110 mm

v = 2^o52'

γ = 45^o → dr'_v = 2,81

r'= 110 mm

v = 7^o52'

γ = 45^o → dr'_v = 7,70

r'= 10 mm

v = 2^o52'

γ = 90^o → dr'_v = 0,03

r'= 10 mm

v = 7^o52'

γ = 90^o → dr'_v = 0,09

r'= 110 mm

v = 2^o52'

γ = 90^o → dr'_v = 3,98

r'= 110 mm

v = 7^o52'

γ = 90^o → dr'_v = 10,89

c_k = 305,00

r'= 10 mm

v = 2^o52'

γ = 0^o → dr'_v = 0,00

r'= 10 mm

v = 7^o52'

γ = 0^o → dr'_v = 0,00

r'= 110 mm

v = 2^o52'

γ = 0^o → dr'_v = 0,00

r'= 110 mm

v = 7^o52'

γ = 0^o → dr'_v = 0,00

r'= 10 mm

v = 2^o52'

γ = 45^o → dr'_v = 0,01

r'= 10 mm

v = 7^o52'

γ = 45^o → dr'_v = 0,03

r'= 110 mm

v = 2^o52'

γ = 45^o → dr'_v = 1,40

r'= 110 mm

v = 7^o52'

γ = 45^o → dr'_v = 3,84

r'= 10 mm

v = 2^o52'

γ = 90^o → dr'_v = 0,02

r'= 10 mm

v = 7^o52'

γ = 90^o → dr'_v = 0,04

r'= 110 mm

v = 2^o52'

γ = 90^o → dr'_v = 1,98

r'= 110 mm

v = 7^o52'

γ = 90^o → dr'_v = 5,43

dr'_ν rośnie wraz ze wzrostem promienia radialnego r' i kątem γ

Wpływ deniwelacji terenu na skalę zdjęcia:

dr'_Δh = (r΄ * Δh) / W

gdzie

Δh - deniwelacja terenu

W - wysokość fotografowania

W = 850 m

Δh [m] r' [mm]	10	50	100
r' = 10	0,12	0,59	1,18
r' = 110	1,29	6,47	12,94

Na podstawie obliczeń wywnioskowano, że dr'_Δh jest wprost proporcjonalne do deniwelacji terenu i odległości od środka zdjęcia - promienia radialnego.

---