Способ развертки орбитальных панорам

 

ОЛИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

Союз Советскик

Социалиетическик твеспублик

« 678292 (51)м. К6.2 (22) Заявлено 240277 (21) 2455007/18-10

6 01 С 11/02 с присоединением заявки Но(23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 05.08,79. Бюллетень М 29

Дата опубликования описания .08.0879 (53) УДК 528,722. 31 (088. 8) (72) Автор изобретения

Я.И. Гебгарт (71) Зетявитель московский институт инженеров землеустройства (54) СПОСОБ РАЗВЕРТКИ ОРБИТАЛЬНЫХ ПАНОРАМ

Изобретение относится к области фотограмметрии, в частности к фотограмметрической обработке орбитальных панорам, полученных с искусственных спутников Земли при помощи оптико-механических сканирующих устройств.

Известны способы трансформирования длиннофокусных снимков, имеющих большие углы наклона, с использованием двигающейся щели при одновременном дополнительном смещении светочувствительного материала (1) . Однако непараллельность кассеты и экрана фототрансформатора и равномерность дополнительного смещения не позволяют использовать способ для развертки орбитальных панорам.

Известен также способ развертки аэроснимков (полученных с помощью панорамного аэрофотоаппарата) при параллельном расположении кассеты и экрана проектора. Аэроснимок проектируют через двигающуюся щель с одновременным смещением кассеты и объектива вдоль его главного оптического луча и дополнительным перемещением светочувствительного материала вдоль двух осей экрана, проводимым в соответствии с особенностями панорамного аэроснимка (2) .

Развертка орбитальных панорам требует постоянства масштаба проектирования изображения, т.е. неизменного расстояния между плоскостями экрана и кассеты, дополнительного перемещения в своей плоскости не светочувствительного материала, а кассеты (панорамы), причем величина и характер этого перемещения определяется геометрией орбитальной панорамы, принципиально отличной от геометрии аэроснимка, полученного с помощью панорамного аэрофотоаппарата. Этот способ не может быть применен для развертки орбитальных панорам. Кроме того, обязательное перемещение щели ограничивает возможность реализации способа в, различных конструктивных вариантах, а era сложность не позволяет осуществить простую реализацию развертки с использованием существующих средств.

Целью изобретения является устранение искажений орбитальной панорамы эа геометрические особенности ее построения и кривизну Земли, повышение точности и производительности обработки. Это улучшает измерительные н

3 67 информативные свойства панорам, что важно с позиций их привязки и дешифрирования, и позволяет производить изготовление фотосхем, которые значи- тельно увеличивают и улучшают возможность обзорности больших площадей земной поверхности. Высокая скорость и простота получения развернутых панорам позволяет использовать их при оперативной обработке материалов сканерйой съемки.

Эта цель достигается тем, что панорама (негатив), уложенная н кассету проектора, проектируется при постоянном коэффициенте увеличения на светочувствительный материал, совмещенный с экраяом, через параллельную оси панорамы щель, длина которой равна длине спроектированного кадра панорамы, а ось панорамы совпадает с осью Х, образуемой пересечением панорамы с плоскостью орбиты. Проектирование производится при двигающейся щели и неподвижном снеточунстнительном материале, или при неподвижной щели и перемещающихся.в своих плоскостях навстречу друг другу панорамы и светочунствительного материала по направлению, перпендикулярному щели. В процессе проектнрования панорама дополнитепьно смещается вдоль оси Y на величины Поправок, соответствующие значениям ординат проектируемых точек панорамы, Необходимость нведения поправок (дополнительных смещений) именно в положение панорамы вызвана, сравнительно большой их веЛичиной и нелинейным характером. Это приводит в случае введения поправок в положение светочувствительного материала к значительной неравномерности производимой экспозиции (в отношении до

1:5, 1:4) и следовательно к невозможности получения качественного иэображения на развернутой панораме.

При съемке с круговой или близкой к ней -орбите панорама характеризуется сравнительно одинаковым масштабом по направлениям, параллельным оси Х панорамы. В то же время по перпендикулярным направлениям масштаб быстро меняется, становясь на краю панорамы в несколько раз мельче (при больших углах сканирования), чем в центральной части.

В результате развертки панорамы масштаб изображения выравнивается.

Величина поправок, которые должны вводиться при разнертке, зависит от геометрических особенностей построения панорам и кривизны..Земли.

На фиг. 1 показана схема учета геометрических особенностей построения панорамы; на фиг. 2 — схема учета влияний кривизны Земли; на фиг.3вид кривой поправок для развертки панорамы; на фиг. 4 — схема щелевого устройства.

Особенности построения заключаются том, что точка местности скани8292 руется при съемке на условную окру>ность, центром которой является .центр проекции,. а радиус равен условному фокусному расстоянию fy съемочного устройства с учетом записи изображениЙ вдоль оси у на фототелеграфном аппарате.

Поскольку в процессе записи иэображение выпрямляется, то произвольная точка а на условной окружности получается на панораме в точке а

10 (фиг. 1), причем

Оа =О. = (О=,,, где — угол сканирования, т.е. угол между сканирующим лучом и плоскостью орбиты.

15 На фиг. 1 точка панорамы а проектируется с помощью объектива S в точку а р светочувствительного материала.

Для перспективного преобразования условного изображения на окружности

2Д н соответствующее изображение на плоскости следует при развертке для точек с ординатой, равной Уо(,сдвинуть панораму вдоль оси Y на величину а а (т.е. точка а перемещается в точку а ) так, чтобы проектирующий луч Sa прошел через условную тбчку а, образуя с оптической осью угол сканиронания

Следовательно величина поправки

A Yap=a a"= oa"-oa = f „ или в общем виде

a Yp = f „(kg g - g ) - f.„ t,g — (. (1) v

Если средний масштаб панорамы вдоль прямых, параллельных оси Х, не равен масштабу в на оси панорамы в

1 перпендикулярном направлении, то для ныравнивания этих масштабов при разнертке нужно. чтобы

40 YÐ г ч g5 fv ( кср

При Е,(90 ммк m>=mÄ«, g «50 величина Y = 80 мм и c Yp = 25 мм.

Учет кривизнй Земли иллюстрируется фиг. 2. На ней Б — центр проекции, с помощью которого сканируемая точка A Земли (принимаемой за сферу) проектируется при съемке в точку а услонного изображения; SO — надирный

l луч, проходящий через центр сферы О. Выпрямив дугу OA до совмещения с горизонтальной прямой OD получают м точку А, при этом ОА -О A.

Так как сканирующий луч SA пересекает горизонтальную прямую в точ55 ке A то величина поправки за кривизну Земли н положение точки .а панорамы при развертке равна и 1

b vêà=À А.

v где Н вЂ” высота съемки.

6О Отрезок

A A A 0-A"о = R Ч - н Д, где R — радиус сферы; V LAO 0 — широта точки А н под-

65 спутниковой системе координат.

Следовательно, в общем виде, < .," н., Д. " . (3}

111,, /

Зависимость между и У определяется формулой

1 sin Р" т

Н.1Ч ((-С85Ч" }

При mx, ф m„

" :(R q - H re) (5) хсзр

Если f (= 90 мм, (®50, R 6400км, Н "- 900 км, то Y 10 мм.

При введении суммарных поправок случае m„ p 4 m >

Ч вЂ” — -ч= р-ч

xp Acp (6)

Если проектирование точек сферы на прямую 0D (фиг. 2) производится из центра сферы О или ортогонально, то соответственно

67829 (4)

R tq ч

xcp xca ! RS n9 %Sin 9 р = — - ч Ф,= -У=Чр -У (8} 1! !,„z р 3

Значения Ур, Ур, У р близки одз но к другому, например, при Н=4900км, = 50 fY- 90 MM (Yp -Yp ) = 2 MM и (Ур -Ур„) =0,5 мм, однако, несколько более лучшие результаты в сходимости масштаба дает развертка. с введением ! поправок ь Y„.

В процессе развертки панорама, то есть кассета проектора, дополнительно смещается вдоль ее оси ординат на величины поправок ьУ (или 6У>

hYэ), соответствующие значениям Y точек панорамы, проектируемых на светочувствительный материал через щель, параллельную оси Х панорамы, Кассета и экран при этом параллельны, а рас стояние между ними вдоль оптической 40 оси объектива не меняет=я. В результате ординаты Y точек панорамы преобразуются в соответственные величины

Ур„ (или Урд r Yp ) на развернутой панораме и тем самйм вводятся поправки 45 за геометрические особенности построения панорамы и кривизну Земли.

Углы сканирования при этом не аосстанавливаются.

Остающиеся на развернутой панора- g0 ме смещения за рельеф и; углы наклона сравнительно невелики (в большинстве случаев меньше 2 мм). При необходимости эти смещения, как и сфероидичность Земли, могут быть Учтены в процессе географической привязки. В процессе развертки можно перейти от иэображения, полученного с околокруговой орбиты ИСЗ, к соответствующему изображению в случае, если орбита была бы круговой, изменяя нужным образом значения ьУ

Развертка панорам производится с использованием фототрансформатора или проектора с децентрационным двйжением кассеты, щелевого устройства

2 ь с маркой и кривой поправок. Кривая поправок и контрольные штрихи.для нужной укладки пайорамы в кассету фототрансформатора и.последующей проверки правильности развертки строятся на прозрачном материале размером

30х30 см. Кривая поправок, с помощью которой реализуется развертка, строится в прямоугольной системе координат (!УрьУ (фиг. 3), причем вдоль оси Ур откладываются развернутые значения

Ур (например, для точки а величина

Ypy=Уа + аУ4), а по другой оси — величина поправки !!У (для той же точки а — величина *Ye). Вычисление У ! производится по формуле (б) с использованием зависимости (4), по формулам (7) или (8) .

Контрольные. штрихи должны располагаться параллельно оси Yp=(Y + аY ).

Средние иэ них являются начальными— с ними должна совмещаться ось панорамы. Прозрачная основа приклеивается к кассете. Для данной съемки кривая поправок является постоянной.

Негатив панорамы закладывают в кассету, совмещая ось панорамы с начальными штрихами (положение оси панорамы должно быть определено достаточно надежно, поскольку от этого зависит точность развертки) . На фиг. 3 схематически показана кассета с прозрачной основой, на которую нанесейа кривая поправок и штрихи, и уложенный нужным образом негатив панорамы.

Перед началом развертки экран и кассета фототрансформатора (например, ФТБ) приводятся в горизонтальное положение, а расстояние между ними и объективом устанавливается в соответствии с коэффициентом увеличения К. Кассета движениями Х и продольной децентрации ориентируется так, чтобы с осью вращения экрана, определенной из юстировок фототрансформатора, совпало изображение соответственной пары штрихов валетки, наиболее близкой к оси экрана при среднем отсчете по шкале продольной децентрации. Отсчет по шкале попе-: речной децентрации тоже должен быть средним. Далее все зажимные винты закрепляются и в дальнейшем при обработке других панорам данной съемки такие установки больше не производятся.

При развертке применяют щелевое устройство. Вращение ходового винта

1, задаваемого электромотором, вызывает движение с постоянной скоростью каретки 2 вдоль направляющих 3, шторки 4 и щели 5. Направление движенчя при развертке показано на чертеже стрелкой (фиг. 4) ° Чтобы спроектированная кривая поправок не закрывалась в процессе развертки, шторка 5 сделана из мягкого черного материала, наматывающегося на барабан 6. Для возможности развертки перпендикуляр2 8 ные иэображения улучшают измерительные и информационные свойства панорам, что важно с позиций их привязки и дешифрирования. Кроме того, развернутые панорамы могут быть использованы для приготовления фотосхем. Все это расширяет возможности использования материалов сканерной съемки.

Отмечается высокая скорость и надежность развертки. На получение развернутого кадра практически уходит столько же времени, что и при контактной печати, поскольку это время, в основном, тратится на одинаковый по длительности процесс фотографической обработки. Данное обстоятельство позволяет использовать развернутые панорамы для оперативной обработки. Совместить марки щелевого устройства с кривой поправок в процессе развертки проще, чем совместить измерительную марку с поверхностью геометрической модели при дифференциальном фототрансформйровании. Уверенное совмещение марки с кривой поправок осуществляется при скорости движения щели порядка 4 — 5 мм/с. Однако даже при скорости движения щели около

1 мм/с на всю развертку уходит всего лишь 4-5 мин. При автоматической реализации способа скорость развертки значительно возрастает.

Способ реализуют с использованием широко распространенного фототрансформатора или проектора и сравнительно простого щелевого устройсТва. В то же время несложность формул поправок, вводимых при развертке, позволяет достаточно просто автоматизировать этот процесс.

В результате проведенных больших по объему экспериментальных работ с. использованием ФТБ и щелевого устройства получены развернутые панорамы хорошего фотограмметрического (средняя квадратическая погрешность в положении точек развернутых панорам иэ-за ошибок развертки 0,2 мм) и фотографического качества при достаточно высокой скорости изготовления. При изготовлении фотосхем из развернутых панорам трех смежных витков расхождения по порезам не превышают 1,5 мм. Выполненная географическая привязка развернутых панорам, приведенных к круговой орбите ИСЗ, показала, что в этом случае процесс привязки ощутимо облегчается и ускоряется .эа счет отсутствия необходимости учета изменения высоты съемки, а точность возрастает в 1,2 раза.

Формула изобретения

1. Способ развертки орбитальных панорам путем щелевого оптического, проектирования уложенной в кассету панорамы на светочувствительный ма7 67829 но направляющим 3 располагаются жестко связанные с ними направляющие 7.

Вращение ходового винта 1 через конические шестерни передается на винr

8, который перемещает каретку 9 с маркой 10. Каретка 9 движется с такой же скоростью, что и каретка 2 (направление движения при развертке показано на чертеже стрелкой).

Щелевое устройство устанавливается на экране CTB (шторка и щель при этом находятся над экраном на расстоя-1О нии 2-,3 мм) так, чтобы при среднем положении каретки 2 относительно ходового винта 1 щель совпала с проекцией оси панорамы, а марка 10 — с проекцией точки Я кривой поправок 15 (см. фиг. 4), спроектированной на экран. Установка производится приближениями, путем небольших изменений положения каретки 2 относительно винта 1 и положения щелевого устройства относительно экрана. После установки щелевое устройство закрепляется на экране и в дальнейшем такая установка больше не производится. Для получения хоРошего фотографического качества важно постоянство ширины щели на всем ее протяжении. Для уменьшения влияния смаза .изображения ширина щели должна равняться 0,1-0,2 мм.

Перед началом развертки каретка 2 щелевого устройства вместе с щелью перемещается в крайнее положение, при котором щель располагается вблизи барабана 6 а каретка 9 — соответственно на левом (фиг. 4) краю винта 8.

Движением рукоятки продольной децент- 35 рации совмещают кривую поправок с маркой 10. Под шторку укладывают светочувствительный материал.

Затем включается мотор и в процессе движения щели и марки.10 оператор 40 рукоятью продольной децентрации непрерывно смещает кассету так, чтобы спроектированная кривая поправок была все время совмещена с маркой, вводя тем самым необходимые поправки и 45 получая после фотографической обработки развернутую панораму.

Развертка панорам с йспользованием кривой поправок проводится с применением фототрансформатора для трансформирования снимков, имеющих большйе углы наклбна. В этом случае . основные плоскости такого фототрансформатора устанавливаются взаимно паРаллельными, светочувствительный материал должен быть неподвижным.

Синхронно движению щели, но в перпендикулярном ей направлении, должна двигаться марка. Прбцесс развертки осуществляется путем децентрационного 6 смещения кассеты с использованием кривой. поправок.

По предлагаемому способу получают в результате развертки примерно одномасштабное иэображение. Преобразование панорам в примерно одномасштабg 678292 1(:! териал, наложенный на экран проекто- своих плоскостях навстречу друг

< другу р ра лельно панораме, о т л и - панорамы и светочувствительн г, ого матес я . тем, .что, с целью риала по направлению, перпендикулярустранения искажений панорамы эа гео- ному щели. .метрические особенности ее построе- 3. Способ по п 1 по п., о т л и ч а юности и и ния и кривизну Земли, повышения точ- шийся тем что введен

У ие попрапроизводительности обработки, 5 вок при развертке осуществляют допроцесс проектирования осуществляют полнительным смещением кассеты так, при неизменном расстоянии между плос- чтобы марка целевого устройства совкостями кассеты и экрана путем переме- мещалась с изображением уложенной щения щелевого устройства по экрану вместе с пайорамой в кассету проекпараллельно оси Х панорамы при одно- )Q тора кривой поправок положени т

I е очек р ом синхронном смещении пано- которой вдоль оси кривой определяетрамы по оси Y на величину ся величинами ординат развернутой паАУ= - ( норамы, а в поперечном направлении—

И,р 7 ас.Р величинами поправок за геометричесгде  — радиус сферы Земли; кие особенности панорамы и кривизну ирота точки наблюдения в Земли, причем ось кривой должна рас"— ши подспутниковой системе коор- полагаться параллельно оси Х панорадинат; мые в„. — масштаб иэображения по Источники информации, принятые во

2. Способ

-внимание при экспертизе

Способ по п. 1, о т л и ч а ю— 1. Авторское свидетельство СССР щ и и с.я. тем, что дополнительное Р 146501, кл. G 01 С 11/02, 1962. смещение панорамы производят при не- 2. Авторское свидетельство СССР подвижной щели и перемещающихся в Р 173961, кл. G 01 С 11/02, 1965. а а" а

Фиг 1

Фиг. 2

Иачаланв|й истрах

Фиг. J

ЦНИИПИ Заказ 4543/28

Тираж 865 Подписное

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная,4