Способ развертки орбитальных панорам

(.ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К.тем .й./; Союз Советския СОциалистический Республик(22) Заявлено 240277 (21) 2455007/18-10 6 01 С 11/02 с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель 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 равномер-15 ность дополнительного смещения не позволяют использовать способ для развертки орбитальных панорам. Известен также способ развертки 2 О 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 аэро- снимка, 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 его 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 и3 67информативные свойства панорам, чтоважно с позиций их привязки и дешифрирования, и позволяет производитьизготовление фотосхем, которые значи-тельно увеличивают и улучшают возможность обзорности больших площадейземной поверхности, Высокая скоростьи простота получения развернутых па"норам позволяет использовать их приоперативной обработке материалов сканерйой съемки.Эта цель достигается тем, что панорама (негатив), уложенная в кассетупроектора, проектируется при постоянном коэффициенте увеличения на светочувствительный материал, совмещенныйс экраяом, через параллельную оси панорамы щель, длина которой равна длине спроектированного кадра панорамы,а ось панорамы совпадает с осью Х,образуемой пересечением панорамы сплоскостью орбиты. Проектированиепроизводится при двигающейся щели инеподвижном светочувствительном материале, или при неподвижной щели иперемещающихся.в своих плоскостях навстречу друг другу панорамы и светочувствительного материала по направлению, перпендикулярному щели. В процессе проектирования панорама дополнитедьно смещается вдоль оси у на величины Поправок, соответствующие значениям ординат проектируемых точек панорамы, Необходимость введения поправок (дополнительных смещений)именно в положение панор;уы 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 краюпанорамы 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 развертке, 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.З- вид кривой поправок для развертки панорамы; на Фиг. 4 - схема щелевого устройства.Особенности построения заключаются " том, что точка местности скани 8292 руется при съемке на условную окружность, центром которой является.центр проекции,. а радиус равен условному фокусному расстоянию Гу съемочного устройства с учетом записиизображений вдоль оси у на Фототе 5 леграфном аппарате.Поскольку в процессе записи иэображение выпрямляется, то произвольная точка а на условной окружности получается на панораме в точке а10 (Фиг, 1), причемОа-.Ос -.1 а = ,где- угол сканирования, т,е.угол между сканирующим лучом и плоскостью орбиты.15 На фиг. 1 точка панорамы апроектируется с помощью объектива Я в точку ар светочувствительного материала.Для перспективного преобразованияусловного изображения на окружности20 в соответствующее изображение наплоскости следует при развертке дляточек с ординатой, равной ЪМ,сдвинуть панораму вдоль оси У на величинуа а (т,е. точка аперемещается в25 точку а) так, чтобы проектирующийлуч Яапрошел через условную тОчкуа, образуя с оптической осью уголсканированияСледовательно величина поправкиЛ (ор:са"=оа"-оа= 1 О ч 1 с 1или в общем видед 1 р=Х (1 д-)=Е 1 р -( . (1)чЕсли средний масштабпанорамывдоль прямых,параллельных оси Х, неравен масштабу в на оси панорамы вперпендикулярном направлении, то длявыравнивания этих масштабов при развертке нркно, чтобы40 д Р гд чЯ чксрПри Е,(а 90 мм, щ, =щср,Ф 50 ф величина у : 80 мм и дур = 25 мм.Учет кривизнй Земли иллюстрируется фиг. 2. На ней Я - центр проекции,45 с помощью которого сканируемая точка А Земли (принимаемой за сферу)проектируется при съемке в точку аусловного изображения; ЯО - надирныйlлуч, проходящий через центр сферы О.Выпрямив дугу ОА до совмещенияс горизонтальной прямой ОР, получаютмточку А, при этом ОА -О А,Так как сканирующий луч ЯА пересекает горизонтальную прямую в точ 55 ке А, то величина поправки за кривизну Земли в положение точки .а панорамы при развертке равнаг и 1ька=А Агде Н - высота съемки,60 ОтрезокАА"= ДО -Д"О = Ц Ч-НД,где Н- радиус сферы;9 ЬАО О -широта точки А в под 65 спутниковой системекоординат.") - ,ассЕсли Г, = 90 мм, 50 , В - 6400 км,Н = 900 км, то д У=10 мм.При введении суммарных поправокв случае щ, Ф щ,Чдч=дчр дк= - ,: -Г, = - , . -=р-((6)Если проектирование точек сферына прямую 00 (фиг. 2) производитсяиз центра сферы О или ортогонально, то соответственно й 1 я" - я 1с р хср%51 П 9 7511 9др = - - = -1=р -1 (81,срЗначения Ур, Ур, ур близки одзно к другому, например, при Н=4900 км,= 50 ОЙу мм (Ур -Ур ): 2 мми (Урэ-Ур) =0,5 мм, однако, несколькоболее лучшие результаты в сходимостимасштаба дает развертка с введениемпоправок д У.В процессе развертки панорама, тоесть кассета проектора, дополнительносмещается вдоль ее оси ординат навеличины поправок ду (или дУ,ьУэ), соответствующие значениям у 35точек панорамы, проектируемых на светочувствительный материал через щель,параллельную оси Х панорамы, Кассетаи экран при этом параллельны, а расстояние между ними вдоль оптической 40оси объектива не меняет:я, В результате ординаты У точек панорамы преобразуются в соответственные величиныУр (или Ур 2урз) на развернутой панораме и тем самйм вводятся поправки 45за геометрические особенности построения панорамы икривизну Земли.Углы сканированияпри этом не восстанавливаются,Остающиеся на развернутой панораме смещения за рельеф и; углы наклонасравнительно невелики (в большинствеслучаев меньше 2 мм). При необходи"мости эти смещения, как и сфероидичность Земли, могут быть учтены впроцессе географической привязки, Впроцессе развертки можно перейти отиэображения, полученного с околокруговой орбиты ИСЗ, к соответствующемуизображению в случае, если орбита была бы круговой, изменяя нужным образом значения дУ/Развертка панорам производится сиспользованием фототрансформатораили проектора с децентрационным двйжением кассеты, щелевого устройства 2 ьс маркой и кривой поправок, Криваяпоправок и контрольные штрихи,длянужной укладки пайорамы в кассетуфототрансформатора и.последующей проверки правильности развертки строятсяна прозрачном материале размером30 х 30 см. Кривая поправок, с помощьюкоторой реализуется развертка, строится в прямоугольной системе координатОурду (фиг, 3), причем вдоль оси Уроткладываются развернутые значенияУр (например, для точки а величинаур=уа + дТ), а по другой оси - величина поправки дУ (для той же точки а - величина дус). Вычисление дУпроизводится по формуле (6) с использованием зависимости (4), по формулам(7) или (8) .Контрольные штрихи должны располагаться параллельно оси Ур:(У + дУ).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 вкассету, совмещая ось панорамы с начальными штрихами (положение оси панорамы должно быть определено достаточно надежно, поскольку от этого зависит точность развертки) . На Фиг. 3схематически показана-кассета с прозрачной основой, на которую нанесейакривая поправок и штрихи, и уложенный нужным образом негатив панорамы.Перед началом развертки экран икассета фототрансформатора (например, ФТБ) приводятся в горизонтальное положение, а расстояние междуними и объективом устанавливается всоответствии с коэффициентом увеличения К. Кассета движениями Х и продольной децентрации ориентируетсятак, чтобы с осью вращения экрана,определенной из юстировок фототрансформатора, совпало изображение соответственной пары штрихов валетки,наиболееблизкой к оси экрана присреднем отсчете по шкале продольнойдецентрации. Отсчет по шкале поперечной децентрации тоже должен бытьсредним, Далее все зажимные винты закрепляются и в дальнейшем при обработке других панорам данной съемкитакие установки больше не производятся,При развертке применяют щелевоеустройство. Вращение ходового винта1, задаваемого электромотором, вызывает движение с постоянной скоростьюкаретки 2 вдоль направляющих 3, шторки 4 и щели 5, Направление движенчяпри развертке показано на чертежестрелкой (фиг, 4)Чтобы спроектиро.ванная кривая поправок не закрывалась в процессе развертки, шторка 5сделана из мягкого черного материала,наматывающегося на барабан 6. Длядозможности развертки перпендикуляр50 7 6782но направляющим 3 располагаются жестко связанные с ними направляющие 7.Вращение ходового винта 1 через конические шестерни передается на винт8, который перемещает каретку 9 смаркой 10, Каретка 9 движется с такой же скоростью, что и каретка 2 5(направление движения при разверткепоказано на чертеже стрелкой).Щелевое устройство устанавливается на экране ФТБ (шторка и щель приэтом находятся над экраном на расстоя-Онии 2-.3 мм) так, чтобы при среднемположении каретки 2 относительно ходового винта 1 щель совпала с проекцией оси панорамы, а марка 10 - спроекцией точки Я кривой поправок 5(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 излияниясмаза .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 б, а каретка 9 - соответственно на левом (фиг. 4) краю винта 8, Движением рукоятки продольной децент 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, светочувствительныйиматериал должен быть неподвижным. Синхронно движению щели, но в перпендикулярном ей направлении, должна двигаться марка. Прбцесс развертки осуществляется путем децентрационного смещения кассеты с использованием кривой. поправок.По предлагаемому способу получают в результате развертки примерно одномасштабное иэображение, Преобразование панорам в примерно одномасштаб 92 8ные иэображения улучшают измерительные и информационные свойства панорам, что важно с позиций их привязкии дешифрирования. Кроме того, развернутые панорамы могут быть использованы для приготовления фотосхем. Всеэто расширяет возможности использования материалов сканерной съемки.Отмечается высокая скорость и надежность развертки. На получение развернутого кадра практически уходит столько же времени, что и при контактнойпечати, 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 скривой поправок в процессе разверткипроще, чем совместить измерительнуюмарку с поверхностью геометрическоймодели при дифференциальном фототрансформйровании. Уверенное совмещение марки с кривой поправок осуществляется при скорости движениящели порядка 4 - 5 мм/с. Однако дажепри скорости движения щели около1 мм/с на всю развертку уходит всего лишь 4-5 мин. При автоматическойреализации способа скорость развертки значительно возрастает.Способ реализуют с использованиемшироко распространенного фототрансформатора или проектора и сравнительно простого щелевого устройсТва. Вто же время несложность формул поправок, вводимых при развертке, позволяет достаточно просто автоматизировать этот процесс,В результате проведенных большихпо объему экспериментальных работ сиспользованием ФТБ и щелевого устройства получены развернутые панорамы хорошего фотограмметрического(средняя квадратическая погрешностьв положении точек развернутых панорам из-за ошибок развертки 0,2 мм)и фотографического качества при достаточно высокой скорости изготовления. При изготовлении фотосхем изразвернутых 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 процесспривязки ощутимо облегчается и ускоряется .эа счет отсутствия необходимости учета изменения высоты съемки,а точность возрастает в 1,2 раза.Формула изобретения1. Способ развертки орбитальных панорам путем щелевого оптического, проектирования уложенной в кассету панорамы на светочувствительный мааф аф Фиг. г ачалвмвйтрах ЦНИИПИ Заказ 45 Тираж 865 Подпи/2 ое тУоектная,4 филиал ППП Патг. Ужгород, ул. 9 678292ечу друг другутериал, наложенный на экран проекто- своих плоскостях навстр ура параллельно панораме, о т л и - панорамы и светочувствительного матеч а ю щ и й с я . темчто, с целью риала по направлению, перпендикулярустранения искажений панорамы эа гео" ному щели..метрические особенности ее построения и к и иривиэну Земли, повышения точ- щ и й с я тем, что введение поп аности и и оизво ир в д тельности обработки, 5 вок при развертке осуществляют дочто введение попрапроцесс проектирования осуществляют полнительным смещением кассеты так,при неизменном расстоянии между плос- чтобы марка целевого устройства совкостями кассеты и экрана путем переме- мещалась с изображением ул ж йо еннощ евого устройства по экрану вместе с пайорамой в кассету проекпараллельно оси Х панорамы при одно тора кривой поправок, положение точеквременном синхронном смещении пано- которой вдоль оси кривой определяется величинами ординат развернутой падУ=норамы, а в поперечном направлении -1 ,р 1ас.Р величинами поправок за геометричесгде В - радиус сферы Земли; кие особенности панорамы и кривизну" - широта точки наблюдения в Земли, причем ось кривой должна расподспутниковой системе коор- полагаться параллельно оси Х панорадинат; мы еИсточники информации, принятые во2. Способ по п 120.внимание при экспертизеСпособ по п. 1, о т л и ч а ю - 1. Авторское свидетельство СССРщ и й с.я. тем, что дополнительное Р 146501, кл. 6 01 С 11/02, 1962.смещение панорамыпроизводятпри не. Авторское свидетельство СССРподвижной щели и перемещающихся в Р 173961, кл. С 01 С 11/02, 1965.