1

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRONOMICE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂBUCUREŞTI

Facultatea de Îmbunătăţiri Funciare şi Ingineria Mediului

CURS

BAZELE GEOMETRICEALE FOTOGRAMMETRIEI

( BGF )

DR. ING. GABRIEL POPESCU

BUCUREŞTI 2008

2

C U P R I N S

Pag.

1 Introducere. ........................................................................................................... 32 Elemente de fotogrammetrie....................................................................... 113 Baze optice şi fotografice........................................................................... 174 Elemente de sensitometrie.......................................................................... 185 Fotograma................................................................................................... 21

5.1 Elemente de orientare interioară.............................................................5.2 Elemente de orientare exterioară.............................................................5.3 Clasificarea fotogramelor........................................................................5.4 Procedee de determinare a scării fotogramelor......................................5.5 Deformări pe fotogramă..........................................................................5.6 Fotointerpretarea......................................................................................

6 Ridicări fotogrammetrice............................................................................. 276.1 Proiectul de aerofotografiere...................................................................6.2 Reperajul fotogrammetric.......................................................................

7 Fotogrammetria planimetrică...................................................................... 297.1 Restituţia planimetrică............................................................................7.2 Aparate de restituţie planimetrică ..........................................................7.3 Efectul reliefului terenului asupra redresării ..........................................7.4 Redresarea diferenţială. Ortofotoplanul .................................................

8 Stereofotogrammetria ................................................................................. 328.1 Generalităţi .............................................................................................8.2 Baza de fotografiere ...............................................................................8.3 Orientarea stereogramelor ......................................................................8.4 Aerotriangulaţia.......................................................................................8.5 Stereorestituţia / aparate de stereorestituţie .............................................

9 Reprezentarea pe calculator a obiectelor spatiale obţinute prin metode defotogrammetrie analitică şi digitală..............................................................

48

Bibliografie 53

3

1. INTRODUCERE.

O prezentare sintetica a stadiului actual de dezvoltare a fotogrametriei siteledetectiei, pe baza realizarilor cunoscute pâna în prezent, permite aprecierea realistăa posibilităţilor si limitelor acestui mijloc de investigare. Revista americana despecialitate "Photogrammetric Engineering and Remote Sensing" definestefotogrametria astfel : "Fotogrametria este arta, stiinta si tehnologia de obtinere ainformatiilor sigure despre obiectele fizice si mediul inconjurator prin prelucrareainregistrarilor , masurarea si interpretarea imaginilor fotografice, a modelelor deenergie radianta electromagnetica si alte fenomene".

O aplicatie conventionala a fotogrametriei este elaborarea de harti topografice cucurbe de nivel, bazate pe masuratori si informatii obtinute de pe fotografii aeriene sispatiale cu instrumente analogice optice si/sau calculatoare analitice. In mod similar,principiile topografice de masuratori de precizie sint aplicate in fotogrametria la micadistanta pentru reprezentarea obiectelor a caror studiere pe alte căi întâmpinădificultăţi pentru înregistrarea deformaţiilor măsurabile in modelele inginereşti,pentru studierea medicală a formelor de viată, etc.

O alta aplicatie importanta a fotogrammetriei, de mare actualitate si mai ales demare viitor, este utilizarea laser scannerului , in care imaginile sint obtinute cu un altsensor decât (sau pe lânga) camera fotogrammetrica conventionala, in care o imagineeste inregistrata ca o baleiere electronica în vizibil sau folosind radiatii din afaradomeniului vizibil pe film, cu microunde, radar, in infrarosul termic sau ultraviolet.

O imagine reprezinta in sens larg o distributie bidimensionala de câmp luminos.În această clasă intră atât imaginile fotografice cât si orice alte inregistrari de functiibidimensionale sau monodimensionale multicanal. Distributia de cimp poate fiabtinuta prin iluminarea unei pelicule fotografice pe care este inregistrata aceastaimagine, dar acest procedeu nu este restrictiv. Prelucrarea unei imagini este ooperatie efectuata asupra functiei bidimensionale reale f(x,y) ce reprezintaimaginea in scopul:

- reconstituirii imaginii initiale;- scoaterea sau accentuarea unor caracteristici particulare;- codificarea imaginii in scopul transmiterii sau stocarii ei in mod eficient.

In procesul de transmitere si inregistrare a imaginilor, acestea sufera degradarideterminate de imperfectiunile inerente sistemelor respective. Astfel, imagineaoriginala poate suferii transformari in procesul de propagare prin atmosfera, insistemul optic de formare a unei imagini secundare, in procesul de expunere siprelucrare a placii fotografice, etc. Se considera ca cele mai importante surse cecontribuie la degradarea imaginii sint limitarea benzii sistemului de formare sitransmitere a imaginii, aberatiile lentilelor, miscarea relativa a sistemului optic fatade obiect, turbulenta atmosferei, etc.

Daca f(x,y) reprezinta imaginea originala si g(x,y) imaginea degradata de unasau mai multe din cauzele enumerate, problema care se pune in fata sistemului de

4

reconstituire este aceea de a forma o imagine f^(x,y) "cit mai apropiata" de imagineaoriginala.

In cazul in care sistemul ce a produs degradarea imaginei este descris de ofunctie de pondere h(x,y), raspunsul la o intrare f(x,y) este dat de relatia :

g(x,y) = f(x,y)*h(x,y) = { F(u,v)*H(u,v) }

in care H(u,v)= { h(x,y) } este functia de transfer a sistemului prin care s-aformat imaginea.

In consecinta prelucrarea printr-un sistem avind o functie de transfer H (u,v)va reconstitui imaginea originala.

f^(x,y) = { F^(u,v) } = { [ F(u,v)*H(u,v) ]*H (u,v) } = f(x,y)

Aceasta prelucrare, experimentata in mod intensiv de fizicianul Stroke, a fost denumitaconvolutie. Convolutia si corelatia sint operatii de baza in calculatoarele optice,derivate din doua transformari Fourier, ele fiind folosite in special inprelucrarea video-informatiilor (de televiziune) obtinute prin metode de teledetectie.

Fotogrammetria este o disciplină a ştiinţei măsurătorilor terestre.Fotogrammetria cuprinde un ansamblu de metode matematice, tehnici şi tehnologii deutilizare a fotografiei în domeniul măsurătorilor terestre.

Pe lângă aplicaţiile în domeniul măsurătorilor terestre, fotogrammetria poate fiaplicată şi în alte domenii: arhitectură, geologie, geofizică, meteorologie, agricultură şinu în ultimul rând îmbunătăţiri funciare şi ingineria mediului.

Din punct de vedere tehnologic, procesul fotogrammetriei şi teledetecţiei sedesfăşoară conform etapelor cunoscute. Astfel, prima etapa a procesului tehnologico reprezintă ansamblul operatiunilor de înregistrare a datelor. Pentru inregistrari sefolosesc camere speciale terestre sau aeriene montate pe platforme aeriene sauspatiale purtatoare ale sensorilor de înregistrare.

Pornind de la schema spectrului electromagnetic al luminii naturale, prezentatăîn figura de mai jos, în principiu, categoriile de sensori care se folosesc sunt aceleasişi anume sensori care inregistreaza în diferite zone ale spectrului electromagnetic darei difera din punctul de vedere al conceptiei de construcţie, corespunzătorspecificului inregistrarilor la diferite distante sau inaltimi, în diferite conditii aerieneşi spatiale. Se folosesc camere fotografice normale, metrice, multispectrale, sensoride baleiere cu înregistrare simultana în diferite benzi spectrale în domeniulvizibil şi infrarosu, sensori de înregistrare cu microunde, în sistem de televiziune,radar şi altele.

5

Scurt istoricÎntre anii 1480 – 1492 , Leonardo da Vinci a introdus noţiunile de proiecţie şi

perspectivă centrală. În 1525, Albrecht Durer şi mai târziu în 1759 Johan HeinrichLambert au continuat munca lui Leonardo dezvoltând principiile matematice aleimaginii perspective preluate dintr-un punct din spatiu.

Primele ridicări fotogrammetrice datează de la mijlocul secolului trecut, fiindcondiţionate de apariţia şi dezvoltarea fotografiei.

Odată cu publicarea, în 1851, de către Skott Archer a modului de obţinere aimaginii fotografice prin procedeul coloidului umed (stratul fotosensibil se prepară şise întinde pe placa de sticlă înainte de fotografiere, iar expunerea şi developarea seface în timpul cât stratul sensibil este umed) s-a deschis posibilitatea de aplicare afotografiei în numeroase ramuri ale ştiinţei şi tehnicii, inclusiv în domeniulmăsurătorilor terestre.

Relaţia dintre geometria proiectivă şi fotogrammetrie a fost dezvoltată de R.Sturms şi Guido Hauck în anul 1883 în Germania. Legile perspectivei fotogrammetriceale lui Hauck sunt prezentate în imaginea următoare.

6

La început s-au făcut experienţe pentru aplicarea fotografiei la ridicări terestrecu fototeodolitul, iar după aceea la ridicări fotoaeriene.

Inginerul militar francez Aimé Laussedat este primul care în 1851 a folosit unaparat fotografic anume construit (fototeodolit), făcând experienţe de folosire afotografiei în scopuri topografice, folosind o nouă metodă de ridicare terestră pe care adenunit-o "metrofotografie". Aimé Laussedat este considerat părintelefotogrammetriei, existând şi o medalie care-i poartă numele.

7

Ideea folosirii fotografiilor aeriene ale suprafeţei terestre în scopuri topograficeaparţine fotografului francez Gaspar Felix Tournachon, denumit şi Nadar, care în anul1858 obţine prima fotografie aeriană dintr-un balon captiv de la înălţimea de 80 demetri deasupra Parisului (imaginea de mai jos).

Folosirea acestui procedeu în aer s-a dovedit mai complicată decât pe pământ şide aceea dezvoltarea aerofotogrammetriei s-a produs abia după o jumătate de secol.

În timp se dezvoltă tehnicile şi tehnologiile fotografice atât pe linia fixăriiimaginii cât şi a opticii fotografice.

În 1871 se descoperă metoda de fabricaţie a emulsiei sensibile cu strat uscat debromură de argint şi gelatină. Aceasta putea fi folosită pentru fotografii instantanee şinu necesita o expunere îndelungată, lucru important în cazul fotografiei aeriene.

În 1887 - 1889 s-au crerat posibilităţi ca suportul emulsiei să nu mai fie sticla cipeliculele de celuloid, cu impact direct asupra dezvoltării fotografiei aeriene şi aaerofotogrammetriei.

La sfârşitul secolului XIX s-au construit camere fotografice multiple de preluarea fotografiilor aeriene din baloane dirijabile denumite panoramograf printre care celeconstruite de Thiele, Cailletet şi Tribaule, Scheimpflung, Templer etc.

Cu toate experienţele izolate, mai mult sau mai puţin reuşite, aerofotografiereanu s-a dezvoltat până la apariţia avionului, care a permis transportul rapid, comod şiieftin a camerei fotoaeriene deasupra suprafeţei de ridicat.

Dezvoltarea aviaţiei în deceniul 2 al secolului XX a dus la succese înaerofotogrammetrie. Experimentările în folosirea avionului la ridicări fotoaerieneîncep înainte de primul război mondial, când este folosită fotografia aeriană înoperaţiunile militare de recunoaştere.

După primul război mondial metodele de ridicare fotoaeriană se extind continuu.Folosirea avionului a impus folosirea unui timp de expunere mic. Aceasta a impus la

8

rândul său construirea unor obiectivi cu luminozitate mare, lipsiţi pe cât posibil dedistorsie, cu obturatoare care să funcţioneze rapid şi sigur, precum şi a unor dispozitivemecanice de acţionare a camerei în timpul lucrului.

Dintre principalele camere aeriene construite şi folosite, cele mai importantesunt RMK, MRB (Germania), RC-5 (Elveţia), AFA (U.R.S.S.), Santoni (Italia), T 11(S.U.A.) şi SOM (Franţa). Aceste aparate construite în prezent în variante moderne,reflectă orientarea către folosirea tehnicilor şi tehnologiilor moderne digitale pentrudeterminarea pe cale automată a datelor necesare prelucrării fotogramelor, precum şirealizarea unor mecanisme automate de transmisie şi comandă.

Printre pionierii fotogrametriei analitice, cu contribuţii esenţiale în dezvoltareaacestui domeniu, îi putem menţiona:

Otto von Gruber (1884–1942), Prof. Earl Churh (1890–1956),

Dr. Hellmut Schmid Prof. Mahmoud (Sam) Karara (1928-1992)

Uuvo (Uki) Vilho Helava (1923-1994)

În ţara noastră, dezvoltarea ridicărilor aerofotogrammetrice este legată deapariţia aviaţiei. Între anii 1910 - 1914 s-au făcut experimentări ale fotografiei dinavion folosind avioanele construite în ţara noastră şi cele cumpărate din străinătate.Pregătirile pentru primul război mondial orientează şi fotografia aeriană pentrufolosirea în scopuri militare.

9

Astfel primele lucrări de ridicare fotoaeriană din avion s-au făcut în aprilie 1916,de către serviciul fotoaerian creat în cadrul flotilei de aviaţie de la Cotroceni, utilizândla început camere fotoaeriene simple, construite din lemn, de formatul 9x12 cm.

În august 1916 acest serviciu s-a dezvoltat prin înfiinţarea a 6 secţii fotoaerieneafectate escadrilelor de aviaţie care erau dislocate la Tâlmaci, Braşov, Murfatlar, PiatraNeamţ, Cotroceni şi una mobilă. La început nu s-au obţinut rezultate notabile datoritălipsei de experienţă. Ulterior, în timpul refacerii trupelor din Moldova, s-au adusaparate şi materiale fotografice noi, precum şi un laborator cu care au fost înzestratesecţiile fotoaeriene.

S-a început o activitate intensă al cărei randament a fost apreciat în luptele de laMărăşeşti, când s-au cunoscut înainte de începerea luptelor tipul şi felul organizăriiinamice.

În timpul Primului Război Mondial, Serviciul Geografic al Armatei şi celelaltesecţii fotoaeriene trimiteau pe front hărţile topografice completate cu date despreinamic folosind în acest scop fotografiile aeriene.

În urma experienţei căpătate, ofiţerii în rezervă (ingineri silvici) AurelCernătescu şi Victor Ivănceanu întocmesc în 1918 un "Studiu asupra restituiriifotografiilor aeriene" în care se prezentau mijloacele folosite în exploatareaconţinutului fotografiilor aeriene.

Prin conferinţe şi publicaţii este propagată ideea aplicării ridicărilor fotoaerieneîn întocmirea de planuri şi hărţi.

În unele instituţii superioare de învăţământ sunt introduse noţiuni de fotografieaeriană.

În mod sporadic s-au făcut încercări de aplicare a ridicărilor fotoaeriene şi înscopuri civile. Astfel în 1924 s-a creat o "Diviziune de cadastru aerian" pe lângăDirecţiunea Aviaţiei Civile, care pentru prima dată în ţara noastră utilizează fotografiaaeriană în lucrări de măsurători terestre pentru nevoi civile. Primele lucrări ale acestuiserviciu au fost executarea unor fotoasamblaje pentru întocmirea planului desistematizare a oraşelor Bacău şi Curtea de Argeş.

Aceiaşi specialişti au executat ulterior planul fotografic al Aeroportului Băneasa,prima lucrare la noi în ţară întocmită pe baza premarcajului pe tren a punctelor detriangulaţie şi a reperilor fotogrammetrici.

Publicaţiile de specialitate care apar în perioada 1924 - 1926 sunt:Metrofotografia, Studiul fotografiei aeriene, Stereoscopia şi aerofotografia de cpt.Gonta Constantin şi Fotografia aeriană a locotenentului aviator Iacobescu Gheorghe.

În anul 1926 a avut loc la Berlin al doilea congres al Societăţii Internaţionale deFotogrammetrie la care au participat şi delegaţi din România. Congrasul I a avut loc în1913 la Viena, unde se fondase în anul 1907 prima "Societate Naţională deFotogrammetrie".

Raportul făcut de delegaţi conducerii armatei a atras atenţia asupra diverseloraplicaţii ale aerofotogrammetriei şi al avantajelor pe care le prezintă, mai ales înactualizarea hărţii.

10

Începând cu anul 1927 s-au depus eforturi pentru a se procura aparatura necesarătrecerii la exploatarea riguroasă a fotogramelor aeriene cât şi pentru a se facecunoscute avantajele noii metode de ridicare.

În anul 1928 se înfiinţează o secţie de fotogrammetrie în cadrul InstitutuluiGeografic al Armatei, care este dotată cu un autocartograf şi alte aparate de laboratorde strictă necesitate. Acestă secţie şi-a orintat activitatea în scopul întocmirii hărţii ţăriiprin procedee aerofotogrammetrice.

În anul 1929 s-a înfiinţat o secţie fotogrammetrică pe lângă Direcţia Superioarăa Aeronauticii şi o secţie fotogrammetrică pe lângă Direcţia Cadastrului Minier.Personalul angajat a fost pregătit teoretic şi practic pentru lucrări de restituţie timp deun an de către specialişti aduşi din străinătate, iar după aceea o parte din ingineri aufost trimişi în străinătate pentru perfecţionare la Dresda, Berlin, şi Jena (Zeiss).

Secţiile de fotogrammetrie din cadrul Direcţiei Cadastrului Minier şi din cadrulDirecţiei Aeronauticii au executat în perioada 1929 - 1937 o serie de lucrări care audemonstrat avantajele metodei.

În perioada anilor 1939 - 1941 serviciul fotogrammetric din cadrul DirecţieiAeronauticii, denumit ulterior "Oficiul Hidrografic şi Aerofotogrammetric" este dotatcu stereoplanigrafe C5, fotoredresatoare SEG IV, aeroproiectoare multiplex, camereaerofotogrammetrice, cât şi cu avioane special amenajate în scopul ridicăriloraerofotogrammetrice.

Cu toate că în perioada 1928 - 1940 s-au obţinut unele realizări, ridicărileaeriene nu s-au dezvoltat la nivelul capacităţii şi importanţei reale datorită lipseiorganizării şi coordonării la nivel naţional a unor programe concrete şi apariţieiantreprenorilor topografi privaţi.

Realizările tehnico-ştiinţifice şi practice din perioada 1929 - 1940 sunt legate înmare măsură de munca depusă de prof. I. Gh. Vidraşcu şi prof. Alexandru Ivănceanu.

În afară de folosirea ridicărilor fotoaeriene la întocmirea hărţii ţării, înresponsabilitatea Institutului Geografic Militar, o altă latură a fost încercarea deaplicare a acesteia în geologie şi cadastrul minier.

Preocupările în aplicarea ridicărilor fotogrammetrice cresc, iar specialiştii dindomeniul măsurătorilor terestre încep să-şi dea seama că avantajele folosirii fotografieiaeriene sunt de necontestat.

După 1950, cerinţele impuse iniţial de aderarea la Tratatul de la Varşovia şi apoide cooperativizarea agriculturii şi ulterior de industrializarera socialistă au impusîntocmirea într-un timp scurt a unui mare volum de ridicări topografice.

Această situaţie a ridicat în mod serios problema creării de noi sectoarefotogrammetrice şi înzestrearea acestora cu aparatură modernă de înaltă productivitate.

Fostul "Institut Geografic Militar" s-a transformat în "Direcţia TopograficăMilitară" în cadrul căreia a luat fiinţă o unitate aerofotogrammetrică. Pentru zbor s-aînfiinţat "detaşamentul aerofotogrammetric", care a reuşit ca într-un timp scurt săexecute aerofotografierea întregului teritoriu al ţării la diferite scări, pentru realizareahărţilor şi planurilor de localităţi şi ulterior pentru actualizarea periodică a acestora.

De remarcat aerofotografierile executate în perioada 1950 - 1952 pentruîntocmirea şi actualizarea hărţii ţării la scara 1:25.000, din perioada 1959 - 1962 pentru

11

întocmirea hărţii de bază la scara 1:50.000, şi din perioada 1970 - 1974 pentruîntocmirea hărţii de bază la scara 1:25.000.

Începând cu 1980 s-au executat aerofotografieri pentru realizarea planurilorlocalităţilor la scara 1:5.000 şi 1:10.000 şi din 1985 pentru actualizarea periodică, lainterval de 5 ani, a hărţii de bază la scara 1:50.000 pe întreg teritoriul ţării.

Totodată, în anul 1949 ia fiinţă o secţie fotogrammetrică în cadrul "Comitetuluigeologic" dotată cu camere fotoaeriene şi aparatură modernă de exploatare afotogramelor. Cu acestă ocazie apar noi preocupări legate de aplicaţia fotografiiloraeriene şi terestre în geologie, sistematizări urbane etc.

Cooperativizarea agriculturii, mai mult decât celelalte sectoare ale economiei aridicat problema reorganizării procesului tehnologic de întocmire a bazei topograficedin unităţile de producţie ale Direcţiei Generale Geotopografice şi OrganizareaTeritoriului din Ministerul Agriculturii.

În cadrul acestei direcţii ia fiinţă în anul 1958 o întreprindere fotogrammetricăde mare capacitate care are ca obiectiv întocmirea planurilor topografice şi cadastralela scara 1:10.000, 1:5.000 şi 1:2.000 pentru întreg teritoriul, necesare întocmirii şiţinerii la zi a evidenţei funciare, organizării teritoriului, lucrărilor de îmbunătăţirifunciare etc. (fostul I.G.F.C.O.T.).

De asemenea în 1960 s-a înfiinţat un serviciu fotogrammetric la "Institutul deStudii şi Proiectări Forestiere", iar în 1970 şi la alte institute printre care menţionămInstitutul de Studii şi Proiectări pentru Îmbunătăţiri Funciare (ISPIF), ISPCF,IPTANA, dotate cu aparatură de prelucrare a fotografiilor aeriene şi terestre.

Odată cu crearea acestor unităţi de specialitate, fotogrammetria a devenitprincipala metodă de ridicare topografică şi de realizare a planurilor şi hărţilortopografice sau tematice în principalele sectoare ale economiei naţionale.

Lipsa unui cadru organizatoric şi legislativ adecvat şi a unei strategii la nivelnaţional a determinat în perioada 1950 - 1990 o dezvoltare necoordonată a cestorinstituţii de specialitate, funcţie de conjuncturi politice şi de obiectivele planurilorcincinale, ineficientă economic, mare consumatoare de resurse, cu numeroasesuprapuneri de competenţe şi lipsită de perspectiva continuităţii pe termen mediu şilung.

După 1990, lipsa unei instituţii responsabile de organizare la nivel naţional şi aunei politici şi strategii unitare de utilizare a tehnicilor şi tehnologiilor deaerofotografiere şi a tehnicilor de teledetecţie în domeniul măsurătorilor terestre şi înalte domenii (agricultură, ingineria mediului) a determinat aceeaşi ineficienţăeconomică în folosirea resurselor disponibile, suprapunerea eforturilor şi programelordiverselor instituţii de specialitate şi în final imposibilitatea utilizării pe scară largă aacestor metode în cadrul unor programe sectoriale, cu responsabilităţi precis delimitateşi finanţare externă.

În anul 1997, în conformitate cu prevederile Legii cadastrului si publicitatii imobiliarenr.7/1996, s-a infiintat Oficiul National de Cadastru, Geodezie si Cartografie(ONCGC), institutie publica in subordinea Guvernului Romaniei sub directacoordonare a Primului Ministru, care îndruma, controleaza si realizeaza activitatea de

12

geodezie, fotogrammetrie, teledetectie, cartografie si cadastru la nivelul intregii tari. Insubordinea Oficiului National de Cadastru, Geodezie si Cartografie functioneazaInstitutul de Geodezie, Fotogrammetrie, Cartografie si Cadastru precum si 42 Oficii deCadastru, Geodezie si Cartografie judetene si cel al municipiului Bucuresti.

În 2002 - ONCGC trece in subordinea Ministerului Administratiei si Internelor iar din2004 se infiinteaza Agentia Nationala de Cadastru si Publicitate Imobiliara (ANCPI)prin reorganizarea ONCGC si preluarea activitatii de publicitate imobiliara de laMinisterul Justitiei.

2. ELEMENTE DE FOTOGRAMMETRIE

a) Imaginea fotografică a unui obiect sau a unei suprafeţe de teren este o piesăde mare valoare deoarece este o înregistrare obiectivă a imaginii respective.

Pentru ca fotografia să fie un element de plecare în măsurători şi reprezentăriexacte este necesar ca ea să îndeplinească nişte condiţii speciale metrice. O astfel defotografie este fotograma, care sub raport matematic este o proiecţie centrală.

Deci primul principiu şi prima condiţie în măsurătorile fotogrammetrice propriu-zise este aceea ca fotografiile să fie proiecţii centrale cu caracteristici perfectcunoscute, adică să fie fotograme.

b) Făcând referire la ridicări, se înţelege că fotogrammetria trebuie să se supunălegilor de bază ale topografiei, de unde rezultă că plecând de la proiecţii centrale(fotograme) trebuie să se ajungă la proiecţii paralele (planuri, hărţi). Într-adevăr,fotograma şi harta sunt proiecţii plane ale suprafeţelor de teren însă pe câtă vremefotograma este o proiecţie centrală, harta este o proiecţie paralelă ortogonală.

Dacă imaginile fotografice B1 şi C1 ale punctelor din teren B şi C sunt simetricecu imaginea A1 a punctului axial A, se observă că depărtările pe hartă a proiecţiilor B0şi C0 de A0 depind nu numai de înclinarea axului de fotografiere ci şi de reliefulterenului (fig.1). Problema raportului dintre dimensiunile de pe fotogramă şicorespondentele lor de pe hartă este o problemă complexă.

Problema de bază a fotogrammetriei este aşadar aceea de a stabili metodelematematice şi tehnicile după care se poate transforma o proiecţie centrală, sau maimulte, într-una sau mai multe proiecţii paralele.

c) Dacă se consideră o singură fotogramă aeriană în cazul particular al unuiteren orizontal (fig. 2), dată fiind reversibilitatea fenomenelor în optica geometrică,harta terenului poate fi obţinută printr-o simplă proiectare a fotogramei pe o planşetă,cu condiţia ca fotograma să aibă aceeaşi poziţie, (înclinare) faţă de planşetă pe care aavut-o în momentul de priză faţă de teren, adică fotograma să fie redresată (întreagaproiecţie să fie adusă la o anumită scară). După asemenea fotograme, harta (planul) sepoate obţine şi prin construcţii grafice. În acest caz particular se obţine de-a dreptulproiecţia ortogonală necesară după proiecţia centrală. Metoda se numeşte a simpleiintersecţii, deoarece razele proiectate se intersectează fiecare în parte simplu, cuplanşeta.

13

Problema e simplă chiar atunci când terenul este înclinat, însă de pantă continuă,când proiecţia ortogonală se obţine uşor, printr-o transformare afină (dilatare).Totodată se înţelege că practica admite şi mici denivelări. Relieful nu poate fi redatpentru că nu există elemente de diferenţiere perpendiculare pe planul fotogramei.

Privitor la transformarea unei proiecţii centrale într-o proiecţie paralelă se poateconchide că metoda este limitată la terenurile plane şi uşor denivelate, că pe măsură cecreşte accidentaţia terenului scade precizia şi că pe această cale nu se poate obţinerelieful. Aceasta este fotogrammetria planimetrică şi corespunde simplei intersecţii înplan.

d) Dacă se iau în considerare două fotograme luate din puncte diferite, în aşa felîncât să aibă o acoperire, adică o importantă porţiune de teren să fie prinsă în ambelefotograme (fig. 3 şi fig. 4), există posibilitatea de a utiliza simultan ambele imagini.Cele două imagini ale porţiunii comune pot fi considerate două proiecţii ale aceluiaşisubiect şi potrivit principiilor geometriei proiective se poate obţine o a treia proiecţiesau mai multe.

14

În cazul reprezentării teritoriilor, proiecţiile ce interesează a se obţine şi care potfi obţinute pe baza celor două proiecţii centrale, sunt cele specifice topografieigenerale, adică o proiecţie paralelă ortogonală pentru obţinerea planimetriei şi oproiecţie paralelă orizontală (perpendiculară pe prima) pentru obţinerea altimetriei.Matematic pot fi determinate poziţiile în x, y, z ale tuturor punctelor ce dau imagini pecâte două fotograme.

Poziţiile spaţiale ale punctelor pot fi obţinute prin construcţii grafice, pe caleanalogică şi pe cale analitică.

15

Fig. 4 – stereocameră terestră cu bază fixă

16

Construcţiile grafice sunt greoaie, nu asigură precizie şi nici randamentsatisfăcător însă reprezintă o posibilitate de determinare de puncte izolate atuncicând nu se dispune de aparataj fotogrammetric.

Calea analogică presupune utilaj fotogrammetric specializat cu ajutorulcăruia se redă terenul sub formă grafică convenţională (planimetric şi altimetric)prin restituţia modelului optic punct cu punct, linie cu linie, direct, fără interpolări.

Prin model optic (stereomodel) se înţelege imaginea spaţială (în relief)proprie vederii binoculare, ce se obţine atunci când cele două fotograme alecuplului sunt privite separat şi anume cea din stânga cu ochiul stâng iar cea dindreapta cu ochiul drept.

Pentru ca imaginea în relief (nimită şi stereoscopică) să reprezinte efectivmodelul optic propriu-zis este necesar ca fotogramele să se găsească una faţă decealaltă în poziţii relative practic identice cu cele din momentul de priză. În acestcaz, la intersecţia razelor omoloage se obţine efectiv modelul optic şi se spune căfotogramele sunt orientate relativ. Pentru ca modelul optic să poată fi restituit estenecesar ca el să fie orientat şi absolut, adică să fie adus la o anumită scară şi într-oastfel de poziţie încât prin restituţia lui să se obţină direct planimetria şi altimetriaterenului.

Calea analogică este specific fotogrammetrică asigurând o preciziesatisfăcătoare şi fiind de mare randament. În figura 5 se prezintă formareamodelului optic la intersecţia razelor omoloage şi restituţia modelului optic cuajutorul unui punct marcă fixat pe o măsuţă deplasabilă şi de înălţime variabilă.

La verticala mărcii se găseşte un creion care desenează traseele urmate cumarca.

17

Calea analitică presupune măsurarea pe fotograme a poziţiilor punctelor(coordonate plane fortogammetrice) funcţie de care se ajunge la poziţia lor spaţialăprin calcule. Dacă se folosesc mijloace specializate, precise de măsurare, se potobţine rezultate de mare precizie.

Această cale este folosită în lucrări specializate pentru a se determina cuprecizie sporită reţele de puncte precum şi în unele ridicări la lucrări mari sau îndeterminări cu caracter special şi presupun în general programe şi mijloacemoderne de calcul.

Se concluzionează deci că după două proiecţii centrale ale aceluiaşi obiect(teren) se pot obţine riguros proiecţii paralele cerute de pricipiile reprezentăriiteritoriilor, oricare ar fi relieful, atât în ceeace priveşte planimetria cât şi în ceeacepriveşte altimetria.

Aceasta este fotogrammetria stereografică şi corespunde dublei intersecţiispaţiale.

e) Măsurătorile fotogrammetrice de precizie necesită întotdeauna o legăturătopografică cu terenul de ridicat pentru a se putea determina cu precizie scara.Acest lucru este valabil atât pentru fotogrammetria planimetrică cât şi pentru ceastereografică, atât în fotogrammetria terestră cât şi în aerofotogrammetrie.

În cazul fotogrammetriei terestre legătura se face de obicei prin cunoaştereasau determinarea poziţiilor absolute ale punctelor de priză, determinare ce se faceprin metode topografice în cadrul reţelei geodezice.

În aerofotogrammetrie, fie că este cazul fotogrammetriei planimetrice fie alfotogrammetriei stereografice, este necesar să fie determinat pe cale topografică înX, Y, Z, un număr minim de puncte denumite puncte de reper. Numărul şi poziţiaacestora sunt diferite funcţie de metodele de aerotriangulaţie folosite.

f) Privitor la aplicaţiile fotogrammetriei în alte domenii, metodelematematice şi tehnice în ceeace priveşte determinarea unor mărimi fizice (lungimi,suprafeţe, volume, forme, poziţii etc.) şi a reprezentărilor acestora sunt comune sauderivă din acestea. Metodele, tehnicile şi tehnologiile pot fi uneori cu totulspecifice pentru a deservi cât mai bine aplicaţia respectivă. Trebuie observat căunele din aplicaţiile fotogrammetriei în aceste domenii nu sunt propriu-zisfotogrammetrice deoarece nu necesită măsurători şi determinări precise şi prinurmare nu necesită nici fotograme ci doar fotografii.

Aplicaţiile netopografice implică, fiecare în parte, pe lângă anumitecunoştinţe de fotogrammetrie, care uneori pot fi mai aprofundate, alteori maisumare, o specializare în domeniul respectiv.

18

3 BAZE OPTICE ŞI FOTOGRAFICE

Potrivit celor prezentate, fotograma trebuie să fie o proiecţie centrală aregiunii fotografiate.

Practic o astfel de proiecţie se realizează cu atât mai greu cu cât mai rigurosse cere îndeplinită condiţia de centricitate a proiecţiei.

Cauzele generale care produc abateri ale imaginii de la perspectivamatematică sunt: eroarea de formare a imaginii produsă de obiectiv, refracţiaatmosferică, construcţia neregulată a filmului fotografic şi rezoluţia emulsieifotografice.

I. Obiectivi fotogrammetricia. Claritate, metricitate, luminozitateImaginea formată de obiectivi trebuie să fie clară, metrică şi cu o distribuţie

a luminii egală în planul imaginii.Claritatea. Principalele erori de claritate, numite şi aberaţii ale imaginii ca:

aberaţia de sfericitate, aberaţiile cromatice, coma, astigmatismul şi erorile decurbură ale imaginii sunt astăzi controlate. Prin asocierea mai multor lentile decurburi diferite şi de indici de refracţie diferiţi s-a reuşit să se obţină obiectivi caredau imagini clare şi precise.

Prin câmp se înţelege unghiul conului de proiecţie, adică unghiul pe care îlfac razele limită diametral opuse. Obiectivii fotogrammetrici pot fi grupaţi dupămărimea câmpului astfel: normal unghiulari (50g - 70g), mari unghiulari (100g) şisuper mari unghiulari (> 130g).

Sunt două categorii de obiectivi fotogrammetrici: pentru camerele terestre şipentru camerele aeriene.

Deoarece în fotogrammetria terestră obţinerea fotogramelor se face dinpuncte fixe (la sol), timpul de expunere poate fi mai mare şi în consecinţăluminozitatea obiectivilor poate fi mai mică.

În cazul camerelor aeriene, datorită deplasării, expunerea este foarte scurtă şiîn consecinţă obiectivii trebuie să fie foarte luminoşi. Numai aşa imaginea obţinutăîn timpul scurt cât are loc expunerea poate fi netrenată, suficient de luminată şipoate fi perspectivă centrală.

Totodată, pentru a mări precizia ridicărilor aerofotogrammetrice şi a creşteeficienţa lor se cere utilizarea unor obiectivi cu unghi de câmp mare. Astfel deobiectivi permit înregistrarea unor suprafeţe mai mari, de la aceeaşi înălţime dezbor şi micşorează astfel efectul erorilor de refracţie atmosferică.

În prezent se construiesc obiectivi foarte luminoşi, cu unghi de câmp foartemare, care asigură imagini clare, cu distorsiuni foarte mici.

În general se utilizează obiectivi cu distanţa focală de 115 mm, cu unghiuride câmp cupinse între 100g - 130g , cu egală distribuţie a luminii.

19

4 ELEMENTE DE SENSITOMETRIE

Claritatea imaginii depinde nu numai de calitatea imaginii proiectate ci şi decalităţile emulsiei fotografice şi de condiţiile fotografierii şi copierii (în cazulpozitivării).

Caracteristici ca granulaţia, claritatea şi contrastul determină microcalitateaşi posibilitatea de a lucra la scări mici.

Principalele caracteristici ale emulsiei fotografice sunt sensibilitatea şiputerea de rezoluţie.

Iluminarea imagini = E ∙ t(E - intensitatea fluxului luminos, t - timpul de expunere).Pe curba de înnegrire a unei imagini se disting trei intervale (fig. 6):AB - subexpunerea, BC - expunerea normală, CD - supraexpunerea.

Puterea de rezoluţie cea mai mare se găseşte la mijlocul intervalului BC. = 45O - se obţine un negativ normal

Dacă 45O - se obţine un negativ cu contraste atenuate 45O - se obţine un negativ cu contraste exagerate

Pe o fotografie normal expusă pot apărea zone cu părţi subexpuse sausupraexpuse, funcţie de remisia (reflectanţa) obiectelor terenului. Terenurilenisipoase şi calcaroase cu mare remisie vor apare supraexpuse, obiecteleîntunecate, cu slabă remisie, vor apare subexpuse.

S-au pus la punct procedee (inclusiv electronice) care să permită filtrareaimaginilor la copiere astfel încât să se micşoreze efectul vălului atmosferic, să se

20

egalizeze contrastele, să se elimine efectele reflectanţei obiectelor. Aceste procedeepresupun aparatură suplimentară cât şi timp şi materiale suplimentare.

Sensibilitatea emulsiilor faţă de culoriEmulsiile fotografice redau culorile în alb-negru sau color. În timp ce

vederea umană se întinde asupra radiaţiilor în intervalul 400 - 750 m lungime deundă, emulsiile fotografice obişnuite nu sunt sensibile decât pentru radiaţiile dinintervalul 300 - 500 m. (fig. 7). De aceea a fost necesar să se producă emulsii cualte sensibilităţi spectrale.

Emulsiile ortocromatice au sensibilitate extinsă asupra culorilor verde şigalben, iar emulsiile pancromatice sunt sensibile la toate culorile. În scopurimetrice se folosesc în general emulsiile pancromatice.

Un loc important îl ocupă emulsiile infracromatice, sensibile la spectrulinfraroşu. Ele sunt indicate pentru fotografii pe timp de noapte şi la mare distanţă,precum şi în cazul vizibilităţii reduse din cauza suspensiilor atmosferice.

Pentru a atenua acţiunea diverşilor factori atmosferici (raze violete,ultraviolete etc.) asupra emulsiilor fotografice se folosesc filtre de lumină. Acesteareţin lungimile de undă mai mici decât culoarea lor şi lasă să treacă raze deanumite lungimi de undă.

Filtrele pot fi monocromatice, când permit trecerea razelor unei singureculori, selective, când permit trecerea razelor de anumite culori cu absorbţiacelorlalte şi de compensaţie, care combină culorile din anumite zone ale spectrului.

Puterea de rezoluţie este un indicator al emulsiei care se mai numeşte şiputerea de separare. Ea condiţionează reproducerea celor mai mici detalii şiclaritatea imaginii.

Este limitată de fineţea granulaţiei emulsiei şi este condiţionată direct şi desensibilitatea emulsiei. Cele două caracteristici sunt divergente deci problema nueste uşor de rezolvat.

În prezent există filme aeriene cu o rezoluţie de 250 linii/mm, ceeace practicpoate duce la o rezoluţie de 400 linii/mm - foarte bună.

21

Funcţia de transfer a contrastuluiDate fiind multiplele cauze de erori ce afectează calitatea imaginii

fotografice s-a introdus un nou criteriu de apreciere care să înlocuiască sau săcompleteze criteriul clasic al puterii de rezoluţie. Puterea de rezoluţie se referă laredarea detaliilor imaginii la limita puterii de identificare şi recunoaştere, dar nu sereferă la reducerea contrastului.

Astfel s-a ajuns să se introducă, oarecum artificial, ideile lui Fourier şi teoriainformaţiei pentru a se analiza performanţele sistemului obiectiv-cameră-emulsie-condiţii atmosferice şi de prelucrare a fotogramelor în totalitatea lor sau pe canale.

În fond este vorba de transformarea imaginilor în frecvenţe spaţiale şianaliza undelor sinusoidale.

Metoda concretizată sub denumirea de funcţie de transfer a contrastului(analog cu funcţia de transfer a informaţiei folosită în tehnica transmisiunilor)permite cercetarea şi caracterizarea efectului de reducere a contrastului datoratfiecărui canal de transmisie a imaginii fotografice ca: atmosfera, trenarea,suspensia camerei, expunerea, obiectivii, emulsia. Metoda prezintă avantajul căprin simpla înmulţire a transferurilor tuturor canalelor rezultă transferul total.

În figura 8 se arată schema redării imaginii unui obiect cu contraste în unghiuridrepte.

Funcţia de transfer a contrastului C în ordonată este egală cu raportul dintrecontrastul imaginii (6.4) şi contrastul obiectului, fiind funcţie de frecvenţa locală

22

(fineţea structurilor regulate ale obiectului, măsurate în linii/mm) ce se dă înabscisă.

C = KK ' = f(F)

Prin metoda transferului de contrast a fost posibil să se stabilească maiprecis raportul dintre însuşirile obiectivului şi ale emulsiei pentru asigurarea uneiimagini de calitate şi pierderile de contrast pe fiecare canal de transmisie.

Filme, plăciDau erori de deformaţie neuniformă şi de planietate.Planietatea filmului se realizează de obicei prin vacuum în spatele filmului.

Se pot determina erorile printr-un cristal de presiune dotat cu o reţea (grilă) decontrol.

Erori pot apărea şi datorită variaţiei de grosime a filmelor.În mod obişnuit controlul filmelor se poate face prin introducerea lor (a unor

capete) în aparatele de restituţie de ordinul I, când eliminarea paralaxelor trebuie săse facă foarte bine.

ConcluziiTendinţa în privinţa metricităţii este ca fiecare eroare să fie redusă direct sau

indirect la 2 astfel încât pe ansamblu erorile de poziţie să se înscrie în 5 .S-ar putea chiar afirma că erorile ce se referă la metricitatea imaginii şi la

distribuţia luminii în planul imaginii sunt practic eliminate de camerele moderne.Unele aspecte legate de calitatea imaginii încă nu sunt rezolvate direct ci numaiindirect (contrastul). Dacă granulaţia emulsiilor filmelor aeriene este redusă în aşafel încât în procesul de restituţie şi fotointerpretare imaginile să poată fi mărite de16 - 20 - 30 de ori, după nevoi, înseamnă că au fost puse de acord, la acelaşi nivel,condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească fotogramele cu cerinţele actuale.

5 FOTOGRAMA5.1 Elemente de orientare interioară

Fotograma este o fotografie specială (metrică) pe care se pot executamăsurători de precizie. Ea este aptă pentru măsurători şi reconstituiri, atunci cîndse cunosc elementele funcţie de care se poate reconstitui fasciculul de raze (dinspaţiul obiect) ce a dat imaginea.

Aceste elemente ce definesc poziţia fotogramei faţă de centrul ei deperspectivă, se numesc elemente de orientare interioară. Ele sunt:

- distanţa principală, numită şi constanta camerei, adică distanţa de la centrulde proiecţie O la planul imaginii (fotogramei);

- punctul principal H, adică proiecţia centrului de perspectivă O pe planul fotogramei.Pentru o perfectă cunoaştere a perspectivei este necesar să se cunoască şi

distorsiunile (curba), însă din punct de vedere practic acestea sunt eliminate înprocesul de prelucrare a imaginilor fotogrammetrice.

Din punct de vedere practic, distanţa principală se asimilează cu distanţafocală F, iar punctul principal cu punctul mijlociu M ce se găseşte la intersecţiaindicilor de referinţă (simetrici) h h' şi v v' ai fotogramei ce se pot găsi la mijlocullaturilor (figura 9) sau la colţuri.

23

Elementele de orientare interioară sunt înregistrate întotdeauna pe fotogramăîmpreună cu alte elemente ca: numărul de ordine, eventual imaginea cadranuluiunui ceas şi eventual imaginea unei nivele sferice care să dea indicaţii asupraorizontalităţii fotogramei în momentul fotografierii.5.2 Elemente de orientare exterioară

Elementele care definesc fasciculul de raze şi deci fotograma în spaţiu (deexemplu faţă de un sistem de referinţă spaţial care poate fi cel geodezic), senumesc elemente de orientare exterioară.

Ele sunt în număr de şase şi anume:- coordonatele Xo, Yo, Zo ale centrului de proiecţie O faţă de sistemul de

referinţă (x,y,z) şi unghiurile k, φ şi ω pe care le face axa de fotografiere. k esteunghiul de răsucire a axei de fotografiere, adică a fotogramei în planul ei faţă dedirecţia de zbor; φ este unghiul de înclinare longitudinală tot faţă de direcţia dezbor, iar ω unghiul de înclinare transversală.

În cazul aerofotografierii elementele de orientare exterioară nu se cunosc în prealabil.Formatul fotogramei este de obicei pătratic de dimensiuni 18 x 18 cm., 24 x

24 cm. sau 30 x 30cm. Distanţele focale cele mai obişnuite sunt de 105 mm. şi 210mm., dar pot fi mai mici sau mai mari.

Între elementele geometrice ale unei fotograme şi teren există relaţia:

Nsc

Ll

Dd

hf 1

unde: f -distanţă focală;h -înălţimea de zbor deasupra terenului (relativă);d şi D -aceleaşi distanţe pe fotograme şi teren;

24

l şi L -latura fotogramei cu corespondentul ei pe teren;sc -scara fotogramei

Scara fotogramei este variabilă funcţie de înclinarea axei de fotografiere şide gradul de accidentare a terenului.

5.3 Clasificarea fotogramelorFotogramele pot fi folosite atît ca documente topografice cât şi ca

documente de cercetare. După locul de obţinere, fotogramele pot fi: terestre,aeriene şi cosmice.

După înclinarea axei de fotografiere, fotogramele pot fi nadirale sauînclinate. Axa de fotografiere a fotogramelor nadirale face cu verticala locului ununghi < 5°. Pe fotogramele înclinate se înregistrează în cadrul aceluiaşi format alfotogramei o suprafaţă mult mai mare decât în cazul fotogramelor nadirale.

Când axa de fotografiere este aşa de înclinată faţă de verticala locului încâtapare şi imaginea orizontului, fotograma se numeşte panoramică.

După caracteristicile materialului fotosensibil folosit pentru înregistrareaimaginilor se disting fotograme alb-negru şi fotograme color.

Atât fotogramele alb-negru cât şi cele color pot fi obţinute atât în spectrulluminii vizibile cât şi în spectrul invizibil. Din spectrul invizibil sunt folosite deregulă, ultravioletul şi infraroşul apropiat.

De asemenea se pot folosi culori false, mult diferite faţă de cele reale, aşanumitele fotograme fals-color, care folosesc emulsii color sensibile la o parte dinspectrul vizibil şi din infraroşu. Cum în spectrul infraroşu ochiul uman nu vede, setranslatează culorile în vizibil în aşa fel ca reflectanţa din infraroşu să redea culoripe care nu le au obiectele reprezentate.

Pe lângă înregistrări fotografice direct pe film, se folosesc în prezent şiînregistrări ale imaginilor terenului prin baleiaj electronic. Aceste înregistrări pot fifăcute în spectrul vizibil cu ajutorul unor camere digitale sau video şi transmise lasol prin intermediul calculatoarelor sau al televiziuni sau în spectrul infraroşu cuajutorul unor camere de termoviziune.

Înregistrările, atât în spectrul vizibil cât şi în cel invizibil, se fac cu ajutorulunor sisteme de baleiaj optico-mecanic multispectral.

Aceste înregistrări se depun pe benzi sau discuri magnetice, optice, dupăcare se pot converti în imagini vizibile, putând fi prelucrate cu ajutorulcalculatorului sau înregistrate fotografic.

Se folosesc şi zone mai îndepărtate ale spectrului, cum sunt cele alemicroundelor RADAR. Şi în acest caz radiaţiile invizibile emise şi ulteriorrecepţionate sunt convertite în imagini vizibile.

În funcţie de mărimea obiectului sau terenului de fotografiat se pot obţine:a)- fotograme izolate sau de "punct" pentru studierea unui anumit obiectiv;b)- benzi de fotograme aeriene constituite din şiruri de fotograme succesive

având între ele o anumită acoprire numită "longitudinală", care este de regulă 60%.O atfel de bandă se poate executa în lungul unei şoşele, al unui curs de apă etc.

c)- bloc de benzi care acoperă o suprafaţă mare de teren, dreptunghiulară saupătrată. Benzile au o acoperire între ele, zisă "transversală", de aproximativ 30 %.

25

Cu ajutorul fotogramelor aeriene se pot realiza fotodocumentetopogeodezice în scopul obţinerii imaginii fotografice a unei porţiuni cât mai maride teren, prelucrată pentru a asigura redarea unui volum cât mai mare deinformaţii.

5.4 Procedee de determinare a scării fotogramelorÎn cadrul aceleiaşi fotograme sau al unui grup de fotograme din aceeaşi

zonă, scara de fotografiere poate să varieze datorită diferenţelor de nivel aleterenului sau înclinărilor axei de fotografiere.

Pentru a mări precizia determinării scări fotogramelor, este necesar să serespecte următoarele reguli:

- determinarea scării să se facă pe două sau mai multe direcţii, luându-se cavaloare finală media valorilor obţinute din fiecare combinaţie;

- punctele alese să fie de înălţimi egale;- punctele să fie bine indentificate şi situate la distanţe mai mari decât

jumătatea laturii fotogramei;- eroarea de măsurare a distanţelor pe fotogramă sau pe hartă să fie ± 0,2 mm.Determinarea scării se face după unul din următoarele procedee:

a) Cunoaşterea coordonatelor geodezice a două puncte din teren,identificate pe fotogramă.

A(x,y) şi B(x,y) - puncte geodezice din terenD = 22 YX

- se măsoară pe fotogramă d între a şi b- se calculează scara

b) Măsurând distanţe pe teren şi corespondentele acestora pe fotograme

c) Măsurând distanţe pe hartă şi corespondentele acestora pe fotogramă

d) Cunoscând distanţa focală (f) a camerei fotoaeriene şi înălţimea dezbor H faţă de nivelul mării

5.5 Deformări pe fotogramăCele mai mari deformări în poziţia punctelor pe fotograma aeriană se

datoresc înclinării axei de fotografiere faţă de verticala locului şi diferenţelor maride nivel ale terenului.

Fotogramele nadirale ale unui teren şes pot fi considerate că au aceeaşiprecizie de reprezentare ca şi harta topografică.

Dd

mf

1

Dd

mf

1

Dd

mhmf

11

Hf

mf

1

26

Eliminarea deformărilor datorită înclinării axei de fotografiere şi aducerea lao anumită scară se face prin operaţiunea fotogrammetrică numită fotoredresare.

De regulă se redresează fotogramele din zonele de şes sau zonele mai puţinaccidentate, pentru care deformarea datorită diferenţelor de nivel este mică.

Deformarea datorită reliefului rezultă din faptul că punctele din teren sunt laînălţime diferită faţă de planul mediu de aerofotografiere (fig.10).

Calculul deplasării (Δrh) se face cu relaţia Δrh = r(Δh/H)

În tabelul 1 sunt calculate corecţiile Δrh pentru diferite diferenţe de nivel(Δh= 50, 100, 300 m.), diferite depărtări ale punctului considerat faţă de centrulfotogramei (r = 10, 20, 50, 90, 115, 150 mm) şi diferite înălţimi de aerofotografieredeasupra planului mediu (H = 1000, 2000, 4000, 6000 m.).

27

5.6 Fotointerpretarea

Fotointerpretarea constă în indentificarea pe fotodocumente a elementelor şifenomenelor referitoare la teren (elemente topografice, planimetrie, de relief,vegetaţie, hidrografie, etc.). Procesul de studiere şi de culegere a informaţiilornecesare identificând diferitele caracteristici artificiale şi naturale, este numitfotointerpretare. Fotointerpretarea este stiinţa localizării, descrierii, si determinăriiobiectelor dintr-o imagine fotografică.

Spre deosebire de o harta, trăsăturile de pe o fotografie aeriană nu suntgeneralizate sau reprezentate prin simboluri. Aerofotogramele înregistrează toatecaracteristicile vizibile pe suprafaţa Pământului dintr-o perspectivă globală.

Deşi caracteristicile spaţiului obiect sunt vizibile, ele nu sunt întotdeaunauşor de identificat. Cu o interpretare atentă, aerofotogramele sunt o excelenta sursade date spaţiale pentru studiul mediului înconjurător.

Factorii importanţi la identificarea unor trăsături sunt: forma, modelul(pattern), mărimea, culoarea sau tonul, umbra, textura, asocierea, timpul şiperspectiva stereoscopică.

Forma unui obiect pe o fotografie aeriană, ajută la identificarea obiectului.Formele uniforme regulate adesea indică o intervenţie umană. Modelul este similarcu forma, aranjarea spaţială a obiectelor (de exemplu rândul de culturi faţă depăşune) este de asemenea util pentru a identificarea unui obiect şi a utilizării lui.Mărimea este o măsură a suprafeţei obiectului. Caracteristicile culorii unui obiectfaţă de alte obiecte pe fotogramă (spre exemplu nisipul are un ton deschisstrălucitor, în timp ce apa, de obicei, are un ton închis). O umbră furnizeazăinformaţii despre înălţimea obiectului, forma şi orientarea. Textura furnizeazăinformaţii despre caracteristicile fizice ale obiectului, etc.

Fototinterpretarea ce se efectueaza in procesul de stereorestituţie şi se referă ladetaliile ce trebuie să figureze pe planurile de cea mai mare generalitate se numeştefotointerpretare topografică.

28

Fotointerpretarea ce se referă la domenii de specialitate poartă denumireadomenilui respectiv ca : fotointerpretare geologică, fotointerpretare forestieră. Înraport cu cerinţele , fotointerpretarea poate fi simplă şi sigură sau complexă siindoielnică. Astfel, pădurile, apele, construcţiile, drumurile, etc se identifică foarteuşor şi sigur pe fotograme pa când speciile de arbori dintr-o pădure, gradul deeroziune a solului, natura unor roci, culturi, gradul de umiditate a solului, naturaunor construcţii sau lucrări din teren, camuflajele, se indentifică cu dificultate şideseori cu incertitudine iar alteori nu se poate face.

Fotointerpretarea se intemeiază pe studiul caractersiticilor imaginiifotografice. In mod curent acestea sunt cuprinse in două mari grupe : caracteristicicalitative si caracteristici cantitative. Cele calitative sunt acelea care nu se masoarăin sens uzual al cuvantului, dar pot fi evaluate subiectiv: textura, modelul, tonul siforma. Fotointerpretarea calitativă poate fi ajutată cu chei, teste, şi ghizi.Caracterisitcile cantitative sunt acelea care pot fi măsurate in acceptiunea largă acuvântului ca: suprafeţe, distanţe, unghiuri verticale sau orizontale, înălţimi şidiametre de coroane ca şi gradul de acoperire a terenului.

Aceste caracteristici pot fi bine valorificate in procesul de fotointerpretare dacă secunosc foarte bine obiectele de fotointerpretat si însuşirile lor, felul cum apar inimagine ,dacă imaginea este redată la o scară convenabilă şi este de bună calitate(pot fi sesizate şi detaliile ,eventual şi culorile) şi dacă imaginile se examinează şistereoscopic, când perceptia formelor poate fi hotărâtoare.

6 RIDICĂRI FOTOGRAMMETRICE

6.1 Proiectul de aerofotografiereRidicarea fotogrammetrică începe cu proiectarea.Proiectantul trebuie să cunoască suprafaţa de ridicat care se delimitează pe o

hartă la scara 1:100 000 sau 1:50 000 (în general la o scară 2:1 faţă de scara la careurmează a se realiza planul sau harta prin metode aerofotogrammetrice). Totodatătrebuie să cunoască scopul ridicării, modul de exploatare a fotogramelor şi preciziade atins pentru a se putea întocmi proiectul de aerofotografiere care trebuie săprecizeze: camera fotogrammetrică (distanţa focală, formatul fotogramelor), scarafotogramelor (este funcţie de natura rezultatului, scara planului, performanţeleansamblului camera-film-aparate de exploatare şi precizia ce se urmăreşte),înălţimea de zbor deasupra terenului (se calculează funcţie de distanţa focală f acamerei şi scara fotogramelor), traseele de zbor trasate pe hartă ( distanţa dintre elese ia cu cca. 66 % din L pentru a se asigura o acoperire transversală între benzi de33 %), acoperirea longitudinală a fotogramelor, adică în lungul benzii (se ia 33%pentru exploatarea fotogramelor pe cuple independente şi de 66% pentrustereorestituţie), bineînţeles natura filmului (pancromatic pentru scopuri metriceobişnuite) şi timpul de expunere maxim pentru ca în condiţiile date (viteza de zbor)să nu se producă trenarea imaginii.

După efectuarea zborului se developeanză filmul, se usucă şi se fac copiilefotografice pozitive pe hârtie, cu ajutorul cărora se întocmeşte un mozaic, adicăfotogramele sunt suprapuse după detalii. Pe mozaic se constată dacă s-au obţinut

29

acoperirile longitudinale şi transversale proiectate şi dacă întreaga suprafaţă a fostacoperită.

Totodată se verifică calitatea negativelor, claritatea imaginilor, seconcluzionează asupra eventualelor completări şi calea pe care vor fi realizate.

Urmează proiectarea punctelor de reperaj fotogrammetric şi determinarea acestorape cale topografică, la teren. În general sunt necesare minim patru puncte pe fiecarefotogramă, respectiv stereogramă, care să fie bine identificabile pe teren şi fotograme,pentru a permite transformarea din sistemul fotogrammetric în sistemul geodezic.

Cu ocazia executării reperajului la teren se execută şi completareafotointerpretării sau se execută descifrarea completă a fotogramelor, folosindatlasul de semne convenţionale al hărţii la care urmează a se realiza planul.

Urmează lucrările de aerotriangulaţie şi apoi lucrările de restituţie,obţinându-se în final planul (harta) topografică prin mijloace fotogrammetrice.

Procesele tehnologice propriu zise de orientare a fotogramelor şi deexploatare (redresare, restituţie, stereorestituţie) sunt în raport cu metoda şiaparatura fotogrammetrică folosite.

Această succesiune a operaţiilor este valabilă în cazul ridicărilor terestre(hărţi, planuri) prin metode aerofotogrammetrice.

Executarea măsurătorilor terestre în situaţii speciale (ridicarea falezelor, aversanţilor, actualizarea prin metode aerofotogrammetrice, ridicarea faţadelor, înarheologie, fotogrammetrie arhitecturală etc.) au fiecare un specific propriu în ceeace priveşte preluarea fotogramelor şi reperajul fotogrammetric.

6.2 Reperajul fotogrammetricPentru ca fotogramele să poată fi exploatate (restituite) este necesar ca ele să

fie orientate ( interior şi exterior).Întrucât elementele de orientare exterioară nu se cunosc, orientarea

exterioară se face funcţie de puncte de reper care fac legătura între fotograme şiteren.

Punctele de reper sunt puncte perfect identificabile pe fotograme saustereograme şi teren: colţuri de case, intersecţii de drumuri etc.

Punctele în număr de patru pe fotogramă sau stereogramă se aleg sprecolţuri, la distanţe de 1-3 cm de margine, pentru a defini cât mai bine suprafaţa încauză.

Punctele alese se determină pe cale topografică în teren (x, y, z) în cadrulreţelei geodezice, se înţeapă pe fotogramă, se încercuiesc, iar pe spatelefotogramei se face o schemă de poziţie detaliată.

Punctele de reper necesare lucrărilor de redresare şi restituţie pot fideterminate şi pe cale fotogrammetrică (prin aerotriangulaţie). Şi în această situaţieeste necesar ca un anumit număr de puncte să se determine tot pe cale topografică(la capătul benzilor şi de regulă la mijlocul lor, la colţurile şi în centrul blocului defotograme).

30

7 FOTOGRAMMETRIA PLANIMETRICĂ

7.1 Restituţia planimetrică

Restituţia fotogramelor una câte una dă numai rezultate planimetrice.Metoda este proprie terenurilor plane şi chiar uşor denivelate, în raport cu scara dereprezentare şi cu precizia ce se cere.

Pentru camerele fotogrammetrice cu unghi normal de deschiodere, terenurile seconsideră aproximativ plane dacă este îndeplinită condiţia:

∆H max< (1/500) * mp unde mp este numitorul scării planului.

Pentru camerele fotogrammetrice cu unghi mare de deschiodere, terenurile seconsideră aproximativ plane dacă este îndeplinită condiţia:

∆H max< (1/700) * mp unde mp este numitorul scării planului sau hărţii.

Între fotograme, ca proiecţii centrale şi hartă, ca proiecţie ortogonală sestabilesc relaţii proiective precise, care se vor studia la cursul de fotogrammetrieanalitică.

Punerea în scară a fotogramelor şi aplicarea corecţiilor de înclinare se fac încadrul metodei de redresare fotogrammetrică.

Operaţiunea de redresare se execută la aparate numite fotoredresatoare.Fiecare fotogramă pentru a putea fi redresată, are nevoie de 4 puncte de sprijinsituate spre cele patru colţuri ale fotogramei dar nu mai aproapre de 1,5 – 2 cm.demarginea fotogramei.Restituţia fotogramelor se poate face prin construcţii grafice (s-a folosit laînceputurile fotogrammetriei până în anii 1960 - 1970) şi prin proiecţie cu ajutorulaparatelor de fotoredresare, când imaginea redresată se copiază fotografic.

Aparatele analogice de restituţie planimetrică (utilizate în România până înanii 1980 – 1990) sunt:

A. optico-grafice - camera Clara - se suprapun imaginile punctelor de pefotogramă cu corespondentele lor de pe hartă cu ajutorul unui ansamblu oglindă -prismă.

B. optice - fotoredresatoare - asigură imagini clare şi în scară.Aceste tipuri de aparate sunt:

- Fotoredresatoare Zeiss - SEG IV şi V- Fotoredresatorul Wild E2, E4;- Fotoredresatorul Zeiss Rectimat, etc.

31

7.2 Efectul reliefului terenului asupra redresării

Să considerăm schema din figura 11, unde s-a luat cazul unei fotogrameaeriene nadirale, cu axul de fotografiere vertical, şi planul fotogramei FF pozitiv,în faţa obiectivului.

Dacă se ia planul QQ al terenului drept plan de proiecţie se observă că

punctele oarecare P şi R vor da pe fotogramă imagini în p' şi r' astfel că prinproiecţie vor da pe plan punctele P1 şi R1 în loc de P0 şi R0 aşa cum o cereprincipiul de bază al ridicărilor topografice.Totodată se observă că erorile e şi e' se produc în sensuri diferite dacă cele douăpuncte se găsesc de o parte şi de alta a planului mediu QQ. Numai punctele ce segăsesc în planul mediu precum şi punctul nadiral N fac excepţie (nu dau erori) -fig.11.

Triunghiurile PP0 şi P1 şi ON'p' fiind asemenea se poate scrie:

dhe =

fd , de unde e =

fddh,

adică eroarea este proporţională cu diferenţa de nivel dh dintre punctul P şi planulmediu QQ, cu depărtarea d de la centrul fotogramei şi invers proporţională cudistanţa focală a camerei fotoaeriene.

Dacă d=6 cm; f= 20 cm şi dh=50 m, rezultă e=6/20 x 50 = 15 m. Dacăplanul se redresează la scara 1:10 000 rezultă e plan = 1,5 mm. Este evident că pemăsură ce scara scade în aceeaşi măsură devine şi efectul mai mic şi invers.

32

Dacă este necesar să se întocmească planurile redresate ale unor terenuriaccidentate se vor lua măsuri ca fotografierea să se facă cu acoperire mare pentru ase utiliza numai porţiunile centrale ale fotogramelor (d mic).

Pentru a se şti cât de mari pot fi diferenţele de nivel din teren pentru caerorile provocate de ele să nu depăşească anumite limite, eroarea redusă la scara deredresare va fi : er= f

d Ndh , N - numitorul scării

Dacă f=20 cm şi d max. util = 12 cm pentru o fotogramă format 24/24 cm şi se cereo precizie de 0,5 mm, adică e 0,005 m, se obţine

Ndh

12001 , adică diferenţa de nivel

din teren să fie mai mică decât 1/1200 din numitorul scării. Pentru scara 1:10 000 s-aradmite în aceste condiţii diferenţe de nivel de 8,5 m, iar pentru scara 1:25 000 de 21 m.

7.3 Redresarea diferenţială. OrtofotoplanulDat fiind interesul deosebit pentru reprezentarea terenului pe cale

fotogrammetrică a existat de foarte multă vreme preocuparea întocmirii de planurişi hărţi pe cale fotografică (ortofotohărţi şi ortofotoplanuri) şi în terenuriaccidentate.

Atingerea acestui deziderat se poate realiza prin redresarea diferenţială.Dintre metodele iniţiale de a transforma fotograma cu perspectivă centrală,

într-o proiecţie fotografică apropiată de cea paralelă se pot menţiona redresarea pezone şi redresarea pe faţete.

Acestea au fost abandonate deoarece ridicau o serie de inconveniente practice majore.Redresarea diferenţială pe benzi. Azi se dispune de aparate şi procedee care

asigură transformarea riguroasă şi automată a perspectivelor centrale (fotogramele) în proiecţii paralele (hărţi, planuri) în orice teren prin modificareaînălţimii de proiecţie corespunzător accidentării terenului.

Principiul de construcţie al aparatelor de ortofotoredresare - Ortoproiectoruleste conexat cu un aparat de restituţie care dă modelul optic orientat al aceluiaşiteren ( sau modelul analitic al terenului). Dacă se parcurge un profil cu marca lanivelul terenului şi dacă diferenţa de nivel este transmisă ortoproiectorului astfelîncât distanţa centru de proiecţie-plan (planşetă) să se modifice după acelaşi profilşi dacă pe plan se înregistrează imaginile fotografice succesive ale traseuluiparcurs, acestea reprezintă proiecţiile ortogonale ale terenului.

Practic, întreaga suprafaţă a imaginii este parcursă pe benzi paralele, decâţiva mm lăţime, ce se fotografiază printr-o diafragmă în formă de fantă.

Aparatul poate lucra prin transmisiune directă de la un aparat destereorestituţie sau după date memorate în prealabil.

Tipuri de astfel de aparate:- optico-mecanice - topocartul;- optico-mecanice - analitice - Kartoflexul şi Rectimatul.

33

8 STEREOFOTOGRAMMETRIA

8.1 Generalităţi

Existenţa a două perspective distincte ale unui obiect sau a terenului permiteredarea spaţială a obiectului cuprins în cele două perspective.

Pentru ca determinarea şi reprezentarea obiectului sau terenului să se poatăface exact nu este suficient să se cunoască fotogramele numai ca perspective citrebuie cunoscute şi poziţiile lor în spaţiu în momentul fotografierii sau să secunoască poziţia spaţială a cel puţin trei puncte ale obiectului sau terenului.

Restituţia (reprezentarea) se poate realiza prin stereorestituţie (pe caleanalogică) şi pe cale analitică.

8.2 Baza de fotografiere.

Precizia de determinare a unor mărimi spaţiale funcţie de măsurătorileefectuate pe fotograme stereoscopice sau pe modele optice este funcţie nu numaide calitatea imaginilor fotografice ale fotogramelor şi a metodelor de lucru folositeci şi de valoarea unor elemente (relaţii) caracteristice stereogramei. O astfel derelaţie este raportul bazei, ce reprezintă raportul dintre baza de fotografiere b şiînălţimea de zbor relativă h (fig. 12).

34

Dacă se consideră că axele de fotografiere sunt nadirale se poate consideracă şi razele limită sunt paralele, astfel că plecând de la relaţia

Ll

=Hf , unde L=b+Lx

sau L=b/1-x, unde x este procentul de acoperire;înlocuind obţinem:

hb =

fl (1-x)

Mărimea raportului bazei caracterizează mărimea unghiului de convergenţăal razelor conjugate. Cu cât va fi mai mare unghiul L cu atât va fi definită maiprecis poziţia punctelor de intersecţie şi cu atât mai precise vor fi determinărilefăcute pe modelul optic.

8.3 Orientarea stereogramelor

Pentru ca modelul optic să fie obţinut în condiţiile de a fi restituit estenecesar să fie restabilit procesul optico-geometric din momentul fotografierii.Pentru aceasta este necesar ca fotogramele ce formează stereograma (acoperire maimare de 60%) să fie orientate mai întâi interior şi apoi exterior. Orientareainterioară are ca scop restabilirea congruenţei razelor iar orientarea exterioarărestabilirea poziţiei fotogramelor în momentul fotografierii.

Orientarea interioară.Elementele de orientare interioară se cunosc direct.Teoretic, elementele care definesc perspectiva sunt punctul principal şi

distanţa principală, iar practic, punctul mijlociu M ce se găseşte la intersecţiaindicilor de referinţă şi distanţa focală f numită şi constanta camerei.

Deci orientarea interioară a fotogramei (negativului) în camera aparatului derestituţie se face potrivind fotograma în portclişeu în aşa fel încât indicţii dereferire să suprapună indicii (liniari) corespunzători ai camerei şi introducânddistanţa focală f a camerei de aerofotografiere.

Orientarea exterioarăValorile elementelor de orientare exterioară înregistrate sunt numai

aproximative (exceptând georeferenţierea). De aceea, orientarea exterioară se faceindirect funcţie de punctele de reper (cel puţin 3, favorabil 4 sau 5) rigurosdeterminate prin măsurători terestre în x, y şi z eventual prin aerotriangulaţie.

O fotogramă este definită ca orientare exterioară de 6 elemente şi anume 3elemente liniare şi 3 elemente unghiulare. Pentru simplificare să considerăm că axax a sistemului general de referinţă corespunde cu direcţia generală de zbor.

35

De altfel, trecerea între două sisteme de axe decalate şi rotite se face simplucu relaţiile:

[vv]=[aa]dx2+[bb]dy2+[]+2[ab]dxdy+2[a]dx+2[b]dy

deci derivând o dată funcţie de dx şi o dată de dy şi anulând se obţinesistemul de ecuaţii normale (atâtea ecuaţii câte necunoscute)

[aa]dx+[ab]dy+[]=0[ab]dx+[bb]dy+[b]=0

Cele 3 elemente liniare sunt x, y şi z ale centrului de perspectivă, iarelementele unghiulare sunt unghiurile de înclinare (rotire) k, ale planuluifotogramei după cele 3 axe ale sistemului de referinţă spaţial.

Prin urmare orientarea exterioară a unei stereograme va fi definită de 12elemente. Dacă se consideră fotogramele F1 şi F2 ale cuplului, cu elementele deorientare respective, avem:

F1 → x1 , y1 , z1 , k1 , φ1 , ω1

F2 → x2 , y2 , z2 , k2 , φ2 , ω2 (a)

Dacă se face diferenţa elementelor corespunzătoare se constată că orientareaexterioară a unei stereograme poate fi definită şi funcţie de orientarea exterioară aunei singure fotograme şi diferenţele ce indică poziţia unei fotograme faţă decealaltă.

Astfel relaţia Δh = c • Δp, care indică diferenţa de paralaxă dintre douăpuncte de pe stereomodel, funcţie de diferenţa de nivel între ele, se poate scrie subforma:

F1 → x1 , y1 , z1 , k1 , φ1 , ω1F2 → x2 , y2 , z2 , k2 , φ2 , ω2

Δx, Δy, Δz, Δk, Δφ, Δω

Diferenţa Δx este de fapt componenta bazei de fotografiere pe direcţia x,care se notează Bx.

Dacă axa x corespunde cu direcţia generală de zbor, atunci conform figurii

BzO2

O1 BxBy

se poate scrieΔx Bx; Δy By; Δz Bz

iarBzBy =tgby şi

BxBz =tgbz

36

Cu aceste date, elementele de orientare exterioară ale unei stereograme pot fidate sub forma:

x1 , y1 , z1 , k1 , φ1 , ω1 , BxBy, Bz, Δk, Δφ, Δω (1)

x1 , y1 , z1 , k1 , φ1 , ω1 , Bxby , bz , Δk, Δφ, Δω (2)

În ambele cazuri cele 12 elemente s-au grupat în două şi anume: în rândulîntâi s-au dat elementele de orientare ale unei fotograme a cuplului plus depărtareape x până la cea de a doua fotogramă, iar în rândul al doilea s-au dat elementelediferenţiale sub formă directă (1) şi sub formă exclusiv unghiulară (2).

Această grupare este foarte importantă deoarece elementele din rândul aldoilea, ce exprimă poziţia relativă a unei fotograme faţă de cealaltă, pot ficunoscute în mod nemijlocit.

Operaţia de determinare a elementelor din rândul al doilea se numeşteorientare relativă şi corespunde cu operaţia de obţinere a modelului optic, numită şioperaţia de eliminare a paralaxelor (de y).

Prin urmare plecând de la 12 elemente de orientare exterioară necunoscute,date în sistemul (a) s-a ajuns la 7 elemente date în rândul 1 din sistemele (1) şi (2),iar operaţia de orientare exterioară are loc în două etape de lucrări şi anume:orientarea relativă ce nu necesită nimic cunoscut dinainte şi orientarea absolutăcondiţionată de cele 7 elemente.

a/ Orientarea relativă

Aceasta, adică obţinerea modelului optic geometric, se consideră realizatăatunci când razele omoloage se intersectează două câte două şi deci când pe totcuprinsul modelului optic nu se mai constată nici o paralaxă de y.

Ea se poate face pe cale analitică sau prin procedeul optico-mecanic alapropierii succesive în aparatele de restituţie.

b/ Orientarea absolută

Modelul optic geometric obţinut trebuie pus în scară şi înclinat (înansamblu) în aşa fel încât cotele ce se citesc pe el să corespundă cu cotele dinteren.

Funcţie de cele 7 elemente rămase din orientarea exterioară se poate faceorientarea absolută ce cunoaşte două etape:

- punerea în scară a modelului ce necesită poziţia planimetrică (cunoscută) adouă puncte cât mai depărtate între ele, adică 4 elemente (x1, y1 şi x2, y2);

- înclinarea modelului ce necesită cunoaşterea cotelor a 3 puncte (deasemenea caracteristice).

Acestea nu trebuie să fie identice cu punctele folosite pentru aducerea înscară.

37

8.4 Aerotriangulaţia

Atât lucrările de redresare cât şi cele de stereorestituţie necesită un reperajprin care se face legătura dintre fotograme şi teren.

Reperajul se poate executa pe cale topografică şi pe cale fotogrammetrică.Pe cale topografică determinarea punctelor de reper se face prin metode

specifice topografice ( intersecţii, drumuiri, radieri) în cadrul reţelei geodezice.Este costisitoare, însă asigură o foarte bună precizie.Calea fotogrammetrică permite determinarea punctelor de reper şi control

pentru fiecare fotogramă, respectiv stereogramă din cadrul unei benzi cu condiţiaca cel puţin la capetele benzii să se facă o legătură sigură cu terenul prin reperajterestru.

Se cunosc multe metode fotogrammetrice de reperaj ce se pot grupa în :- fototriangulaţii ( plane);- aerotriangulaţii (spaţiale).

AerotriangulaţiiAerotriangulaţiile sunt metode de determinare a coordonatelor punctelor de

reper (şi eventual a altor puncte) în spaţiu (x, y, z).Întrucât punctele reper formează poligoane de puncte în spaţiu, acestea se

determină propriu-zis ca într-o poligonaţie.Deoarece în practică sunt mai multe benzi alăturate, cu acoperire

transversală între ele, înseamnă că între benzi există puncte comune ce pot fideterminate pe fiecare bandă.

Soluţiile unice reclamă o compensare şi deci un calcul în bloc.Aerotriangulaţiile se pot executa analitic, plecând de la coordonatele plane

ale punctelor de pe fotograme măsurate de obicei la stereocomparator.Metodele analitice au căpătat o mare dezvoltare ca urmare a creşterii

performanţelor tehnicii de calcul.Deoarece cazul cel mai fericit este acela când suprafaţa este acoperită de mai

multe benzi de fotograme, este indicat să se recurgă la compensarea unitară, în bloca tuturor punctelor de pe toate fotogramele şi de pe toate benzile.

Din punct de vedere al preciziei ce se poate obţine, pe primul loc se situeazăcompensările ce folosesc ca unităţi independente fotogramele singulare. În practicăaceste metode nu s-au impus din cauza numărului foarte mare de necunoscute: câte6 de fiecare fotogramă (ce privesc orientarea exterioară a fiecărei fotograme) şiîncă cel puţin 3 necunoscute de fiecare fotogramă pentru coordonatele spaţiale alepunctului de reper ce urmează a fi determinat şi topografic.

Metodele cele mai răspândite sunt cele care folosesc cuple de fotograme,(definite de 7 elemente) ca unităţi independente ce se cuprind în operaţiile decompensare. În acest caz, elementele ce se măsoară pe fiecare model suntcoordonatele spaţiale ale centrelor de proiecţie ale fiecărei fotograme ce constituiecuplul (modelul).

38

Pentru compensarea analitică prin care se obţin poziţiile spaţiale alepunctelor de reper în sistemul de referinţă geodezic, datele ce se introduc în calculse preiau de pe fotograme singulare sau modele prin măsurare lamonocomparatoare de precizie pentru a se obţine o precizie corespunzătoare dedeterminare.

8.5 Stereorestituţia / aparate de stereorestituţie

Operaţia de exploatare a modelului optic orientat exterior se numeşterestituţie stereofotogrammetrică sau stereorestituţie.

Fiecare detaliu se urmăreşte pe modelul optic cu marca stereoscopică,urmărindu-se atât deplasarea în plan cât şi evoluţia spaţială (z) a fiecărui detaliu.

Aparatelele de stereorestituţie analogică utilizate pot da poziţiileplanimetrice şi altimetrice ale punctelor terenului cuprins în porţiunea comună adouă fotograme sub formă grafică sau numerică. Dintre aceste aparate, folosite cca.4 decenii, şi care acum au devenit piese de muzeu menţionăm:

- Stereoplanigraful Zeiss;- Aviografele Wild A5, A7;- Stereocomparatoarele Zeiss;- Aviografele Wild B8;- Stereometrografele Zeiss.Din punct de vedere tehnologic, procesul fotogrammetriei se desfăşoară

conform etapelor cunoscute.Astfel, prima etapa a procesului tehnologic o reprezintă ansamblul

operatiunilor de înregistrare a datelor. Pentru inregistrari se folosesc camerespeciale terestre sau aeriene montate pe platforme aeriene sau spatialepurtatoare ale sensorilor de înregistrare.

A doua etapă a procesului tehnologic fotogrammetric şi de teledetecţie oreprezintă prelucrarea primară şi corectarea datelor obţinute sub formăanalogică sau digitală. Dacă în ceea ce priveşte prelucrarea analogică seutilizeaza echipamentele clasice de prelucrare şi interpretare a fotogrameloraeriene sau terestre, pentru prelucrarea analitică şi digitală exista echipamentenoi de forma statiilor fotogrametrice de lucru interactive.

Astfel de staţii de lucru fotogrammetrice moderne care folosesc sistemeinteractive sunt produse şi comercializate de firme cu renume, cum sunt Leica(Elveţia ), Zeiss (Germania), Galileo Siscam (Italia), etc., prezentate în figurile 1,2, 3, 4, 5 şi 6.

Aparatura fotogrammetrică Leica utilizează pachetul de programe MAP,care lucrează sub sistemele de operare MS-DOS, Windows, UNIX şi VMS.Sistemul interactiv care foloseste MAP-ul (cu versiunile sale MAPDE, MAPOP,RISIS/MAP) poate primi date de la intreaga gamă de aparate AC1, BC1, BC2,BC3, SD 2000 şi SD 3000.

39

Firma Leica, pe lângă stereoploterele analitice care asigură precizii ridicate(1-2 m) a produs staţia fotogrammetrică digitală DVP, prezentată în figura 1 (acărei precizie este de 30 m ) utilizată la lucrări în care cererea de asigurare a uneiprecizii ridicate este mai puţin importantă.

Figura 1 – Staţia fotogrammetrică digitală DVP ( Leica - Elveţia )

Figura 2 – Staţia de lucru fotogrammetrică SD 2000 ( Leica – Elveţia )

40

Figura 3 – Stereoplotterul analitic fotogrammetric KERN DSR ( Elveţia)

Figura 4 – Stereoplotterele fotogrammetrice analiticePlanicomp P2 şi Planicomp P3 (Zeiss – Germania)

41

42

Aparatele de stereorestituţie analitică produse de firma Galileo Siscam, detipul DIGICART 40, STEREOCART, STEREOBIT 20, (prezentate în figurile 5 şi6) au implementate pachete de programe care rezolvă automat :

- orientarea interioară;- orientarea relativă şi absolută;

43

- corectarea erorilor instrumentale sistematice, corectarea distorsiuniiobiectivului şi corectarea deformaţiilor filmului;

- restitutia numerică şi grafică;- aerotriangulaţia;- aplicaţiile speciale pentru fotogrammetria la scurtă distanţă;- calibrarea instrumentului.

Figura 5 – Stereorestitutoarele analitice fotogrammetriceStereocart şi Digicart 40 (Italia)

Figura 6 - Stereorestitutorul analitic fotogrammetricStereobit 20 (Italia)

44

Firma Galileo Siscam a produs sistemele grafice interactive GART şiGRES al caror editor grafic interactiv permite vizualizarea, corectarea,analizarea şi cartografierea automata a datelor primite de la un aparat derestituţie analogic, analitic sau digital.

Urmatoarele etape ale procesului tehnologic fotogrametric se refera laprelucrarea tematica a datelor şi interpretarea, modelarea matematica şivalorificarea tematica a lor.

Avantajul pe care îl oferă sistemele fotogrammetrice interactive,concepute sub forma staţiilor de lucru fotogrammetrice, este acela de reconstituiretridimensionala a elementelor din spaţiul obiect şi de a crea modele ale unorobiecte care nu mai exista fizic, efectuind asupra lor activitati specificingineresti.

Odata cu dezvoltarea sistemelor hardware, care permit stocarea curapiditate a unor matrici n -dimensionale mari, în multe activitati de cercetare,proiectare, inginerie tehnologica şi mai ales în industria geomatica, tendintaactuala în lume este de a se lucra tot mai mult cu modelul analitic şi digital alelementelor din spaţiul obiect.

45

În afara sistemelor clasice de interactiune legate de ecran şi hărţi sau planurila diverse scari editate pe suport nedeformabil, o amploare tot mai mare capătăsistemele industriale de culegere a datelor prin digitizare în 3D sau sistemele deculegere a datelor prin scanarea imaginilor cu rezolutie mecanica şi de preluareridicata.

Tehnicile de modelare a suprafeţelor şi de modelare solidă a unui obiect înmemoria calculatorului deschid largi perspective utilizarii sistemelorfotogrametrice de digitizare tridimensionala.

În figura 7 este prezentat sistemul de digitizare manuala a planurilor desituatie cu ajutorul statiei de digitizare PD Digitizing Workstation produsă defirma germană Zeiss.

Figura 7 – Staţia de lucru digitizoare PD cu rezoluţia de 0,025 mm.

46

Metodele de fotogrammetrie digitală utilizează scannerele care nu suntaltceva decât dispozitive de digitalizare ( transformare in binar ) a unei imagini saua unui text. Funcţionarea sa se aseamana intru-câtva cu cea a fotocopiatorului.Imaginea este explorată şi analizată punct cu punct. în funcţie de tonalitatea de grisau de culoare, scannerul furnizeaza computerului o marime digitală care poate fi

47

stocata în memoria calculatorului, inregistrata pe discheta, vizualizata pe monitorsau transmisa şi reprodusa la imprimanta sau plotter.Gama de scannere este foarte complexa, performantele lor fiind în funcţie de :numarul de puncte per inch ( 300, 600 sau 1200.... 9600 dpi pentru scannere de uzprofesional ), numarul nivelelor de gri ( 32, 64. 256 ), numarul de culori ( 256 panala 16,6 milioane de culori ) şi format ( de la scannere de mână ( 10,5 cm.) la A4.....A0). Spre exemplu, printre ultimele aparitii, putem mentiona scannerul rotativde birou cu forma aerodinamica “Hi Scan” comercializat de firma franceza ServiceJuly. Acest produs foarte compact şi rapid poate digitiza imagini de 10 x 10 cm la10.000 dpi intr-un minut sau chiar mai putin, în funcţie de rezolutie. Colorerain ,programul care se livreaza impreuna cu Hi Scan, este cunoscut pentru posibilitatilesale de imbunatatire a digitizarii şi prelucrarii imaginilor.

În figurile 8a şi 8b sunt prezentate câteva tipuri de scanere performanteutilizate în fotogrammetrie (de fabricaţie Leica Helava şi Zeiss), care folosesc unsoft şi un hard complex ( procesor rapid, memorie suficienta, controlor hard disc detip SCSI, interfata video adecvata ).

Figura 8a - Scanere fotogrammetrice tip DSW 300 şi RM-1/DOS.

48

Figura 8b - Scaner fotogrammetric tip PHODIS SC.

49

Figura 8c - Scaner fotogrammetric tip Z Imaging Intergraph

9 Reprezentarea pe calculator a obiectelor spatiale obţinute prin metodede fotogrammetrie analitică şi digitală.

În domeniul aplicatiilor grafice pe calculator, o importanta deosebita oare modelarea matematica a corpurilor in spatiu, precum şi studiul imaginilorobtinute pe cale fotogrammetrică sau de teledetectie. Reprezentarea imaginilor peecranul unui dispozitiv grafic se face în mai multe moduri astfel încât aceasta să fiecât mai sugestivă:

- reprezentari prin puncte ( reprezentari prin sectiuni transversale );- reprezentari tip " wire-frame " ("cadru de sirma");- reprezentare prin retea de poligoane ( reprezentare poliedrala ), etc.

Toate aceste reprezentari ridica fiecare probleme specifice, în literatura tehnică despecialitate acestea fiind tratate cu mare atentie în funcţie de aplicaţiile grafice încare se întâlnesc.

Spre exemplu, în arhitectură, pentru restaurarea şi conservarea diverselorcladiri, monumente istorice şi de artă, etc. , este necesară o reprezentare înperspectivă a spatiului obiect, algoritmul de reprezentare fiind prezentat mai jos înfigurile 12-14, iar modelele digitale spaţiale pentru o zonă-test sunt prezentate înfigurile 15-16.

50

Figura 12.

51

Figura 13.

52

Figura 14.

53

Figura 15 – Modelul digital al terenului văzut sub unghiurile θ = 110◦ şi φ = 45◦.

Figura 16 – Modelul digital al terenului văzut sub unghiurile θ = 30◦ şi φ = 25◦.

1.1 Generalităţi

Pentru oameni, fotografia, de la apariţia sa, a fost un foarte preţios mijloc decolectare a informaţiilor despre mediul înconjurător, un martor al stăriifenomenelor din natură în diferite momente ale transformării acestora. Fotografiaconstituie o bună bază de studiu şi de analiză care permite vizualizarea :

detaliilor semnificative şi a poziţiei lor relative, a structurilor din punct de vedere al degradării sau evoluţiei lor,

în vederea confruntării cu alte documente necesare unei aprecieri exacte afenomenelor. Atunci când lanţul tehnologic de achiziţie, prelucrare şi exploatare adocumentelor fotografice respectă anumite criterii de control al geometriei imaginiine găsim în domeniul fotogrammetriei. Cuvântul “fotogrammetrie” se datoreazăarhitectului german Meydenbauer care a asamblat cuvintele greceşti„photos”(lumină), „gramma”(un lucru scris sau desenat), şi „metron” (măsură)pentru a desemna un nou mijloc de reprezentare tridimensională a naturii. De fapt,acesta a preluat şi adaptat, în 1893, ceea ce fusese experimentat şi aplicat între1850 şi 1861 de francezul Laussedat. El a fost cel care a utilizat camera clarăpentru a realiza relevee topografice printr-un procedeu pe care la denumit„metrofotografie”. Astfel, noţiunea de măsură a fost asociată cu fotografia, deatunci fiind acceptată definitiv. Anterior acestui moment, în 1726, M.A. Kappelerfolosise imaginile perspective desenate ale terenului în scopuri topografice pentru aîntocmi harta masivului muntos Pilatus, iar în 1759 matematicianul S.H. Lambert atratat bazele reconstituirii perspectivei centrale şi a intersecţiei spaţiale în lucrarea"Perspectiva liberă".

Practic, clasarea şi arhivarea fotografiilor a devenit o etapă esenţială a studiuluigeografic. De aceea este necesar ca principiile tehnice de bază şi modul deexploatare a documentelor fotografice şi fotogrammetrice trebuie să fie înţelesepentru ca acestea să poată fi valorificate eficient.

Fotogrammetria este tehnologia cu ajutorul căreia se realizează măsurătoriextrem de precise pe fotograme aeriene sau terestre preluate cu camere specialepentru determinarea cotelor, suprafeţelor, distanţelor sau volumelor, în vederearealizării de hărţi topografice şi tematice sau produse fotogrammetrice specifice(fotograme redresate, fotograme redresate cu reţea, fotoplanuri, fotoscheme,fotomozaicuri).

O altă definiţie, aparţinând lui H.Boneval, sintetizează sugestiv legătura dintrerealitatea din natură şi modul cum poate fi reconstituită prin mijloace mecano-optice: Fotogrammetria este o tehnică de lucru care permite definirea precisă a

formelor, dimensiunilor şi poziţiei spaţiale a unui obiect, utilizând măsurătorifăcute pe una sau pe mai multe fotografii ale aceluiaşi obiect.

Nu trebuie omisă definiţia dată în 1980 de Societatea Americană deFotogrammetrie şi Teledetecţie [ ] : “Fotogrammetria este arta, ştiinţa şitehnologia de obţinere de informaţii fiabile asupra spaţiului natural sau asupraobiectelor fizice prin înregistrarea, măsurarea şi interpretarea imaginilorfotografice sau a trăsăturilor produse prin radiaţia energiei electromagnetice sauprin alte fenomene.“ Această definiţie face referire şi la teledetecţie ca partecomponentă a fotogrammetriei, eliminând doar o parte din confuziile şiincertitudinile generate de formularea mai veche “ştiinţa şi arta obţinerii demăsurători fiabile prin mijloace fotografice”.

Noi considerăm, însă, că fotografia aeriană este la originea teledetecţiei şi esteparte componentă a acesteia, iar utilizarea sa rămâne în continuare o certitudine,privind fie şi numai din punct de vedere al rezoluţiei geometrice, chiar dacăînregistrările din satelit permit acoperirea unor zone mult mai vaste, au orepetitivitate superioară, iar procesarea datelor este mult simplificată, mai alesdatorită progreselor informaticii care au dus la elaborarea unor algoritmiperformanţi de automatizare a multora dintre procesele de pregătire şi interpretarea datelor. Spre deosebire de harta care este o proiecţie verticală a elementelorpeisajului pe o suprafaţă plană de nivel zero, trecând prin intermediul uneisuprafeţe curbe de referinţă, fotograma este imaginea într-un plan a acestorelemente de peisaj văzute dintr-un punct din spaţiu.

Sintetizând, se poate spune că această disciplină tehnico-ştiinţifică are ca subiectdeterminarea poziţiei obiectelor sau fenomenelor în spaţiu şi în timp pe bazamăsurătorilor care se realizează în perspectivele fotografice ale respectivelorobiecte sau fenomene.

Figura 1. Fotograma

Pe lângă faptul că fotogrammetria este recunoscută ca fiind o tehnică de lucruobiectivă, precisă şi pasivă (nedestructivă), asigurând obţinerea mult mai rapidă ainformaţiilor fără contact direct cu subiectul observării fotografice, trebuiesubliniat faptul că această disciplină este, totuşi, greoaie, scumpă şi complexă, fiindrezervată în mare măsură numai specialiştilor. Acest ultim aspect este parţialcompensat de apariţia tehnologiilor de înregistrare şi prelucrare numerică, acesteacompensând lipsa cunoaşterii unei părţi a lanţului tehnologic specificfotogrammetriei clasice.

Fotogrammetria clasică permite culegerea şi prelucrarea de date necesareactivităţilor de cercetare, studiu şi proiectare pe baza unor cunoştiinţe dindomeniile geometriei, matematicii şi fizicii pentru a interpreta imaginea virtualătridimensională a unei perechi de fotograme cu scopul reconstruirii unui modelcare să corespundă cât mai fidel peisajului iniţial. În ultimul deceniu, corelat cuevoluţia spectaculoasă a informaticii, pe lângă geometrie, matematică, fizicaradiaţiilor electromagnetice şi optică, se poate spune că un rol la fel de important îldeţine electronica. Aceasta din urmă stă la baza utilizării imagini video şi a altormijloace pentru reconstituirea realităţii tridimensionale.

S-a dovedit faptul că perfecţionarea metodelor de obţinere şi exploatare afotogramelor este corelată cu diversitatea problemelor pe care pot fi rezolvate îndomeniile cele mai diferite, atunci când apare necesitatea efectuării de măsurătoride precizie. În abordarea problemelor de fotogrammetrie suntem confruntaţi cuprocesul vederii stereoscopice şi cu tehnica măsurărilor stereoscopice.

1.2 Principiul vederii binoculare (stereoscopia)

Oamenii percep realitatea înconjurătoare în trei dimensiuni. Simţul vederii permitesă cunoaşterea vizuală a obiectelor ce ne înconjoară şi să le apreciem în ceea cepriveşte forma, mărimea, culoarea şi distanţa care ne separă de ele. Acest fenomen,încă neexplicat în totalitate, este rezultatul unor interacţiuni complicate între ochi şicreier. Ochii sunt depărtaţi cu circa 6 cm (distanţa interpupilară), ceea ce permiteperceperea a doua imagini uşor diferite. Creierul fuzionează cele doua imagini într-o singura imagine tridimensionala care ne permite sa percepem cea de-a treiadimensiune. Aceasta capacitate de a vedea în relief este cunoscuta sub denumireade vedere binoculara sau vedere stereoscopică.

Vederea monoculară nu dispune de elemente metrice precise pentru evaluareadistanţelor. Vederea în profunzime numită şi vedere în relief sau vederestereoscopică, este caracteristică vederii binoculare şi se întemeiază pe faptul că încentrul vederii din creier se suprapun două imagini ale aceluiaşi obiect, care suntdiferenţiate ca urmare a faptului ca centrele de perspectivă de unde se înregistreazăcele doua imagini au poziţii diferite în spaţiu. Din punct de vedere geometric,localizarea punctelor în spaţiu se face prin intersecţii.

Vederea este un fenomen complicat, care nu trebuie luat în considerare numai dinpunct de vedere anatomic. Ca şi în cazul celorlalte simţuri şi în cazul percepţieivizuale avem de-a face cu un proces care se realizează pe scoarţa cerebrală careeste o suprafaţă de recepţie, pe care se proiectează excitaţiile venite din mediulextern şi intern. Câmpul vizual al ochiului în plan orizontal se întinde circa 100 degrade de partea opusă nasului şi 50 de grade partea nasului, iar în plan verticalcâmpul vizual acoperă 130 de grade. Imaginea perspectivă a obiectelor din naturăse formează tot ca o perspectivă pe retină. Procesul de formare a imaginii pe retinăeste comparabil cu procesul formării imaginii pe pelicula fotografică. Ochiulînregistrează imaginile sub forma unor perspective cu centrul în cristalin. De aceeavederea monoculară înregistrează elemente metrice efective doar pentru contururişi direcţii, nu şi pentru profunzimi. Totuşi prin vederea monoculară se poatediscrimina poziţia relativă a obiectelor în profunzime, dar aceasta se datoreazăefectului de perspectivă obişnuinţei, clarităţii detaliilor obiectului privit experienţeireferitoare aprecierea acoperirilor, comparaţiilor, tonalităţii etc.

În momentul în care este obţinută fuziunea binoculară, este realizată percepţiavizuală a spaţiului în trei dimensiuni. Cercetând permanent detaliile pe care le areîn faţă observatorul ajunge să perceapă diferenţe foarte mici atât lateral cât şi înprofunzime. În aceasta constă vederea binoculară naturală, sau efectul stereoscopicnatural. Acest efect stereoscopic reprezintă aportul considerabil de informaţii înlegătură cu mediul înconjurător pe care îi aduce vederea binoculară.

1.2.1 Obţinerea efectului stereoscopic în fotogrammetria clasică

Imaginile plane (desene, fotografii, filme, desenele) de pe ecranul computerului potfi manipulate prin tehnici speciale pentru a crea iluzia de înălţime, respectiv(adâncime). Avem impresia că obiectele observate “cresc” din hârtie, film sauecran. Efectul stereoscopic are loc în momentul în care zona de acoperire(suprapunere) a două fotograme succesive este privită astfel încât fiecare ochi săobserve fotograma corespondentă. Operatorii experimentaţi au capacitatea de aobţine efectul stereoscopic fără a utiliza un aparat de stereorestituţie.

Instrumentele clasice de restituţie stereofotogrammetrică sunt construite, cu miciexcepţii, pe principiul separării imaginilor prin sisteme optice constituite dinlentilele, prisme şi oglinzi.

Pentru a fi percepută ca o singură imagine o stereogramă (cuplu stereoscopic)trebuie să fie observată cu ajutorul unui instrument care permite vizualizareafotogramei cu ocularul corespunzător ochiului drept, respectiv fotogramei dinstânga cu ochiul stâng. Creierul recepţionează fiecare imagine separat şi leintegrează într-o singura imagine tridimensională (în relief).

Figura 2. Cuplul stereoscopic

În practică, efectul stereoscopic poate fi realizat, deasemenea, prin folosireafiltrelor optice pentru observarea perspectivelor centrale plane cele două procedeecu aplicare largă fiind anaglifele şi polarizarea luminii.

1.2.2 Anaglifele

Imaginile plane (desene, fotografii, filme, desenele) de pe ecranul computerului potfi manipulate prin tehnici speciale pentru a crea iluzia de înălţime, respectiv(adâncime). Avem impresia că obiectele observate “cresc” din hârtie, film sauecran. Efectul stereoscopic are loc în momentul în care zona de acoperire(suprapunere) a două fotograme succesive este privită astfel încât fiecare ochi săobserve fotograma corespondentă. Cele două. fotograme trebuie privite separat,adică. cu ochiul din stânga trebuie privită fotograma din stânga iar cu ochiul dindreapta, fotograma din dreapta. Operatorii experimentaţi au capacitatea de a obţineefectul stereoscopic fără a utiliza un aparat de stereorestituţie.

Procedeul acesta foloseşte o particularitate a culorilor complementare (atunci cândfiecare culoare este formată din amestecul tuturor culorilor spectrale care nu suntcuprinse în cealaltă).

O anaglifă se obţine prin fotografierea suprapusă a ambelor fotograme ale cupluluiîn culori complementare pe în fond alb. Culorile complementare cel mai desfolosite sunt roşu şi cyan. Dacă anagliful este privit ochelari prevăzuţi cu lentilecolorate în culori complementare, prin substracţia culorilor se obţine efectulstereoscopic. Explicaţia fenomenului de separaţie a imaginilor este următoarea :

lentila roşie a ochelarilor va fi străbătută numai de componenta roşie aluminii, astfel că fondul alb al hârtiei va fi perceput în roşu ;

detaliile fotogramei redate în roşu se vor dizolva în fondul roşu ; detaliile fotogramei în culoarea complementară roşului (cyan) vor fi

percepute în negru ; lentila cyan a ochelarilor va fi străbătută numai de componenta cyan a

luminii, astfel că fondul alb al hârtiei va fi perceput în cyan ; detaliile fotogramei redate în cyan se vor dizolva în fondul cyan ; detaliile fotogramei în culoarea cyan vor fi percepute în negru..

Figura 3. Principiul anaglifelor

Pentru realizarea unui model stereoscopic procedeul culorilor complementarefoloseşte tocmai această particularitate, cele două perspective centrale fiindcolorate fiecare în parte în culoarea complementară celeilalte.

Pentru obţinerea unei anaglife se utilizează două reprezentări (fotografice sautipografice) ale aceluiaşi subiect, una în cyan (albastru-verzui), cealaltă în roşu; lesuprapunem pe hârtie fotografică (sau le imprimăm) cu un foarte mic decalaj aşaîncât observatorul, utilizând ochelari cu o lentilă (cyan), iar alta roşie, vede apărândsubiectul în relief, culorile dispărând. Lentila roşie filtrează imaginea cyan şi astfelnumai imaginea roşie trece prin lentilă, respectiv lentila cyan filtrează culoarearoşie lăsând să treacă numai culoarea cyan. Ca urmare, ochiul stâng va percepeîntr-o tonalitate negricioasă numai perspectiva din stânga, iar ochiul drept vapercepe în această tonalitate negricioasa numai perspectiva din dreapta. Cu aceastaeste realizata condiţia stereoscopiei artificiale şi anume ca fiecare ochi în parte săvadă numai câte o perspectivă centrală a aceluiaşi obiect. Creierul recepţioneazădouă imagini diferite şi le combină pentru a rezulta o imagine virtualătridimensionala. Mai precis, anaglifele reprezintă un procedeu fotografic careutilizează culori şi filtre corespondente pentru a crea iluzia reliefului în filme,fotografii sau ilustraţii.

Anaglifele se pretează unei procesări pe calculator chiar şi atunci când operatoruleste mai puţin experimentat. Principiul de lucru se bazează afişarea pe monitor înmod alternativ a fotogramei alb-roşu din stânga şi a fotogramei alb-verde dinstânga.

Brevetul procesului de realizare a fotografiilor anaglife a fost obţinut în 1891 defrancezul Louis Ducos du Huron, iar în 1903 fraţii Louis şi Auguste Lumière,pionierii filmului, au făcut demonstraţii cu un film realizat pe acest principiu.

1.2.3 Imagini tridimensionale polarizate

Fizicianul scoţian David Brewster (1781-1868) a descoperit că lumina estepolarizată prin reflexie. Lumina obişnuită se propagă prin oscilaţiielectromagnetice transversale în toate planurile, iar lumina polarizată se propagăprin aceleaşi oscilaţii dar numai într-un singur plan transversal. Pentru a obţinelumină polarizată se utilizează cristale polarizoare. În cazul în care în calea uneiraze de lumină polarizată se interpune un cristal identic (numit analizor)cu celfolosit la polarizare (numit polarizor) se constată că prin rotirea sa intensitatealuminoasă scade până la reducerea totală.

Atunci când stereogramele se proiectează prin polarizori poziţionaţi în planuriperpendiculare şi se privesc prin ochelari prevăzuţi cu analizori situaţi,deasemenea, în planuri perpendiculare, se obţine efectul stereoscopic. Practic,fiecare din ochi va vedea câte o singură fotogramă.

Sistemul de filmare Polaroid realizat de inventatorul american Edwin Herbert Landse bazează pe utilizarea a două camere de filmare sau a unei camere cu dubluobiectiv. În cinematograf cele două filme sunt proiectate simultan. Un filtru depolarizare ataşat în faţa proiectorului din stânga orientează undele de lumină într-un plan, în timp ce un alt filtru situat în faţa proiectorului din dreapta orienteazălumina într-un plan perpendicular. Spectatorii poartă ochelari cu lentile depolarizare gri care orientează undele de lumină ca şi filtrele proiectoarelor.Acestea permit ca ochiul stâng al spectatorilor să vadă numai imaginea de laproiectorul din stânga iar ochiul din dreapta numai imaginea provenită de laproiectorul din dreapta. Creierul primeşte aceste două imagini care fuzionează şi lecompune într-o imagine tridimensională. Prima demonstraţie a fost făcută în 1939la Expoziţia Mondială de la New York.

Figura 4. Utilizarea polarizării în fotogrammetrie

O altă posibilitate de obţinere a efectului stereoscopic se bazează pe principiulalternanţei (scintilaţiilor) imaginilor. Separarea imaginilor este generată prinproiectarea lor, succesiv, cu o frecvenţă de cel puţin 15 imagini pe secundă.Succesiunea imaginilor este privită printr-un dispozitiv de obturare succesivă acelor doi ochi sincron cu proiectarea fotogramelor. Această soluţie a fost adoptatăpentru a construi aparate de stereorestituţie, dar care nu au avut o utilizare pe scarălargă.

1.2.4 Autostereogramele

O autostereogramă este o imagine stereoscopică pentru vizualizarea căreia nu estenevoie să se utilizeze instrumente speciale din categoria stereoscopului sauochelarilor stereoscopici. Printre cele mai cunoscute produse de acest fel pot fienumerate imaginile lenticulare, hologramele, dar şi imaginile generate pecomputer prin aşa numitele procedee 3-D.

1.2.5 Imagini lenticulare

Tehnologia lenticulară a fost folosită în anii 1960 pentru a produce imaginitridimensionale cu scene religioase sau vederi. Această tehnologie este utilizată şipentru a realiza iluzia mişcării pe imagini plane. O imagine lenticulară este ocompoziţie a două imagini sursă ale aceluiaşi obiect văzute din direcţii uşordiferite. Imaginile sursă sunt tăiate în fâşii extrem de înguste care sunt unite, saualternate, apoi acoperite cu un strat de plastic structurat în striaţii şi şanţuri. Efectul

3-D sau de mişcare este obţinut prin întreţeserea a două secvenţe ale mişcării unuiobiect în mişcare. Imaginea compozit este acoperită cu un strat (ecran) lenticulardin plastic care îndreaptă fiecare imagine sursă către un ochi, aşa încât observatorulsă schimbe unghiul de vedere prin bascularea videogramei.

Filmul în culori naturale şi filmele fals color în infraroşu au permis diversificareaaplicaţiilor fotografiei aeriene. Având sensibilitatea în afara sensibilităţii ochiuluiuman, filmul infraroşu produce imagini ale energiei invizibile reflectate care estefoarte utilă pentru obţinerea de informaţii despre viaţa plantelor.

Utilizarea computerelor a permis un nou mod de exploatare a fotogramelor aeriene,procesarea digitală permiţând extinderea plajei de informaţii pe care le pot furniza.Oamenii de ştiinţă utilizează camere digitale pentru a înregistra imagini aeriene pesuport magnetic. Deasemenea, sunt utilizate camere video pentru a înregistraimagini. În comparaţie cu fotografiile convenţionale (analogice), înregistrăriledigitale şi video pot sa reproducă imaginile fără alte procesări suplimentare.

1.3 Obţinerea fotogramelor

1.3.1 Materialele fotosensibile

Materialele fotografice sunt constituite dintr-un strat fotosensibil depus pe unsuport oarecare. Practica fotografiei a impus utilizarea următoarelor categorii demateriale fotosensibile :

negative, pozitive , reversibile (care permit obţinerea imaginii pozitive pe acelaşi material pe

care s-a făcut fotografia).

Sensibilitatea spectrală a materialelor fotografice poate fi diferenţiata după cumurmează :

nesensibilizate - folosite numai pentru fotografiere în alb-negru, a obiectelornecolorate (alb-negru) şi albastre;

izoortocromatice - utilizate pentru fotografierea oricăror obiecte cu excepţiaacelora a căror colorit include nuanţe de roşu;

izocromatice - sensibile pentru orice zonă a spectrului, care pot fi folositepentru fotografierea oricăror obiecte;

pancromatice -sensibile pentru toate radiaţiile spectrului vizibil, cu excepţiarazelor verzi faţă de care sensibilitatea este mică;

infracromatic - (infraroşu) posedă o sensibilizare în afară domeniului razelorvizibile: 400-500nm şi 680-860nm;

tricromatice - sensibile la culorile de bază ale spectrului vizibil: albastru,roşu, verde, folosit la fotografia îin culori ;

spectrozonale - având două straturi sensibile pancromatic şi infracromatic -folosite în fotografia spectrală.

1.3.2 Filme pentru fotografierea aeriană.

Pentru fotografierea aeriană se folosesc filme diferite în funcţie de misiunea deîndeplinit. În general se produc următoarele feluri de filme aeriene :

pancromatice, izocromatice infracromatice

Filmele utilizate în fotogrammetrie sunt produse sub forma de benzi bobinate şi auformate standard cu o lăţime 19,24,32 cm şi lungimea de 9,35,60 m. Filmelefotogrammetrice sunt caracterizate prin sensibilitate, coeficient de contrast, putereade separaţie (număr de linii pe milimetru) şi granulaţie.

1.4 Obţinerea fotogramelor aeriene. Zborul fotogrammetric

O fotografie aeriană, indiferent de modul cum a fost obţinută, fie prin mijloaceaeropurtate, fie de pe o platforma spaţială, reprezintă un model redus al suprafeţeide teren fotografiate. Dacă fotografia respectivă are proprietatea de a conservacaracteristicile metrice ale obiectelor avem de-a face cu o fotograma. Din punct devedere matematic fotograma este o proiecţie conică centrală având ca elementeprincipale distanţa focală a camerei fotografice (f), axa de fotografiere (Nn),înălţimea de fotografiere (H).

Figura 5. Proiecţia conică nadirală şi oblică

În practică se utilizează mai multe formate ale fotogramelor 6x9 cm,13x18 cm,18x18 cm, 23x23 cm, 30x30 cm, 32x32 cm. Fotogramele conţin şi alte elementeajutătoare pe lângă imagine în sine:

indicii de referinţă cu ajutorul cărora se poate determina centrul fotogramei, distanţa focală a obiectivului camerei fotogrammetrice, imaginea nivelei sferice (necesară pentru determinarea înclinării

aproximative a camerei fotogrammetrice la momentul preluării fotogramei), ora fotografierii (informaţie foarte utilă în procesul de fotointerpretare), înălţimea de zbor, regiunea fotografiată, scara de aerofotografiere.

Figura 6. Variaţia scării fotogramelor în funcţie de altitudinea de zbor

Aerofotogramele sunt folosite pentru stabilirea caracteristicilor şi destinaţieiobiectelor de pe suprafaţa de teren fotografiată, prin intermediul operaţiilor defotointerpretare şi descifrare.

Figura 7. Zborul fotogrammetric

Pentru ca aceste operaţiuni să corespundă unor standarde acceptate scara defotografiere trebuie să răspundă unor cerinţe bine stabilite : scara planului caretrebuie întocmit (în general mai mare de 3-4 ori decât scara de fotografiere),precizia solicitată, necesitatea descifrării pe fotograme a unor detalii de dimensiunimici, etc. Zborurile fotogrammetrice pot fi clasificate astfel :

la scară mare (scara de aerofotografiere mai mare de 1:10 000. În majoritateacazurilor, pentru întocmirea planurilor centrelor populate, zborurile serealizează la scări cuprinse între 1:2 000 şi 1:10 000,

la scară mică (scara de fotografiere cuprinsă între 1:10 000 şi 1:30 000), la o scară foarte mică (scara de fotografiere mai mică de 1:30 000).

În scopul întocmirii planurilor topografice pentru centrele populateaerofotografierea se execută numai ziua, între orele 11 şi 14, timp în care umbrelesunt reduse ca dimensiuni.

Figura 8. Zborul fotogrammetric

Claritatea imaginii fotografice depinde la rândul ei de: aberaţiile obiectivuluiaparatului fotoaerian, difuzia luminii în stratul de emulsie (halo), trenarea imaginii(datorită translaţiei avionului în timpul expunerii, vibraţiilor produse de motorulavionului, etc.).

1.4.1 Factori şi parametri care influenţează calitatea fotogramelor

Cei mai importanţi parametri care influenţează achiziţia fotogramelor aeriene pot fiinventariaţi după cum urmează : selectarea tipului de avion pentru aerofotografiere ; condiţiile atmosferice ; alegerea anotimpului şi a orei pentru aerofotografiere ; poziţia soarelui (elevaţia) la momentul fotografierii ; alegerea direcţiei de zbor ; selectarea tipului de emulsie fotosensibilă ; folosirea filtrelor optice adecvate ; altitudinea (înălţimea de zbor) ; selectarea camerei aerofotogrammetrice ; cunoaşterea caracteristicilor fizico-geografice ale regiunii de fotografiat în

vederea identificării variabilităţii optice şi reflective a obiectelor şifenomenelor

Diminuarea calităţii materialului fotografic obţinut poate favoriza dispariţia saualterarea formei unor obiecte şi are consecinţe foarte importante în ceea ce priveşteposibilităţile de identificare şi interpretare corectă a elementelor specifice.

Figura 9. Umbra provocată de nori izolaţi

Coeficientul de difuzie al luminii depinde de unghiul dintre direcţia luminiiincidente şi a celei difuzate. Lumina difuzată este polarizată parţial (sau înîntregime) în funcţie de direcţie. În practica fotogrammetrică, pentru a combatevalul atmosferic, se folosesc filtre de lumină cu polarizare.

Transparenţa spectrală a aerului, este de asemenea o caracteristică care trebuiecunoscută în procesul de aerofotografiere. Coeficientul de transparenţă variazădupa sezon şi în funcţie de diferitele lungimi de undă. Vara, coeficientul detransparenţă scade semnificativ pentru peliculele cu sensibilitate în domeniulvizibil, pentru infraroşu variaţiile fiind mult mai mici. În afară de scăderealuminozităţii obiectelor în cazul fotografierii prin stratul de atmosferă, se petrece şio mărire a luminozităţii generale datorită difuzării luminii în atmosferă. Valoareavălului atmosferic depinde de grosimea optică a atmosferei, de distanţă zenitală asoarelui şi de direcţia de vizare, de capacitatea de reflexie a peisajului aerian,precum şi de forma indicatricei de difuzie a atmosferei.

Principalele mijloace pentru înlăturarea sau slăbirea efectului voalului atmosfericasupra fotografieri, sunt dispozitivele optice suplimentare ale camerei fotoaeriene,numite filtre, fixate în faţă obiectivului camerei, dar şi folosirea filmelor adecvate.Principala sarcină a filtrelor colorate este de a absorbi razele de lumina, reflectateşi difuzate de către atmosferă. Datorită faptului că radiaţiile electromagneticecorespunzătoare domeniului albastru, violet şi, în parte, ultraviolet, nu iau parte la

formarea imaginii datorită reflexiei şi difuzării lor de către atmosfera este necesarăutilizarea filtrelor optice compensatoare colorate sau a peliculelor adecvate .

1.4.1.1 Vălul atmosferic şi influenţa lui asupra rezultatelor aerofotografierii

În fotografierea aeriană a suprafeţei terestre, între aparatul fotoaerian şi suprafaţaterestră se află întotdeauna o pătură groasă de aer care nu este niciodată complettransparentă. Aceasta este alterată într-un anumit grad de prezenţa anumitorparticule, fie solide fie produse prin condensarea vaporilor de apă, care provoacădifuzarea luminii în atmosfera condiţionând claritatea aerului. Mediul acestatulbure imprimă şi obiectului de fotografiat aceeaşi caracteristică, adică reducecontrastul detaliilor obiectului de fotografiat. Acest mediu alterat poartă numele devăl atmosferic şi se datorează prezenţei în atmosferă a diferitelor particule străine.Corpurile străine din atmosfera provoacă difuzarea razelor de lumină în mediulînconjurător.

Difuzia luminii în atmosfera are două surse principale :

când aerul are relativ puţine impurităţi şi lumina solara este difuzate înspecial de către moleculele de gaze, predominând radiaţia albastră ;

când aerul conţine multe impurităţi (praf, fum, ş.a.), iar razelecorespunzătoare diferitelor zone ale spectrului sunt reflectate şi difuzatedisproporţionat.

Pentru a putea utiliza în bune condiţiuni filtrele în fotografierea aeriană, trebuie săse cunoască nu numai sensibilitatea generală, a materialului, dar şi sensibilitatea luila culori. Practic, la alegerea peliculei şi a filtrelor trebuie să se ţină seama demărirea timpului de expunere în vederea determinării momentului începerii şiterminării fotografierii, a duratei de expunere, funcţie de ora la care se fotografiază,stratul sensibil şi iluminarea generală din timpul zilei.

1.4.2 Ortofotogramele

Dezvoltarea tehnologiilor computerizate şi diversificarea metodelor de procesare adatelor au generat o creştere a necesitaţilor de informaţii topografice în formatdigital ca sursă de bază pentru Sistemele Informaţionale Geografice. Dategeocodate (cu referinţa spaţială) şi hărţi de foarte bună calitate sunt solicitatepentru diverse aplicaţii. Astfel, ortofotogramele digitale, derivate din imaginileaeriene sau provenite de la sateliţii de observare a Terrei sunt pe cale să devinăsoluţia ideală pentru aplicaţii în domenii economice diverse. Practic, prin

ortorectificare se proiectează punctele de pe fotogramă a căror poziţie este afectatăde distorsiunile datorate reliefului, geometriei camerei, unghiului de vedere, astfelîncât să fie obţinute imagini corecte din punct de vedere geometric, în vedereaexploatării lor cartografice.

Avantajele oferite de utilizarea acestor produse pot fi argumentate prin :

obţinerea facilă a acoperirii cu imagini, posibilitatea transformării fotogramelor aeriene şi satelitare analogice în

imagini digitale cu ajutorul scannerelor fotogrammetrice de înaltă rezoluţie, posibilitatea corelării datelor MNT (Modelul Numeric al Terenului) cu

datele imagine, punctele de control (de referinţă) pot fi achiziţionate în timp real cu ajutorul

sistemelor GPS, procesarea datelor poate fi realizată cu ajutorul unor platforme hard/soft

accesibile ca preţ.

Pentru realizarea ortofotogramelor se parcurg trei etape distincte de prelucrare adatelor brute :

orientarea interioară, bazată pe utilizarea parametrilor camerei, indicilor şi apunctelor de legătură ;

orientarea exterioară prin care se realizează legătura dintre imagine şi terenutilizând puncte de control măsurate prin metode topografice şi cartografice;

ortorectificare efectivă care permite corelarea elementelor de orientareainterioară şi exterioară cu modelul digital al terenului.

Atât în cazul aerofotografierii analogice clasice, cât şi în cazul utilizării camereloraeriene digitale, costurile sunt ridicate, acestora adăugându-li-se şi costurileprelucrării informaţiilor, în cazul fotogrammetriei, deasemenea, substanţiale. Seestimează că pentru realizarea unui Sistem Informaţional performant, circa 75 %din preţ este reprezentat de cele două etape enumerate : aerofotografierea şiprelucrarea fotogrammetrică de specialitate (procesarea materialului fotosensibil,aerotriangulaţia şi restituţia).

1.4.3 Avioanele utilizate în fotogrammetrie

Un avion destinat aerofotografierii trebuie sa fie prevăzute cu trape speciale şi cudispozitive speciale pentru fixarea camerelor şi a instrumentelor de navigaţie. Încazul avioanelor presurizate trapa este obturată cu un ecran de protecţietransparent suficient de gros pentru a rezista depresurizării. Acest ecran optic

special are şi un rol de filtrare permiţând numai trecerea radiaţiei electromagneticeîn vizibil şi infraroşu.

Principalele caracteristici tehnice ale avionului fotogrammetric sunt:

viteza de zbor, plafonul de zbor, raza de acţiune, greutatea.

În general sunt folosite avioane lente cu aripă înaltă. Viteza de zbor a avionuluifotogrammetric nu trebuie să depăşească 300 km/oră iar altitudinea de zbor secalculează ţinând cont de distanţa focală a camerei utilizate. De exemplu, pentrufotografierea centrelor populate care se face în vederea întocmirii planurilortopografice la scări mari (1:2.000...1:5.000), scările fotogramelor sunt 1:4.000-1:12.000. Aerofotografiere terenului în vederea întocmirii planurilor topograficese realizează cu ajutorul avioanelor fotogrammetrice care au o raza medie deacţiune de circa 2500 km.

La bord se montează aparate speciale denumite camere aerofotogrammetrice care,spre deosebire de alte aparate de înregistrare fotografică uzuale, au distanţa focalăconstantă. Principala destinaţie a camerelor fotoaeriene este furnizarea defotograme (fotografii pe care se pot face măsurători).

Axa de ruliuAxa de ruliu

Axa de tangajAxa de tangajAxa de derivãAxa de derivã

Figura 10. Parametrii de stabilitate ai avionului

1.4.4 Camerele aerofotogrammetrice clasice

Aparatul fotoaerian (având un volum de aproximativ 50x70x50 cm) sepoziţionează în avion astfel încât să fie cât mai aproape de centrul de greutate alacestuia. Acesta se compune din cameră, obiectiv, caseta pentru film, dispozitivulde comandă, sistemul de transmisie antrenat de un motor electric şi suportulgiroscopic al aparatului.

Camerele aerofotogrammetrice clasice funcţionează cu bobine de film (60...120 mlungime) sau, mai rar, cu plăci de sticla. Fotogramele pe plăci au avantajul că nuse deformează asigurând în acest mod o mai mare precizie a prelucrărilor. Laaparatele fotoaeriene moderne, toate procesele de fotografiere (bobinarea filmului,expunerea, păstrarea intervalului între expuneri etc.) sunt executate automat.

Obturatorul şi caseta cu film sunt sincronizate electronic. În partea superioară acamerei se află aplicat un cadru situat în planul focal al obiectivului. Imagineaacestui cadru apare pe fotogramă, constituind sistemul de coordonate propriifiecărei camere în parte. Dispozitivul de comandă acţionează obturatorulaparatului, rolele cu film etc. Cu ajutorul unui monitor se poate urmări modul defuncţionare a diferitelor mecanisme ale aparatului. Mecanismul de rulare şiderulare deplasează filmul, cadru cu cadru, în planul focal al obiectivului,asigurând planeitatea filmului (evitând erorile care pot altera informaţia restituită).

În funcţie de mărimea distanţei focale a obiectivului, aparatele fotoaeriene pot ficlasificate după cum urmează:

cu distanţa focală mică (de la 50 la 150 mm), cu distanţa focală medie (de la 150 la 300 mm), cu distanţa focală mare (mai mare de 300 mm).

Obiectivele eu distante focale de 50 mm se folosesc pentru fotografierea unorterenuri plane (scări mai mari de 1:10.000), cele cu distanţe focale de 70 mm,pentru terenuri cu forme de relief diferite (dealuri, şes etc.), cele cu distanţe focalede 100 ... 140 mm, în zone muntoase, iar cele cu distanţe focale de la 200 mm la500 mm, pentru aerofotografierea centrelor populate.

Distanta acoperitã la sol

Altitudineadezbor

Distanta

focalã

Formatulcliseului

Axadefotografiere

Figura 11. Altitudinea de zbor, distanţafocală şi dimensiunea fotogramei

Dacă ne referim la dimensiunea fotogramelor obţinute şi la distanţa focală aobiectivului utilizat camerele fotogrammetrice pot fi grupate în următoarelecategorii :

cu distanţa focală de f=88 mm, f=152 mm, f=305 mm pentru fotogramele cudimensiunile 23cmx23cm ;

cu distanţa focală de f=70 mm, f=115 mm, f=210 mm pentru fotogramele cudimensiunile 18cmx18cm.

Camerele fotogrammetrice cu distanţele focale de 88 mm şi 70 mm fac parte dincategoria camerelor cu obiective super grand-angulare deoarece deschiderea loreste de 1200-1390. Camerele fotogrammetrice cu distanţele focale de 152 mm şi115 mm fac parte din categoria camerelor cu obiective grand-angulare deoarecedeschiderea (câmpul) lor este de 1000-1050. Camerele fotogrammetrice cudistanţele focale de 210 mm şi 305 mm fac parte din categoria camerelor cuobiective super-grand- angulare deoarece deschiderea lor este de 600-700

1.4.4.1 Dispozitive anexe utilizate în aerofotografiere clasică

Aparatul fotoaerian este prevăzut cu o serie de dispozitive anexe necesare pentrurealizarea acoperirii între fotograme, înregistrării unghiului de derivă şideterminării elementelor orientării exterioare ale fotogramelor. Pentru a asigura

înregistrarea pe fotograme a tuturor punctelor terenului din foaia de zbor aavionului este necesar ca fotografiile să fie aliniate şi să aibă o acoperire pe bandăde 66% şi între benzi de 33 %. Asigurarea automată a intervalul între expuneri înscopul acoperirilor longitudinale necesare între imaginile de pe fotograme serealizează cu ajutorul unui dispozitiv numit intervalometru cu care se poate măsuraşi unghiul de derivă.

VERTICALA

NADIR

FOTOGRAMAOBLICA

FOTOGRAMA

VERTICALA

Figura 12. Deformarea fotogramei cauzată de înclinarea avionului

Sistemul de fotografiere este prevăzut cu dispozitive pentru înregistrarea unorelemente de orientare exterioară în timpul zborului (înălţimea de zbor, abaterileavionului de la plafonul mediu de zbor, unghiurile de înclinare, etc..). Se considerăcă aerofotografierea s-a desfăşurat în bune condiţii atunci când axa de fotografierenu deviază cu mai mult de 3' de la verticala punctului în care s-a efectuatexpunerea. Fotogramele astfel obţinute se numesc fotograme nadirale, care datoritădeformaţiilor reduse pot fi utilizate în lucrările de întocmire a planurilor la scarămare.

1.4.5 Camerele fotoaeriene digitale.

Camerele aeriene clasice au fost utilizate cu succes în lumea întreagă mai mult dejumătate de secol. Chiar şi în perioada actuală nu s-a renunţat în totalitate laacestea. Posibilitatea de obţinere cu foarte mare precizie a coordonatelor spaţiale

ale punctului de preluare a fotogramei cu ajutorul GPS a schimbat în foarte maremăsură modul de preprocesare a datelor primare.

Fig. 13 Sistemul modern de aerofotografiere

Totuşi, deşi complexitatea şi costurile de dezvoltare a unui nou tip de cameraaeriană bazat pe utilizarea senzorilor digitali, sunt extrem de ridicate, în acest an vafi lansată pe piaţă o camera digitală produsă de LH System (Elveţia, SUA), CarlZeiss Oberkopfhen (Germania) şi Intergraph (SUA) în colaborare cu CentrulAerospaţial German (DLR). Aceasta are caracteristicile camerelor fotogrammetriceclasice dar oferă şi posibilitatea înregistrării de date multispectrale pentruaplicaţiile de teledetecţie. Se poate spune că se trece la o noua etapă de dezvoltarea tehnicilor fotogrammetrice şi de teledetecţie astfel încât acestea să devinăcomplementare.

Camera digitală LH Systems RC 30

Caracteristicile acestei camere digitale corespund solicitărilor în ceea ce priveştecâmpul de vedere, coerenţa între elementele constitutive ale imaginii (pixeli),rezoluţia ridicată, precizia geometrică şi radiometrică, rezoluţia spectrală (numărde canale) şi mai ales stereoscopia.

În cazul camerelor digitale cercetările au dus la un compromis între senzorii CCDliniari (utilizând un plan focal şi o singură lentilă) şi cei "matriciali" (mai multelentile şi planuri focale). Camera produsă de LH Systems, urmare a 30 de ani decercetări, este dotată cu trei linii în pancromatic situate în planul focal şi liniimultispectrale adiţionale.

Conceptul celor trei linii conduce la eliminarea distorsiunilor geometrice generatede variaţiile de relief. Trebuie precizat că prelucrarea imaginilor digitale nu se maisupune regulilor perspectivării geometrice specifice proiecţiei centrale.Imperfecţiunile specifice senzorului sunt corectate prin mijloace digitale(codificarea informaţiei pe 12 biţi). Aceasta se poate observa mai ales în zonelefoarte întunecate sau foarte strălucitoare.

1.4.6 Camere fotografice nemetrice

Nu demult, fiind foarte voluminoase şi costisitoare, echipamentelefotogrammetrice necesare realizării unui lanţ tehnologic complet constituiau oinvestiţie cu o amortizare foarte lentă, dar, odată cu apariţia mijloacelor specificefotogrammetriei digitale, acestea au devenit abordabile pentru categorii maidiversificate de utilizatori. Progresului tehnic recent i se adaugă noi metodesimplificate de exploatare care permit chiar şi exploatarea fotografiilor preluate cuaparatele fotografice nemetrice de mic format.

1.5 Exploatarea fotogramelor

În practică, fotogramele pot fi exploatate individual sau pe cupluri. Atunci cândcorectarea distorsiunilor se face pe fotograme izolate, prin fotoredresare, produselefotogrammetrice rezultate (fotogramele redresate, fotoschemele, mozaicurile saufotoplanurile) servesc la identificarea elementelor planimetrice (în acest caz negăsim în cazul fotogrammetriei planigrafice). Fotograma independentă are un

conţinut similar cu cel recepţionat de ochiul omenesc în vedere monoculară (totulreducându-se la detalii planimetrice).

1.5.1 Exploatarea fotogramelor individuale (fotoredresarea)

Pentru ca imaginea unui teren orizontal să fie obţinută la o scară omogenă pefotogramă, este necesar ca planul clişeului să fie riguros orizontal în momentulaerofotografierii, dar acest lucru este aproape imposibil în practicaaerofotografierii. Eliminarea distorsiunilor generate în acest mod se face prinmetode de fotoredresare, adică prin reconstituirea poziţiei reciproce dintre planulclişeului şi teren în momentul preluării fotogramei.

Prin redresarea fotogramelor se înţelege operaţiunea prin care se realizeazăorizontalizarea fotogramelor aeriene şi aducerea lor într-o scară predefinită. Astfel,se elimină distorsiunile provocate de înclinarea acestora faţă de orizontală. Atuncicând este absolut necesar, fotoredresarea se poate realiza în mod aproximativfolosind poziţia înregistrată a bulei nivelei sferice şi înălţimea de zbor măsurată cualtimetrul.

Cea mai răspândită metoda de fotoredresare exactă numită şi fotoredresarea pepuncte constă în folosirea coordonatelor planimetrice a patru puncte obţinute prinmăsurători specifice reperajului topografic terestru. Dacă proiecţiile imaginilorpunctelor de pe fotogramă sunt puse în coincidenţă cu corespondentele lorraportate pe o planşetă, atunci imaginea proiectată a întregii fotograme esteredresată.

În mod analog dacă pe planşetă se fixează o hartă existentă şi se asigură în modsimilar coincidenţa cu detaliile corespondente de pe fotogramă, atunci imagineaeste, deasemenea, redresată.

Redresarea fotogramelor se face cu ajutorul fotoredresatoarelor. Cel mai simpluaparat de fotoredresare este camera clară. Acest aparat permite proiectareaimaginii redresate pe o planşetă pe care este fixată o planşă din hârtie cartograficăsau calc. Fotograma este redresată în momentul când imaginile a patru puncte depe fotografie se suprapun optic peste corespondentele raportate pe planşetă. Dupăredresare se trece la interpretarea şi cartografierea detaliilor planimetrice peoriginalul de autor.

Fig. 14. Fotoredresatorul clasic

Fotoredresatorul (Fig. ) utilizează negativele originale care sunt introduse succesivîn port-clişeul (F). Datorită sursei de lumina (L), imaginea de pe negative esteproiectată prin obiectivul (O) pe planşeta (P). Portclişeul are patru grade delibertate (o rotaţie, două translaţii şi posibilitatea ridicării sau coborârii pe coloanaaparatului). Instrumentul realizează automat claritatea imaginii pe planşetă, fiindastfel construit încât unei înclinări a portclişeului îi corespunde o înclinarecorespunzătoare a planşetei, iar unei înălţări a negativului îi corespunde omodificare corespunzătoare a distanţei obiectiv-planşetă. Practic, redresareaimaginii se face prin mişcări coordonate asupra înclinării, rotirii, translaţiilor şiscării, astfel încât imaginile punctelor de reper sî se suprapună pestecorespondentele lor raportate pe planşetă. După realizarea coincidenţei şi acondiţiilor de obscuritate specifice unui laborator fotografic, se obţin prindevelopare şi fixare copii pe hârtie fotografică, numite fotograme redresate.

1.5.2 Exploatarea cuplelor stereoscopice (stereorestituţia)

Atunci când se exploatează zona comună (de acoperire) a doua fotogramesuccesive (cupluri) cu ajutorul unor instrumente fotogrammetrice specializate negăsim în cazul stereofotogrammetriei, iar produsul final este planul restituit.Fotogrammetria stereoscopică sau stereofotogrammetria se referă la prelucrarea adouă fotograme pentru care axele de fotografiere au fost paralele, fiind cunoscut şicazul fotogramelor cu axe de preluare convergente (specifice fotogrammetrieiterestre).

Stereofotogrammetria se bazează pe fotografierea aceleiaşi zone de teren pe douăclişee preluate din două puncte de staţie diferite. Este evident faptul că fiecarepunct al terenului trebuie să fie vizibil în zona comună (de acoperire) a celor douăclişee.

Condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească două clişee pentru a constitui uncuplu stereoscopic:

Fotografierea să fie paralelă sau foarte puţin convergentă ; Baza de fotografiere trebuie să fie calculată ţinând cont de depărtarea faţă de

subiectul de fotografiat. În general se admite un raport de 1/5 din distanţafaţă de structura fotografiată ;

Depărtarea faţă de subiectul de fotografiat trebuie să fie corelată cu scaraclişeelor (în cazul fotogrammetriei digitale corelată cu talia pixeluluicaptorului numeric). De fapt, depărtarea faţă de subiect şi scara sunt strânscorelate ;

Acoperirea longitudinală şi transversală (pentru a putea fi restituit un obiecttrebuie să apară pe cele două clişee ale unui cuplu). Pentru a realiza ocuvertură a unei zone de teren fotogramele trebuie să asigure o acoperirelongitudinală (pe bandă) şi transversală (între benzi).

Pentru o exploatare metrică a cuplelor, nelimitată de geometria fotogramelor,trebuie să se facă apel la stereofotogrammetrie, adică la utilizarea metrică aacestora. în vederea extragerii vizuale, pe baza principiilor stereoscopice, acaracteristicilor reliefului unei zone pentru care prin mijloace specifice a fostobţinut un cuplu stereoscopic.

Aparatele de stereorestituţie permit realizarea de modele virtuale ale terenului cuajutorul cărora să poată fi desenate contururile, trăsăturile terenului în vedereaelaborării de planuri şi hărţi.

Restituţia fotogrammetrica este tehnica de exploatare a cuplelor stereoscopice defotografii metrice prin utilizarea principiului proiecţiei ortogonale paralele apunctelor. Condiţia necesară pentru aplicarea acestui principiu este reconstituireapoziţiei fotogramelor una faţa de alta şi, împreună, faţa de teren în momentulfotografierii, sau, altfel spus, principiul restituţiei stereoscopice analitice constă înobţinerea pe cale matematică a fasciculului perspectiv corespunzător momentuluipreluării fotogramelor.

Dezvoltarea fotogrammetriei a fost favorizată de necesitatea cartografieriicomplete care să conţină şi componenta altimetrică precisă. De aici, până lautilizarea viziunii stereoscopice care permite obţinerea altimetriei cu uşurinţă, nu amai fost decât un singur pas. Principiile percepţiei în relief fiind cunoscute de

foarte mult timp, aparatura de stereorestituţie a apărut şi s-a perfecţionat în modfiresc. Trebuie amintite aici două momente importante: construirea primuluistereoscop de către Helmholtz, în 1857, pe baza ideii lui Wheatstone din 1838 şiapariţia primului aparat de restituţie care face apel la viziunea stereoscopică,realizat de Edouard Deville în 1902. Totuşi, abia în 1911, firma Carl Zeiss dinJena, a construit Stereautograful, primul aparat modern de stereorestituţie folosindideile lui Pulfrich, Pfeiffer şi Von Orel.

Cu ajutorul aparatelor de stereorestituţie obiectele fotografiate pot fi vizualizate nunumai ca reprezentări plane ci şi ca dimensiune spaţiala (în relief). Fiecarefotogramă este observată printr-un sistem optic independent aşa încât fiecare obiectfotografiat cvasisimultan din două poziţii diferite să fie perceput concomitent defiecare ochi în parte. Imaginile sunt combinate obţinându-se o imaginetridimensională virtuală.

Aparatele de stereorestituţie permit trasarea mecanică în mod continuu a curbelorde nivel, reperul spaţial de măsurare (marca), fiind ghidată stereoscopic de cătreoperator. În procesul de stereorestituţie, pentru a trece de la coordonate imagine lacoordonate teren, se disting trei etape :

orientarea interioară (determinată de cunoaşterea foarte precisă a geometrieicamerei fotogrammetrice),

orientarea relativă care se realizează cu ajutorul punctelor omologe şi apunctului corespondent din teren,

orientarea absolută care se obţine cu ajutorul punctelor omologe dejacorelate şi a cel puţin trei puncte din teren.

Astfel este obţinută modelarea stereoscopică prin aplicarea ecuaţiei decolinearitate a punctelor cunoscute ale terenului şi măsurate. Se trece, de fapt, de lapunctul teren M(X,Y,Z) la două puncte imagine (x1,y1) şi (x2,y2).

1.5.2.1 Restituţia analitică

Trebuie remarcat faptul că exploatarea fotogrammetrică are limitele sa dependentede metoda de lucru şi nu în ultimul rând de echipamentul utilizat şi limitele umaneimpuse de condiţiile de lucru specifice.

Principiul restituţiei stereoscopice analitice constă în obţinerea pe cale matematicăa fasciculului perspectiv corespunzător momentului preluării fotogramelor.

1.5.2.2 Restituţia automată (corelaţia matematică)

Evoluţia spectaculoasă a informaticii a permis realizarea unor programelor bazatepe teoria corelaţiei matematice care permit obţinerea prin punerea în corespondenţăpe cale numerică a două imagini stereoscopice în vederea reconstituirii suprafeţelorîn trei dimensiuni.

Programul de corelare este un instrument care utilizează un algoritm adecvat decorespondenţă între elementele de pe fotograme. De fapt, structurile analizateprezintă superstructuri caracteristice reliefului foarte variat, care din punct devedere stereoscopic se comportă în mod diferit şi sunt inadecvate procesăriispecifice acestei metode, pe când structurile simple, cu forme regulate, se preteazăunei astfel de tratare în mod automat.

1.5.3 Instrumente simple de restituţie fotogrammetrică.Stereoscopul.

Stereoscopul este un aparat care serveşte la observarea stereoscopica a cuplelor defotografii şi fotograme aeriene şi terestre. Acest instrument a fost inventat în 1838de Charles Wheatstone (1802-1875), un renumit fizician al timpului respectiv,cunoscut, mai ales, datorită lucrărilor sale din domeniul electricităţii. La sfârşitulsecolului al-XIX-lea şi începutul celui de al-XX-lea stereoscopul a fost un foarterăspândit mijloc de distracţie datorită posibilităţii de utilizare domestice.Popularitatea imensa a acestei forme primare de distracţie a scăzut în timp, maiales datorita apariţiei radioului şi a televiziunii. Aceasta nu a însemnat sfârşitulutilizării stereoscopiei. În timpul celui de-al doilea război mondial stereogrameleaeriene au fost un foarte apreciat instrument pentru recunoaşterea poziţiilorinamice, mai ales a detaliilor camuflate pe care numai vederea stereoscopică lepoate releva.

Stereoscopia continua să joace un rol foarte important în observarea ştiinţificămoderna. Una din cele mai importante aplicaţii a fost cea a cartării suprafeţeiplanetei Marte în cadrul misiunii realizate de către Mars Pathfinder care abeneficiat de camere duale cu ajutorul cărora au fost preluate peste 16000 de cuplestereoscopice.

Datorită lentilelor cu care sunt prevăzute, stereoscoapele realizează paralelismulrazelor care pornesc de la punctele fotogramelor, permiţând acomodaţia ochiului lainfinit şi, implicit, observarea. În practică se utilizează doua tipuri de stereoscoape :

Stereoscoapele simple (de buzunar şi de masa) care folosesc la observareafotogramelor de dimensiuni reduse (6,5X6,5 cm) sau a unor porţiuni din fotogramede format normal (18x18 sau 23x23). Distanţa dintre lentile este aproximativ egalăcu baza oculară. Puterea de mărire a lentilelor este de două sau trei ori.

Figura 15. Stereoscopul de buzunar

Stereoscoape topografice (cu oglinzi) servesc pentru observarea stereoscopică afotogramelor de dimensiuni normale (18x18 sau 23x23 cm). Pentru a realizamodelul stereoscopic este necesar ca baza de observare să fie extinsă cu ajutorulunor oglinzi şi prisme.

Figura 16. Stereoscopul cu oglinzi

Pentru a efectua măsurători pe stereomodel şi pentru restituţia (trasarea)elementelor planimetrice şi de nivelment se foloseşte un dispozitiv numitstereomicrometru. Exploatarea metrică a cuplelor stereoscopice cu ajutorulstereoscopului cu oglinzi are limitări cunoscute.

Figura 17. Schema stereoscopului cu oglinzi

Fotogramele fiind vederi perspective numai în planurile paralelele ale clişeului sepoate aplica o scară constantă pentru suprafaţa de nivel respectivă. Aceastaînsemnă că fotograma nu are o scară fixă şi unică. Pentru a exploata un clişeu întotalitate cu precizie constantă ar trebui identificate şi exploatate independent toateplanurile de nivel conţinute, dar aceasta condiţie necesară ar implica operaţiunigreoaie, practic imposibil de efectuat chiar şi în cazul suprafeţelor plane, paralelecu planul fotogramei.

Transformări de coordonate în spaţiul 3D

Corespondenta proiectivă între forme de ordinul II( transformarea omografică de ord. II )

Corespondenta proiectivă între forme de ordinul III( transformarea omografică de ord. III )

Sistemul interactiv de exploatare analitică

612010/2011 Gabr e Popescu / Cursotogrammetr e ana t că

Staţia fotogrammetrică digitală DPS Leica

Monitoarele stereoscopice 3D PLANAR

54

BIBLIOGRAFIE:

Gh.Nicolau-Bârlad – “Fundamentele matematice ale fotogrametriei“ 1942;

G Marton , N. Zegheru – “Fotogrammetrie” – Editura CERES 1972;

L. Turdeanu – “Fotogrammetrie analitică” – Ed. Academiei Române 1997;

G. Popescu - „Sistem interactiv de modelare matematică a informaţieifotogrammetrice, cu aplicaţii în lucrările de artă”, 2000;

ISPRS - “History of Photogrammetry“, Center of training 2002;

ISPRS - “Manual of Photogrammetry and Remote Sensing” – Editia a V-a 2006.