(от фото... , греч . gramma v запись, изображение и ...метрия ) , научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением размеров, формы и положения объектов по их изображениям на фотоснимках. Последние получают как непосредственно кадровыми, щелевыми и панорамными фотоаппаратами, так и при помощи радиолокационных, телевизионных, инфракрасных-тепловых и лазерных систем (см. Аэрометоды ) . Наибольшее применение, особенно в аэрофотосъёмке , имеют снимки, получаемые кадровыми фотоаппаратами. В теории Ф. такие снимки считаются центральной проекцией объекта. Уклонения от центральной проекции, вызванные дисторсией объектива, деформацией фотоматериала и др. источниками ошибок, учитываются по данным калибровки аэрофотоаппарата и снимков. В Ф. используются одиночные снимки и стереоскопические их пары. Эти стереопары позволяют получить стереомодель объекта. Раздел Ф., изучающий объекты по стереопарам, называется стереофотограмметрией.
Положение снимка в момент фотографирования определяют три элемента внутреннего ориентирования v фокусное расстояние фотокамеры f , координаты x0, y0 главной точки о ( рис. 1 ) и шесть элементов внешнего ориентирования v координаты центра проекции S v X S, Y S, Z S , продольный и поперечный углы наклона снимка a и w и угол поворота c.
Между координатами точки объекта и её изображения на снимке существует связь:
,(1)
где X, Y, Z и X S, Y S, Z S v координаты точек М и S в системе OXYZ; X-, Y-, Z- v координаты точки m в системе SXYZ, параллельной OXYZ, вычисляемые по плоским координатам х и у:
.(2)
Здесь
a1 cos acosc - sinasinwsinc
a2 - cosasinc - sinasin wcosc
a 3 - sinacos w
b1 coswsinc
b2 coswcosc (3)
b3 -sinw
c1 sinacosc + cosasinwsinc ,
c2 - sinacosc + cosasinwcosc,
c3 cosacosw
v направляющие косинусы.
Формулы связи между координатами точки М объекта ( рис. 2 ) и координатами её изображений m1 и m2 на стереопаре P1 v P2 имеют вид:
,(4)
где
,(5)
BX, BY и BZ v проекции базиса В на оси координат. Если элементы внешнего ориентирования стереопары известны, то координаты точки объекта можно определить по формуле (4) (метод прямой засечки). По одиночному снимку положение точки объекта можно найти в частном случае, когда объект плоский, например равнинная местность ( Z const). Координаты х и у точек снимков измеряются на монокомпараторе или стереокомпараторе . Элементы внутреннего ориентирования известны из результатов калибровки фотоаппарата, а элементы внешнего ориентирования можно определить при фотографировании объекта или в процессе фототриангуляции . Если элементы внешнего ориентирования снимков неизвестны, то координаты точки объекта находят с использованием опорных точек (метод обратной засечки). Опорная точка v опознанная на снимке контурная точка объекта, координаты которой получены в результате геодезических измерений или из фототриангуляции. Применяя обратную засечку, сначала определяют элементы взаимного ориентирования снимков P1 v P2 ( рис. 3 ) v a-1, c'1, a-2, w-2, c-2 в системе S1X-Y-Z-; ось Х которой совпадает с базисом, а ось Z лежит в главной базисной плоскости S 1O1 S 2 снимка P 1 . Затем вычисляют координаты точек модели в той же системе. Наконец, используя опорные точки, переходят. от координат точек модели к координатам точек объекта.
Элементы взаимного ориентирования позволяют установить снимки в то положение относительно друг друга, которое они занимали при фотографировании объекта. В этом случае каждая пара соответственных лучей, например S 1m1 и S 2m2 , пересекается и образует точку ( m ) модели. Совокупность лучей, принадлежащих снимку, называется связкой, а центр проекции v S 1 или S 2 v вершиной связки. Масштаб модели остаётся неизвестным, т.к. расстояние S 1 S 2 между вершинами связок выбирается произвольно. Соответственные точки стереопары m 1 и m 2 находятся в одной плоскости, проходящей через базис S 1 S 2. Поэтому
(6)
Полагая, что приближённые значения элементов взаимного ориентирования известны, можно представить уравнение (6) в линейном виде:
a da1- + b da2- + с dw2- + d dc1- + e dc2- + l V ,(7)
где da1-,... e dm2- v поправки к приближённым значениям неизвестных, а,..., е v частные производные от функции (6) по переменным a1- ,... c2-, l v значение функции (6), вычисленное по приближённым значениям неизвестных. Для определения элементов взаимного ориентирования измеряют координаты не менее пяти точек стереопары, а затем составляют уравнения (7) и решают их способом последовательных приближений. Координаты точек модели вычисляют по формулам (4), выбрав произвольно длину базиса В и полагая X s1 Y s1 Z s10, BX В, BY BZ 0 . При этом пространственные координаты точек m 1 и m 2 находят по формулам (2), а направляющие косинусы v по формулам (3): для снимка P 1 по элементам a1-, w1- 0, c1- , а для снимка P 2 по элементам a2- , w2- , c2- .
По координатам X- Y- Z- точки модели определяют координаты точки объекта:
,(8)
где t v знаменатель масштаба модели. Направляющие косинусы получают по формулам (3), подставляя вместо углов a, w и c продольный угол наклона модели x, поперечный угол наклона модели h и угол поворота модели q.
Для определения семи элементов внешнего ориентирования модели v , , , x, h, q, t v составляют уравнения (8) для трёх или более опорных точек и решают их. Координаты опорных точек находят геодезическими способами или методом фототриангуляции. Совокупность точек объекта, координаты которых известны, образует цифровую модель объекта, служащую для составления карты и решения различных инженерных задач, например для изыскания оптимальной трассы дороги. Кроме аналитических методов обработки снимков, применяются аналоговые, основанные на использовании фотограмметрических приборов v фототрансформатора , стереографа , стереопроектора и др.
Щелевые и панорамные фотоснимки, а также снимки, полученные с применением радиолокационных, телевизионных, инфракрасных-тепловых и других съёмочных систем, существенно расширяют возможности Ф., особенно при космических исследованиях. Но они не имеют единого центра проекции, и элементы внешнего ориентирования их непрерывно изменяются в процессе построения изображения, что осложняет использование таких снимков для измерительных целей.
Основные достоинства фотограмметрических методов работ: большая производительность, т.к. измеряются не объекты, а их изображения; высокая точность благодаря применению точных аппаратов и инструментов для получения и измерения снимков, а также строгих способов обработки результатов измерений; возможность изучения как неподвижных, так и движущихся объектов; полная объективность результатов измерений; измерения выполняются дистанционным методом, что имеет особое значение в условиях, когда объекты недоступны (летящий самолёт или снаряд) или когда пребывание в зоне объекта небезопасно для человека (действующий вулкан, ядерный взрыв). Ф. широко применяется для создания карт Земли, других планет и Луны, измерения геологических элементов залегания пород и документации горных выработок, изучения движения ледников и динамики таяния снежного покрова, определения лесотаксационных характеристик, исследования эрозии почв и наблюдения за изменениями растительного покрова, изучения морских волнений и течений и выполнения подводных съёмок, изысканий, проектирования, возведения и эксплуатации инженерных сооружений, наблюдения за состоянием архитектурных ансамблей, зданий и памятников, определения в военном деле координат огневых позиций и целей и др.
Лит.: Бобир Н. Я., Лобанов А. Н., Федорук Г. Д., Фотограмметрия, М., 1974; Дробышев Ф. В., Основы аэрофотосъемки и фотограмметрии, 3 изд., М., 1973; Коншин М. Д., Аэрофотограмметрия, М., 1967; Лобанов А. Н., Аэрофототопография, М., 1971; его же, Фототопография, 3 изд., М., 1968; Дейнеко В. Ф., Аэрофотогеодезия, М., 1968; Соколова Н. А., Технология крупномасштабных аэротопографических съемок, М., 1973; Русинов М. М., Инженерная фотограмметрия, М., 1966; Ruger W., Buchholtz A., Photogrammetrie, 3 Aufl, B., 1973; Manual of photogrammetry, v. 1v2, Menasha, 1966; Bonneval Н., Photogrammetrie generate, t. 1v4, P., 1972; Piasecki М. B., Fotogrametria, 3 wyd., Warsz., 1973.
А. Н. Лобанов.