Дипломная работа: Система сканирования и стабилизации изображения

Особенности АФА

Значительное удаление от объектов съёмки, зачастую низкая температура окружающей среды и высокая влажность (из-за высоты съёмки), сильные динамические механические нагрузки (вследствие полёта), быстрая смена объектов съёмки —снимаемой территории —накладывают отпечаток на особенности аэрофотоаппаратов: большой формат кадра, высокая скорость съёмки (скорость работы затвора и перемотки фотоплёнки в плёночных аппаратах), наличие аммортизирующего механизма или пространственно стабилизированной платформы (например, гироплатформы), большое фокусное расстояние объектива и большая светосила, высокая геометрическая точность объектива, работа в автоматическом режиме по программе, задаваемой с командного пульта, а в последнее время и наличие комплекса спутникового позиционирования для определения координат центров проектирования.

Первый в мире АФА для маршрутной и площадной съёмки с самолёта был изобретён русским военным инженером В. Ф. Потте. Фотоаппарат полковника Поте В. Ф. был создан специально для съемки с самолёта. Его испытания прошли летом 1911 г. на Гатчинском аэродроме. Это был первый в мире полуавтоматический плёночный аэрофотоаппарат с однодисковым затвором. Цикл работы аэрофотоаппарата осуществлялся автоматически. Съёмка проводилась на катушечную фотопленку с форматом кадра 13 х 18 см. Объектив имел фокусное расстояние 21 см и относительное отверстие 1:4,5. Во время Первой мировой войны аэрофотоаппарат использовался для разведывательных аэрофотосъёмок. Конструкция фотоаппарата Потте в то время была лучшей в мире. Он использовался в нашей стране до конца 1920-х годов. Им были выполнены первые производственные аэрофотосъёмки с целью создания топографических карт.

Полученные при аэрофотосъемке снимки особенно применимы в картографии, определении границ землевладений, видовой разведке, археологии, изучении окружающей среды, производстве кинофильмов и рекламных роликов и др.

Аэрофотосъемка имеет несколько важных возможностей для съемки заданной местности. Плоскость аэрофотоаппарата может занимать горизонтальное или наклонное положения. Эти аэрофотосъемки называются плановыми и перспективными соответственно. Так же возможно фотографирование на цилиндрическую поверхность или вращающимся объективом. Такая съемка называется панорамной.

В основном, аэрофотосъемка выполняется однообъективным фотоаппаратом, но если требуется увеличить площадь снимка, используются многообъективные аэрофотоаппараты.

Фотографирование могут производить одиночными аэроснимками, по определённому направлению или по площади. Последние названны маршрутными и площадными аэрофотосъеками соответственно.

Для корректного прокладывания маршрута при аэрофотосъемке часть участка местности, сфотографированного на одном снимке, обязательно должна быть фотографированна и на другом. Эту особенность аэрофотоснимков называют продольным перекрытием. Продольное перекрытие - это отношение площади, сфотографированной на двух соседних снимках, к площади, изображенной на каждом отдельном снимке, выраженное в процентах. Обычно значение продольного перекрытия на аэрофотоснимках составляет 60%, хотя в особенных случаях данные значения могут быть изменены в соответствиями с требованиями к этим снимкам.

Если требуется провести аэрофотосъемку обширного по ширине участка, то фотографирование заданной площади производят серией параллельных маршрутов, также имеющих между собой поперечное перекрытие. В данной фотосъемке стандартное значение перекрытия обычно составляет 30%.

Для проведения аэрофотосъемки задается высота полёта относительно фотографируемой местности, фокусное расстояние камеры аэрофотоаппарата, сезон, время и порядок прокладывания маршрутов.

1. Постановка задачи

1.1 Общая формулировка задачи

СПСИ – система приводов стабилизации изображения, используемая на самолёте при сканировании поверхности Земли. В данной дипломной работе будет описано устройство данной системы, составлена математическая модель.

Задачей данного дипломного проекта является разработка алгоритма стабилизации изображения по одной оси при сканировании изображения по этой оси. А также программная реализация данного алгоритма на языке С++.

1.2 Системы координат самолёта

1.2.1 Географическая система координат

Земная базовая систем координат O_g X_g0 Y_g0 Z_g0 . Эта система координат ориентирована по основным направлениям на поверхности Земли. Начало систем O_g координат фиксировано и связано с некоторой точкой на поверхности Земли, принадлежащей маршрутной траектории самолёта. Ось O_g X_g0 расположена в плоскости горизонта и всегда направлена на Север. Ось O_g Y_g0 перпендикулярна оси O_g X_g0 и направлена по вертикали места вверх. Ось O_g Z_g0 перпендикулярна плоскости O_g X_g0 Y_g0 и ее положительное направление выбирается таким образом, чтобы система координат была правой. Эта система координат используется при анализе траекторий движения центра масс самолёта.

1.2.2 Система координат центра масс самолёта

Вторая координатная система OX_g Y_g Z_g - полусвязанная неподвижная система координат. Она характеризуется тем, что ее начало всегда совмещено с центром масс самолёта и перемещается с ним в пространстве. Оси полусвязанной неподвижной системы координат при произвольном движении самолёта всегда остаются параллельными сами себе. Координатные оси полусвязанной системы координат либо параллельны соответствующим осям базовой системы координат так, как показано на рис. 1, либо повернуты в горизонтальной плоскости на постоянный угол курса самолёта.

1.2.3 Самолётная система координат

Третья координатная система OXYZ, используемая при математическом описании движения самолёта, полностью связана с его корпусом, перемещается и вращается вместе с ним. Поэтому такая система получила название подвижной или связанной системы координат. Начало 0 связанной системы осей координат помещено в центр масс (ц.м.) самолета, ось 0X направлена от хвостовой к носовой части самолета, ось 0Y перпендикулярна оси 0X и направлена вверх в плоскости симметрии, ось 0Z перпендикулярна плоскости симметрии самолета и направлена в сторону правой консоли крыла.

Рис.2.1 Связанная система координат самолёта

Ориентация связанной системы координат относительно полусвязанной неподвижной системы координат определяется тремя углами Эйлера: угол рысканья ψ; угол тангажа θ; угол крена γ.

Углом рыскания ψ называется угол между осью OX_g и проекцией оси OX связанной системы координат на горизонтальную плоскость OX_g Z_g .

Углом тангажа θ называется угол между горизонтальной плоскостью OX_g Z_g и продольной осью OX самолёта.

Углом крена γ называется угол между вертикальной плоскостью OX_g Y_g и диаметральной плоскостью самолёта OXY.

Рис.2.2 Углы рыскания, тангажа и крена самолёта