عکس‌برداری هوایی

عکس‌برداری هوایی به تکنیک برداشت عکس از سطح زمین از نقاط مرتفع گفته می‌شود. این اصطلاح اغلب در مورد عکس‌هایی به‌کار می‌رود که از هوا برداشت شده‌است. عکس‌هوایی عبارت است از یک تصویر واقعی از عوارض و خصوصیات ظاهری سطح زمین که توسط هواپیما و با استفاده از یک دوربین عکس‌برداری هوایی گرفته شده‌است. استفاده از عکس‌های هوایی به منظور بررسی‌ها و مطالعات زمین‌شناسی، جاده‌سازی، شهرسازی، کشاورزی، مدیریت منابع طبیعی، حفاظت از محیط زیست و مهم‌تر از همه برای تأمین اهداف نظامی و امنی رایج است. در گذشته در بسیاری از کشورها از عکس‌های هوایی به جای نقشه اصلی در صحرا استفاده می‌کردند.

دوربین‌های عکس‌برداری هوایی

دوربین‌های عکس‌برداری هوایی تجهیزاتی هستند که برای تهیه عکس‌های هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این دوربین‌ها معمولاً از ابعاد بزرگ برخوردار هستند. دوربین‌های عکس‌برداری هوایی دارای فاصله کانونی ثابت هستند و عدسی به کار رفته در آن‌ها از نوع متریک می‌باشد. عدسی متریک به عدسی گفته می‌شود که اعوجاج آن ثابت بوده و از ۲۰ میکرون کمتر باشد.
این دوربین‌ها معمولاً بر روی کف هواپیما نصب می‌گردند و امکان تراز نمودن آن‌ها وجود دارد.
دوربین‌های هوایی مورد استفاده در عکس‌برداری هوایی تاکنون عمدتاً از نوع دوربین‌های آنالوگ بودند. (دوربین‌هایی که از فیلم استفاده می‌کنند). امروزه دوربین‌های عکس‌برداری هوایی رقومی نیز به بازار ارائه شده و به مرور در پروژه‌های عکس‌برداری‌های مورد استفاده قرار می‌گیرند.

دوربین‌های رقومی

دوربین‌های عکس‌برداری هوایی رقومی با ابعاد بزرگ یا متوسط برای اولین بار در سال ۲۰۰۲ در نمایشگاه ISPRS  شهر آمستردام به صورت تجاری به بازار عرضه گردیدند. این دوربین‌ها از نظر نوع CCD مورد استفاده به دو نوع دوربین با آرایه خطی و آرایه سطحی تقسیم‌بندی می‌گردند.
دوربین‌هایی که از آرایه خطی استفاده می‌نمایند بسیار مشابه سیستم‌های تصویر برداری ماهواره‌ها می‌باشند. در این دوربین‌ها بهره‌گیری از گیرنده تعیین موقعیت ماهواره‌ای GPS و تجهیزات تعیین وضعیت IMU ضروری می‌باشد. از انواع این نوع از دوربین‌های عکس‌برداری هوایی رقومی می‌توان به دوربین‌های Leica ADS ۸۰ و DiMac اشاره کرد.
دوربین‌هایی که از آرایه‌های سطحی استفاده می‌کنند کم و بیش تصاویری با هندسه مشابه دوربین‌های آنالوگ تولید می‌کنند. بهره‌گیری از تجهیزات تعیین موقعیت ماهواره‌ای و تعیین وضعیت اگرچه مزایایی به همراه دارد اما در این دوربین‌ها به عنوان یک ضرورت مطرح نمی‌باشد. از انواع این دوربین‌ها می‌توان به دوربین‌های Vexel Ultracam  و DMC  اشاره نمود.

عکس‌برداری هوایی در ایران

در ایران در سال ۱۳۳۱ از حوزه زاینده رود اصفهان عکس‌های هوایی برداشته شد و عکسبرداری توسط شرکت K.L.M به منظور انجام امور عمرانی آن حوزه انجام گرفت. در سال ۱۳۳۴ به منظور تهیه نقشه صحیح از کلیه استان‌ها کشور عکس‌برداری هوایی شروع گردید.
از سال ۱۳۳۲ با آغاز فعالیت سازمان نقشه‌برداری کشور به صورت پیوسته از مناطق مختلف ایران عکس‌برداری هوایی انجام گرفته‌است. در حال حاضر آرشیوی مشتمل بر ۸۰۰۰ حلقه فیلم هوایی بالغ بر دو میلیون قطعه عکس هوایی از مناطق مختلف کشور تهیه گردیده که به صورت مرتب در زمینه‌های مختلف از جمله فعالیت‌های تحقیقاتی و ارجاع به مراجع قضائی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بطور کلی از تمامی مناطق کشور عکس‌های هوایی در مقیاس‌های پنجاه و پنج هزارم مربوط به دهه ۳۰ هجری شمسی، بیست هزارم مربوط به دهه چهل و چهل هزارم مربوط به دهه هفتاد و همچنین عکس‌های هوایی ده‌هزارم یا پنج هزارم از اکثر شهرهای کشور موجود می‌باشد.

نحوه عکس‌برداری هوایی

عکس‌برداری هوایی، به وسیلهٔ یک دوربین عکس‌برداری هوایی که به طرف زمین در هواپیما نصب می‌شود، صورت می‌گیرد. نوع دوربین، مسیر خطوط پرواز و ارتفاع پرواز طوری طراحی و برنامه‌ریزی می‌گردند که عکس مورد نظر بدست آید. سپس دوربین به‌طور اتوماتیک در فواصل معین عکس‌برداری می‌کند. در حاشیه عکس، شماره عکس و شماره حلقه فیلم و فاصله کانونی عدسی دوربین، ارتفاع پرواز و مقیاس تقریبی عکس و تاریخ عکس‌برداری و زاویه محور نوری دوربین با خط قائم بر زمین چاپ می‌گردد.

اصول برجسته بینی در عکس هوایی

یک از تفاوت‌های اصلی عکس‌های هوایی که به منظور تفسیر و تهیه نقشه برداشته می‌شود با عکس‌های معمولی، امکان برجسته‌بینی یعنی تشخیص بعد سوم (اختلاف ارتفاع) از روی آن‌ها و با کمک وسائل برجسته‌بینی می‌باشد. معمولاً عکس‌های هوائی به‌طور متوسط دارای ۶۰ درصد پوشش مشترک پشت سر هم و عکس‌های هر نوار (مسیر پرواز هواپیما)که با نوار مجاور دارای پوشش مشترک جانبی ۳۰ درصد می‌باشد که پوشش مشترک اولی امکان برجسته‌بینی را به یک جفت عکس پشت سر هم می‌دهد.

اصول برجسته‌بینی

برای اینکه بتوان دو تصویر تهیه نمود که قابلیت برجسته‌بینی داشته باشند، باید چهار شرط اصلی زیر در مورد آن‌ها صدق کند:
الف) هر دو تصویر مورد برجسته بینی، یک منطقه را بپوشاند.
ب) مقیاس هر دو تصویر تقریباً با هم مساوی باشد.
ج) محورهای دوربین عکس‌برداری در هر دو تصویر در یک صفحه قرار گیرند.
د) فاصله بین دو ایستگاه عکس‌برداری، با مقایسه با فاصله دوربین تا تصویر، متناسب باشد.
دید کاذب (Pseudoscopic view) حالتی است که انسان در موقع مشاهده دو تصویر، کلیه عوارض برجسته را فرورفته و برعکس فرورفتگی‌ها را برجسته می‌بیند. علت این پدیده عبارتست از:
الف) چنانچه جای تصویر سمت راست و چپ با هم عوض شده باشند.
ب) اگر مسیر تابش نور در موقع دید با جهت نور هنگام عکاسی مطابقت نداشته باشد یا به عبارت دیگر، سایه‌ها مخالف جهت تفسیرکننده قرار گیرند.

سیستم‌های برجسته‌بینی

۱- آناگلیف (Anagliph):
در این سیستم، دو عکس از یک منظره با دو رنگ مکمل که معمولاً قرمز و آبی هستند، بر روی هم چاپ یا روی صفحه‌ای تصویر می‌شوند. سپس با نگرش از درون دو فیلتر به همان رنگ‌ها که ممکن است مانند عینک به چشم بزنند، دو تصویر از هم جدا شده و با هر چشم یک تصویر مستقل به مغز منتقل و از آنجا، با توجه به اصول برجسته بینی، تصویر سه بعدی مشاهده می‌شود. از مشکلات این روش پایین بودن کیفیت و روشنی تصویر می‌باشد.
۲- وکتوگراف (Vectograph):
در این سیستم از نور پلاریزه استفاده می‌شود. این روش نیز مشابه روش فوق است با این تفاوت که تفکیک دو تصویر به وسیلهٔ عمل پلاریزه انجام می‌شود. یکی از تصاویر با ۴۵ درجه زاویه نسبت به افق پلاریزه می‌شود و فقط می‌تواند با عدسی مشاهده گردد که دارای نور پلاریزه ۴۵ درجه‌ای ولی برعکس باشد و دیگری دارای زاویه ۹۰ درجه نسبت به اولی است که می‌تواند از درون عدسی برعکس عدسی اول دیده شود؛ لذا با ایجاد دو تصویر جداگانه از یک صحنه و استفاده از این روش در مرکز بینایی، باعث عمق سه بعدی می‌گردد. این سیستم در مسائل مربوط به تهیه نقشه جایی نداشته و فقط آسانی مشاهده آن به وسیلهٔ هر فردی، از مزایای این روش می‌باشد.
۳- تری ویژن (Trivision):
این عکس‌ها بدون کمک هر وسیله‌ای می‌توانند به صورت برجسته دیده شوند. جدایی تصویر به صورت مکانیکی و استفاده از کاغذهای مخصوص که روی آن‌ها را سطح نازک و موجداری پوشانیده، انجام می‌گردد. این تصاویر را معمولاً از فواصل کم و با دوربینهایی با زاویه خیلی باز و فیلم مخصوص می‌گیرند. این سیستم در تهیه نقشه مصرفی ندارد و فقط به لحاظ تبلیغاتی یا تهیه مناظر زیبا برای دکور بکار می‌رود.
۴- سیستم هولوگرافی (Holographic System):
در این نوع بازسازی مدل‌های برجسته یا 3D، از اشعه لیزر استفاده می‌گردد و مشاهده تصویر سه بعدی نیز به سادگی انجام می‌شود.

مقیاس عکس‌هوایی

مقیاس عکس‌هوایی، عبارت است از نسبت یک فاصله معین بر روی یک عکس‌هوایی (عکس‌هوایی تقریباً قائم) به همان فاصله بر روی سطح زمین. مقیاس را معمولاً به صورت یک کسر (۱/۵۰۰۰۰) یا به صورت یک تقسیم (۱:۵۰۰۰۰) می‌نویسند.
مقیاس ۱:۵۰۰۰۰ یعنی یک سانتی‌متر بر روی عکس یا نقشه معادل با ۵۰۰۰۰ سانتی‌متر یا ۵۰۰ متر بر روی زمین می‌باشد. در یک عکس‌هوایی که از مناطق غیر مسطح گرفته شده، مقیاس در نقاط مرتفع‌تر بزرگتر و در نقاط پایین‌تر کوچک‌تر است. علت آن است که نقاط مرتفع به دوربین نزدیک‌تر از نقاط پایین‌تر هستند. در حالی‌که مقیاس یک نقشه در سرتاسر نقشه یکسان است.

تفاوت تصاویر ماهواره‌ای با عکس‌های هوایی

مهم‌ترین تفاوت بین یک تصویر ماهواره‌ای با یک عکس‌هوایی در وسعت منطقه زیر پوشش است. مثلاً یک کوادرانت عکس ماهواره‌ای، گاهی وسعتی در حدود ۷۰۰ تا ۸۰۰ عکس‌هوایی در مقیاس ۱:۲۰۰۰۰ را در بر می‌گیرد. به عبارت دیگر برای داشتن دید کلان نسبت به یک منطقه بهتر است از تصاویر ماهواره‌ای استفاده کرد. زمان تفسیر یک تصویر ماهواره‌ای خیلی کمتر از یک عکس‌هوایی است. از دیگر مزایای تصاویر ماهواره‌ای می‌توان به قیمت ارزان‌تر آن‌ها در مقایسه با عکس‌های هوایی اشاره کرد.
از دیگر تفاوت‌های تصاویر ماهواره‌ای با عکس‌های هوایی می‌توان به تکرارپذیری تصاویر ماهواره‌ای، چند طیفی بودن تصاویر ماهواره‌ای و قدرت تفکیک طیفی بهتر تصاویر ماهواره‌ای اشاره کرد. از سوی دیگر عکس‌های هوایی معمولاً قدرت تفکیک مکانی بهتری دارند.

تفاوت عکس هوایی با نقشه از نقطه نظر تصویر

نقشه، یک تصویر قائم از سطح زمین است. این تصویر به یک نسبت معین (که اصطلاحاً مقیاس نقشه نامیده می‌شود) کوچک شده‌است. به عبارت بهتر، پرتوهایی که نقاط روی سطح زمین را بر روی سطح یک نقشه تصویر می‌کنند موازی یکدیگر بوده و در نتیجه تصویر حاصل به یک نسبت مشخص کوچک می‌شود؛ ولی عکس‌هوایی یک تصویر مرکزی است و پرتوهایی که نقاط روی سطح زمین را بر روی فیلم دوربین تصویر می‌کنند همگی از یک نقطه به نام مرکز تصویر (مرکز پرسپکتیو) عبور می‌کنند. تصویر مرکزی اساساً ماهیتی سه‌بعدی دارد و به همین علت، اندازه‌گیری اختلاف ارتفاع بین عوارض گوناگون، با استفاده از یک‌سری تجهیزات ویژه، امکان‌پذیر است.
مقیاس یک نقشه در سرتاسر سطح یک نقشه، ثابت است در حالی‌که مقیاس یک عکس‌هوایی در سرتاسر سطح آن یکسان نیست. یکسان نبودن مقیاس در سطح یک عکس‌هوایی به علت یکسان نبودن ارتفاع نقاط گوناگون در سطح عکس رخ می‌دهد.
ارتفاع نقاط گوناگون بر روی سطح یک نقشه به روش‌های متنوعی نوشته می‌شود یا به نمایش درمی‌آید، در صورتی‌ که اندازه‌گیری اختلاف ارتفاع نقاط بر روی عکس‌های هوایی، احتیاج به تخصص، مهارت و تجهیزات ویژه دارد.
از سوی دیگر، عوارض قراردادی مانند مرزهای سیاسی، تقسیمات کشوری، اسامی عوارض و … بر روی نقشه‌ها نوشته می‌شوند، در حالی که یک عکس‌هوایی فاقد این نوع از اطلاعات است.