Система наземной стереосъемки

Полезная модель относится к устройствам для получения изображений, предназначенным для фотограмметрии или фотографической съемки местности.
Известно устройство (патент RU №42157) для снятия размерных признаков методом фотограмметрии состоящее из фотосъемочной камеры, соединенной со средством настройки направления оптической оси и установленной на штативе, опорной поверхности, экрана, вертикальных нивелирных реек и отвесов, в качестве фотосъемочной камеры используют цифровую камеру, подключенную через кабель USB к персональному компьютеру, объединенную со средством настройки направления оптической оси, состоящим из лазерного визира, закрепленного на ободке объектива цифровой камеры и шаровой головки, жестко зафиксированной на верхнем конце выдвижной центральной штанги штатива.
Недостатком данного решения является сложность использования данного устройства, отсутствие возможности оперативного перемещения устройства в процессе съемки ввиду размещения устройства на штативе, громоздкость устройства за счет наличия большого количества дополнительного оборудования, в том числе персонального компьютера, также отсутствие возможности наклона цифровой камеры для выполнения перспективной съемки.
Известно устройство (патент US №10063837), содержащее цифровое устройство формирования изображения, направляющую тележку, позволяющую ориентировать оптическую ось цифрового устройства формирования изображения на объект и смещать его по заданной траектории вокруг объекта, вычислительное устройство, позволяющее выполнять преобразование полученных снимков в трехмерное изображение объекта съемки.
Недостатком данного устройства является его сложность и отсутствие возможности выполнять съемку крупных объектов в связи с ограниченным перемещением устройства формирования изображения по направляющий тележки, перемещение ограничено размерами направляющих.
Известна система (Наземная фотограмметрия без наземных контрольных точек, Джанфранко Форлани, Ливио Пинто и др., опубл. Earth Science Informatics, июнь 2014, Том 7, Выпуск 2, с. 71-81), состоящую из основания, фотограмметрической камеры, навигационного приемника, антенны навигационного приемника, контроллера навигационного приемника. Данная система позволяет выполнять фотографирование и координирование центров фотографирования в процессе съемки.
Недостатком данной системы является отсутствие возможности исключения элементов редукции путем смещения цифрового устройства формирования изображения относительно главной оси антенны навигационного приемника и отсутствие возможности наклона цифровой камеры для выполнения перспективной съемки.
Технической задачей заявляемого решения является упрощение конструкции и повышение надежности, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения смещения цифрового устройства формирования изображения относительно главной оси антенны навигационного приемника и вращения цифрового устройства формирования изображения.
Техническим результатом заявляемого решения является обеспечение возможности использования сменных объективов, наклона цифровой камеры для перспективной съемки, использования разноплановой съемки (ближний, средний, дальний планы), координирования центров фотографирования в реальном времени и создания высокоточных 3D-моделей объектов местности с минимальными затратами на оборудование и производство работ.
Указанный технический результат достигается тем. что предложена система наземной стереосъемки, содержащая: основание, цифровое устройство для формирования изображения, навигационный приемник, контроллер навигационного приемника, антенну навигационного приемника, отличающаяся тем, что основание выполнено в виде геодезической вехи, на конце которой размещена рамка, в верхней части которой закреплена антенна навигационного приемника, а цифровое устройство для формирования изображения размещено на каретке, закрепленной с возможностью вращения и смещения относительно рамки и позволяющей использовать различные сменные объективы за счет ее смещения и выполнять перспективную съемку за счет вращения каретки относительно рамки, цифровое устройство для формирования изображения выполнено в виде цифровой фотокамеры, навигационный приемник выполнен в виде GNSS-приемника. каретка содержит: одну направляющую и крепежный элемент для смещения вдоль главной оптической оси и вторую направляющую и крепежный элемент для смещения в направлении перпендикулярном главной оптической оси и перпендикулярном главной оси антенны навигационного приемника, каретка содержит винтовой механизм для смещения в направлении, перпендикулярном главной оптической оси и перпендикулярном главной оси антенны, навигационный приемник связан с антенной и контроллером с помощью кабеля, а контроллер закреплен на геодезической вехе, контроллер связан с цифровым устройством для формирования изображения кабелем синхронизации, также съемочная система предусматривает расположение навигационного приемника в корпусе антенны навигационного приемника, при этом между навигационным приемником и контроллером навигационного приемника реализуется беспроводная связь.
Возможность достижения технического результата обеспечивается тем, что система наземной стереосъемки содержит в качестве цифрового устройства формирования изображения - цифровую фотокамеру, а в качестве навигационного приемника - GNSS-приемник, что позволяет выполнять съемку наземных объектов без создания съемочного обоснования, при этом система наземной стереосъемки состоит из стандартной геодезической вехи, стандартного двухчастотного геодезического GNSS-приемника с встроенным GSM/интернет/радио модемом, позволяющим принимать RTK-поправки с базовой станции, также в состав системы входит бытовая цифровая фотокамера с размером матрицы 20-36 Мп, кроме того размещение в верхней части рамки антенны навигационного приемника и размещение цифровой фотокамеры на каретке, закрепленной с возможностью вращения и смещения относительно рамки, позволяет выполнять съемку, используя объективы с различным фокусным расстоянием, а также позволяет располагать главную оптическую ось цифровой фотокамеры как горизонтально, так и под заданным наклоном например от 45° вверх и до 60° вниз от горизонтальной плоскости, при заданном шаге угла наклона. При этом соблюдаются необходимые геометрические условия:
1) Узловая точка объектива (центр фотографирования - точка А) должна совпадать с центром пересечения оси вращения и главной оси антенны - точка В. Соблюдение условия достигается путем передвижения цифровой фотокамеры вдоль направления главной оптической оси, при этом передвижением вдоль направляющей каретки достигается исключение редукции по направлению главной оптической оси, величина редукции определяется приближенным способом (используется приведенное фокусное расстояние объектива) или точным (фотограмметрическими методами). Исключение редукции в перпендикулярном направление от главной оптической оси осуществляется передвижением каретки вдоль оси вращения, с помощью винтового механизма.
В данной конструкции также соблюдаются следующие геометрические условия:
2) Ось вращения каретки перпендикулярна главной оси антенны GNSS-приемника,
3) Ось вращения каретки перпендикулярна главной оптической оси цифровой фотокамеры,
Соблюдение условий 2) и 3) - позволяет осуществлять наклон камеры при вращении каретки не меняя положения узловой точки объектива(центра фотографирования) относительно главной оси GNSS-антенны навигационного приемника.
На фиг. 1 представлен общий вид системы наземной стереосъемки.
Система содержит: основание 1, цифровую фотокамеру 2, навигационный приемник 3, контроллер навигационного приемника 4, антенну навигационного приемника 5, контроллер связан с цифровой фотокамерой кабелем синхронизации 6, основание выполнено в виде геодезической вешки, на конце которой размещена рамка 7, в верхней части которой закреплена антенна навигационного приемника, а цифровая фотокамера размещена на каретке 8, закрепленной винтовым механизмом 9 с возможностью вращения и смещения относительно рамки 7 по направляющей 10, контроллер закреплен на геодезической вешке, навигационный приемник связан с антенной с помощью высокочастотного кабеля 9, а с контроллером кабелем 12. На фиг. 1 изображена узловая точка объектива (центр фотографирования - точка А), которая должна совпадать с центром пересечения оси вращения и главной оси антенны - точкой В.
Система работает следующим образом: в предварительно заданной точке пространства съемки устанавливается геодезическая вешка 1 с размещенной на ней системой, затем включается навигационный приемник 3 вместе с контроллером 4 и выбирается режим спутниковых наблюдений навигационного приемника, затем включается цифровая фотокамера 2, после этого производится стереосъемка заданного наземного объекта в заданных точках пространства, определяемых навигационным приемником синхронно с процессом стереосъемки при: заданном объективе, заданном угле наклона главной оптической оси объектива относительно главной оси антенны навигационного приемника. При необходимости изменения угла наклона главной оптической оси объектива или смене объектива производится смещение цифрового устройства для формирования изображения вдоль оптической оси по направляющей каретки 8 на заданное расстояние. После чего процесс стереосъемки повторяется заданное количество раз.
Пример.
В предварительно заданной точке пространства съемки устанавливается на заданную высоту - 2,5 метра геодезическая вешка 1, на нее накручивается рамка 7 с размещенной на ней системой наземной стереосъемки, при этом на верхнюю часть рамки для осуществления приема спутникового сигнала закрепляется антенна навигационного GNSS-приемника Nov Atel GPS-702 GG и подключается к GNSS-приемнику Nov AtelDL-V3, расположенному в рюкзаке, с помощью антенного кабеля, при этом навигационный GNSS-приемник с помощью кабеля питания подключается к аккумуляторной батарее типа AGM, после этого для осуществления управления GNSS - приемником на геодезическую веху крепится контролер CarlsonMini, подключаемый к приемнику соединительным кабелем, затем на каретку, входящую в конструкцию рамки, крепится цифровая фотокамера Nikon D800 с объективом Nikkor 24 mm AF или Nikkor 28 mm AF-S, с помощью каретки выполняется регулировка положения цифровой фотокамеры - установка в нужное положение относительно меток на каретке, после чего включается GNSS-приемник и контроллер GNSS-приемника, затем выбирается режим спутниковых наблюдений (RTK), с помощью GSM-модема выполняется подключение к постоянно действующей базовой станции, передающей RTK-поправки, после этого включается цифровая фотокамера, производится выбор необходимого режима съемки, после этого производится стереосъемка заданного наземного объекта в заданных точках пространства, определяемых навигационным приемником синхронно с процессом стереосъемки при: заданном объективе, заданном угле наклона главной оптической оси объектива относительно главной оси антенны навигационного приемника. При необходимости изменения угла наклона главной оптической оси объектива или смене объектива для получения другого масштаба съемки, производится смещение цифровой камеры вдоль оптической оси по направляющей каретки в нужное положение относительно меток на каретке. После чего процесс стереосъемки повторяется заданное количество раз.
Таким образом, достигается решение технической задачи: упрощение конструкции и повышение надежности, расширение функциональных возможностей за счет обеспечения смещения цифрового устройства формирования изображения относительно главной оси антенны навигационного приемника и вращения цифрового устройства формирования изображения.