جزوه درس عکس های هوائی بخش اول:
تاريخچه:
عکسهاي هوايي امروزه حداقل در دو رشته بزرگ علمي يعني فتوگرامتري به معني کلي تهيه نقشه از عکسهاي هوايي و ديگري تفسير به معني شناسايي و تشخيص عوارض و اشياء از روي تصوير به کار مي روند و داراي شروع و تاريخ همزماني مي باشند که بتدريج و با پيشرفتهاي تکنولوژي، اين دو رشته توسعه يافته و در نتيجه، استفاده و ابزار براي دو گروه کم کم از هم فاصله گرفته و در هر يک، تخصص هاي جداگانه اي به وجود آمده و بتدريج نيز اضافه خواهد شد.
عکسبرداري هوايي براي هر دو مصارف فوق داراي قدمت چندان زيادي نيست، بلکه تاريخ آن کم و بيش مقارن با پيدايش هنر و علم عکاسي و همچنين، صنعت هوانوردي است. اولين گزارش کتبي اختراع عکسبرداري به علوم آکادمي علوم و هنرهاي فرانسه به سال 1839 باز مي گردد. اين عکسبرداري توسط دو فرانسوي به نامهاي Daguerre و Niepce انجام گرفت. اولين گزارش قطعي پرواز هواپيما نيز مربوط به 17 دسامبر 1903 بوسيله برادران آمريکايي Wright مي باشد، بنابراين بايد توجه نمود که تاريخ عکسبرداري هوايي به زمان بينابين دو تاريخ فوق برمي گردد. اولين عکسبرداري هوايي از اروپا (فرانسه) به وسيله G.S.Tournachon که بعداً Nadar ناميده شد، در 1858 در پاريس انجام گرديد و مقارن با او، يعني مجدداً در همان سال شخص ديگري به نام Laussedat با دوربين عکاسي و فيلمهاي شيشه اي که با خود در بالن داشت، از دهکده اي نزديک عکسبرداري نمود. او توانست از عکسها نقشه توپوگرافيک تهيه نمايد و دومي موفق به تجزيه و تحليل رياضي براي برگردان تصوير پرسپکتيو به تصوير ارتوفتو شد.
در آمريکا، اولين عکس هوايي که با بالن گرفته شد، به تاريخ 13 اکتبر 1860 ثبت گرديد. اين عکس از ارتفاع 1200 پايي (365 متري) از بندر بوستون گرفته شده و در اتحاد جماهير شوروي سابق، تاريخ اولين عکسبرداري هوايي به سال 1886 بر مي گردد.
اولين فيلمبرداري هوايي بوسيله ويلبر رايت در 1909 با هواپيما از چنتوچيلي ايتاليا انجام شد. ولي استفاده عظيم از عکسهاي هوايي، در ارتش و از جنگ جهاني اول بود، در حالي که براي مصارف غير نظامي، از جنگ جهاني دوم به طور وسيع آغاز گرديد.
با پيشرفت در صنايع شيميايي و تهيه فيلم بهتر و همچنين تکنولوژي هوايي، در مجموع، اين شاخه از علوم توسعه پيدا نمود. دوربينهاي عکسبرداري هوايي با پيشرفتهاي شگرف در صنعت و هنر ساختمان عدسيها به حد بسيار مرغوب رسيد. ساختمان انواع فيلمهاي سفيد و سياه بصورت پانکروماتيک و مادون قرمز توسعه يافت و فيلم رنگي نيز از 1935 بصورت کداکرم عرضه گرديد. فيلمهاي رنگي کاذب نيز کاربردي عظيم در تفسير پيدا نمود.
عکسبرداري هوايي:
عکسبرداري هوايي داراي دو کاربرد است:
کارتوگرافها و نقشه کشها، اندازه گيريهاي جزئيات را براي تهيه نقشه روي عکس هوايي انجام ميدهند.
مفسر عکسهاي هوايي از آنها براي تعيين شرايط محيطي و کاربري زمين استفاده ميکنند. اگرچه هم نقشه و هم عکسهاي هوايي ديدي مثل چشم پرنده، از زمين را نمايش ميدهند، ولي با اين وجود عکسهاي هوايي نقشه نيستند. نقشه ها نمايش افقي سطح زمين بوده و از نظر جهات و هندسه (حداقل در محدوده هايي که يک جسم سه بعدي بصورت دوبعدي ديده ميشود) دقيق ميباشند. به عبارت ديگر عکسهاي هوايي نشانگر ميزان بالايي از انحراف شعاعي ميباشند. اين انحراف، انحراف توپوگرافي بوده و تا زماني که تصحيحات انجام نگيرد، اندازه گيريها با عکسها دقيق نخواهند بود. با اين وجود عکسها ابزاري قوي براي مطالعه پيرامون زمين هستند. چون بيشتر سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي ميتوانند اين انحراف شعاعي را تصحيح کنند، عکسهاي هوايي عاليترين منبع اطلاعاتي براي بيشتر پروژه ها مي باشند، خصوصاً آنهايي که نياز به داده هاي مکاني از يک منطقه در فواصل متناوب، در يک دوره طولاني دارند. همچنين کاربردهاي خاص آنها شامل بررسيهاي کاربري زمين و تحليلهاي بومي است.
در شرايط موجود، عکسهاي هوايي در اکثر رشته هاي علمي براي پيشبرد عمليات شناسايي و اندازه گيري به کار برده مي شوند و در نتيجه پاسخگوي بسياري از مجهولات بخصوص در زمينه هاي نظامي مي باشد. کاربردهاي عکسهاي هوايي در پاره اي از رشته ها عبارتند از:
نقشه برداري هوايي و تهيه نقشه، امور کشاورزي و منابع طبيعي، رشته هاي مختلف زمين شناسي و اکتشاف معادن، حفاظت خاک و آبخيزداري، مطالعات طبقه بندي خاک و خاکشناسي، طراحي پروژه هاي زهکشي و هيدرولوژي، امور مرتعداري، پيش بيني و برآورد محصولات کشاورزي، تشخيص ضايعات و امراض مهم نباتي، مطالعات محيط زيست و آماربرداري در شکارباني، تشخيص پاره اي از آلودگيهاي شيميايي و فيزيکي، بررسي مسائل جغرافيايي، بررسي توسعه شهري و شهر سازي، طراحي راهها و شاهراهها و کنترل ترافيک، تشخيص حدود املاک، اقيانوس نگاري، بررسي مد درياها، تشخيص پاره اي از مسائل جامعه شناسي و باستانشناسي، بررسي مسائل اکولوژيکي، بررسي و کنترل سيلابها، مطالعه يخچالهاي طبيعي، تعيين مسير ماهواره، تهيه مدلهاي سه بعدي و......
وسايل عکسبرداري هوايي
1-دوربين عکسبرداري:
از نظر کلي، دوربينهاي عکسبرداري هوايي نيز شبيه به دوربينهاي معمولي بوده با اين تفاوت که از لحاظ ساختماني، طوري ساخته شده اند که مي توان آنها را در هواپيما و جاي ثابت نصب نمود و قادراند پاره اي از مراحل عکسبرداري هوايي را بطور اتوماتيک انجام دهند. اين دوربينها طوري طراحي شده اند که فاصله فيلم تا عدسي ثابت بوده و فاصله نقطه real modal عدسي تا فيلم معادل فاصله کانوني خواهد بود. اين نقطه عبارتست از نقطه اي بر روي محور اپتيکي عدسي که شعاعهاي ورودي به سيستم عدسي پس از عبور از نودال جلو يا نودال اول عدسي، از نودال عقب، به موازي خط ورود، از عدسي خارج مي شوند.
هر دوربين عکاسي از اجزاء زير تشکيل شده است:
الف) بدنه به اضافه قسمت محرکه
ب) عدسي به اضافه *****
ج) تشکيلات پلک (Shutter)
د) مخزن فيلم
2-منظره ياب:
شامل لوله اي از عدسيهاي مختلف و ابزار اپتيکي است که در جنب دوربين در کف هواپيما نصب مي شود و عکاس هوايي و يا ناوبر هواپيما را قادر مي سازد با نگاه از درون آن، موقعيت لحظه به لحظف هواپيما و دوربين را نسبت به نقاط زميني زير هواپيما بداند. از اين وسيله و شبکه هاي درون آن، در هدايت هواپيما بر روي خط پرواز استفاده مي نمايند.
3-اسکنرهاي چند طيفي:
دوربينهاي عکسبرداري با اسکنرهاي چند طيفي داراي اختلاف فاحشي با دوربينهاي معمولي هستند. به عبارت ساده تر، بر خلاف دوربينهاي معمولي که تصوير از درون عدسي بر روي فيلم ثبت مي شود، در اين سيستم، دوربينها انعکاسات امواج الکترومغناطيسي را گرفته و به صورت خطي و نوارهاي عکس متصل به هم ضبط مي نمايد. ضمناً قادر است که تصاوير را در طول موجهاي معين تهيه نمايد و سپس با ترکيب مناظر حاصل از چند طول موج و استفاده از *****ها و کارگيري تکنيک مربوطه، موفق به تهيه عکس رنگي کاذب گردد.
4-هواپيما:
هر نوع هواپيمايي که داراي استانداردهاي زير باشد مي تواند براي مصارف عکسبرداري هوايي به کار گرفته شود: داراي پنجره هاي مناسب و در نتيجه ديد کافي براي خلبان، ناونر و خدمه باشد، داراي فضاي کافي براي نصب دوربين و ابزار مربوطه بوده و همچنين از نظر سوخت نيز بايد لااقل براي شش ساعت پرواز با خود بنزين حمل نمايد و بالاخره هواپيما بايد داراي ثبات کافي در هوا بوده و کمترين لرزش را داشته باشد تا تصوير حاصله داراي حداقل خطاي عکس گردد.
5-وسائل ناوبري:
در هواپيماهاي عکسبرداري معمولي، امور راهنمايي خلبان و هواپيما وسيله ناوبر و عملاً بصورت ديد مستقيم بر روي زمين و استفاده از نقشه و خطوط پرواز مي باشد. امروزه از ابزارهاي پيشرفته براي عکسبرداري استفاده مي شود که پس از معرفي طول و عرضهاي جغرافيايي نقاط مورد نظر، هواپيما، اتوماتيک به طرف آنها هدايت مي شود.
روزنه نسبي (Relative aperture):
نسبت فاصله کانوني هر عدسي به قطر همان عدسي را اصطلاحاً روزنه نسبي يا f:stop گويند که معرف سرعت سيستم عدسي مي باشد. مثلاً دوربيني با فاصله کانوني 40 ميليمتر و قطر عدسي 10 ميليمتر داراي روزنه نسبي معادل 4:f در حالت باز بودن کامل ديافراگم خواهد بود.
اصول برجسته بيني:
يکي از تفاوتهاي عکسهاي هوايي با عکسهاي معمولي، امکان برجسته بيني يعني تشخيص بعد سوم از روي آنها و با کمک وسائل برجسته بيني مي باشد. معمولاً عکسهاي هوايي بطور متوسط داراي 60 درصد پوشش مشترک پشت سر هم و عکسهاي هر نوار با نوارهاي مجاور داراي پوشش مشترک جانبي 30 درصد مي باشد که پوشش اولي امکان برجسته بيني را به يک جفت عکس پشت سر هم مي هد.
براي اينکه بتوان دو تصوير تهيه نمود که قابليت برجسته بيني داشته باشند، بايد چهار شرط اصلي زير در مورد آنها صدق کند:
الف) هر دو تصوير مورد برجسته بيني، يک منطقه را بپوشاند.
ب)مقياس هر دو تصوير تقريباً با هم مساوي باشد.
ج) محورهاي دوربين عکسبرداري در هر دو تصوير در يک صفحه قرار گيرند.
د) فاصله بين دو ايستگاه عکسبرداري، با مقايسه با فاصله دوربين تا تصوير، متناسب باشد.
ديد کاذب (Pseudoscopic view)
حالتي است که انسان در موقع مشاهده دو تصوير، کليه عوارض برجسته را فرورفته و برعکس فرورفتگيها را برجسته مي بيند. علت اين پديده عبارتست از:
الف) چنانچه جاي تصوير سمت راست و چپ با هم عوض شده باشند.
ب) اگر مسير تابش نور در موقع ديد با جهت نور هنگام عکاسي مطابقت نداشته باشد و يا به عبارت ديگر، سايه ها مخالف جهت تفسير کننده قرار گيرند.
منبع
تاريخچه:
عکسهاي هوايي امروزه حداقل در دو رشته بزرگ علمي يعني فتوگرامتري به معني کلي تهيه نقشه از عکسهاي هوايي و ديگري تفسير به معني شناسايي و تشخيص عوارض و اشياء از روي تصوير به کار مي روند و داراي شروع و تاريخ همزماني مي باشند که بتدريج و با پيشرفتهاي تکنولوژي، اين دو رشته توسعه يافته و در نتيجه، استفاده و ابزار براي دو گروه کم کم از هم فاصله گرفته و در هر يک، تخصص هاي جداگانه اي به وجود آمده و بتدريج نيز اضافه خواهد شد.
عکسبرداري هوايي براي هر دو مصارف فوق داراي قدمت چندان زيادي نيست، بلکه تاريخ آن کم و بيش مقارن با پيدايش هنر و علم عکاسي و همچنين، صنعت هوانوردي است. اولين گزارش کتبي اختراع عکسبرداري به علوم آکادمي علوم و هنرهاي فرانسه به سال 1839 باز مي گردد. اين عکسبرداري توسط دو فرانسوي به نامهاي Daguerre و Niepce انجام گرفت. اولين گزارش قطعي پرواز هواپيما نيز مربوط به 17 دسامبر 1903 بوسيله برادران آمريکايي Wright مي باشد، بنابراين بايد توجه نمود که تاريخ عکسبرداري هوايي به زمان بينابين دو تاريخ فوق برمي گردد. اولين عکسبرداري هوايي از اروپا (فرانسه) به وسيله G.S.Tournachon که بعداً Nadar ناميده شد، در 1858 در پاريس انجام گرديد و مقارن با او، يعني مجدداً در همان سال شخص ديگري به نام Laussedat با دوربين عکاسي و فيلمهاي شيشه اي که با خود در بالن داشت، از دهکده اي نزديک عکسبرداري نمود. او توانست از عکسها نقشه توپوگرافيک تهيه نمايد و دومي موفق به تجزيه و تحليل رياضي براي برگردان تصوير پرسپکتيو به تصوير ارتوفتو شد.
در آمريکا، اولين عکس هوايي که با بالن گرفته شد، به تاريخ 13 اکتبر 1860 ثبت گرديد. اين عکس از ارتفاع 1200 پايي (365 متري) از بندر بوستون گرفته شده و در اتحاد جماهير شوروي سابق، تاريخ اولين عکسبرداري هوايي به سال 1886 بر مي گردد.
اولين فيلمبرداري هوايي بوسيله ويلبر رايت در 1909 با هواپيما از چنتوچيلي ايتاليا انجام شد. ولي استفاده عظيم از عکسهاي هوايي، در ارتش و از جنگ جهاني اول بود، در حالي که براي مصارف غير نظامي، از جنگ جهاني دوم به طور وسيع آغاز گرديد.
با پيشرفت در صنايع شيميايي و تهيه فيلم بهتر و همچنين تکنولوژي هوايي، در مجموع، اين شاخه از علوم توسعه پيدا نمود. دوربينهاي عکسبرداري هوايي با پيشرفتهاي شگرف در صنعت و هنر ساختمان عدسيها به حد بسيار مرغوب رسيد. ساختمان انواع فيلمهاي سفيد و سياه بصورت پانکروماتيک و مادون قرمز توسعه يافت و فيلم رنگي نيز از 1935 بصورت کداکرم عرضه گرديد. فيلمهاي رنگي کاذب نيز کاربردي عظيم در تفسير پيدا نمود.
عکسبرداري هوايي:
عکسبرداري هوايي داراي دو کاربرد است:
کارتوگرافها و نقشه کشها، اندازه گيريهاي جزئيات را براي تهيه نقشه روي عکس هوايي انجام ميدهند.
مفسر عکسهاي هوايي از آنها براي تعيين شرايط محيطي و کاربري زمين استفاده ميکنند. اگرچه هم نقشه و هم عکسهاي هوايي ديدي مثل چشم پرنده، از زمين را نمايش ميدهند، ولي با اين وجود عکسهاي هوايي نقشه نيستند. نقشه ها نمايش افقي سطح زمين بوده و از نظر جهات و هندسه (حداقل در محدوده هايي که يک جسم سه بعدي بصورت دوبعدي ديده ميشود) دقيق ميباشند. به عبارت ديگر عکسهاي هوايي نشانگر ميزان بالايي از انحراف شعاعي ميباشند. اين انحراف، انحراف توپوگرافي بوده و تا زماني که تصحيحات انجام نگيرد، اندازه گيريها با عکسها دقيق نخواهند بود. با اين وجود عکسها ابزاري قوي براي مطالعه پيرامون زمين هستند. چون بيشتر سيستمهاي اطلاعات جغرافيايي ميتوانند اين انحراف شعاعي را تصحيح کنند، عکسهاي هوايي عاليترين منبع اطلاعاتي براي بيشتر پروژه ها مي باشند، خصوصاً آنهايي که نياز به داده هاي مکاني از يک منطقه در فواصل متناوب، در يک دوره طولاني دارند. همچنين کاربردهاي خاص آنها شامل بررسيهاي کاربري زمين و تحليلهاي بومي است.
در شرايط موجود، عکسهاي هوايي در اکثر رشته هاي علمي براي پيشبرد عمليات شناسايي و اندازه گيري به کار برده مي شوند و در نتيجه پاسخگوي بسياري از مجهولات بخصوص در زمينه هاي نظامي مي باشد. کاربردهاي عکسهاي هوايي در پاره اي از رشته ها عبارتند از:
نقشه برداري هوايي و تهيه نقشه، امور کشاورزي و منابع طبيعي، رشته هاي مختلف زمين شناسي و اکتشاف معادن، حفاظت خاک و آبخيزداري، مطالعات طبقه بندي خاک و خاکشناسي، طراحي پروژه هاي زهکشي و هيدرولوژي، امور مرتعداري، پيش بيني و برآورد محصولات کشاورزي، تشخيص ضايعات و امراض مهم نباتي، مطالعات محيط زيست و آماربرداري در شکارباني، تشخيص پاره اي از آلودگيهاي شيميايي و فيزيکي، بررسي مسائل جغرافيايي، بررسي توسعه شهري و شهر سازي، طراحي راهها و شاهراهها و کنترل ترافيک، تشخيص حدود املاک، اقيانوس نگاري، بررسي مد درياها، تشخيص پاره اي از مسائل جامعه شناسي و باستانشناسي، بررسي مسائل اکولوژيکي، بررسي و کنترل سيلابها، مطالعه يخچالهاي طبيعي، تعيين مسير ماهواره، تهيه مدلهاي سه بعدي و......
وسايل عکسبرداري هوايي
1-دوربين عکسبرداري:
از نظر کلي، دوربينهاي عکسبرداري هوايي نيز شبيه به دوربينهاي معمولي بوده با اين تفاوت که از لحاظ ساختماني، طوري ساخته شده اند که مي توان آنها را در هواپيما و جاي ثابت نصب نمود و قادراند پاره اي از مراحل عکسبرداري هوايي را بطور اتوماتيک انجام دهند. اين دوربينها طوري طراحي شده اند که فاصله فيلم تا عدسي ثابت بوده و فاصله نقطه real modal عدسي تا فيلم معادل فاصله کانوني خواهد بود. اين نقطه عبارتست از نقطه اي بر روي محور اپتيکي عدسي که شعاعهاي ورودي به سيستم عدسي پس از عبور از نودال جلو يا نودال اول عدسي، از نودال عقب، به موازي خط ورود، از عدسي خارج مي شوند.
هر دوربين عکاسي از اجزاء زير تشکيل شده است:
الف) بدنه به اضافه قسمت محرکه
ب) عدسي به اضافه *****
ج) تشکيلات پلک (Shutter)
د) مخزن فيلم
2-منظره ياب:
شامل لوله اي از عدسيهاي مختلف و ابزار اپتيکي است که در جنب دوربين در کف هواپيما نصب مي شود و عکاس هوايي و يا ناوبر هواپيما را قادر مي سازد با نگاه از درون آن، موقعيت لحظه به لحظف هواپيما و دوربين را نسبت به نقاط زميني زير هواپيما بداند. از اين وسيله و شبکه هاي درون آن، در هدايت هواپيما بر روي خط پرواز استفاده مي نمايند.
3-اسکنرهاي چند طيفي:
دوربينهاي عکسبرداري با اسکنرهاي چند طيفي داراي اختلاف فاحشي با دوربينهاي معمولي هستند. به عبارت ساده تر، بر خلاف دوربينهاي معمولي که تصوير از درون عدسي بر روي فيلم ثبت مي شود، در اين سيستم، دوربينها انعکاسات امواج الکترومغناطيسي را گرفته و به صورت خطي و نوارهاي عکس متصل به هم ضبط مي نمايد. ضمناً قادر است که تصاوير را در طول موجهاي معين تهيه نمايد و سپس با ترکيب مناظر حاصل از چند طول موج و استفاده از *****ها و کارگيري تکنيک مربوطه، موفق به تهيه عکس رنگي کاذب گردد.
4-هواپيما:
هر نوع هواپيمايي که داراي استانداردهاي زير باشد مي تواند براي مصارف عکسبرداري هوايي به کار گرفته شود: داراي پنجره هاي مناسب و در نتيجه ديد کافي براي خلبان، ناونر و خدمه باشد، داراي فضاي کافي براي نصب دوربين و ابزار مربوطه بوده و همچنين از نظر سوخت نيز بايد لااقل براي شش ساعت پرواز با خود بنزين حمل نمايد و بالاخره هواپيما بايد داراي ثبات کافي در هوا بوده و کمترين لرزش را داشته باشد تا تصوير حاصله داراي حداقل خطاي عکس گردد.
5-وسائل ناوبري:
در هواپيماهاي عکسبرداري معمولي، امور راهنمايي خلبان و هواپيما وسيله ناوبر و عملاً بصورت ديد مستقيم بر روي زمين و استفاده از نقشه و خطوط پرواز مي باشد. امروزه از ابزارهاي پيشرفته براي عکسبرداري استفاده مي شود که پس از معرفي طول و عرضهاي جغرافيايي نقاط مورد نظر، هواپيما، اتوماتيک به طرف آنها هدايت مي شود.
روزنه نسبي (Relative aperture):
نسبت فاصله کانوني هر عدسي به قطر همان عدسي را اصطلاحاً روزنه نسبي يا f:stop گويند که معرف سرعت سيستم عدسي مي باشد. مثلاً دوربيني با فاصله کانوني 40 ميليمتر و قطر عدسي 10 ميليمتر داراي روزنه نسبي معادل 4:f در حالت باز بودن کامل ديافراگم خواهد بود.
اصول برجسته بيني:
يکي از تفاوتهاي عکسهاي هوايي با عکسهاي معمولي، امکان برجسته بيني يعني تشخيص بعد سوم از روي آنها و با کمک وسائل برجسته بيني مي باشد. معمولاً عکسهاي هوايي بطور متوسط داراي 60 درصد پوشش مشترک پشت سر هم و عکسهاي هر نوار با نوارهاي مجاور داراي پوشش مشترک جانبي 30 درصد مي باشد که پوشش اولي امکان برجسته بيني را به يک جفت عکس پشت سر هم مي هد.
براي اينکه بتوان دو تصوير تهيه نمود که قابليت برجسته بيني داشته باشند، بايد چهار شرط اصلي زير در مورد آنها صدق کند:
الف) هر دو تصوير مورد برجسته بيني، يک منطقه را بپوشاند.
ب)مقياس هر دو تصوير تقريباً با هم مساوي باشد.
ج) محورهاي دوربين عکسبرداري در هر دو تصوير در يک صفحه قرار گيرند.
د) فاصله بين دو ايستگاه عکسبرداري، با مقايسه با فاصله دوربين تا تصوير، متناسب باشد.
ديد کاذب (Pseudoscopic view)
حالتي است که انسان در موقع مشاهده دو تصوير، کليه عوارض برجسته را فرورفته و برعکس فرورفتگيها را برجسته مي بيند. علت اين پديده عبارتست از:
الف) چنانچه جاي تصوير سمت راست و چپ با هم عوض شده باشند.
ب) اگر مسير تابش نور در موقع ديد با جهت نور هنگام عکاسي مطابقت نداشته باشد و يا به عبارت ديگر، سايه ها مخالف جهت تفسير کننده قرار گيرند.
منبع