Autografy

Regina Tokarczyk

Z krakowskiego Rynku udajemy się na Wawel. Oto wyniki fotogrametrycznej inwentaryzacji ołtarza Świętej Trójcy z Kaplicy Świętokrzyskiej: plan w postaci rysunku oraz fotoplany skrzydeł tego ołtarza (rys. 1 i rys. 2). Oba opracowania łączy przedstawiony na nich obiekt, natomiast dzieli cała epoka rozwoju technik fotogrametrycznych. Plan wykonano metodą autogrametryczną na autografie analogowym, kolorowy obraz skrzydeł jest z kolei wynikiem przetwarzania obrazu cyfrowego.

Rys. 1. Plan ołtarza Świętej Trójcy w Kaplicy Świętokrzyskiej na Wawelu. Wykonano w ZFiIT.

Rys. 2. Fotoplany skrzydeł ołtarza Świętej Trójcy w Kaplicy Świętokrzyskiej na Wawelu. Wykonano w ZFiIT.

W jaki sposób można uzyskać tak wspaniale efekty? Za pomocą jakich metod i przyrządów? Konstruktorzy pierwszych fotogrametrycznych urządzeń służących do kreślenia planów i map stanęli przed trudnym zadaniem. Należało zbudować mechanizm realizujący w sposób ciągły zależności matematyczne pomiędzy współrzędnymi tłowymi zdjęć a współrzędnymi terenowymi (przy założeniu wykorzystania sztucznego efektu stereoskopowego). Innymi słowy trzeba było "zrekonstruować" wiązki promieni rzutujących, a następnie wykonać fotogrametryczne wcięcie w przód.
Wyniki ich prac były imponujące dosłownie i w przenośni. Powstały urządzenia o wadze co najmniej kilkuset kilogramów i zajmujące niekiedy powierzchnię kilkudziesięciu metrów kwadratowych - autografy analogowe (stereoplotery). Oprócz nośników, układów optycznego i podświetlającego składały się z systemu wodzideł i liniałów realizujących w sposób mechaniczny lub mechaniczno-optyczny wspomniane wyżej zależności matematyczne. Niezwykłą precyzję gwarantowały doskonałe materiały konstrukcyjne, z jakich je wykonano, i stabilność wynikająca z dużego ciężaru urządzenia (rys. 3).

Rys. 3. Autograf A8 Wilda i stereoplanigraf Zeissa

Metody autogrametryczne bazują na budowie modelu przestrzennego w oparciu o orientację wzajemną stereogramu i wpasowaniu go w fotopunkty w procesie skalowania i poziomowania modelu. Podstawą do uzyskania efektu przestrzennego i budowy modelu opracowywanego obiektu jest pomiar paralaksy poprzecznej (czyli różnicy współrzędnych tłowych y) wybranych punktów, co pozwala na wyznaczenie wzajemnego położenia obu zdjęć. Skala takiego modelu jest w zasadzie dowolna. Po skalowaniu i poziomowaniu modelu fotogrametra-obserwator może przystąpić do obwodzenia znaczkiem mierzącym szczegółów interesującego go obiektu na modelu. Każdy ruch znaczka przenoszony jest z kolei na urządzenie kreślące.
Zmiana współrzędnych (położenia) znaczka mierzącego dokonywana przez obserwatora za pomocą manipulatorów powoduje wyliczenie przez "komputer analogowy" odpowiadających im współrzędnych tłowych i sterowanie ruchem zdjęć, tak by cały czas był realizowany efekt stereoskopowy (rys. 4).

Rys. 4. Zasada pracy na autografie. Zmiana współrzędnych punktu trójwymiarowego modelu powoduje ruch nośników zdjęć i zmianę położenia znaczków mierzących do punktów o odpowiednich współrzędnych tłowych.

Skonstruowano wiele typów autografów analogowych różniących się głównie sposobem budowy modelu przestrzennego: optyczne, optyczno-mechaniczne, mechaniczne. Wśród nich były urządzenia uniwersalne oraz przeznaczone tylko do opracowania zdjęć naziemnych lub lotniczych. Epoka tych urządzeń zakończyła się w latach 60. ubiegłego wieku.
Kolejnym etapem w rozwoju fotogrametrii były autografy analityczne, w których wodzidła i liniały zastąpił komputer sterujący w czasie rzeczywistym przesuwającymi się względem siebie nośnikami ze zdjęciami. Części mechaniczne zredukowano do ortogonalnych liniałów, które pozwalały na niezależny ruch zdjęć względem siebie i realizowały współrzędne tłowe zgodnie z równaniem kolinearności. Oprogramowanie komputera pozwalało natomiast na edycję mapy wektorowej. Niektóre z modeli wyposażono w urządzenia umożliwiające automatyczny pomiar danych do budowy numerycznego modelu terenu. Ograniczenie części mechanicznych zapewniało wysoką niezawodność urządzeń oraz uzyskiwanie najwyższych dokładności.
Wymienione wyżej rodzaje autografów zostały już prawie całkowicie wyparte przez autografy cyfrowe, zwane też fotogrametrycznymi stacjami roboczymi. Zdjęcia analogowe zastąpiono w nich obrazami cyfrowymi powstałymi przez zeskanowanie klatek filmu albo pozyskanymi z kamer cyfrowych. Stereopercepcję obrazów wyświetlanych na monitorze uzyskuje się różnymi metodami. Do najprostszych należy obserwacja obrazów wyświetlanych na podzielonym na dwie części ekranie monitora za pomocą stereoskopu lub wykorzystanie właściwości obrazu anaglifowego. Najwyższy komfort zapewniają jednak systemy wykorzystujące aktywne lub pasywne okulary polaryzacyjne. Oprogramowanie stacji fotogrametrycznych pozwala na wyprodukowanie w krótkim czasie, często w sposób automatyczny, wektorowych i rastrowych map oraz planów, przetwarzanie cyfrowych wyników pomiaru (np. obliczanie objętości czy pól powierzchni).

Dr hab. Regina Tokarczyk jest pracownikiem naukowym Zakładu Fotogrametrii i Informatyki Teledetekcyjnej Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska AGH w Krakowie