О возможности применения матричных фотоприемников для решения геодезических задач Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 528.021.4 Е.В. Грицкевич СГГА, Новосибирск

О ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МАТРИЧНЫХ ФОТОПРИЕМНИКОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Ye.V. Gritskevich SSGA, Novosibirsk

POSSIBILITY OF USING AREA IMAGERS FOR GEODETIC PROBLEMS SOLUTION

Area imagers are suggested to be used in angle-measuring instruments to achieve higher accuracy due to the exclusion of human factors affecting measurement process. It is concluded that area imagers may be effectively used for solving the problems of locating the objects in the area.

Одной из основных геодезических задач, решаемых с помощью оптических приборов, является измерение углов. Визирную линию оптического прибора совмещают с каким-либо репером, находящимся в пространстве предметов, фиксируют положение прибора, снимают отсчет, а затем перемещают визирную линию (как правило, поворотом вокруг одной из осей, перпендикулярных оптической оси прибора) на другой репер, фиксируя новое положение прибора со снятием отсчета. Разница между двумя положениями оптической оси прибора, выраженная в угловой мере, и является элементарным «продуктом» геодезического производства.

Автоматизация геодезических работ до сих пор ограничивалась применением различных схем автоматической регистрации снимаемых отсчетов, а также решением вспомогательных задач типа совмещения вертикальной оси прибора с привязочной точкой. Наиболее ответственная операция - совмещение визирной линии прибора с репером - остаётся целиком «на совести» геодезиста, что вносит трудно учитываемую субъективную погрешность в углоизмерительный процесс.

Цель данной работы - восполнить этот пробел и предложить один из путей усовершенствования геодезических приборов с помощью применения матричных фотоприемников.

Рассмотрим фотоприемную матрицу, геометрический центр которой С жестко связан с оптической осью прибора.

Пусть размеры аэл элементов матрицы и зазоры Даэл между ними одинаковы по вертикали и горизонтали. В плоскость матрицы проецируется изображение точечного источника излучения I. Изображение представляет из себя распределение интенсивности излучения вокруг точки I в соответствии с функцией рассеяния точки (ФРТ) объектива. Перераспределение энергии пятна рассеяния на соседние элементы матрицы позволяет достаточно точно рассчитать координаты X и Y точки I в плоскости матрицы относительно «центральной» точки О. Для этого используются различные

интерполяционные алгоритмы, например, метод определения 2энергетического центра тяжести» изображения [1]. Погрешность измерения координат точки в плоскости изображения не превышает нескольких микрон. Допустим, что с помощью объектива с фокусным расстоянием йэс = 30 см было получено в плоскости матрицы изображение бесконечно удаленной точки, для которой погрешность измерения координаты X составляет Ах = 3 мкм. В угловой мере такая погрешность даст результат приблизительно 20 угловых секунд, что вполне удовлетворяет потребностям современного геодезического производства.

аэл

Ааэл

У

□ а ,

□ йша

X

□ □□□

Рис. Схематичное изображение фотоприемной матрицы

Теперь представим себе, что матрица установлена в фокальной плоскости углоизмерительного прибора, а получаемое изображение выводится на дисплей, при этом прибор работает в режиме автоматического измерения координат точки. Тогда оператор «наводит» прибор на требуемую точку (репер), не добиваясь ее точного совмещения с оптической осью. Прибор автоматически зафиксирует дополнительный «поправочный» угол положения точки в поле зрения относительно оси прибора, суммирует эту поправку с базовым углом и запомнит результат. Под базовым понимается угол между положениями оптической оси в моменты снятия отсчётов по двум направлениям.

Таким образом, оператор освобождается от процедуры точного наведения прибора на репер, а сам процесс измерения и его погрешность не будут зависеть от субъективных факторов. В качестве реперов могут использоваться светящиеся точечные объекты, например, полупроводниковые лазеры, установленные на жестком основании (балка, рейка и т. п.).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Грицкевич, Е.В., Звягинцева, П.А. Разработка математической модели матричного анализатора/Е.В. Грицкевич//Гео-Сибирь - 2006. Т.4. Ч.1

Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника: Сб. материалов Международного научного конгресса, 25-27 апреля, 2006г, Новосибирск. -Новосибирск: СГГА, 2007. - С.55-58.

© Е.В. Грицкевич, 2009