книги из ГПНТБ / Кучко А.С. Аэрофотография. Основы и метрология

полета, при использовании пилотируемых и беспилотных летатель­ ных аппаратов.

Так как решение измерительных задач по аэроснимкам требует точного знания элементов внутреннего ориентирования аэрофото­ камеры и дисторсии изображения, то топографические аэрофотоап­ параты периодически калибруются. Кроме того, в топографических аэрофотоаппаратах дополнительная информация регистрируется наиболее полно (см. § И ).

Аэрофотоаппараты нетопографического назначения применя­ ются для получения аэроснимков с целью их топографического, гео­ логического, ландшафтного и других видов дешифрирования, т. е. опознавания и определения качественной и количественной харак­ теристик изображенных на них объектов. В этом случае решение измерительных задач по аэроснимкам ограничивается определе­ нием цифровых характеристик отдешифрированных объектов (глу­ бины оврагов, высоты деревьев и пр.). На этом основании требова­ ния к ортоскопии аэроснимков, получаемых этими аэрофотоаппара­ тами, значительно снижаются.

Общим свойством топографических и нетопографических аэро­ фотоаппаратов являются одинаково высокие требования к изобра­ зительным свойствам получаемых аэроснимков.

Для увеличения разрешения на местности, улучшения дешифри­ руемое™ аэроснимков, что зависит не только от их изобразитель­ ных свойств, но и от масштаба аэроснимков, последние в целях де­ тального дешифрирования получают в более крупном масштабе, поэтому аэрофотоаппараты нетопографического назначения для по­ лучения крупномасштабных аэроснимков снабжаются более длин­ нофокусными объективами, чем топографические.

Топографические аэрофотоаппараты для обеспечения более вы­ сокой экономической эффективности аэрофототопографического ме­ тода создания карт имеют, как правило, широкоугольные, а в ряде случаев даже сверхширокоугольные объективы. Нормальноуголь­ ные объективы используются реже.

Как видно, топографические и нетопографические аэрофотоап­ параты дополняют друг друга, поэтому аэрофотосъемочный ком­ плекс включает те и другие аэрофотоаппараты. При аэрофото­ съемке в картографических целях фотографирование выполняется, как правило, одновременно топографическим и нетопографическим длиннофокусными аэрофотоаппаратами. В этом случае первый счи­ тается основным, а второй — дополнительным. Аэроснимки, полу­ ченные топографическим аэрофотоаппаратом, используются для фотограмметрических работ, а аэроснимки, полученные нетопогра­ фическим длиннофокусным аэрофотоаппаратом, — для топографи­ ческого дешифрирования.

К аэрофотоаппаратам нетопографического назначения относится также небольшая группа аэрофотоаппаратов, применяемых для об­ зорной или рекогносцировочной аэрофотосъемки. Это, как правило, сверхширокоугольные аэрофотоаппараты, часто малоформатные.

120

§ 28. Х а р а к те р и с ти к а основны х ти по в то п о гр а ф и ч е ск и х а эр оф отоа п па р а тов

В настоящее время в Советском Союзе, в странах социалистиче­ ского содружества и других странах применяется значительное ко­ личество топографических аэрофотоаппаратов. Ведутся большие ра­ боты по совершенствованию аэрофотоаппаратов этого класса [3; 18; 40; 41; 63; 91; 114, с. 219—225; 115, с. 11—32; 119; 121].

Современные топографические АФА дают возможность полу­ чать изображение с малыми искажениями ортоскопии; средние зна­ чения дисторсии изображения лучших аэрофотоаппаратов— 5— 1 0 мкм, причем получение лучшей ортоскопичности во многих слу­ чаях использования сверхширокоугольных аэрофотоаппаратов лимитируется короткопериодическими ошибками невыравнивания аэрофотопленки при ее экспонировании, что обусловливает целесо­ образность уменьшения интервала между контрольными метками (крестами) до 1 см и меньше.

Отечественные топографические аэрофотоаппараты АФА-ТЭ и АФА-41 в большинстве своем соответствуют предъявляемым к ним требованиям.

Отличительная особенность широко применяемых аэрофотоап­ паратов АФА-ТЭ — большое разнообразие фокусных расстояний: 55, 70, 100, 140, 200, 350 и 500 мм при размере кадра 18x18 см.

В этих аэрофотоаппаратах в основном применен вакуумный способ

аэрофотопленка для выравнивания прижимается к стеклу, имею­

пленки, остаточная дисторсия объективов Ламегон и Супер-Ламе- гон не превышает 5— 8 мкм; при создании отдельных образцов аэро­ фотообъективов этого типа (PI) удалось устранить хроматическую аберрацию для видимой и ближней инфракрасной зоны спектра. Отдельные аэрофотоаппараты MRB имеют оптический клин, кото­ рый впечатывается на каждый кадр. Разрешающая способность АФА-MRB 9/2323 при использовании аэрофотопленки средней чув­ ствительности— 85 мм- 1 в центре и 20 мм- 1 на краю поля изобра­ жения [114, с. 219—225; 115, с. 11—32].

121

§ 29. Х а р а к те р и с ти к а основны х ти п о в а эр оф отоа п па р а тов н е то по гр а ф и че ского назначения

1. Кадровые нетопографические аэрофотоаппараты с постоянным направлением оптической оси в момент экспонирования

Отличительные особенности таких аэрофотоаппаратов названы в § 27. К ним относятся отечественные аэрофотоаппараты АФА-42, имеющие фокусные расстояния 200, 500, 750 и 1000 мм при размере кадра 30X30 см, с выравниванием аэрофотопленки при помощи стекла, которое не входит в оптический расчет объектива. Аэрофо­ тоаппараты АФА-42 с фокусными расстояниями 500 мм и больше имеют оптические устройства для компенсации сдвига изображе­ ния; они. применяются для планового, перспективного и планово­ перспективного аэрофотографирования. К нетопографическим аэро­

у них устранены термооптические аберрации, т. е. это объективы, не расстраивающиеся при изменении температуры. Так, например, аэрофотообъектив «Ленинград-7» (/' = 1000 мм) разрешает в цен­ тре поля при температуре 20 °С и t ——56 °С около 42 мм-1, а у ана­ логичного объектива «Телемар-7» при тех же температурных коле­ баниях разрешение падает от 40 до 8 мм-1; у объектива «Телемар-7» при указанном изменении температур термооптическая аберрация достигает 1,4 мм [18].

2. Щелевые аэрофотоаппараты (АЩАФА)

При щелевом фотографировании * (рис. 62) изображение мест­ ности 1 получается в результате непрерывного экспонирования фо­ топленки 2, движущейся по направлению летательного аппарата; аэрофотопленка экспонируется при помощи объектива 4 через по­ стоянно открытую щель 3, расположенную в фокальной плоскости объектива перпендикулярно направлению летательного аппарата. Скорости перемещения аэрофотопленки и летательного аппарата согласованы. Результатом фотографирования местности в этом случае являются не отдельные кадры, а сплошная лента — фото­ графическое изображение маршрута полета летательного аппарата, причем в поперечном направлении (по ширине аэрофотопленки) щелевой снимок представляет центральную проекцию, а в продоль­ ном— ортогональную проекцию фотографируемой местности.

(см. формулу (180)), непрерывно экспонируется через щель, распо-

* Метод щелевой аэрофотосъемки разработан В. С. Семеновым в 1936 г.

122

ложенную в фокальной плоскости объектива перпендикулярно к ли­ нии полета (см. рис. 62). В щелевом аэрофотоаппарате величина выдержки Щ определяется фор­ мулой

Отсюда можно сделать выводы:

1.Перемещение аэрофотопленки со скоростью уп= Уи в на­ правлении полета летательного аппарата исключают сдвиг, вызы­ вающий нерезкость изображения.

2.Для сохранения заданной выдержки t необходимо с измене­ нием скорости движения аэрофо­

топленки vn пропорционально из­ менять ширину щели /щ, которая

вщелевом аэрофотоаппарате,

определяемая допустимым сдвигом, значительно больше допусти­ мой выдержки при использовании кадровых аэрофотоаппаратов

втех же условиях.

4.В щелевом аэрофотоаппарате затвор отсутствует, регулиро­

вание экспозиции производится изменением ширины щели и диаф­ рагмированием.

5. Изображение местности получается в виде сплошной ленты. Щелевые аэрофотоаппараты бывают однообъективные и двух­ объективные; они имеют две основные системы механизмов: систему механизмов синхронизации движения аэропленки и систему меха­ низмов регулирования экспозиции (регулирование ширины щели). Управление этими механизмами выполняется в полуавтоматиче­

ском или чаще всего в автоматическом режиме работы [3, 96].

3. Панорамные аэрофотоаппараты (ПАФА)

При панорамном фотографировании (рис. 63) участка местно­ сти 4 используется объектив 3, оптическая ось которого вращается вокруг оси, проходящей через заднюю узловую точку параллельно образующей цилиндра, на котором располагается фотопленка 1. При этом задняя узловая точка находится на оси цилиндра, которая обычно параллельна направлению полета; радиус цилиндра равен фокусному расстоянию объектива. Панорамный аэроснимок полу­ чается путем последовательного перемещения щели 2 по поверхно­ сти аэрофотопленки и ее экспонирования. По форме это обычно прямоугольный снимок в виде кадра, но экспонирование аэро­ фотопленки происходит не одновременно, а последовательно

123

в соответствии со скоростью вращения объектива. Таким образом, панорамный аэроснимок представляет собой развертку местности на цилиндрическую поверхность.

Панорамные аэрофотоаппараты бывают прямого сканирования, осуществляемого качанием (вращением) объектива, и косвенного сканирования, осуществляемого враще­ нием призм или зеркал, установленных

перед объективом [45, 52, 63, 91]. Выдержка tCK, получаемая в ПАФА,

определяется скоростью вращения объек­ тива 1>об или скоростью сканирования пск и шириной щели /щ, т. е.

тива, что способствует получению высоких изобразительных свойств панорамных снимков.

2.Скорость поворота проектирующего пучка при сканировании не зависит от путевой скорости W, что позволяет успешно использо­ вать ПАФА для фотографирования с любого летательного аппарата.

3.Большая ширина снимаемой полосы местности (угол панора­ мирования составляет 140—180°).

4.Необходима точная синхронизация поворота проектирующего пучка с движением аэрофотопленки мимо щели при косвенном спо­ собе сканирования.

5.Сравнение ПАФА с многокамерными АФА и АФА в качаю­ щих аэрофотоустановках показывает, что трехобъективная система гораздо проще размещается в самолете, чем ПАФА, для вращения объектива или призмы которого необходим люк больших размеров, но аэрофильм, полученный ПАФА, гораздо удобнее для рассматри­ вания, хотя менее удобен для определения координат.

6. Применение ПАФА для картографических целей ограничи­

вается сложностью их калибровки (определение элементов внутрен­ него ориентирования) и недостаточной геометрической определен­ ностью получаемых аэроснимков, что является следствием механи­ ческих перемещений частей АФА во время экспонирования (неодновременностью экспонирования всего снимка), однако эти трудности не являются непреодолимыми.

124

Р а з д е л I I I

Физико-химические основы аэрофотографии и метрологическое качество аэрофотоизображения

Г л а в а VII

СТРОЕНИЕ ЧЕРНО-БЕЛЫХ АЭРОФОТОМАТЕРИАЛОВ

И ОБРАЗОВАНИЕ СКРЫТОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

§ 30. Строение фотоматериалов. Структура эмульсионного слоя

Фотографические материалы (фотоматериалы) классифици­

(черно-белые и цветные); в) по виду подложки (фотопленки, фото­

и обеспечивает надежное сцепление эмульсионного слоя с подлож­ кой; противоореольный слой 5 поглощает свет, отраженный от под­ ложки; противослой (на рис. 64 совмещен с противоореольным слоем), наносимый на гибкую подложку, препятствует ее скручи­ ванию. Расположение вспомогательных слоев может меняться: ино­ гда противоореольный слой расположен непосредственно после эмульсионного слоя, у отдельных пленок он отсутствует и т. д.

1. Светочувствительный (эмульсионный) слой

Слой фотографической эмульсии представляет собой дисперсную систему из двух основных компонентов: светочувствительного веще­ ства и связующего защитного вещества с различными добавками.

В качестве светочувствительного вещества используются галоге­ ниды серебра AgHal: AgBr, AgCl и AgJ, имеющие ионную кристал­ лическую решетку. На рис. 65 показаны спектры поглощения (ось ординат — относительная светочувствительность к излучениям раз­ личной длины волны — оси абсцисс) галогенидов серебра: AgBr (кривая 1), AgCl (кривая 2), AgJ (кривая 3) и AgBr + AgJ (кри­ вая 4). Наибольшее применение имеет AgBr.

125

Решетки реальных кристаллов AgHal имеют дефекты — нару­ шения правильного чередования положительных и отрицательных ионов галогенида; появляются ионы, свободно перемещающиеся в кристалле. Такие ионы называются междуузельными или мигри­ рующими, а освобожденные ими узлы — «дырками». Дефекты ре­ шетки играют важную роль в фотографическом процессе — они яв­ ляются ловушками для электронов, которые появляются в резуль­ тате действия света.

В качестве связующего защитного вещества * в фотографиче­ ских эмульсиях используется желатина, которая обеспечивает за­ данное пространственное распределе­ ние во взвешенном состоянии микро­ кристаллов светочувствительного ве­ щества, предохраняет эти кристаллы от укрупнения (агломерации) и выпа­ дания в осадок. Особенность фотогра­ фической желатины — наличие приме­ сей, которые, будучи фотографически активными, влияют на процесс созре­ вания эмульсии и обеспечивают обра­ зование центров светочувствительно­ сти. К таким микропримесям относят­ ся органические вещества — восстано­ вители, которые образовались в про­ цессе изготовления желатины, а также ничтожные примеси сернистых соеди­ нений, производные мочевины и др.

Фотографическая эмульсия, кроме рассмотренных основных компонен­ тов, содержит некоторые химические вещества, которые вводятся

в нее перед поливом на подложку. К числу таких веществ в первую очередь относятся:

а) стабилизирующие вещества (триазолы и'др.), которые спо­ собствуют лучшему сохранению фотографических свойств эмульси­ онного слоя в течение длительного срока, ограничивая рост вуали;

температуру плавления до 90° С и более; в) оптические сенсибилизаторы — органические красители, со­

общающие слою дополнительную чувствительность к зеленой, крас­ ной или инфракрасной области спектра.

Толщина эмульсионного слоя колеблется в очень широких пре­ делах— от 5 до 25 мкм в обычных и до 100 мкм и более в ядерных эмульсиях. Кристаллы AgBr, несмотря на малую толщину эмуль­ сионного слоя, составляют многоярусное наслоение. Обычно эмуль­

* В настоящее время ведутся работы по созданию синтетического защитного коллоида, однако найти эквивалент желатине чрезвычайно трудно.

126

сионный слой содержит 30 и более беспорядочно нагроможденных ярусов микрокристаллов AgHal.

Дисперсность кристаллов галогенидов серебра в эмульсионном слое, их пространственное распределение по размерам, толщина слоя и ореольность определяют с т р у к т у р у н е п р о я в л е н н о г о э м у л ь с и о н н о г о слоя.

Для количественной оценки структуры эмульсионного слоя поль­ зуются следующими характеристиками: а) наносом серебра в грам­ мах на квадратный метр; б) средним диаметром кристаллов; в) тол­ щиной слоя /гэ; г) кривой распределения эмульсионных кристаллов по размерам. Тонкослойные эмульсии характеризуются также отно­ шением веса желатины к серебру.

2.Подложка

Вкачестве подложки — основы, на которую наносят фотографи­ ческую эмульсию, — используют прозрачные и непрозрачные мате­ риалы. К подложкам, применяемым для изготовления аэрофотома­ териалов, предъявляются следующие требования: высокая механи­ ческая прочность и эластичность (для гибких пленок); стабильность размеров; прозрачность и оптическая однородность (для прозрач­ ных материалов); инертность к фотографической эмульсии и ве­ ществам, используемым при химико-фотографической обработке; соответствие заданным термическим свойствам (точка плавления должна быть достаточно высокой, материал не должен воспламе­ няться и гореть, быть морозостойким).

Ваэрофотографии применяются подложки из прозрачных пле­ нок, стеклянные и бумажные подложки.

Подложки из прозрачных пленок изготовляются двух типов: из эфиров целлюлозы и из высокомолекулярных соединений. К пер­ вому типу относятся нитратные и ацетатные (триацетатные) пленки. Нитратные пленки огнеопасны и обладают значительной деформа­ цией и потому в аэрофотографии почти не применяются. Наиболь­ шее применение имеют ацетатные подложки: они не воспламеня­ ются, плохо горят и лучше, чем нитратные, сохраняют свои эластич­ ные свойства в условиях низких температур, но метрическая стабильность их недостаточна. Меньшей деформацией обладают пленки из высокомолекулярных соединений: лавсановая подложка (за рубежом — подложки «кронар» и «эстар»),

§ 31. Образование скрытого изображения

«Фотохимическое превращение может происходить только под воздействием тех лучей, которые поглощаются веществом». Таким

127

образом, фотохимическая реакция возникает, если, во-первых, ве­ щество поглощает лучи, способные оказывать химическое действие, и, во-вторых, падающий лучистый поток содержит эти лучи. Как от­ мечалось (см. рис. 65), кристаллы галогенидов серебра поглощают лучи с длиной волны до 0,5 мкм; эта спектральная область опреде­ ляет так называемую естественную чувствительность галогенидов серебра.

В последующем этот закон был дополнен явлением оптической сенсибилизации. Было установлено (Фогель, 1873 г.), что химиче­ ским действием на данное вещество обладают лучи, поглощаемые специальными добавками, которые называются о п т и ч е с к и м и с е н с и б и л и з а т о р а м и .

Оптические сенсибилизаторы вводятся в фотографическую эмульсию в конце второго созревания перед поливом ее на под­ ложку.

Роль оптических сенсибилизаторов состоит в том, что поглощен­ ную лучистую энергию они передают микрокристаллам галогенида серебра. Для оптической сенсибилизации фотографических эмуль­ сий наибольшее применение нашли фталеиновые и цианиновые кра­ сители.

В зависимости от оптической сенсибилизации различают следую­ щие основные виды фотографических материалов:

1. Десенсибилизированные — слои, обладающие светочувстви­ тельностью, соответствующей зоне поглощения галогенидов серебра

сграницей до Х = 0,5 мкм.

2.Ортохроматические и изоортохроматические — слои с преде­

лом сенсибилизации до К- = 0,6 мкм, причем ортохроматические эмульсии имеют заметное понижение чувствительности в зеленой области (Я,= 0,50^-0,52 мкм); у изоортохроматических слоев введе­ нием соответствующего сенсибилизатора обеспечивается равномер­ ная чувствительность во всей зоне.

3.Панхроматические и изопанхроматические — слои очувствленные до длины волны к = 0,68-^0,73 мкм, причем панхроматические слои имеют понижение чувствительности к излучению с длиной волны А, = 0,52-Р0,55 мкм, у изопанхроматических материалов сни­ жения чувствительности в этой зоне не отмечается.

4.Изохроматические слои, занимающие промежуточное положе­ ние между изоортохроматическими и панхроматическими материа­

лами. Они сенсибилизированы к излучению с длиной волны до к =

тельности имеется очень широкая область А, = 0,6-Р0,7 мкм, к кото­ рой эмульсия не чувствительна. Различают несколько типов инфрахроматических эмульсий в зависимости от характера светочувстви­ тельности в инфракрасной зоне спектра. Каждый такой тип определяет положение добавочного максимума чувствительности,

128

например: инфра 710, инфра 760, инфра 800, инфра 1200, в которых максимум сенсибилизации соответствует длине волны 0,71; 0,76; 0,80; 1,20 мкм.

Для специальных целей изготовляют эмульсии ортоинфра-, панинфра- и изопанинфрахроматические. Эти эмульсии, помимо чувст­ вительности к инфракрасной зоне, обладают одновременно высокой чувствительностью к зеленой или красной зонам спектра, т. е. у этих типов эмульсий обеспечивается чувствительность эмульсии к излу­ чениям широкого спектрального состава.

Предельная длина волны Ягр, определяющая границу сенсиби­ лизации фотоматериалов с AgHal к инфракрасному излучению, определяется вуалирующим воздействием фонового теплового излу­ чения; при получении приемлемой общей чувствительности и вре­ мени хранения (около 2 мес.) л ^ 1 ,3 мкм [62].

На основе изучения чисто фотохимического процесса — реакции образования хлористого водорода в результате поглощения света смесью хлора с водородом — был сформулирован так называемый з а к о н в з а и м о з а м е с т и м о с т и * : «Фотохимическое превраще­ ние определяется произведением освещенности Е реагирующей смеси на продолжительность t ее освещения». Таким образом, со­ гласно этому закону, величина фотохимического эффекта в данном веществе остается постоянной, если соблюдается постоянство сооб­ щаемого веществу количества освещения, т. е.

называется экспозицией (количеством освещения). С учетом спект­ рального характера освещенности имеем

(190)

Однако фотографический процесс, наряду с фотохимическими реакциями, включает и темновые реакции, поэтому в данном случае возникают отклонения от закона взаимозаместимости, т. е. имеет место я в л е н и е н е в з а и м о з а м е с т и м о с т и .

Вследствие явления невзаимозаместимости сообщаемая единице поверхности фотографической эмульсии экспозиция Я, постоянство которой при изменении освещенности Е обеспечивается соответст­ вующим изменением выдержки t, вызовет после проявления образо­ вание неодинаковых величин оптической плотности почернений D. Существует какая-то выдержка t, при которой получается макси­ мальный фотографический эффект Dmax; при другой выдержке эф­ фективность фотохимического воздействия на фотографическую эмульсию уменьшается. Аналогичные процессы происходят при

* Закон открыт Бунзеном и Роско в 1862 г.