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

Для вычисления светочувствительности в логарифмических еди­ ницах применяется формула

в немецкой системе ДИН—4512-61. Изменению числа 5 П1.„ на еди-

Д И Н

ницу соответствует изменение экспозиции Н в 1,26 раза, при изме­ нении 5ДИН на 3 и 10 единиц Н изменяется соответственно в 2 и

10раз.

§34. Гранулометрические характеристики аэрофотопленок

Зернистая структура фотографической эмульсии вызывает рас­ сеяние света в слое при экспонировании и ограничивает возмож­ ность воспроизведения мелких деталей и резкость изображения. Зернистость эмульсии предопределяет зернистую структуру прояв­ ленного фотографического изображения и ограничивает пределы увеличений.

Дисперсность почернения, определяемая внешними очертаниями отдельных микрокристаллов эмульсии, а также их пространствен­ ным распределением, называется м и к р о з е р н и с т о с т ь ю . Мик­ розернистость выявляется при увеличениях порядка 1000х.

Неоднородность почернения равномерно экспонированного и одинаково проявленного участка фотографического изображения, наблюдаемая при относительно небольших увеличениях — порядка

тики наибольшее значение имеет макрозернистость, которая как пространственный фотографический шум снижает возможность об­ наружения на аэроснимке малоконтрастных деталей и ограничи­ вает возможный предел увеличения. При этом различают визуаль­ ную зернистость и микрофотометрическую зернистость (грануляр­ ность) .

Визуальная зернистость, наблюдаемая при визуальном рассмат­

где пкр— увеличение, при котором становится заметной зернистая структура изображения.

Фактор зернистости измеряется при помощи автоматического проекционного гранулометра ПП-48, схема которого показана на рис. 79 [26]. Прибор ПП-48 — горизонтально расположенный пре­ цизионный увеличитель. Свет от лампы 1 (СЦ-62) через набор сменных цветных светофильтров •— блок 2, которых используют при

150

испытании цветных полей, и блок 3 с набором последовательно устанавливаемых серых светофильтров освещает измеряемое поле 4. Изображение этого поля, построенное микрообъективом 5, совме­ щается с детектором зернистости 7, в качестве которого служит фотоматериал — пленка «ФОТО-32»; затвор 6 обеспечивает полу­ чение различных экспозиций.

Объектив гранулометра автоматически фокусируется при 16 масштабах увеличения — от 1,5 до 42,5х. Гранулометр обеспечивает измерение фактора зернистости в пределах 2,4—67.

При визуальной оценке зернистости существенно влияет вели­ чина оптической плотности образца — гранулограммы. Поэтому фактор зернистости определяется для различных значений опти­ ческой плотности, обычно для £>1 = 0,5; £>2=1,0; £>з=1,5.

РИС. 79

Если при визуальной оценке зернистости обеспечивается посто­ янная яркость изображения гранулограммы, то отмечается почти монотонное возрастание G с увеличением оптической плотности.

Объективная зернистость или гранулярность как изменение плотности при переходе от одного малого участка к другому, полу­ ченному при той же экспозиции и проявленному в тех же условиях, оценивается отношением сигнал/шум (ОСШ). В зависимости от того, что принимается в качестве сигнала и шума, получают раз­ личные характеристики гранулярности, между которыми имеется хорошая корреляционная связь [15, 21, 24, 49; 87, с. 171—221].

В ряде случаев в качестве сигнала принимают среднюю плот­ ность А, а в качестве шума — среднеквадратическое отклонение Ог>

плотности от этой величины. В этом случае О СШ =— - определяет

погрешность измерения oD на элементарном участке изображения, где измерялась величина Оп- Схожий смысл имеет величина характеризующая отношение полезной оптической плотности по­ чернения D — D0, равной разности между фактически измеренной плотностью данного почернения D и плотностью вуали D0 к фак­ тору зернистости G, т. е. [24]

(2И)

Часто при оценке гранулярности ограничиваются определением величины ав. В системе RMS [113] эта величина определяется как среднеквадратическое значение флуктуаций бD оптической

151

плотности, измеренных микрофотометром на п точках при задан­ ных апертуре микрофотометра и площади сканирования, т. е.

(212)

где бD = D — D — отклонения оптической плотности в какой-либо

точке от среднего значения .0 = 1,0.

В последнее время для характеристики зернистости пользуются спектром гранулярности Ф{Щ [15, 21, 87, с. 171—221]. График функции Ф(УУ) описывает изменение спектральной плотности (отно­ шения мощности или среднего квадрата амплитуд оптической плот­

рассеяния света в эмульсионном слое и ореола отражения, возни­ кающего при отражении света от подложки. Как показано на рис. 80, направленный световой поток, падающий на участок аа' оптичес­ кого изображения, вследствие диффузного рассеяния света в эмуль­ сионном слое I распространяется за пределы этого участка, дости­ гая границ bb' (диффузный ореол). Часть света, прошедшего через эмульсионный слой 1 и подложку 2, падает на поверхность раздела «подложка — воздух»; если угол падения равен углу пол­ ного внутреннего отражения или превышает его, то световые лучи полностью отражаются от подложки и вновь проникают в эмульси­ онный слой, экспонируя кристаллы галогенидов серебра, лежащие на их пути: участки сс' и dd'. На рис. 80 показан случай, когда ореол отражения образуется отдельно от диффузного ореола и воз­ никает при очень толстых подложках (1 мм и более). Обычно ореол отражения сливается с диффузным ореолом.

Для уменьшения диффузных ореолов изготовляют тонкие эмуль­ сионные слои, уменьшают размеры исходных кристаллов, прокра­ шивают эмульсионный слой.

Для защиты эмульсионных слоев от ореола отражения приме­ няют различные способы: а) нанесение на подложку противоореольного слоя (желатиновый светопоглощающий слой, окрашенный

152

в неактиничный цвет), б) прокрашивание подложки, в) окрашива­ ние противослоя.

Мерой защиты фотопленок от ореола отражения служит коэф­ фициент противоореольности Ап, определяемый как отношение экс­ позиции, вызвавшей полезное почернение в кольце ореола отраже­ ния, к экспозиции, вызвавшей образование ореола в его центре [95, с. 170]. При Л /,^20 качество изображения практически не снижается [14].

§ 35. Резкостные характеристики аэрофотопленок

Резкость изображения — одна из важнейших характеристик аэроснимка, определяющая отчетливую передачу деталей. Однако вследствие рассеяния света на эмульсионных кристаллах фотослоя даже абсолютно резкая граница будет воспроизводиться с какой-то степенью нерезкости. На рис. 81 показано изменение оптической плотности D в изображении объекта, имеющего абсолютно резкую границу (полуплоскость). Кривая 1,

выражающая функцию D (х) измене­

ния оптической плотности D на гра­ нице двух почернений с оптическими

молинейного участка и двух закругле­ ний по концам, из которых верхнее называется плечом, а нижнее —

п я т к о й .

ния, определяемая как разность оптических плотностей двух сосед­ них элементов фотографического изображения. Величину бDH называют также т о н о в ы м к о н т р а с т о м .

ной кривой на ось абсцисс.

На форму пограничной кривой влияют длина прямолинейного участка кривой и вид закруглений («плеча» и «пятки»).

153

Длина зоны перехода с учетом формы пограничной кривой, ее градиента используется для оценки резкостных свойств фотопле­ нок, причем чем меньше зона перехода и чем больше градиент по­ граничной кривой, тем выше резкость изображения.

Наилучшее согласие с визуальной оценкой резкости фотографи­ ческого изображения получается при определении среднеквадрати­ ческого градиента — критерия «четкость», по Джонсу и Хиггинсу [13, 80, с. 70—92]. Так как определение среднеквадратического гра­ диента сопряжено с довольно сложными расчетами, то часто рез­ кость фотопленок оценивают по максимальному [17] или среднему [80, с. 70—92] градиенту пограничной кривой. В последнем случае четкость Ры вычисляют по формуле

(214)

где gx•—средний градиент, определяемый наклоном прямой, сое­ диняющей концы пограничной кривой (см. прямую 2 на рис. 81).

В последние годы для оценки резкостных свойств аэрофотопле­ нок используется диффузиметрический метод [36; 37; 49; 56; 80,

с. 70—92; 95; 96; ПО].

Метод фотографической диффузиметрии основывается на ис­ пользовании функции контрастности, характеризующей в логариф­ мической мере контраст изображения непрозрачной полоски, окру­ женной светлым полем, в зависимости от ее ширины. Параметр функции контрастности — диффузиметрический коэффициент резко­ сти КР— выражается в микрометрах и показывает расстояние от центра экспонируемой полоски до того места размытого контура, где оптическая плотность образована экспозицией, составляющей 0,1 экспозиции, поступившей на ось полоски. Величина Кр опреде­ ляется из уравнения

(215)

при условии lg = —— =1.

В формуле (215): J0/J — отношение интенсивности света, выз­ вавшей почернение вне оси полоски, к интенсивности рассеянного света, вызвавшего почернение под непрозрачной полоской; b — ширина полоски.

График функции контрастности строится по результатам микрофотометрирования фотографических изображений специального тест-объекта. Тест-объект для диффузиметрического испытания фо­ топленок состоит из серии непрозрачных штрихов (полосок) раз­ личной ширины Ь, равной 12,5; 25; 50 и 100 мкм; расстояния между штрихами равны их 10-кратной ширине. Тест-объект совмещен с сенситометрическим клином. Измерение оптической плотности изображения оси штриха дает возможность по характеристической кривой определить величину наложенной освещенности, которая будет уменьшаться о увеличением ширины штрихов Ь, так как дей­

154

ствие рассеянного света на ось штриха будет при этом умень­ шаться; по оптической плотности изображения фона (промежутка между штрихами) определяют действующую освещенность. По ре­ зультатам определения / 0 и / для штрихов различной ширины стро­ ится график функции контрастности; обычно по оси абсцисс откла­

дывают величины Ь, а по оси ординат — Величина диффузи-

метрического коэффициента резкости Кр определяется по графику функции контрастности при условии lg — = 1. Диффузиметрический

преобладающем влиянии послед­ него. На рис. 82 стрелками пока­

зана схема определения величин КР. Кривые получены при обра­ ботке аэрофотопленок в проявителе № 1 до упр=1,2—1,5 (для аэро­ фотопленки тип 18 упр = 2,6): 1—3 — высокочувствительные крупно­ зернистые эмульсии без противоореольного слоя: 1— тип 10, Кр = =46 мкм; 2 — тип 13, Кр = 54 мкм; 3 — тип 15, КР = Ъ2 мкм; 4 — тонкослойная эмульсия средней чувствительности без противооре­ ольного слоя, аэрофотопленка тип 17, Кр = 39 мкм; 5 — весьма тон­ кослойная малочувствительная эмульсия на прокрашенной под­ ложке, аэрофотопленка тип 18, /СР = 23 мкм; 6 — тонкослойная эмульсия средней чувствительности с противоореольным контр­

155

Константа К ф и соответствующее ей значение коэффициента

резкости Кр могут быть рассчитаны, если известна толщина ha и оптическая плотность непроявленного эмульсионного слоя Дэ [110],

Формула (216) дает хорошее согласие с экспериментальным определением коэффициента резкости при толщине слоя не меньше 20 мкм и оптической плотности не менее 0,5.

Коэффициенты резкости Кр и К ф фотопленок практически ха­

рактеризуют визуально обнаруживаемую размытость изображения. Однако использование этих характеристик для установления связи между отдельными элементами аэрофотографического процесса затруднительно. Надежность определения коэффициента Кр зави­ сит от того, насколько полно исключено или учтено влияние ореола отражения (20^Л /1<50).

§ 36. Резольвометрические характеристики аэрофотоплекок

Резольвометрические характеристики определяют способность фотоматериала раздельно воспроизводить мелкие близко располо­ женные детали объекта фотографирования. В настоящее время ис­ пользуются две группы характеристик: одна связана с разрешаю­ щей способностью фотографической эмульсии (ГОСТ 2819—68) и определяется по резольвометрической кривой (кривой разреше­ ния), другая описывается контрастно-частотной характеристикой.

1. Разрешающая способность аэрофотопленок

Резольвометрическая кривая 1 (рис. 83) есть график функции, характеризующей изменение разрешающей способности R иссле­ дуемого фотоматериала от экспозиции Н или логарифма экспози­ ции; одновременно с кривой 1 строится характеристическая кри­ вая 2; эти две кривые составляют так называемый резольвометрический график, на котором, кроме кривой 1, полученной для миры абсолютного контраста, построена резольвометрическая кривая 3 для миры малого контраста.

По резольвометрическому графику получают (схема определе­ ния характеристик на рис. 83 показана стрелками):

а) максимальное значение разрешающей способности Rшах ДАН­ НОГО материала;

б) резольвометрическую широту LR, как разность логарифмов экспозиций, в пределах которой изменение разрешающей способно­

в) резольвометрическую плотность DR, которой называется оптическая плотность, соответствующая максимальному значению разрешающей способности /?тах.

156

Названные резольвометрические характеристики позволяют ре­ шать ряд практических задач. Величина Rmах определяет пре­ дельно возможное разрешение мельчайших, близко расположенных деталей объекта фотографирования. Резольвометрическая широта Lr определяет допустимый интервал яркостей /о правильно экспо­ нированного объекта фотографирования, детали которого будут воспроизводиться с разрешением не хуже 0,8/?тах. Таким образом, Lr существенно дополняет сенситометрический показатель слоя — фотографическую широту L, которая ограничивает величину интер­ вала яркости объекта фотографирования k, различия в яркостях которого будут при правильной выдержке переданы пропорцио­

нально. Резольвометрическая плотность Dr определяет почернение, при котором получается максимальное значение разрешающей спо­ собности Rmax-

Разрешающая способность фотографического материала опре­ деляется приборами — резольвометрами, при помощи которых на испытуемый фотографический слой копируют миру. Обычно приме­ няют проекционный способ копирования. Проекционный резольвометр (рис. 84) [26] состоит из источника света 1 (лампа К7), свето­ фильтра искусственного солнечного света 2, комплектов серых 3 и цветных 4 светофильтров, изменяющих величину экспозиции и

ное освещение штриховой миры 7 абсолютного контраста, ахрома­ тической корректировочной коллиматорной линзы 8, относящей плоскость миры в бесконечность, микрообъектива 9, который с уменьшением не менее 30х строит изображение миры в плоскости эмульсионного слоя испытуемого фотоматериала 10. Фокусировка

157

б — средней чувствительности (тип 17), в — малочувствительных

(тип 18).

Разрешающая способность зависит от контраста миры. Предло­ жено несколько формул, позволяющих рассчитывать разрешающую способность R по мире любого контраста, если известна Rmах, по­ лученная по мире абсолютного контраста.

Наиболее употребительны формулы [2; 78, с. 139—188; 95,

с. 172]

где ADyj — интервал плотностей в изображении миры;

Км, К'х м — контрасты миры, определяемые формулами (49) и

(123).

По результатам определения разрешающей способности фото­ пленки по мирам разных контрастов может быть построена кривая порогового контраста фотопленки, которая строится в координатах К у — ось ординат и N (мм-1) — ось абсцисс [75]. В отдельных слу­

чаях для построения кривой порогового контраста фотопленки мо­ жно ограничиться данными экспериментального определения мак­ симальной разрешающей способности Rmах из резольвометрических испытаний, а значения R рассчитать по формуле (218), задаваясь различными величинами K'N. Допускаемая при этом ошибка не бу­

где aD — зернистость в единицах RMS (см. формулу (212)); TN — коэффициент передачи контраста при частоте N (определяется по КЧХ); у — коэффициент контрастности.

Разрешающая способность аэрофотопленок —• полезный крите­ рий для оценки свойств последних передавать мелкие детали на по­ роге разрешения, но она не дает хорошего согласия с визуальной оценкой резкости. Соотношения между значениями разрешающей способности аэрофотопленки, аэрофотообъектива, а также учет влияния сдвига и атмосферной оптики сложны и изучены весьма приближенно. Поэтому, наряду с измерением разрешающей способ­ ности аэрофотопленок, определяют еще их контрастно-частотную характеристику.

159