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

§ 38. Определение выдержки и регулирование экспозиции при аэрофотографировании

1. Определение выдержки при аэрофотографировании

Из полученных в § 37 экспонометрических формул следует, что для решения экспонометрической задачи, кроме известных харак­ теристик применяемого аэрофотоаппарата (по, q$, Ка) и аэрофо­ топленки (Sd), необходимо знать оптические характеристики ат­ мосферы (Е, Тz, Вл) и ландшафта (г).

В зависимости от способа определения оптических характерис­ тик атмосферы и местности применяют два способа определения выдержки: расчетный и фотоэлектрический.

При расчетном способе оптические характеристики атмосферы выбирают из таблиц для конкретного состояния атмосферы на мо­ мент фотографирования. Такие таблицы приведены в первом раз­ деле книги. В качестве интегральных значений коэффициента яр­ кости при расчете выдержки по формуле (232) обычно принимают

значения г = 0,14 для летнего ландшафта и /- = 0,50 для зимнего ландшафта при наличии снегового покрова. Точность расчета вы­ держки может быть существенно повышена, если вести расчет не по среднему для сезона коэффициенту яркости, а учитывать сред­ ние коэффициенты яркости конкретных фотографируемых участков местности (см. табл. 11—13), а значения освещенности ландшафта, прозрачности атмосферы и яркости дымки получать для конкрет­ ного состояния атмосферы и условий освещения и визирования (см. табл. 8 , 14 и 15). При этих условиях можно ожидать, что ошибка в экспозиции не будет превышать 25—50%, что в большин­ стве случаев приемлемо. Освещенность может быть определена приближенно по рис. 9. Для удобства расчета выдержки разрабо­ таны специальные номограммы — аэроэкспонометры [54, 77,

с. 25—42].

Более перспективен способ определения выдержки, основанный на использовании фотоэлектрических аэроэкспонометров [114,

с. 226—231].

2. Автоматическое регулирование экспозиции при аэрофотографировании

Автоматическое регулирование экспозиции (АРЭ) в аэрофото­ аппаратах основано на «машинном» решении одной из экспономет­ рических формул (230)— (233)

где, кроме использованных в формулах (232) — (233) обозначений, введен коэффициент K's , учитывающий связь между системами

светочувствительности и единицами, используемыми для оценки оптических свойств местности и атмосферы.

170

Величины, входящие в уравнение (235), делятся на три группы: 1) измеряемая величина В" = ВТг + Вя= В' + ВД, определяющая внешние условия аэрофотографирования; 2 ) установочные постоян­ ные величины /<а, 9 ф и Sd, характеризующие фотооптическую си­ стему АФА; 3) «управляемые» величины t, по, изменением которых обеспечивается равенство (235).

На рис. 89 схематично показана связь между основными ве­ личинами, входящими в экспонометрическую формулу. Возможны различные пути решения экспонометрической задачи и разные схемы АРЭ:

1 ) последовательного управления величинами t и по, когда сна­ чала изменяется выдержка t от ^пах до бпт, а затем при необхо­

нее; 3) с обратной связью, когда по отработанной величине диаф­

рагмы, т. е. после получения n0,max, оптимизируется выдержка t

врезультате ее уменьшения;

4)программного управления, когда последовательность опти­

мизации величин t и по задается программой, начальные значения этих величин такие же, как и в схеме последовательного управле­

ния, Т. е. бпах И По, min;

5) программного регулирования экспозиции без фотоэлектричес­ кого измерения яркости лучистого потока, поступающего в объек­ тив АФА; в этом случае в программу вводится не измеренная непо­ средственно яркость В", а ее расчетное значение, полученное для каждого момента фотографирования в зависимости от географичес­ кой широты точки фотографирования, времени съемки, высоты по­ лета, состояния атмосферы и свойств ландшафта, как при таблич­ ном способе расчета выдержки.

Наибольшее применение находит схема последовательного ре­ гулирования, обеспечивающая высокую точность и чувствитель­ ность, а также широкий диапазон изменений яркости.

Недостаток схемы ADO — малый диапазон допускаемых изме­

сложностью и применяется редко. Эта схема вследствие погреш­ ностей в определении освещенности и яркости воздушной дымки, отклонений фактических коэффициентов яркости объектов ланд­ шафта от расчетных и других причин приводит к значительным

171

ошибкам, которые в ряде случаев могут достигать 300% от опти­ мального значения экспозиции. Более точный учет коэффициентов яркости фотографируемых объектов позволяет уменьшить ошибку в два раза [38, с. 113].

АРЭ может быть выполнено по измеренным величинам осве­ щенности или яркости.

АРЭ по измеренной освещенности на практике не применяется, так как такой путь требует априорного знания коэффициентов яркости ландшафта и воздушной дымки и введения данных о них в устройство АРЭ. Необходимость изменения этих данных в по­ лете для повышения точности практически приводит к програм­ мному регулированию экспозиции.

Автоматическое регулирование экспозиции по измеренной яр­

кости возможно по средневзвешенной (интегральной) яркости В\ по минимальной б т щ и максимальной яркости Втах.

Наиболее простой и достаточно хорошо отработан способ ре­

гулирования экспозиции по интегральной яркости В. Точность спо­ соба уменьшается при аэрофотографировании с больших высот [38, с. ПО] и контрастном ландшафте, так как экспозиция в этих случаях не оптимальная для всех участков кадра, возникают большие ошибки при попадании в поле зрения светоприемника об­ лаков и зеркально отражающих (бликующих) поверхностей; кроме того, наличие объектов, сильно отличающихся по коэффициентам яркости (глубокие тени, чернозем, известняк и т. п.), может откло­ нить выбранную экспозицию от оптимального значения.

Регулировать экспозиции по минимальной яркости Вт ш более сложно. Этот способ предусматривает поэлементную развертку всего поля зрения и анализ амплитуды видеосигнала с выделением ее минимального значения. Автоматическое регулирование по Вт щ исключает влияние облаков, но может дать большие ошибки при наличии глубоких теней [38, с. 113].

Регулирование экспозиции по максимальной яркости не приме­ няется, так как объекты, имеющие максимальную яркость (блики

ит. п.), для аэрофотосъемки интереса не представляют.

Вкачестве примера устройства АРЭ по интегральной яркости

на рис. 90 показана схема, примененная в аэрофотоаппаратах АФА-ТЭУ и АФА-ТЭС [32]. Световой поток от объекта поступает через светофильтр 1, компенсационный фильтр 2 и объектив свето­ приемника с диафрагмой 3 на фотокатод вакуумного фотоэлемента 4, спектральная характеристика которого близка к спектральной характеристике панхроматических эмульсий; угол поля зрения объектива светоприемника соответствует углу поля зрения аэрофо­ тообъектива. Под действием света в цепи фотоэлемента возникает фототок, который усиливается блоком усилителя 5. Регулирование экспозиции происходит в два этапа. На первом этапе регулирование экспозиции достигается изменением скорости работы аэрофотозат­ вора. В этом случае фототок с усилителя подается на блок 6, обес­

172

печивающий регулирование числа оборотов двигателя 7 аэрофото­ затвора роторного типа. При этом в соответствии с прямой пропор­ циональной зависимостью между яркостью объекта и выдержкой происходит регулирование экспозиции за счет изменения выдержки от /max до /mm при максимальном значении относительного отвер­

стия объектива (п0,шах) • На втором этапе регулирование экспозиции обеспечивается

изменением относительного отверстия аэрофотообъектива. Для этого после достижения /min при дальнейшем увеличении фототока автоматически включается блок 8 синхронного изменения диамет­ ров диафрагмы аэрофотообъектива 9 и диафрагмы 3 светоприем-

АФА-ТЭУ и АФА-ТЭС показали, что устройства для автоматичес­ кого регулирования экспозиции обеспечивают получение аэросним­ ков с постоянной интегральной плотностью, средние квадратичес­ кие колебания которой не превосходят ±12—16% в районах со значительными колебаниями яркости и ± 7 —10% в других районах.

Диапазон возможных яркостей, отрабатываемых такими систе­ мами, равен 1 : 50—1: 80.

При экспонометрическом расчете и вводе величины светочувст­ вительности в устройства, автоматически регулирующие экспози­ цию, необходимо иметь в виду следующее.

Если при экспонометрическом расчете пользоваться данными фабричного сенситометрического испытания аэрофотопленок, то необходимо учитывать снижение светочувствительности, происходя­ щее при хранении. Наиболее сильно снижается светочувствитель­ ность высокочувствительных аэрофотопленок. Так, например, за

173

6 месяцев хранения светочувствительность So.ss особо высокочувст­ вительных аэрофотопленок (тип 13) может снизиться на 50% и более, высокочувствительных (тип 15)— на 30%, аэрофотопленок средней чувствительности — на 2 0 %.

При длительном хранении процесс снижения светочувствитель­ ности распадается на три временных этапа, ограниченных точками Л, Б и С. В точке А заканчивается процесс первого быстрого сни­ жения светочувствительности, в точке В начинается второе сниже­ ние светочувствительности, между точками А и В светочувствитель­ ность почти не меняется, т. е. SA~ S B- Точка С определяет границу, допускающую использование фотопленок.

Значения времени хранения tA, tB, tc и светочувствительности

Sc —0,4Smax;

3) для пленок средней чувствительности «Фото-65», «Фото-130» — tA = 14 мес., SA~0,62Бхпах| tB^ 30 мес., S B~0,3Smax', tc ’===35 мес., Sc ~0,43Smax.

§ 39. Выбор аэрофотопленки, светофильтра и времени аэрофотографирования различных ландшафтов местности

При выборе типа аэрофотопленки, светофильтра и времени аэрофотографирования решаются три задачи: а) определение опти­ мальной спектральной зоны аэрофотографирования; б) вычисление требуемой величины светочувствительности аэрофотоплеики или определение уровня освещенности (времени суток), допускающего применение данного типа аэрофотопленки; в) выбор требуемого типа аэрофотопленки по коэффициенту контрастности или установ­ ление требования к величине гаммы проявления.

1. Выбор оптимальной спектральной зоны аэрофотографирования

пленки, а в коротковолновой области спектра — применяемым све­ тофильтром. Следовательно, задача определения оптимальной спектральной зоны аэрофотографирования состоит в выборе типа аэрофотопленки по спектральной чувствительности и светофильтра.

Выбор оптимальной спектральной зоны аэрофотографирования может быть произведен на основе расчета фотоактиничных потоков

(см. формулу (227)).

Более просто эта задача решается следующим образом.

Для различных длин волн исследуемой области спектра вычис­ ляют значения контрастов U' типовых элементов ландшафта (см. формулу (59)) с учетом предполагаемого коэффициента задым­

174

ленности атмосферы (см. табл. 15) для заданной высоты фотогра­ фирования. Очевидно, что два объекта передадутся раздельно только в том случае, если контраст лучистых потоков, строящих

И'> 1 , 1 и U' >1,25.

Вкачестве примера в табл. 20 сделан расчет контрастов двух типов растительных образований (класс II): тип 3 и тип 2 (см.

Величины коэффициентов задымленности хд всей толщи атмо­ сферы взяты из табл. 15. Коэффициенты хд, н и значения контрас­ тов U' вычислены по формулам (59) и (61). Из табл. 20 следует, что исходный контраст U объектов уменьшается с увеличением высоты полета (U'<U). Можно выбрать наивыгоднейшую спект­ ральную зону фотографирования с различных высот, обеспечиваю­ щую выделение заданных объектов на фотоизображении с требуе­ мым контрастом.

Наивыгоднейшие спектральные зоны фотографирования Янв, где контраст 6Н>0,05, выделены в табл. 20 сплошной линией. При Я = = 2 км Япв>0,5 мкм; при Я = 4 — 8 км Янв>0,55 мкм; при Я > 16 км

?4 >пт^ 0,65 мкм.

175

Расчет наивыгоднейших спектральных зон аэрофотографирова­ ния типовых объектов ландшафта по изложенной методике позво­ лит дать обоснованные рекомендации для выбора оптимального со­ четания типа аэрофотопленки и светофильтра.

2.Выбор аэрофотопленки по величине общей светочувствительности

икоэффициенту контрастности

Сравнение равенств (232) и (179) приводит к формуле

т. е. в данных условиях должна быть применена аэрофотопленка высокой чувствительности, например тип 15.

Решение формулы (236) относительно освещенности позволяет найти ответ на вопрос о времени суток, когда возможно примене­ ние данного типа аэрофотопленки.

При выборе аэрофотопленки по величине общей светочувстви­ тельности или определении пороговой освещенности земной поверх­ ности, допускающей применение того или иного типа пленки, сле­ дует учитывать снижение светочувствительности при их хранении (см. § 38). Если величина aw , доп не лимитируется, то решается формула (232).

При выборе аэрофотопленки по коэффициенту контрастности учитывается контраст фотографируемого ландшафта и значения Урек- При фотографировании горного ландшафта используют аэро­ фотопленки, у которых Урек = 0,9—1 ,0 ; при съемке пустынного (Урек = 1 >6) ландшафта выбирают аэрофотопленки более контраст­ ные.

Допустимая величина нерезкое™ aw, обусловленная поступа­ тельным движением самолета при экспонировании аэрофотопленки, зависит от назначения аэроснимков, их масштаба и для конкретных условий съемки определяется техническими требованиями.

Например, если аэроснимки используются для составления фо­ топланов и обновления карт без рисовки рельефа, то О ш ^ 0 , 1 мм; при инструментальном дешифрировании мелкомасштабных аэро­ снимков и их обработке на стереофотограмметрических приборах а ^ = 0 , 0 2 мм.3

3. Оптимальные условия применения основных сортов аэрофотопленок

Рассмотренные условия, определяющие оптимальный тип аэро­ фотопленки, светофильтр и правильную выдержку, дополняются • требованием учета природных характеристик района съемки.

На основании опыта и расчетов определены оптимальные усло­ вия применения различных аэрофотопленок.

176

В условиях слабой освещенности применяют изопанхроматические аэрофотопленки тип 13 и 15, обладающие высокой светочув­ ствительностью, причем аэрофотопленка тип 15Т дает хороший эффект при фотографировании в тропической зоне (сильно задублена) и в условиях низких температур (морозостойкая).

Если условия освещения позволяют применять менее светочув­

дымке (больших высотах), если позволяют условия освещения, ре­ комендуется аэрофотопленка тип 18.

Со всеми изопанхроматическими аэрофотопленками возможно

ляют по границам выбранной зоны фотографирования. Инфрахроматические аэрофотопленки, например И-760, дают

хороший эффект при съемке растительного покрова, для опозна­ вания увлажненных участков, для уточнения водных границ, а также при съемке с больших высот в условиях повышенной за­ дымленности атмосферы. Однако следует учитывать, что некото­ рые объекты при фотографировании на инфрахроматическую аэрофотопленку И-760 воспроизводятся хуже, чем при съемке в ви­ димой зоне, например, светлые дороги сливаются с травяной расти­ тельностью, возможна потеря деталей в тенях, где освещенность создается светом, рассеянным атмосферой, т. е. преимущественно коротковолновым излучением. Поэтому обычно рекомендуется од­ новременно с фотографированием на инфрахроматическую аэрофо­ топленку производить съемку на панхроматическую эмульсию.

При' практическом использовании выбранного типа аэрофото­ пленки учитывают некоторые дополнительные факторы: сезонные изменения ландшафта, рельеф местности, масштаб фотографиро­ вания и т. д. [54, 91].

Глава X

ХИМИКО-ФОТОГРАФИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЧЕРНО-БЕЛЫХ АЭРОФОТОПЛЕНОК.

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО ПРОЯВЛЕННОГО АЭРОФОТОИЗОБРАЖЕНИЯ

§ 40. Фотографическое проявление черно-белых аэрофотопленок

1. Сущность фотографического проявления

Фотографическое проявление предназначено для превращения скрытого изображения в видимое путем избирательного восстанов­ ления экспонированных микрокристаллов галогенида серебра до

металлического серебра. Реакция проявления имеет вид (см. фор­ мулу (193).

(проявляющего вещества), а Ох — окисленная форма проявляю­ щего вещества.

Таким образом, реакция проявления есть реакция восстановле­ ния, причем эта реакция носит избирательный характер. Избира­ тельность восстановления галогенида серебра заключается в том, что скорость реакции восстановления находится в соответствии с количеством освещения, сообщенного данному участку слоя.

Процесс проявления можно разделить на две стадии: 1) диффу­ зии, набухания желатины и проникновения проявляющего веще­ ства внутрь слоя; 2 ) избирательного восстановления экспониро­ ванных кристаллов галогенида серебра и агрегации металлического серебра с образованием видимого изображения.

Скорость проявления и количество образующегося при этом металлического серебра определяются как скоростью химической реакции избирательного восстановления кристаллов галогенида се­ ребра, увеличивающейся с повышением концентрации ионов Redпроявляющего вещества и ионов серебра Ag+ у поверхности вос­ станавливаемого кристалла, так и скоростью диффузии, быстротой проникновения проявляющего вещества в глубину слоя, от чего зависит обмен в эмульсионном слое использованного проявляю­ щего вещества на свежий. В фотографической практике скорости этих процессов чаще всего соизмеримы и скорость всего процесса определяется обоими процессами, причем в участках слоя, где экс­ позиция мала, в единице объема восстанавливается мало серебра, поэтому проявителя, находящегося в слое, достаточно для доведе­ ния процесса до конца. В этом случае емкость слоя велика и ход проявления не зависит от диффузии компонентов раствора в слой. В участках, получивших большую экспозицию, в единице объема восстанавливается много серебра и проявляющего вещества, нахо­ дящегося в слое, недостаточно для доведения процесса проявления до конца; к тому же концентрация продуктов реакции проявления велика, что также тормозит процесс восстановления. В этих слу­ чаях емкость слоя мала и ход процесса проявления зависит в ос­ новном от скорости диффузионного обмена.

Диффузионный характер процесса проявления обусловливает возникновение так называемых п о г р а н и ч н ы х э ф ф е к т о в . Пограничные эффекты проявления состоят в том, что на границе двух участков изображения, сильно различающихся по экспози­ ции, образующиеся оптические плотности не соответствуют экспози­ циям, сообщаемым этим участкам: на краю участка с большей экс­ позицией плотность увеличивается (образуется темная полоска), а вдоль границы на участке меньшей плотности почернение умень­ шается (образуется светлая полоска).

178

Возникновение указанных эффектов обусловлено следующим. При проявлении участка, получившего большую экспозицию,

проявитель истощается сильнее (образуется больше свободного бромида), чем при проявлении участка меньшей экспозиции. Воз­ никают два противоположно направленных потока проявителя: ис­ тощенный проявитель из участка большей экспозиции диффунди­ рует в участок меньшей экспозиции — образуется белая полоска, размытая со стороны светлого поля; мало истощенный проявитель, диффундируя в обратном направлении с участка меньшей плотно­ сти в участок большей плотности, ускоряет проявление слоя на участке большей плотности вблизи границы, где образуется темная полоска, размытая со стороны темного поля.

Пограничные эффекты проявления отрицательно влияют на ка­ чество изображения при фотографировании мелких деталей, резко отличающихся по яркости. Влияние этих эффектов существенно

с которого затем получают дубликат негатива (контратип). Влияние пограничных эффектов проявления ослабляется хоро­

шим перемешиванием проявляющего раствора в процессе проявле­ ния, а также при достаточно полном проявлении; эффекты прояв­ ления обнаруживаются в большей степени на крупнозернистых эмульсиях, чем на мелкозернистых.

2. Проявляющие растворы

Проявляющий раствор содержит: проявляющее, защитное (со­ храняющее или консервирующее), ускоряющее, противовуалирующее вещества, добавочные компоненты и растворитель — воду.

Количество каждого вещества, входящего в состав проявляю­ щего раствора, определяется его назначением, свойствами исполь­ зуемых веществ и условиями применения.

Преимущественное применение в фотографии имеют органиче­ ские проявляющие вещества, являющиеся в большинстве случаев производными бензола, как, например, гидрохинон, метол и фенидон или метилфенидон.

В фотографической практике очень широко применяются ком­ бинации метола и гидрохинона, гидрохинона и фенидона (метилфенидона). Метол и гидрохинон, действуя совместно, удачно до­ полняют друг друга и в зависимости от их соотношения можно по­ лучать проявляющие растворы различных свойств. Разнообразные по химическому действию проявляющие растворы получают со­ четания гидрохинона с фенидоном или метилфенидоном. Причем фенидон и метилфенидон обладают некоторыми преимуществами перед метолом; например, концентрации этих веществ в 5—15 раз меньше, чем метола, отмечается отсутствие токсических свойств, бесцветность продуктов окисления.

Кроме названных проявляющих веществ, применяют другие, например, парааминофенол солянокислый, парафенилендиамин