Глава 2. Отримання зображення аерофотоапаратом

2.1 Аналоговий метод

Фотографічний знімок (Аерознімок, аеронегатив), відповідно до законів геометрії, являє собою перспективне зображення, побудоване в центральній проекції, в якій частина променів світла, відбитих від об'єкта зйомки, проходять через одну точку, звану центром проекції.

Насправді фотографічне зображення будується за допомогою об'єктива, що представляє собою складну оптичну систему, що складається з комбінації збірних і розсіюють лінз і призначену для отримання дійсного зворотного зображення фотографується. Всі лінзи об'єктива обмежені кульовими поверхнями різних радіусів і центровані відносно прямої, що проходить через центри кривизни всіх лінз. Ця пряма називається головною оптичною віссю, а збігається з нею промінь - головним оптичним променем. Ідеальна оптична система, обмежена двома сферичними поверхнями. На головній оптичній осі розташовані передня і задня вузлові точки, віднесені до простору предметів і простору зображення відповідно. Передня вузлова точка називається центром фотографування, а задня - центром проектування. Луч, що потрапляє в передню вузлову точку S1, при виході з задньої вузлової точки S2 зберігає первинний напрям. Площини Н1Н1 і Н2Н2, що проходять через вузлові точки перпендикулярно до головної оптичної осі, називаються головними площинами об'єктива, на яких і відбувається заломлення променів. Луч, паралельний головній оптичній осі, після заломлення перетинає її в точці, званої головним фокусом. Таких точок дві: передній фокус F1 в просторі предмета і задній фокус F2 у просторі зображення. br/>

Площина РР, в якій виходить різке зображення об'єкта, який фотографується, називається фокальною площиною. Залежно від відстані між об'єктивом і фотографованим об'єктом положення фокальної площини змінюється, і при достатньому видаленні об'єкта вона проходить через головний фокус. Площини, що проходять через головні фокуси F і 2 ^ 2 перпендикулярно до головної оптичної осі, називаються головними фокальними площинами. Відстані між вузловими точками об'єктива і точками фокусу для застосовуваних при аерофотозйомки об'єктива і позначаються символом f. Промінь, що проходить через передній фокус, після заломлення стає паралельним головної оптичної осі. p align="justify"> Вилучення точок А і а від передньої і задньої вузлових точок пов'язані з фокусною відстанню відомою формулою оптичного сполучення

/f = 1/D + 1/d

де f - фокусна відстань об'єктива; D, d - відстані вздовж головного оптичного променя від передньої і задньої вузлових точок до точки об'єкта А і точки зображення а відповідно.

Відстань між вузловими точками об'єктива S1 і S2 не впливає на хід променів, і в фотограмметричних побудовах їх об'єднують в одну, розглянуту одночасно як центр фотографування та проектування. У зв'язку з цим обидві частини кожного проектуючого променя будуть представляти одну пряму лінію. br/>В 

При аерофотозніманню можна вважати, що об'єкт знаходиться в нескінченності, і величиною 1/D у формулі можна знехтувати.

У цьому випадку d = f тобто зображення об'єкта (місцевості) будується в головній фокальній площині. У цій площині і поміщають світлочутливий матеріал (фотоплівку), на якій виходить зображення фотографується місцевості. Це дозволяє застосовувати для визначення масштабу горизонтального аерознімками просту залежність, що витікає із подібності трикутників:

/m = (a * b)/(A * B) = l/L = f/H об'єктив, або знімальний об'єктив, - основна і обов'язкова частина будь-якого фотоапарата. Об'єктив формує світлове зображення об'єкта зйомки і проектує його на світлочутливий шар фотоматеріалу. Світлові промені від точкового джерела поширюються в усі сторони рівномірно і прямолінійно. При переході з одного середовища в іншу (наприклад, на кордоні скло-повітря) вони переломлюються, тобто змінюють напрям поширення. Для зміни напрямку променів застосовують лінзи, дзеркала, призми; при цьому пучок променів можна зробити збіжним, розбіжним або паралельним. Поверхні лінз можуть бути опуклими, увігнутими і плоскими. Опуклі й увігнуті поверхні мають сферичну форму. Сферичної називається форма поверхні кулі (або його частини). Радіус кулі є радіусом кривизни лінзи, а його центр - центром кривизни. Плоскі поверхні можна також розглядати як сферичні з нескінченно великим радіусом кривизни. p Залежно від виду кривизни поверхонь розрізняють лінзи двоопуклі, двоввігнуті, Плоскоопукла, плосковогнутим і вогнутовипуклие.

Лінзи, товщина яких в середині більше, ніж по краях, - збірні і називаються позитивними, а ті, у яких товщина більше по краях, - розсіюючими і називаються негативними. Пряма лінія, що проходить через центри кривизни поверхонь лінзи, є її віссю симетрії, вона ж - оптична вісь лінзи.Хід променя через елементарний ділянку лінзи можна розглядати як клин, якщо він не розташований в середині лінзи. Робочі поверхні такої ділянки умовно можна вважати плоскими. Чим ближче до краю обрано ділянку, тим більше буде його клиновидность, тобто кут між робочими поверхнями. Проходячи через таку ділянку, промінь світла заломлюється, тобто відхиляється в бік основи клину, спочатку на межі повітря-скло, а потім на кордоні скло-повітря. Пучок паралельних променів, що проходить через лінзу вздовж її оптичної осі, перетворюється позитивної лінзою в сходиться, а негативною - у розходиться. Умовно вважають, що промені пучка відхиляються на вході і на виході з лінзи, як при перетині передньої і задньої оптичних площин. При розгляді тонких лінз допускається, що ці площини поєднані в одну. Така площину ділить навколишній простір на дві частини. На схемах прийнято зображати поширення світла зліва направо. Тому ліворуч від площини буде простір об'єктів (предметне простір), а праворуч - простір зображень. Відповідно точки і відрізки, розташовані зліва, називаються передніми, а розташовані праворуч - задніми. Паралельний пучок променів, пройшовши позитивну лінзу, сходиться в точці фокусу лінзи. p> Точка перетину оптичної площині лінзи оптичної віссю називається оптичним центром. Відстань від оптичного центру до точки фокусу називається головним фокусною відстанню лінзи. p> Якщо перед лінзою знаходиться не точкове джерело світла, а деяка поверхня, від кожної її точки на лінзу будуть падати світлові промені. Якщо ця поверхня знаходиться на відстані не меншому, ніж нескінченність, зображення її точок лежать у фокальній площині, а їх сукупність утворює світлове зображення поверхні. p> Одиночна лінза в різних ділянках фокальній площині зображує точки у вигляді гуртків, рисок, запитах і точок; ці спотворення називаються абераціями. Якщо розмір перекручених зображень точок не перевищує 0.1мм, то при нормальному зорі всі вони сприймаються як точки. p> Але у фотографії зображення часто збільшують у десятки разів і зазначені спотворення стають помітними. Тому поодинокі лінзи в якості об'єктивів практично не використовують, перевагу віддають об'єктивам, що складається з 3 - 10 лінз, в яких аберації зменшені (виправлені). p> Розміри зображення будуть тим більше, чим більше розміри самого об'єкта, чим він ближче до лінзи і чим більше її фокусна відстань. Якщо об'єкт з нескінченності наблизиться до області кінцевих відстаней, промені, які від різних точок його поверхні, не можна вважати паралельними. Тому зображення цих точок будуть отримувати не в головній фокальній площині, а за нею. p> Чим ближче об'єкт, тим далі за лінзою виходить його зображення і тим більшим буде воно за розміром. Коли об'єкт наблизиться на подвійне фокусна відстань, і його зображення виявиться на такій же відстані за лінзою. Такі умови виникають, наприклад, макрозйомці (з близької відстані). Якщо об'єкт віддалений від лінзи на відстань, рівне фокусної відстані цієї лінзи, зображення об'єкта опиниться в нескінченності. Одна з основних характеристик лінзи - її діоптрійність (D), яку називають також оптичною силою. Вона пов'язана з фокусною відстанню f простим співвідношенням D = 100: f (де В вказується в діоптрій , А f - у см). Оптична сила лінзи залежить від кривизни її робочих поверхонь і складу скла, з якого вона виготовлена. p> До основних характеристик об'єктиву відноситься: фокусна відстань, відносний отвір, кутове поле зору, кутове поле зображення та роздільна здатність. Фокусна відстань об'єктива визначає масштаб зображення, тобто ступінь зменшення або збільшення зображення в порівнянні з розмірами фотографованогооб'єкта: чим більше фокусна відстань, тим крупніше зображення "малює" об'єктив (при незмінній відстані від фотоапарата до об'єкту зйомки). Зазвичай фокусна відстань для кожного об'єктива - величина постійна; її значення (іноді з округленням) вказується на оправі об'єктива, фокусна відстань яких дорівнює або дещо більше діагоналі кадру, мають кут поля зору 45-55 В°; такі об'єктиви вважаються нормальними. Об'єктиви, фокусна відстань яких менше діагоналі кадру, а кут поля зору перевищує 55 В°, відносяться до ширококутним, або короткофокусним. Об'єктиви з більшим, ніж діагональ кадру, фокусною відстанню і меншим, ніж 45 В°, кутом поля зору, відносяться до довгофокусним. До довгофокусним відносяться також і телеоб'єктиви, у яких оптична система розрахована так, що задня оптична площину знаходиться в передній частині оптичної системи, і тому об'єктив як би наближений до фокальній площині. Різновидом телеоб'єктивів є дзеркально-лінзові об'єктиви типу МТО і 3М. Важлива характеристика об'єктива - відносний отвір, тобто здатність об'єктива створювати на фотоплівці певну освітленість зображення. Чисельно визначається як відношення діаметра світлового отвору об'єктива до його фокусної відстані. Під світловим отвором об'єктива розуміється те отвір, через яке світло проходить всередину фотокамери. Цей отвір визначається діафрагмою. Діафрагма розташована між лінзами об'єктива і складається з декількох пелюсток, закріплених в оправі, що має зовнішнє кільце, за допомогою якого можна зрушувати і розсовувати пелюстки і тим самим регулювати розмір світлового отвору, тобто змінювати відносний отвір об'єктиву.

Величина, зворотна відносному отвору, називається діафрагмовим числом. На оправі об'єктива і в його паспорті зазвичай вказується діафрагма, відповідне максимальному значенню відносного отвору, який прийнято називати світлосилою об'єктива.У сучасних об'єктивах застосовується так звана ірисова діафрагма; вона складена з пелюсток, поміщених між лінзами об'єктива (приблизно в площині його оптичного центру) і утворюють майже круглий отвір. Зрушуючи або розсовуючи, вони плавно змінюють величину чинного отвору об'єктива. p> Кутове поле - величина, що характеризує поле зору об'єктива, тобто кут, під яким об'єктив "бачить" фотографоване простір і створює його зображення в межах кадру. Кутове поле залежить від фокусної відстані об'єктиву і розмірів кадру: чим більше розміри кадру і менше фокусна відстань, тим більше кутове поле. p> Роздільна здатність об'єктива - одна з найважливіших його характеристик. Від неї залежить можливість отримання найдрібніших деталей в зображенні і, отже, великих збільшень при друку. Вона виражається числом ліній (штрихів), помітних на 1 мм в зображенні спеціальних штрихових об'єктів - світ.