Кадровые топографические аэрофотоаппараты. Основные устройствами АФА

Фотографические съёмочные системы, применяемые для съёмки земной поверхности с различных воздушных летательных аппаратов, называют аэрофотоаппаратами (АФА).

Аэрофотоаппараты можно классифицировать, как уже было рассмотрено,

· по способу построения снимка,

· количеству используемых каналов,

· по длине фокусного расстояния объектива,

· разрешающей способности,

· назначению и т.д.

Наибольшее применение имеют кадровые топографические аэрофотоаппараты.

На рис 3.1 в качестве примера показан внешний вид одного из типов кадровых топографических аэрофотоаппаратов.

Рис. 3.1. Комплект топографического аэрофотоаппаратаТАФА-20

На рис.3.2 показана блок-схема построения изображения в кадровых АФА, которую принято считать классической:

1. изображение строится в плоскости, относительно неё расположен неподвижный объектив;

2. главная оптическая ось занимает неизменное положение, перпендикулярно плоскости снимка;

3. изображение строится по закону центральной проекции.

4. Экспонирование аэрофотоплёнки по всей площади снимка происходит одномоментно.

Рис.3.2. Классическая схема устройства аэрофотоаппарата:

1-стекло люка самолёта;

2-аэрофотоустановка;

3-светофильтр объектива;

4-объектив;

5-корпус аэрофотокамеры;

6-оптический блок АФА;

7- выравнивающее стекло;

8-приёмная и передающая фотокассеты;

9-прижимной стол;

10-приёмная и передающая катушки с аэрофотоплёнкой;

11-аэрофотоплёнка;

12-пульт управления;

13-прикладная рамка.

Основными устройствами АФА являются

· съёмочная камера

· кассета

· аэрофотообъектив

· Съёмочная камера состоит из оптического блока 6 и корпуса 5. В нижней части оптического блока расположен объектив 4, с закреплённым на нём светофильтром 3. В верхней части этого блока, в фокальной плоскости аэрофотообъектива, располагается прикладная рамка 13. Плёнка 11 в АФА располагается в кассете 8 на катушках 10. В плоскости прикладной рамки в момент фотографирования происходит выравнивание аэрофотоплёнки.

Существуют несколько способов выравнивания аэрофотоплёнки. Например, с помощью прижимного стола 9 аэрофотоплёнка прижимается к выравнивающему стеклу 7. В некоторых типах АФА выравнивание плёнки производится за счёт создания воздушного разряжения между плёнкой и выравнивающим столом.

Невыравнивание аэроплёнки приводит к геометрическим деформациям и нерезкости изображений, снижает разрешающую способность снимка. Управление работой АФА осуществляется с помощью блока 12. Аэрофотокамера закрепляется в аэрофотоустановке 2 над стеклом 1, герметизирующим люк летательного аппарата. Фотографирование осуществляется через стекло люка.

На серединах сторон прикладной рамки (в некоторых конструкциях также в её углах) имеются координатные метки, которые фиксируются (впечатываются) при съёмке на каждом аэроснимке. Форма меток может быть различной, например, в виде острого угла, направленного к центральной части снимка, или в виде крестов. Прикладная рамка ограничивает размеры снимка. Наиболее широко применяемые форматы 18х18, 23х23 и 30х30см. Формат кадра может быть не квадратным.

В некоторых типах АФА (АФА-ТЭС) в плоскости прикладной рамки находится выравнивающее стекло, на поверхность которого наносят контрольные метки в виде сетки крестов с шагом 10 или 20мм. Толщина штрихов крестов - 2-3мкм, а точность их нанесения – 2 мкм. Используя сетку крестов, учитывают искажения изображений на снимке.

Расстояния между координатными и контрольными метками (крестами) определяют при фотограмметрической калибровке АФА. Результаты определений заносят в формуляр аэрофотоаппарата. Используют их для выявления и учёта деформации аэрофотоплёнки, а также для создания системы координат снимка при фотограмметрической обработке снимков. По резкости изображения контрольных меток (крестов) оценивают качество выравнивания аэроплёнки.

· Кассета – съёмная часть аэрокамеры - предназначена для размещения аэроплёнки, её перемотки и отмеривания по размеру кадра, а также, как уже сказано ранее, выравнивания плёнки в плоскость. Кассета, в зависимости от толщины подложки, вмещает аэроплёнку длиной 60 или 120 метров, что соответствует для отечественных АФА 300 или 600 снимков размером 180х180мм.

· Аэрофотообъектив представляет собой оптико-механическое устройство, состоящее из

§ оптической

§ и механической части.

§ Оптическая часть – собственно объектив – это закреплённые в корпусе линзы различной кривизны и формы. Подбор линз выполняется с целью получения оптического изображения с заданными свойствами.

§ Узлы механической части,

ü затвор

ü диафрагма,

Они размещаются в межлинзовом пространстве аэрофотообъектива.

ü Затвор– это устройство, регулирующее время (выдержку), в течение которого происходит экспонирование аэроплёнки. Выдержки в аэрофотозатворах изменяются в интервале от 1/40 до 1/1000 сек. и менее. Изменение выдержек в аэрофотоаппаратах происходит ступенчато (например, 1/125,1/250,1/500), что позволяет регулировать

экспозицию кратно двум.

В момент открытия затвора летательный аппарат и вместе с ним аэрофотоаппарат совершает линейные и угловые перемещения относительно снимаемой местности. Это вызывает перемещение оптического изображения относительно аэрофотоплёнки. В результате происходит «смаз» фотографического изображения, уменьшающий резкость и разрешающую способность снимка на 30-50%. Смаз фотографического изображения можно уменьшить путём уменьшения выдержки (t)при съёмке. Для минимизации влияния поступательного движения летательного аппарата выдержку рассчитывают по формуле:

t = m δ_доп /W, (3.1)

где

m- масштаб снимка;

δ_доп – величина допустимого смаза;

W – скорость летательного аппарата.

Однако есть предел уменьшения выдержки. При коротких выдержках получим недостаточную для съёмки экспозицию. Поэтому в некоторых типах аэрофотоаппаратов применяют устройства, называемые компенсаторами сдвига изображения. Принцип их работы заключается в том, что с помощью специальных устройств в момент экспонирования устраняют перемещение оптического изображения относительно светочувствительного слоя. Помимо сдвигов оптического изображения, вызванных линейными и угловыми движениями летательного аппарата, на качество изображения оказывает влияние вибрационные сдвиги. Основная причина их появления - вибрация от работы моторов летательных аппаратов.

ü Диафрагма служит для изменения диаметра входного отверстия объектива. В аэрофотоаппаратах диаметр входного отверстия объектива регулирует величину светового потока, проходящего через объектив. Чем больше диаметр диафрагмы, тем больше освещённость экспонируемой аэрофотоплёнки. В практике для выражения размера отверстия объектива используют характеристику, называемую «относительным отверстием». Относительное отверстие объектива 1/к есть отношение диаметра входного (действующего)отверстия (i) к фокусному расстоянию объектива (f) :

1/k=i/f (3.2)

В объективах используют стандартные дискретные значения относительных отверстий, знаменатели которых равны 2;2,8;4;5,6;8;11;16;22;32. Их рассчитывают таким образом, что переход к соседнему индексу диафрагмы изменяет освещенность светочувствительного фотоматериала в два раза. Эти значения отмечаются на вращающемся кольце диафрагм, расположенном на объективе и регулирующем диаметр входного отверстия. С помощью кольца диафрагм можно установить заданную величину относительного отверстия.

Возможность изменения освещённости аэрофотоплёнки (диафрагмой) и выдержки (затвором) с шагом кратным двум увеличивает шкалу дискретности экспонирования. Создание более точной экспозиции при фотосъёмке позволяет получить изображения с заданными изобразительными свойствами.

Основные характеристики аэрофотообъектива, определяющие метрические и изобразительные свойства снимков:

- фокусное расстояние,

- дисторсия

- разрешающая способность

- угол поля изображения

- неравномерность светораспределения по полю снимка.

-Фокусным расстоянием (f) объектива (главным расстоянием аэрофотоаппарата) называется расстояние от задней узловой точки объектива до главного фокуса.

Через главный фокус перпендикулярно оптической оси проходит фокальная плоскость, в которой строится изображение и где располагается аэрофотопленка. Фокусное расстояние определяют при фотограмметрической калибровке АФА с точностью до 0,01мм (или до 0,001мм) и записывают в аттестат аэрофотообъектива. В АФА применяют объективы с фокусными расстояниями от 20…30мм до нескольких метров. Фокусное расстояние АФА ( f )и высота фотографирования (расстояние до земной поверхности)(H) определяют масштаб аэрофотографирования:

1/m = f/H, (3.3)

где m- знаменатель масштаба фотографирования.

При неизменной высоте фотографирования, чем больше фокусное расстояние, тем крупнее масштаб съёмки.

- Дисторсия объектива. Это важная характеристика топографических АФА

Дисторсия – частный случай аберрации ( своего рода отклонения, которые вносит оптическая система, проецируя изображение на светочувствительный элемент (матрицу фотоаппарата). Если за эталон принимается изображение, которое мы видим, то на фотографии оно может отличаться (становиться хуже, чем в реальности).) оптической системы, приводит к искажению связки проектирующих лучей, строящих оптическое изображение, т.е. к искажению центральной проекции. Проектирующий луч, исходящий из точки А, проходит через объектив S под углом ω к главной оптической оси SO, но выходит под углом ω' (рис.3.3.). Углы ω и ω' не равны между собой. Вследствие этого точка А изобразится на снимке в точке а' вместо точки а на расстоянии ∆r

Рис.3.3. Смещение изображения точки, вызванное влиянием дисторсии объектива

Для различно направленных к объективу проектирующих лучей происходит неравномерное преломление. Неравномерность смещения ∆r точек по полю снимка и приводит к нарушению подобия объекта и его изображения (рис. 3.4 ).

Рис.3.3. Смещение изображения точки, вызванное влиянием дисторсии

объектива