Лаврова Н.П., Стеценко А.Ф. Аэрофотосъемка. Аэро

Подождите немного. Документ загружается.

^тп

)

* <

1 =ктп=д

Рис. 60. Прямоугольная приз-

ма с одной отражающей гра-

нью

/ч

Рис. 62. Призма, отклоняющая

ход луча на 180°

Рис. 63. Пентапризма БП-90

130

смотрим те из них, которые нашли

применение в аэрофотосъемочных

системах и фотограмметрических

приборах.

По количеству отражающих гра-

ней они делятся на призмы с одной

отражающей гранью, двумя или

тремя гранями и сложные призмы,

состоящие из нескольких отдельных

призм.

Призмы с одной отражающей

гранью дают симметричное зер-

кальное изображение, а при пово-

роте такой призмы вокруг оси, па-

раллельной ребру угла при вер-

шине, изображение поворачивается

на двойной угол. На рис. 60 пока-

зана прямоугольная призма, глав-

ное сечение которой представляет

равнобедренный треугольник. Такая

призма изменяет ход луча на 90°

от первоначального направления,

а длина самого хода / равна катету

треугольника в главном сечении.

Призма Дове (рис. 61) пред-

ставляет прямоугольную призму со

срезанным прямым углом, но лучи,

входящие в нее , идут параллельно

гипотенузе главного сечения, т. е.

грани, лежащей против прямого

угла. Она дает зеркальное изобра-

жение и ставится только в парал-

лельных пучках. 'Длина хода луча

в призме равна 3,3 высоты призмы

(/«3,3/1).

Исходя из равенства

1 =

= 90°—

видно, что, варьируя углами и Рг,

можно получить множество воз-

можных призм с различным углом

отклонения у. В практике наиболее

часто встречаются призмы с углом

у=45° и у = 60°.

Если в прямоугольной призме

взять за входную грань гипотенузу,

а катеты использовать как отра-

Рис. 64. Призма-ромб

жающие грани, то такая призма будет

отклонять ход луча на 180°, незави-

симо от его угла падения, и давать

полное оборачивание изображения

(рис. 62).

Широкое применение в фотограм-

метрических приборах находит пента-

призма (рис. 63). Пентапризма откло-

няет оптическую ось на угол 90°, ко-

торый не зависит от угла падения

луча на входную грань, поэтому при

вращении ее вокруг линии пересечения отражающих граней

изображение остается неподвижным.

Для смещения лучей параллельно самим себе применяют

призму-ромб, которая смещает ход лучей на величину 5, рав-

ную расстоянию между отражающими гранями (рис. 64). Приз-

ма-ромб, как и пентапризма, дает прямое изображение пред-

мета. Из сложных призм в оптических приборах наиболее

часто встречаются призма-куб, призма Аббе, система Порро

и др.

Как было отмечено выше, в оптических системах АФА в ка-

честве выравнивающих стекол, светофильтров и оттенителей

применяются плоскопараллельные пластинки. Плоскопарал-

лельная пластинка, помещенная в пучке лучей, формирующих

изображение, вызывает смещение плоскости изображения, при-

водящее к расфокусировке объектива; поперечное смещение,

называемое кривизной поля изображения, и уменьшает осве-

щенность изображения.

Смещение плоскости изображения показано на рис. 65, а его

величина определяется формулой:

для углов со<15° = —

\ « /

для углов

(о

>15° А/^сШ —

(65)

где и, и

— угол падения и преломления луча;

с?

— толщина пла-

стины; п

— показатель преломления, для стекла я

= 1,5.

Для пластинки толщиной й =

мм (толщина выравниваю-

щего стекла, л

= 1,5, угла

со

= 45° расфокусировка равна А/'

= 2,33, для угла

со

=15° А/

=1,50мм.

Очевидно, что вносимую пластиной нерезкость изображе-

ния можно уменьшить для центра поля, изменив фокусировку

объектива на величинуА [

- Расфокусировка на краю поля изо-

бражения б/ = А Д — Д/

не компенсируется, и ее влияние ис-

ключается путем включения плоскопараллельной пластины

в расчет объектива.

5* 131

•

\ *

Рис. 65. Осевой сдвиг изобра-

жения, вызываемый плоскопа-

раллельной пластинкой

Поперечное смещение изображе-

ния в фокальной плоскости, вызван-

ное плоскопараллельной пластиной,

определяется формулой

8 =

с1

(66)

ный характер и определяется формулами:

при клиновидности

из которой следует, что искажение за-

висит от толщины пластинки и неоди-

наково по полю.

При й = 5 мм, л

=1,5 для со=15°

6 = 0,070 мм, для

= 45°

= 0,210 мм.

Величина поперечного смещения

изображения в случае, когда плоско-

параллельная пластина имеет клино-

видность и прогиб, носит более слож-

ен

сок-

сов

соз

со

(67)

и прогибе пластинки

1,2-10уа^р ^

(68

где

со

— половина угла поля изображения; /' — фокусное рас-

стояние объектива; г—радиус кривизны пластины; 0 — угол

клиновидности пластины.

По приведенным формулам легко установить, что клиновид-

ность плоскопараллельной пластинки, равная

= 3-^-5", вызы-

вает смещение на краю поля изображения около

= 5—7 мкм,

а ее кривизна (г=3• 10

мм) — 6^5 мм.

Как видно, при использовании плоскопараллельной пла-

стинки в оптической системе к ней необходимо предъявлять

чрезвычайно высокое требование по соблюдению параллельно-

сти поверхностей и сохранению плоскостности. Согласно иссле-

дованиям [8] серийные выравнивающие стекла АФА вносят ис-

кажения в центральной части поля, не превышающие 2,5 мкм.

На краю поля их величина достигает 25—30 мкм.

Потери световой энергии при прохождении лучей через пла-

стину зависят от показателя преломления стекла, коэффициента

поглощения, толщины стекла и угла падения лучей. Так как

плоскопараллельные пластинки, используемые в АФА, изготов-

лены из стекла, перечисленные показатели которого очень вы-

сокие, а толщина мала, то потери световой энергии незначи-

132

тельны и в практической деятельности их можно не учиты-

вать.

Плоскопараллельная пластинка, установленная перед объ-

ективом (светофильтр), не изменяет его фокусировку, а лучи,

идущие от предмета, расположенного на практической беско-

нечности, претерпевают смещение параллельно самим себе. Ис-

кривление поля изображения не наблюдается.

§ 56. Светофильтры аэрофотоаппаратов

При желании полностью использовать всю чувствительность

аэрофотоматериала в области сенсибилизации и компенсировать

влияния воздушной дымки применяют светофильтры. Свето-

фильтром называется светопоглощающая среда, служащая для

поглощения лучей определенной области спектра. Свето-

фильтры, используемые в аэрофотосъемке, представляют собой

плоскопараллельную пластинку, однородную по своей массе,

являющуюся частью оптической системы АФА. Допустимая кли-

новидность определяется формулой

= (69)

где Ашах — максимальный допустимый сдвиг изображения.

Угол клиновидности не должен превышать 2', а отступление

от плоскостности 1 мкм.

Так как светофильтры устанавливаются перед объективом,

то эти требования особенно существенны при съемке объектов,

расположенных на конечном расстоянии. В этом случае будет

наблюдаться расфокусировка объектива фотокамеры. При воз-

душном фотографировании объекты находятся на значительном

удалении, поэтому лучи, исходящие от них и падающие на объ-

ектив, можно считать параллельными и влиянием светофильтра

можно пренебречь.

Одной из основных характеристик фильтров является его

спектральное пропускание, которое находится в тесной связи

с оптической плотностью для монохроматического излучения,

(70)

где Ф

0к

— световой поток, входящий в светофильтр; Ф

ъ%

—све-

товой поток, выходящий из него.

Оптическую плотность определяют на специальных прибо-

рах (спектрофотометрах) для разных длин волн и строят кри-

вую спектрального поглощения светофильтра (рис. 66).

По характеру спектрального пропускания светофильтры де-

лятся на несколько групп.

Монохроматические светофильтры выделяют из спектра

очень узкую область лучей, селективные — выделяют более

133

широкую область лучей по

сравнению с первыми и ши-

роко применяются в цветной

фотографии.

Компенсационные свето-

фильтры характеризуются ши-

рокой зоной пропускания и ис-

пользуются для выравнивания

действия отдельных лучей.

Субтрактивные светофиль-

тры поглощают узкую область

спектра, пропуская большую

его часть. Очевидно, что при

фотографировании через светофильтр наблюдаются потери све-

товой энергии, поглощаемой светофильтром. Для характери-

стики этого поглощения вводят понятие эффективной свето-

чувствительности фотослоя 5

ф, равной чувствительности его

к лучам, прошедшим данный светофильтр. Отношение общей

светочувствительности фотоматериала к эффективной свето-

чувствительности называется кратностью светофильтра:

о эф

Кратность светофильтра показывает, во сколько раз должна

быть увеличена выдержка при фотографировании с данным

светофильтром по сравнению с выдержкой при съемке без све-

тофильтра. Следует отметить, что кратность для каждого све-

тофильтра является величиной не постоянной, зависящей от

спектральной чувствительности материала и спектрального со-

става освещения.

Каждый светофильтр имеет свой номер и шифр, обозначаю-

щий цвет стекла. В табл. 8 приведены характеристики свето-

фильтров, применяемых для аэрофотосъемки.

При выполнении аэросъемки на черно-белый фотоматериал,

когда не ставится задача выделения определенной зоны

спектра, светофильтр применяется для компенсации влияния

Таблица 8

Минималь-

Кратность

Светофильтр

ная опти-

про- изо-

пан-

инфра

Цвет

ность Г>

хром

инфра

ЖС-16 0,06

470

Светло-желтый

ЖС-18 0,06 510

1,8

1,6

1,5

Темно-желтый

ОС-12 0,06 550

3,0

2,0

Светло-оранжевый

ОС-.14

0,07

580

5,7

2,8

2,0

Темно-оранжевый

КС-14

0,08

640 4,6

5,0

Красный

Рис. 66. Спектральные кривые свето-

фильтров

134

Таблица 9

Тип пленки

Светофильтр

Значение т при высотах

Тип пленки

Светофильтр

1 км

2 км

4 км 8 км

15 км

Изопанхром тип 15 Без светоф. 0,03 0,06

0,15

0,19 0,26

ЖС-16

0,03 0,05

0,11

0,17

0,23

ЖС-18 0,03 0,05

0,10 0,16

0,22

ОС-12 0,03 0,05 0,10

0,16

0,22

ОС-14 0,03

0,05

0,09

0,16 0,19

воздушной дымки. В первом разделе говорилось о таком пара-

метре атмосферы, как ее оптическая толщина т, которая изме-

няется с изменением длины волны и имеет наименьшее значе-

ние в инфракрасной области. Отсекая с помощью светофильтра

часть спектра, съемку производят в тех зонах, для которых т

меньше. В табл. 9 приведены величины толщин атмосферы для

разных светофильтров при разной высоте фотографирования.

Выбирая пленку и светофильтр, можно или сгладить конт-

раст изображения или, наоборот, поднять его, тем самым выде-

лив некоторые детали. Однако следует отметить, что не всегда

светофильтры дают желаемый результат, и при их выборе необ-

ходимо учитывать спектральный характер дымки. В последние

годы для поднятия информативности аэрофотоснимков, осо-

бенно в целях тематического дешифрирования, широкое приме-

нение находит одновременное фотографирование в отдельных,

узких зонах спектра. Такое фотографирование называется мно-

гозональной съемкой, особенности которой будут рассмотрены

отдельно.

§ 57. Коллиматор и автоколлиматор

Коллиматором называется оптическая система, дающая на

выходе параллельный пучок лучей, имитирующий световой по-

ток бесконечно удаленного предмета, и предназначенная для

оптических исследований АФА.

Оптическая схема коллиматора (рис. 67, а) состоит из от-

коррегированного объектива 1 и сетки нитей 2, размещенной

в его фокальной плоскости. Часто вместо сетки нитей устанав-

ливают угломерные шкалы и допусковые фигуры. Сетка нитей

освещается источником света 3, установленным на месте оку-

ляра трубы. Световой поток, пройдя сетку и объектив, выйдет

параллельным пучком, имитирующим искусственную бесконеч-

ность расположения сетки.

Как и зрительные трубы, коллиматоры бывают короткофо-

кусные и длиннофокусные. При определении оптических харак-

теристик объективов применяют коллиматоры с фокусным рас-

135

а — оптическая схема, 6 — схема коллиматора с зеркальным объекти-

вом

стоянием в диапазоне 600—2500 мм. Чем больше фокусное рас-

стояние коллиматора, тем меньшая ошибка определений.

Если в коллиматоре объектив заменен сферическим зерка-

лом, то такой прибор называют зеркальным коллиматором. Ви-

зирная ось зеркальных коллиматоров изогнута под углом,

а в фокальной плоскости зеркала (}=А + В) устанавливается

сетка нитей 1 (рис. 67,6).

Лучи света, прошедшие через пластинку с сеткой, отража-

ются от плоскопараллельной пластинки 2 и попадают на сфери-

ческое зеркало 3. Вторично отразившись от зеркала, световые

лучи выходят из коллиматора через полупрозрачную плоскопа-

раллельную пластинку параллельным пучком. Такие коллима-

торы широко применяются при определении разрешающей спо-

собности приборов ночного наблюдения и в других контрольно-

измерительных устройствах.

•Коллиматоры первого типа используются для исследований

АФА, в шаровом коллиматоре, визуальной оптической и фото-

графической скамье.

136

Если перед коллиматором, перпендикулярно к визирной оси,

поставить плоское зеркало, то параллельный пучок, отразив-

шись от него, снова соберется в точку, расположенную в фо-

кальной плоскости, т. е. на сетке получим ее изображение. Изо-

бражение, получаемое после отражения от вспомогательной

плоскости зеркала, называется автоколлимационным, а при-

боры — автоколлиматорами. Таким образом, сущность автокол-

лимации заключается в способности оптической системы

строить после отражения параллельного пучка действительное

изображение предмета в плоскости самого предмета.

Для того чтобы иметь возможность наблюдать совмещение

автоколлимационного изображения с самим предметом, система

имеет автоколлимационный окуляр. В практике наиболее ши-

роко используются автоколлимационные окуляры, называемые

система Аббе, система Гаусса, окуляр с призмой (рис. 68).

В фокальной плоскости объектива 1 коллиматора установ-

лена сетка 2, склеенная с призмой 3, угол скоса которой равен

45°. Ниже центра сетки, в плоскости склейки, покрытой сереб-

ром, прорезана прозрачная марка в виде креста 4. Размер кре-

ста не превосходит величины проекции наклонной грани призмы

на сетку.

Световой пучок от электролампочки 5, осветив прозрачную

марку, попадает на зеркало 7, отразившись от которого, даст

в плоскости сетки действительное изображение марки (креста)

8, наблюдаемое в окуляр 6.

В связи с тем, что марка нанесена ниже центра сетки на ве-

личину к, отраженное изображение будет смещено к верху

137

на величину к' (к=к'). Если

плоскость зеркала не перпен-

дикулярна к визирной оси, то

между маркой и ее изображе-

нием будет заметное расхож-

дение как в вертикальном, так

и в горизонтальном направле-

нии. В этом случае кфк'.

Определив расхождение ме-

жду к и к' в угловой мере,

можно судить о величине угла

неперпендикулярности зеркала

визирной оси. Здесь следует

помнить, что при повороте от-

ражающей поверхности на

угол у отраженные лучи от-

клоняются на угол 2у.

Если отражающая поверхность изменит свое положение от

первоначального Ь на угол у, то при неизменном ходе луча 1т

угол его падения будет равен (рис. 69)

1тс' = а + у, (72)

где а — угол падения,

а угол отражения

с'/шг' = со+а'—у, (73)

где а'— угол отражения.

Так как углы падения луча и отражения равны, то и правые

части выражений (72) и (73) равны:

а + у = со+а' —

(74)

или

со

= 2 у.

В автоколлиматорах в качестве отражающей поверхности

обычно используют плоские зеркала с наружным отражающим

покрытием. Однако можно использовать и плоскопараллельную

пластинку без покрытия (при юстировке оптической скамьи,

скамьи ЦНИИГАиК. и др.). Пластинка должна иметь мини-

мальную клиновидность с отклонением от плоскости в 3—

4 кольца интерференционной картины. При использовании пло-

скопараллельной пластинки работы проводятся в затемненном

помещении, так как яркость автоколлимационного изображения

(блика) мала.

Автоколлимационные методы широко используются для

контроля различных параметров: при определении взаимной па-

раллельности и перпендикулярности плоскостей, прямолинейно-

сти направляющих, установке плоскостей под заданным углом

138

Рис. 69. Отклонение лучей отражаю-

щей поверхностью при повороте ее

на угол у

и определении угла наклона интересующих поверхностей. В оп-

тико-механической промышленности автоколлиматоры применя-

ются для контроля центрировки линз объективов, углов призм,

радиусов кривизны сферических поверхностей, плоскопарал-

лельности пластин и других характеристик оптических деталей

и приборов в целом.

Коллиматоры нашли применение и в геодезических измере-

ниях, так как они используются в приборах для создания бес-

конечно удаленной точки визирования, при передаче ориенти-

ровки по ходу с короткими сторонами, при этом достигается

точность ±2"—3" на станцию.

Автоколлимационные методы обеспечивают более высокую

точность, чем коллимационные, так, средняя квадратическая

ошибка измерения угловых перемещений у фотоэлектрического

автоколлиматора АФ-2 равна 0,1".

§ 58. Измерение распределения освещенности,

светорассеяния и светопропускания

объективов АФА

Измерение распределения освещенности в плоскости изобра-

жения АФА производится двумя методами: фотоэлектрическим

и фотографическим. В обоих методах в качестве объекта фото-

графирования используют специальный прибор, называемый

«фотометрическим» шаром (рис. 70).

Фотометрический шар представляет собой полый шар диа-

метром более 0,5 м, окрашенный внутри белой матовой крас-

кой. Шар имеет два отверстия: одно диаметром 20 мм (1) слу-

жит для сменных пробок, другое (2) — для установки АФА (3)

или коллиматора с фокусным расстоянием, равным диаметру

шара. Оба отверстия расположены в диаметрально противопо-

ложных частях шара. Внутренняя поверхность шара освеща-

ется специальными лампами, свет которых не попадает в объ-

ектив испытуемого АФА, устанавливаемого в плоскости отвер-

стия 2. Аэрофотоаппаратом производят экспонирование

равномерно освещенных сте-

нок шара при белой пробке —

в отверстие 1.

Полученный негатив в виде

круга с плотностями почерне-

ния, убывающими к краям,

разбивается на равные интер-

валы, через которые на денси-

тометре измеряют оптические

плотности изображения й. Из-

меренные плотности приводят

к плотности почернения в цен-

тре, которую принимают за

139

ЛО{

'А7////////У,

Рис. 70. Схема шарового коллиматора

Лаврова Н.П., Стеценко А.Ф. Аэрофотосъемка. Аэро - фотосъемочное оборудование

Подождите немного. Документ загружается.