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

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 10

<0, °

5 10

25 30

35 40

0,810

0,800 0,780 0,750 0,720

0,680 0,633

0,550

0,432

0,420

Опр

1,000

0,987

0,962

0,925

0,888

0,839

0,761

0,679 0,607

0,518

единицу. В результате получается приведенная плотность й

ар

которая уже будет характеризовать освещенность в фокальной

плоскости АФА. Результаты исследования обычно представ-

ляют в виде табл. 10.

Фотоэлектрический способ заключается в использовании фо-

тоэлемента, который помещают в разные части прикладной

рамки АФА (поля изображения), снимая при этом показания

со шкалы гальванометра. Отношение показаний гальванометра

к его показанию в центре фокальной плоскости дает характери-

стику светораспределения. Величины, характеризующие све-

тораспределение, выражают в долях единицы или в процен-

тах.

Коэффициенты светорассеяния и светопропускания аэрофо-

тообъективов определяют также с помощью фотометрического

шара с использованием сменных пробок: черной и белой.

Аэрофотоаппарат устанавливается вблизи объектива фото-

метрического шара, между ними помещается диафрагма, а в фо-

кальной плоскости — вторая (рис. 71).

С помощью гальванометра берут два отсчета, один В

{

при

белой пробке 2, а второй В

— при черной. Пробка, оклеенная

черным бархатом, представляет собой, «черное тело». Рассеян-

ный свет, образованный в системе, накладывается на изобра-

жение, отчего оно становится несколько осветленным. Отсчет

по гальванометру будет соответствовать величине яркости рас-

сеянного света, Коэффициент светорассеяния вычисляется по

формуле

* = (75)

а контраст изображения

При определении коэффициента светопропускания т в шаро-

вом коллиматоре ставится белая пробка с отверстием, не пре-

вышающим 2 мм, освещаемая осветителем 1.

140

Рис. 71. Схема опреде-

ления светорассеяния и

светопропускания АФА

3 4

Пучок лучей, выходящих из отверстия, пройдя объектив кол-

лиматора 3 и диафрагму 4, попадает в объектив фотокамеры 5.

Для измерения светового потока фотоэлемент помещают между

диафрагмой и объективом и берут отсчет В

, характеризующий

энергию лучей, падающих на объектив. Затем фотоэлемент

помещают после объектива и замеряют В

— энергию света,

прошедшего через систему. В обоих случаях фотоэлемент по-

мещается по возможности ближе к аэрофотообъективу при по-

стоянном диаметре диафрагмы 5, несколько меньшем его отно-

сительного отверстия.

Отношение показаний гальванометра В

к В\ дает величину

коэффициента пропускания испытуемого объектива

т = —г

•

{")

в,

Следует отметить, что общепринятой методики определения

названных выше энергетических характеристик аэрофотообъек-

тива нет.

Помимо рассмотренных способов иногда для определения

светораспределения фотографируют равноосвещенный экран,

сплошную облачность или снежный покров. Однако во всех

трех случаях не наблюдается ровной освещенности фотографи-

руемого фона, а следовательно, уменьшается достоверность оп-

ределений.

В лабораторных условиях фотографическим способом можно

также исследовать и светорассеяние АФА. Для этого необхо-

димо выполнить фотографирование абсолютно «черного тела»,

в качестве которого можно использовать черную пробку фото-

метрического шара. Если рядом с экспонированным кадром впе-

чатать сенситометрический клин и измерять плотности изобра-

жения «черного тела» и фона, то с помощью сенситометриче-

ского графика можно определить соответствующие экспозиции.

Зная экспозиции, нетрудно вычислить в процентах, какую часть

составляет рассеянный свет от общего количества света.

141

§ 59. Изобразительные свойства аэрофотообъектива

Оптическое изображение точки, построенное объективом,

представляет собой нерезкое, расплывчатое пятно, что сказы-

вается на возможности раздельного воспроизведения мелких

деталей на аэрофотоснимке. Это происходит вследствие нали-

чия остаточных аберраций объектива (см. § 52) и дифракции,

которая нарушает прямолинейное распространение света и соз-

дает сложное распределение освещенности в плоскости изобра-

жения. В связи с этим точка изображается в виде пятна, окру-

женного дифракционными кольцами с убывающей яркостью.

Радиус дифракционного кольца является функцией длины

волны и относительного отверстия объектива

= Р{К По). (78)

При прохождении оптической системы дифрагированный

фронт волны бесконечно удаленного предмета отклоняется от

первичного фронта на угол ф с разностью хода, равной

= 1,22

(рис. 72).

Объектив, при прохождении которого деформация волновой

поверхности не превышает четверти длины волны, считается

идеальным.

Освещенность пятна изменяется от максимума в точке О до

нуля в точке В, причем это увеличение происходит пропорцио-

нально увеличению разности хода от 0 до 1,22 К.

Радиус темного кольца в связи с этим будет равен

-Г Ф

,22

•Г

0,61

(79)

где О — диаметр действующего отверстия объектива; и — апер-

турный угол.

Для среднего значения длины волны видимого спектра

Х =

= 0,555 мкм, в линейной мере он равен

0,34 ,

от

г = —— мкм. (80)

Известно, что глаз видит две точки плоскости изображения

раздельно при необходимой разности яркости в середине ди-

Рис. 72. Отклонение

фронта волны, идущей

от бесконечно удален-

ной точки

142

фракционных пятен и в точке их соприкасания. Такая чувстви-

тельность глаза называется контрастной чувствительностью и

для среднего глаза равна 5% при отношении освещенности

в точке минимума к точке максимума, равном 85%.

Из приведенных формул (79), (80) следует, что радиус пер-

вого темного кольца при постоянной длине волны света зависит

от относительного отверстия объектива п

= . Существует

некоторое оптимальное значение относительного отверстия, при

котором наблюдается наилучшее соотношение влияний дифрак-

ций и аберраций на качество изображения. Согласно исследо-

ваниям для аэрофотообъективов такое отверстие находится

в диапазоне 1 : 4-^-1:11.

Очевидно, что оценка построения изображения по приве-

денным формулам будет приближенной и недостаточной. Для

оценки качества изображения применяют другие методы и кри-

терии, дающие возможность характеризовать оптическую си-

стему в комбинации с приемником изображения, в данном слу-

чае фотослоем.

В настоящее время для оценки качества изображения при-

меняют два критерия: разрешающую способность (К, мм

-1

) и

передаточную функцию Р (Ы), мм

-1

Разрешающей способностью оптической системы называ-

ется свойство оптической системы раздельно изображать две

близко лежащие точки или линии. Разрешающая способность

выражается числом линий, раздельно передаваемых на 1 мм

изображения, и обозначается в лин/мм или мм~'. В случае,

когда разрешающая способность выражена в угловой мере, ее

называют изобразительной способностью объектива и вычис-

ляют по формуле

(81)

. ГДо

В результате взаимодействия объектива и светочувстви-

тельного слоя получается фотографическая разрешающая спо-

собность системы, которая является основной характеристикой

АФА. Определение разрешающей способности аэрофотообъек-

тивов и фотографических систем производят с помощью стан-

дартных штриховых мир (рис. 73). Разрешающая способность

объектива определяется визуально. Стандартные штриховые

миры выпускаются, согласно ГОСТу, шести номеров и представ-

ляют собой стеклянные пластинки, на которые нанесены 25 эле-

ментов, оцифрованных по краям. Каждый из 25 элементов со-

стоит из четырех групп параллельных светлых полос одинако-

вой ширины и длины на черном фоне. Группы штрихов в каждом

элементе расположены по четырем направлениям: горизонталь-

ному, вертикальному и под углами 45° к двум первым. Под ши-

риной одного штриха понимают расстояние между двумя сосед-

143

21 22 24 25

Рис. 73. Штриховая мира

ними темными или светлыми штрихами, т. е. темная и светлая

полоса составляют один штрих. Ширина штрихов убывает от

элемента к элементу по закону геометрической прогрессии

с знаменателем, равным 0,94. Угловое расстояние между осями

рядом расположенных полос равно у"=206 265, а количество

полос в одном миллиметре любого элемента определяется из

выражения

Ы:

(82)

где N— количество штрихов в 1 мм; В — длина базы миры

в мм, расстояние между отметками элементов 3 и 23, 11 и 15;

/(=1,06 (я—-1)—коэффициент, зависящий от номера п миры.

Миры различают по номерам. Числовые значения парамет-

ров мир от № 1 до № 5 приведены в табл. 11.

Стандартные миры имеют абсолютный контраст, равный еди-

нице. Под контрастом миры понимают отношение разности

между максимальной и минимальной освещенностями (Е

тах

^тт) к максимальной освещенности

К =

Етах

Ет1п

. (83)

Е „

144

Та лица

.а

со

га

Номер мир

со

4 5

2 3

1.2

2,4

4,8

9,6 19,2

1,14

2,27

4,55

9,07

18,02

0,219

0,438 0,877

1,75

3,51

0,05

0,1 0,2

0,4

0,8

с 0,01

0,02 0,04

0,08 0,16

0,005

0,01 0,02

0,04

0,08

Наряду со штриховой мирой часто встречается и радиаль-

ная мира (рис. 74). В зависимости от используемой миры раз-

решающая способность определяется по формулам:

1) для штриховой миры

= (84)

2) для радиальной миры

= (85)

Я а

где

— ширина линий в оригинале миры; й

— диаметр кружка

нерезкости в центре изображения миры, измеренного на при-

боре; — общее число линий радиальной миры; и Р— фо-

кусные расстояния, соответственно исследуемого объектива и

объектива коллиматора.

Разрешающая способность для реальных оптических систем,

имеющих большой угол поля зрения, изменяется к краям

снимка по сравнению с разрешающей способностью в центре.

Это изменение значительно и даже в хорошо коррегированных

объективах достигает порядка 40%.

Качественная оценка фотографирую-

щей системы производится также по

критерию добротности д. Это понятие

облегчает сравнение различных фото-

графирующих систем, имеющих раз-

ные фокусные расстояния. Значение

добротности системы определяется

формулой

= 2(86)

Зная угловую разрешающую СПО- Рис. 74. Радиальная мира

145

собность системы у, можно определить минимальные размеры

объекта фотографирования Ь

ш'.

Ь^п-уН, (87)

где

= •

Применяя понятие добротности фотографической системы,

получим

= (88)

Из формулы видно, что при одной и той же высоте фотографи-

рования наименьший размер объекта будет получен объекти-

вом, у которого добротность больше, т. е. информационная спо-

собность фотографической системы будет характеризоваться

величиной добротности. Размеры и количество сфотографиро-

ванных объектов зависят от качества оптической системы, т. е.

от ее добротности. У современных съемочных систем величина

добротности может быть от нескольких тысяч до ста тысяч и

определяется в значительной мере величиной фокусного рас-

стояния.

§ 60. Определение фотографической разрешающей

способности АФА

При эксплуатации аэрофотоаппарата важно знать не разре-

шающую силу объектива АФА, а фотографическую разрешаю-

щую способность всей системы, так как от нее зависит каче-

ство конечного результата съемки — аэрофотоснимка.

Определение фактической разрешающей способности АФА

производится при помощи оптического коллиматора, в фокусе

объектива которого помещается штриховая мира (рис. 75). Во

избежание виньетирования аэрофотоаппарат устанавливается

задней узловой точкой объектива над осью вращения поворот-

ной платформы. Совмещение выполняется путем перемещения

АФА вдоль направляющих скамьи до положения, при котором

изображение светящейся на расстоянии перед объективом лам-

почки будет неподвижным.

После установки фотокамеры с заряженной кассетой выпол-

няется экспонирование миры с одинаковой выдержкой, в обе

стороны по полю от центрального положения. Поворот АФА

производится совместно с платформой на определенные углы:

для объективов с углом 2<а<20° через 2,5°, с углами 2<л>20° —

через 5° или 10°. После проявления экспонированной пленки

146

при помощи микроскопа с 15—20-кратным увеличением опре-

деляют разрешающую способность системы.

Дешифрирование ведется от крупных штрихов миры к мел-

ким. За предельное разрешение принимается элемент миры,

в котором штрихи разрешены по всем четырем направлениям

и их можно еще сосчитать.

В случае когда среди разрешаемых элементов встречается

элемент, в котором штрихи не различаются (провал изображе-

ния), за предельное разрешение принимается предшествующий

элемент без провалов. Таким же образом поступают и в слу-

чае инверсии изображения, когда черные штрихи изобража-

ются белыми, и наоборот. Иногда для выбора плоскости наи-

лучшего изображения после каждого ряда съемок производят

расфокусировку объектива, смещая миру на величину Д/

, оп-

ределяемую формулой

= (89)

где /

— фокусное расстояние объектива коллиматора; — фо-

кусное расстояние объектива АФА; А/' — выбранная величина

расфокусировки (обычно

Л/^

= 0,1—0,01 мм).

Рис. 76. Схема глубинного коллиматора:

1 -тест-объект, 2 — коллиматор, 3 — поворотная платформа, 4 — АФА

147

Рис. 77. Расположение мир

в тест-объекте

Тогда из серии снимков в процессе

дешифрирования выбирают один с

максимальным разрешением по полю

и по нему определяют

В связи с тем что в широкоуголь-

ных объективах разрешающая спо-

собность на краю поля изменяется

в зависимости от направления штри-

хов миры [1] (для вертикальных про-

порционально соз

(о, для горизонталь-

ных пропорционально соз ю), в полу-

ченные значения Я необходимо ввести

соответствующие поправки.

Определение разрешающей способ-

ности можно производить совместно

с проверкой фокусировки АФА на глубинном коллиматоре,

схема которого показана на рис. 76.

Глубинный коллиматор имеет аналогичное устройство с рас-

смотренным выше коллиматором, только в нем вместо одной

штриховой миры установлен тест-объект. Тест-объект состоит

из девяти одинаковых радиальных мир (рис. 77), из которых

центральная жестко связана с тубусом коллиматора, а восемь

остальных могут быть установлены на различных известных

расстояниях от нее вдоль оптической оси, т. е. коллима-

тор позволяет получить девять изображений мир, расположен-

ных на разной глубине. Центральная мира устанавливается

в главном фокусе объектива коллиматора при помощи пе-

ремещения тубуса. При правильной фокусировке объектива

АФА ее изображение должно получиться в фокальной пло-

скости камеры. Изображения других мир будут отстоять от

этой плоскости на расстояниях, определяемых форму-

лой (89).

По этой формуле для значений А/', равных ±0,001, 0,002

и т. д. фокусного расстояния объектива АФА, рассчитываются

значения А/

, на которые устанавливаются миры тест-объекта

относительно центральной миры.

Экспонирование выполняется в темном помещении затво-

ром коллиматора вдоль одной диагонали кадра, затем вдоль

другой.

Для каждого угла поля изображения по снимку определяют,

какая из мир имеет наилучшее разрешение. Если аэрофотоап-

парат отфокусирован правильно, то изображение центральной

миры по всему полю будет наилучшим. В случае нарушения

такой закономерности устанавливают, какая из мир дала наи-

лучшее изображение, и по ее отстоянию А/

от центральной су-

дят о совпадении прикладной рамки с фокальной плоскостью

объектива. При определении разрешающей способности изме-

ряют на микроскопе диаметр й кружка нерезкости наиболее

148

резкой миры. Разрешающую способность вычисляют по фор-

муле

где —диаметра кружка нерезкости; Л/к — количество пар

штрихов миры.

Однако разрешающей способности, как критерию качества

фотографического изображения, присущи недостатки, связан-

ные с контрастом объекта, субъективными особенностями ис-

следователя и контрастной чувствительностью глаза. Кроме

того, эта характеристика не дает возможности предсказать вы-

ходной сигнал по известному входному, по ней нельзя судить

о воспроизведении деталей, находящихся выше предела разре-

шения системы. Но оценка фотографической съемочной системы

с применением критерия «разрешающая способность» весьма

наглядна, проста и оперативна. Поэтому наряду с математиче-

скими методами оценки системы по функции передачи модуля-

ции сигнала критерий «разрешающая способность» еще часто

встречается на производстве.

§ 61. Оценка оптического изображения

по методу передаточной функции

Развитие математических методов оценки качества аэрофо-

тоизображения обусловило появление новых методов оценки

качества изображения, основанных на частотном методе Фурье,

устанавливающих связь между объектом и его изображением

при помощи передаточной функции. Оптическая система аэро-

фотоаппарата работает с некогерентным источником света, а по-

этому она линейна относительно энергии излучения, и ее можно

рассматривать как канал информации, передающий полноту

изображения объекта в зависимости от свойств самого канала

и светового потока, излучаемого объектом. Естественно, что сиг-

нал на входе канала будет в какой-то мере отличаться от сиг-

нала на выходе. Амплитуда и фаза синусоидального сигнала

на выходе зависят от его частоты и выражают частотно-конт-

растную и фазово-частотную характеристики. Таким образом,

передаточная функция оптической системы является комплекс-

ной функцией, математическое выражение которой имеет вид

(Ы)

Т (Я)

ехр [ф (Ы)], (90)

где N — пространственная частота; |Г(А0|—частотно-контра-

стная характеристика; Ф(Л^)—фазово-частотная характери-

стика.

Первая из них показывает изменение передачи контраста

объекта, излучающего синусоидальный сигнал от его простран-

149

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

Подождите немного. Документ загружается.