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

Подождите немного. Документ загружается.

сти определяет разрешающую

способность системы по ази-

муту, а длительность импуль-

са зондирующего сигнала ха-

рактеризует разрешающую

способность по дальности.

Разрешающая способность

станций кругового обзора низ-

кая, так как диаграмма на-

правленности антенны боль-

шая, и для ее уменьшения не-

обходимо увеличивать размер

антенны, что не всегда прием-

лемо.

Синхронизатор

Передатчик

При емник

Антенный

переключатель

Для картографических це-

лей используются самолетные

радиолокационные станции

бокового обзора (РЛСБО) с

углом обзора 40-ь80°, работа-

ющие в интервале 1—3 см и

обеспечивающие получение

Рис. 150. Блок-схема радиолокацион- изображения местности в виде

поверхности Земли зависит от диаграммы направленности ан-

тенны и поступательного перемещения носителя.

. Разрешающая способность РЛС бокового обзора в не-

сколько раз выше по сравнению с радиолокационными станциями

кругового обзора и составляет по дальности 15 м, по азимуту

20 м. При использовании на носителе антенны с «искусственным

раскрытием», осуществляющей когерентное сложение отражен-

ных радиосигналов, что приводит к искусственному сжатию ан-

тенного луча и повышению разрешающей способности до 5 м.

Советские и зарубежные радиолокационные станции боко-

вого обзора в основном рассчитаны на съемку в масштабах

I : 9000—1 : 300 000, которые не зависят от высоты полета, а яв-

ляются функцией самой аппаратуры.

Геометрия радиолокационного изображения значительно от-

личается от аэрофотоизображения, полученного кадровым АФА,

и изменяется с изменением параметров съемки.

Изображение в кадровом аэрофотоаппарате строится по за-

конам центрального проектирования и в общем по всем на-

правлениям имеет одни и те же свойства. Этого нельзя сказать

о радиолокационном изображении, имеющем различные свой-

ства геометрического построения вдоль направления полета и

перпендикулярно к нему.

Так, если на аэрофотоснимке расстояние от центра снимка

до любой точки зависит от угла, составленного проектирующим

270

ной станции

полос, параллельных линии

полета. Площадь захвата на

лучом и главным, то на радио-

локационном снимке это рас-

стояние будет зависеть от ско-

рости перемещения носителя.

При постоянной скорости пе-

ремещения равные отрезки ме-

стности отразятся равными на

РЛ-снимке, что нельзя сказать

об изображении на аэрофото-

снимке. В направлении, пер-

пендикулярном к линии по-

лета, искажение имеет иной

характер. Так как радиолока-

ционные системы являются

системами измерения дальности, то изображение в этом направ-

лении строится в зависимости от времени прохождения луча до

•объекта и обратно, т. е. точка, лежащая дальше от оси полета,

но имеющая большое превышение, изобразится на радиолока-

ционном снимке ближе к этой линии, чем точка, наземное рас-

стояние которой меньше проекции линии полета. Зависимость

изображения точек местности от наклонной дальности требует

специальной обработки этих снимков (рис. 151). В связи

•с этим радиолокационная съемка в основном используется на

равнинных и маловсхолмленных территориях. Основное приме-

нение она нашла при изучении геологического строения земли,

разведке рудных ископаемых и подземных вод, картировании

грунтов, гидрометеорологических и других геофизических на-

блюдениях.

Однако известны случаи применения РЛ-снимков для со-

здания карт масштаба 1 : 250

ООО

в районах Африки, Антарк-

тиды, Южной Америки и др.

Радиолокационные снимки пригодны для стереообработки

при условии строгой параллельности маршрутов съемки и от-

ношении базиса к высоте порядка 1 :5. Точность определения

высот фотограмметрическими методами составляет около

13—15 м.

§ 92. Многозональная съемка

Методы раздельной съемки на черно-белую пленку были из-

вестны давно. Еще в 1938 г. была произведена фотосъемка

Марса и получены три раздельных изображения, которые дали

возможность методом синтезирования получить цветное изобра-

жение планеты.

Применение многозональной съемки с летательных аппара-

тов шло по двум направлениям:

съемка на одну пленку многообъективной камерой с раз-

ными светофильтрами;

271

Рис. 151. Отражение радиолуча от

рельефа местности

одновременная съемка на

разные пленки многообъек-

тивной камерой в узких зонах

спектра.

Блок-схема многообъектив-

ных камер приведена на

рис. 152.

Опыт применения многозо-

нальной съемки приобретен

при эксплуатации девятиобъ-

ективной камеры при выполне-

нии в основном поисковых ра-

бот.

Девятиобъективная камера состоит из кассеты с пленкой 1

камеры с девятью объективами 2, фотоустановки 3, блока пе-

ревода светофильтров 4 и пульта управления 5.

Фотосъемка производится в заданный момент времени на одну

фотопленку, и на площади, равной одному кадру, получаются

9 частичных изображений, снятых с разными светофильтрами

с диапазоном 30—50 нм. Следует отметить, что частичные изо-

бражения будут получены малого формата, что затрудняет де-

шифрирование объектов местности и снижает эффективность

применения аэрофотосъемочных работ.

Многозональная съемка на разные типы пленок многообъек-

тивной камерой получена при полете космического комплекса

«Салют-4» летчиками-космонавтами В. И. Севастьяновым и

П. И. Климуком. Съемка производилась в заданный момент

времени четырьмя камерами одновременно на разные или оди-

наковые типы пленок с узкозональными светофильтрами.

В результате были получены четыре частичных изображения

одной и той же местности.

Согласно задаче исследования природных ресурсов из

космического пространства в рамках программы социали-

стических стран «Интеркосмос» на космическом корабле

«Союз-22» была установлена многозональная фотокамера

МКФ-6, спроектированная и разработанная специалистами

СССР и ГДР и изготовленная народным предприятием «Карл

Цейсс», Иена.

Комплект многозональной фотокамеры МКФ-6 состоит из

камеры с шестью объективами и устройства для компенсации

сдвига изображения, шести кассет с устройствами для пере-

мотки пленки, фотоустановки для крепления камеры к носителю

электронного блока и пульта управления фотокамерой, ком-

плекта контрольно-измерительных приборов.

По команде с пульта управления устанавливаются значения

выдержки и перекрытия, производится спуск затвора и ком-

пенсация сдвига изображения. При каждой экспозиции син-

хронно получается шесть снимков формата 55X80 мм.

272

Рис. 152. Блок-схема многообъектив-

ной фотокамеры

Таблица 22

Каналы

Диапазон, мм Область спектра

Первый

460—500

Сине-зеленая

Второй

520—560

Желто-зеленая

Третий

580—620

Желтая

Четвертый

640—680

Красная

Пятый

700—740

Ближняя ИК

Шестой

780—860

Ближняя ИК

Технические характеристики камеры

Объектив (Пинтар-4/125), шт 6

Фокусное расстояние, мм 125+0,5

Кассет, шт 6

Запас пленки, м 26

Диапазон экспозиций, с 1/20-н1/200

Светосила 1 : 4-5-1 : 13,5

Дисторсия, мкм - 3

В табл. 22 приведены спектральные диапазоны для каждого

канала, в которых производится космическая фотосъемка.

Во время фотосъемки каждой камерой через зональный

фильтр будет получено черно-белое изображение на тот или

иной тип пленки. Частичные фотоизображения будут нести мак-

симальную информацию об объектах, отражающих в данной

узкой области спектра. Для того чтобы создать цветное изобра-

жение в натуральных или условных цветах, в комплект назем-

ной аппаратуры входит синтезирующий проектор МСП-4.

На проекторе возможно рассматривать 4 частичных изобра-

жения, которые последовательно совмещаются на экране. При

этом может производиться подсчет площадей объектов, имею-

щих одинаковый условный цвет. На синтезирующем проекторе

возможно осуществить печать фотоснимков на цветную или

черно-белую бумагу.

К недостаткам многозональной съемки следует отнести сле-

дующие.

В момент проведения съемки необходимо выдерживать па-

раллельность оптических осей, так как при съемке с больших

высот даже небольшие ошибки приведут к тому, что разными

камерами будут засняты разные участки местности, которые

нельзя будет совместить на синтезирующем проекторе.

При съемке в разных диапазонах спектра на одну пленку

из-за разной кратности светофильтров время выдержки будет

для разных частичных изображений разное, что приведет к не-

равномерному смазу по всем частичным изображениям. Это

лишает исследователя возможности в дальнейшем использо-

вать этот материал как измерительный.

'273

При синтезировании частичных изображений также необхо-

димо обеспечить с высокой точностью параллельность оптиче-

ских осей камер, строящих изображение.

Метод многозональной съемки на фотографические матери-

алы трудоемок, для съемки и построения синтезированного изо-

бражения должны применяться прецизионные приборы, исполь-

зование которых в экспедиционных условиях затруднительно.

Помимо многозональных фотографических камер широкое

применение нашли многоспектральные сканирующие системы,

строящие изображение в узких зонах спектра на том или ином

светочувствительном приемнике.

§ 93. Панорамная фотосъемка

Фотографирование с захватом местности от горизонта до

горизонта называется панорамным. Для этой цели могут быть

применены несколько кадровых АФА, которые производят од-

новременно плановую и перспективную съемку, общий их мон-

таж даст панорамный снимок. Но эта система громоздка,

сложна и не обеспечивает необходимого качества. Панорамный

снимок может быть получен при съемке широкоугольным объ-

ективом, но качество изображения на краю этих снимков не-

высокое, кроме того, очень сложно создать длиннофокусный ши-

рокоугольный объектив. Для панорамной съемки разработаны

специальные схемы аэрофотоаппаратов, которые отличаются по

конструктивным признакам и принципу построения изобра-

жения.

Методы панорамного фотографирования можно подразде-

лить на два вида: перспективное и планово-перспективное. Сущ-

ность метода панорамного фотографирования заключается

в том, что изображение строится узким пучком лучей, повора-

чивающимся в момент фотографирования вокруг оси фотогра-

фирования, проходящей через заднюю узловую точку проекти-

рования. Известны случаи, когда проектирование изображения

происходит на коническую или цилиндрическую поверх-

ность. В случае если проектирование происходит на коническую

поверхность, мы получим перспективное изображение (перспек-

тивно-панорамное), если проектирование происходит на цилинд-

рическую поверхность (частный случай), получим планово-пер-

спективное (планово-панорамное) изображение. Общие положе-

ния панорамного фотографирования определяются конструкцией

камер, принципом их действия, методом построения изо-

бражения. Эти особенности могут быть сформулированы сле-

дующим образом:

построение изображения осуществляется центральной частью

поля зрения объектива, т. е. узким пучком лучей;

сканирование участка местности в пределах проектирую-

щего пучка осуществляется перпендикулярно к направлению

полета летательного аппарата;

274

проектирование может осу-

ществляться на коническую

или цилиндрическую поверх-

ность;

при создании панорамных

аппаратов необходимо, чтобы

скорость движения пленки

или поворота объекта была

пропорциональна скорости по-

лета летательного аппарата;

панорамные аппараты мо-

тут быть цикличными или бес-

цикличными. Цикл работы

панорамного аппарата опреде-

ляется временем перемотки

пленки на длину одного кад-

ра, в бесцикличных панорам-

ных аппаратах пленка дви-

жется непрерывно;

панорамное фотографиро-

вание может осуществляться

способом прямого или косвен-

ного сканирования;

для работы панорамного

фотоаппарата необходимо осу-

ществлять механическую или

оптическую компенсацию сдви-

га изображения.

Этот способ называют спо-

собом прямого сканирования.

При панорамном фотографи-

ровании на неподвижную

пленку происходит непрерыв-

ный поворот объектива с же-

стко связанной щелью относи-

тельно пленки. Радиус ци-

линдра, на котором размеща-

ется пленка, равен фокусному

расстоянию объектива. Ось

вращения объектива проходит

через заднюю узловую точку

объектива.

Схема панорамного аэро-

фотоаппарата (ПАФА) с ка-

чающимся объективом была

впервые разработана в СССР

в 1945 г. изобретателями

А. М. Беспаловым и В. Б. Ли-

Рис. 153. Принцип панорамного фо-

тографирования

Рис. 154. Схема ПАФА с вращаю-

щимся объективом

'275

коренко. На рис. 153 показана схема такого ПАФА. Объектив

качается вокруг оси вместе с экспонирующей щелью и строит

изображение на пленке, которая в процессе экспонирования

кадра неподвижна. Плоскость сканирования перпендикулярна

к направлению полета.

В процессе качания объектива будут фотографироваться

разные участки земной поверхности. Масштаб панорамного

снимка переменный и будет определяться расстоянием до фо-

тографируемого участка местности Ь, кратчайшим расстоянием

фокусным расстоянием объектива ПАФА /

и углом между

плоскостью полета и направлением на фотографируемый уча-

сток р

± = ^ = (244)

Изменение величины экспозиции осуществляется изменением

ширины щели (время выдержки) и величины диафрагмы (изме-

нение освещенности). Эта схема сканирования позволяет «ос-

мотреть» поле зрения с угловым размером 140-4-160°.

Пространственно-частотная характеристика съемочной си-

стемы ПАФА будет зависеть от передаточных свойств объек-

тива, пленки, характеристик, учитывающих сдвиги изображе-

ния, обусловленные движением летательного аппарата и вибра-

циями. Учитывая все эти факторы можно записать

(Л0 = Я

(ДО П„.

(АО Я

(М) Я

виб

(/V). (245)

Существуют также схемы ПАФА, когда объектив не кача-

ется, а вращается, что позволяет строить изображение с углом

поля зрения, близким к 360°. Эта схема более совершенна, так

как отсутствуют резкие торможения объектива для его оста-

новки. Это значительно улучшает качество изображения из-за

уменьшения собственных колебаний системы ПАФА. На рис.154

представлена схема ПАФА с вращающимся объективом. Син-

хронно с объективом вращается и экспонирующая щель со

шторкой. Время экспозиции определяется шириной щели. Ком-

пенсация сдвига изображения из-за перемещения летательного

аппарата происходит с помощью линзового барабана. Он совер-

шает качание, скорость которого изменяется по гармоническому

закону. В процессе экспонирования пленка неподвижна, из-за

чего отпадает необходимость тщательной синхронизации пленки

и вращения сканирующей поверхности.

Схемы с вращающимся и качающимся объективом весьма

громоздки, что является их большим недостатком.

При панорамном фотографировании с подвижной пленкой

происходит синхронный поворот проектирующего пучка лучей

при помощи специальной вращающейся призмы или зеркала,

установленного перед объективом аппарата, с одновременным

перемещением пленки. Экспонирование производится через не-

276

подвижную цель, максимально

близко расположенную к плен-

ке. Время экспонирования бу-

дет зависеть от ширины щели и

отношения скоростей летатель-

ного аппарата и перемещения

пленки. На рис. 155 показана

схема ПАФА со сканирующей

призмой Дове /, внутренняя пло-

скость которой алюминирована.

Призма, установленная перед

объективом 2, совершает враща-

тельное движение, причем ось

вращения совпадает с направ-

лением щели. Синхронно с вра-

щением призмы перемещается

фотопленка, находящаяся за

щелью. Пленка с катушки 4 по-

ступает на наматывающую ка-

тушку 3.

При вращении призмы про-

исходит фотографирование раз-

ных участков местности. Каж-

дому участку на местности соответствует один кадр, масштаб

которого также переменный. В этой схеме ПАФА необходимо

весьма точно синхронизировать точность перемещения пленки,

вращения призмы и компенсации сдвига изображения. Двой-

ная призма-куб, применяемая в ПАФА, позволяет при повороте

на 90° осматривать угол в 180°. Разрешающая способность

системы зависит в том числе и от построения изображения

призмой. При небольших изменениях температуры призмы про-

исходит раздваивание изображения вблизи оптической оси

объектива, что резко снижает разрешающую способность съе-

мочной системы в направлении сканирования. Пространствен-

но-частотная характеристика ПАФА со сканирующей призмой

зависит от факторов, указанных в (245), а также от характе-

ристик, учитывающих влияние сканирующих элементов /7

П„.

(АО = П

(М) П

(АГ) Л

(АО Я

(АГ). (246)

Помимо указанных схем имеются также ПАФА, оптическая

схема которых имеет широкий угол поля зрения в одной пло-

скости (до 160°) и небольшой угол зрения в другой плоскости.

Экспонирование всего кадра производится одновременно, из-за

чего отсутствует эффект 5-образного воспроизведения фотогра-

фируемой местности, вызываемый поочередным сканированием

местности в процессе з-образного движения летательного аппа-

рата. Широкоугольные объективы для панорамной съемки легче

рассчитать и изготовить, чем обычный объектив, так как в нем

277

I I

1 1

Рис. 155. Схема ПАФА со сканиру-

ющей призмой

Разрешающая

способность,

л,'мм

103

—

центр

—

край

118

Масса,

кг

СО

СТ> ю о о

г- СП

Размер

пленки,

мм

^ ^

Е?о

X ХЬЭ У§ о о

1М

Диапазон

выдержки,

1/250—1/500

1/70—1/2000

0,29—14,4

0,17—11,2

1/250--1/2000

Т.

Т Ю -

со « .1.

™

-2

О ООО

о о О со

'—

СО СО СО

Угол

сканиро-

вания,

градус

150x32

21x120

120

130

Метод

получения

панорамного

изображения

Широкоугольный

объектив

Сканирование

вращающ.

объективом

Оптическая

консоль

То

же

РАСА-70

Р-638-120

КА-80

КА-83А

КА-85А

-Ч

СМ СО ю

более легко можно устранить аберрации. Масштаб панорамного

снимка, построенного таким объективом, постоянен по полю

зрения. В табл. 23 приведены основные данные некоторых за-

рубежных панорамных АФА.

§ 94. Соотношение координат панорамного и планового снимков

Как было отмечено, снимки, полученные панорамными каме-

рами, представляют собой центральную проекцию местности на

поверхность цилиндра или конуса. Практическое использование

таких снимков имеет определенные трудности, и поэтому от

координат точек панорамного снимка х

необходимо выпол-

нить переход к координатам этих же точек на плоскости у

На рис. 153 показан панорамный снимок Р и плоский Р'.

Ось абсцисс снимка совпадает с направлением полета (НП),

ось ординат перпендикулярна к ней, совпадает с направлением

движения щели и составляет правую систему координат.

Используя геометрические построения рис. 153, для точки

т снимка можно записать

соз а

соз

Ус.

/п

!п

(247)

где х

, у с — координаты точки т панорамного снимка при от-

сутствии поступательного движения; /

— фокусное расстояние

объектива ПАФА; а — мгновенный угол сканирования.

При поступательном движении летательного аппарата изо-

бражение в плоскости щели перемещается со скоростью V, на-

правление которой противоположно направлению оси абсцисс

снимка:

V соз а. (248)

Наличие путевой скорости приводит к тому, что за время

сканирования I точки изображения смещаются вдоль оси абс-

цисс на величину Ак~ь'(, в результате чего абсцисса х'

Ст

точки панорамного изображения будет равна

х' =ж

(249)

т т

При этом ордината точки остается неизменной.

'279

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

Подождите немного. Документ загружается.