Устройство аэрофотоаппарата

Государственное бюджетное  образовательное учреждения

среднего профессионального  образования

«Кушнаренковский сельскохозяйственный колледж»

 

 

                            

 

 

 

Реферат

 

           

По  дисциплине: «Фотограмметрия»

На  тему: «Устройство аэрофотоаппарата»

                                                              

                                                 

 

 

 

 

 

 

 

                                           Выполнил: студент группы 102-ЗУ

                                                        Валиев Р.А

                        Проверил: Баишева А.Ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кушнаренково – 2014г

Содержание 

 

 

Введение………..……………………………………………………………3 

 

 

Устройство аэрофотоаппарата………………………..…………………….4 

 

 

Фотографические материалы…………………………………….…………5 

 

 

Процесс выполнения съемки………………………………………………..6 

 

 

Негативный процесс…………………..……………………..………………7 

 

 

 

Позитивный процесс……………………………..……..……………………8 

 

 

Современные методы и технологии получения фотоматериалов………..10 

 

 

Список использованной литературы……………………………………….11 
  
  
 
 

 

 

 

 

 

 

Введение 
 Фотограмметрия – техническая наука о методах определения метрических характеристик объектов и их положения в двух- или трехмерном пространстве по снимкам, полученным  с помощью специальных съемочных систем. Такими системами могут быть традиционные фотографические камеры, а также системы, использующие иные законы построения изображения и иные (кроме фотографических слоев) регистраторы электромагнитных излучений. Основная задача фотограмметрии – топографическое картографирование, а также создание специальных инженерных планов и карт, например кадастровых. 
Фотограмметрические методы позволяют также экономично и достаточно точно решать непосредственно  по снимкам некоторые прикладные задачи, например, измерять площади участков местности, определять их уклоны, получать количественные характеристики эрозионных процессов, выполнять вертикальную планировку с определением объема земляных работ и др. 
Это направление  метрической обработки снимков  принято называть прикладной фотограмметрией. 
Термин «метрическая обработка» - процесс получения со снимков только геометрической информации. 
Метрической обработке  снимков обычно предшествует (иногда совмещается) процесс отбора подлежащих нанесению на изготавливаемые планы  и карты объектов, которые опознают на анализируемых изображениях, определяют  их качественные и количественные характеристики, положение границ и выражают полученные данные условными знаками. Этот процесс называют дешифрированием снимков. В процессе дешифрирования выполняют также досъемку не отобразившихся  на снимках элементов ситуации. 
В двадцатые годы прошлого столетия были сделаны попытки  использования аэрофотоснимков  для специализированного изучения лесов и в начале тридцатых  годов – почв. Создание космических  летательных аппаратов и съемочных  систем активизировало развитие этого  направления. Оно получило название «дистанционное зондирование». 
Под дистанционным  зондированием понимают неконтактное изучение Земли (планет, спутников), ее поверхности, близповерхностного пространства и недр, отдельных объектов, динамических процессов и явлений путем регистрации и анализа их собственного или отраженного электромагнитного излучения. 
Изучение дисциплины «Фотограмметрия и дистанционное  зондирование» опирается на знание дисциплин: математика, информатика, физика, экология, почвоведение, инженерное обустройство территории, геодезия. 
Знания, приобретенные при изучении данной дисциплины, позволяют специалистам, работающим в области землеустройства, формирования кадастра недвижимости, мониторинга землепользования и охраны окружающей среды, получать или квалифицированно заказывать и использовать цифровые кадастровые планы и карты, а также получать сопутствующие специальные карты. 
Фотограмметрия находит  применение в различных видах  деятельности: 
- создание топографических карт и ГИС; 
- геологические изыскания; 
- охрана окружающей среды (изучение ледников и снежного покрова, бонитировка почв и исследование процессов эрозии, наблюдения за изменениями растительного покрова, изучение морских течений); 
- проектирование и строительство зданий и сооружений; 
- археологические раскопки; 
-автоматизированное построение 3D-моделей объекта по снимкам 
Достоинства фотограмметрии: высокая точность измерений; высокая степень автоматизации процесса измерений и связанная с этим объективность их результатов; большая производительность (поскольку измеряются не сами объекты как таковые, а лишь их изображения); возможность дистанционных измерений в условиях, когда пребывание на объекте небезопасно для человека.  
 Существует большое  число конструкций аппаратов. Аэро- и космические  фотоаппараты можно классифицировать: по способу построения изображения, числу используемых спектральных зон (каналов), а также по длине фокусного расстояния объектива, разрешающей способности, назначению и т.д. 
Наибольшее применение имеют кадровые топографические аэрофотоаппараты (АФА). 
В них имеется  плоская поверхность, на которой  строится изображение, неподвижный  относительно нее объектив, главная  оптическая ось занимает неизменное положение, перпендикулярно плоскости  снимка, изображение строится в центральной  проекции. Экспонирование площади снимка происходит одномоментно. 
Блок – схема  основных устройств показана на рис. 1. 
Основными блоками  его являются съемочная камера и  кассета. Съемочная камерасостоит из оптического блока 6 и корпуса 5. В нижней части оптического блока расположен объектив 4 с закрепленным на нем светофильтром 3. В верхней части этого блока, в фокальной плоскости аэрофотообъектива, расположена прикладная рамка 13. Пленка 11 в АФА располагается в кассете 8 на катушках 10. В плоскости прикладной рамки в момент фотографирования происходит выравнивание аэрофотопленки. Существует несколько способов выравнивания аэрофотопленки. Например, с помощью прижимного стола 9 аэрофотопленка прижимается к выравнивающему стеклу 7. В некоторых типах АФА выравнивание пленки происходит за счет создания  воздушного разрежения между пленкой и выравнивающим столом. Невыравнивание аэропленки   приводит к геометрическим деформациям изображений и снижает разрешающую способность снимка. Управляют работой АФА с помощью пульта 12. Аэрофотокамера закрепляется в аэрофотоустановке 2 над стеклом 1,герметизирующим люк летательного аппарата. 
На серединах сторон прикладной рамки ( в некоторых конструкциях также в ее углах) имеются координатные метки, которые  отображаются при  съемке 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 30х30 см. 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 20 мм. Толщина  штрихов крестов – 2-3 мкм, а точность их нанесения  - 2 мкм. Используя сетку  крестов, учитывают искажения изображения  на снимке. 
Расстояния между  координатными и контрольными метками (крестами) определяют при фотограмметрической  калибровке АФА, результаты заносят  в формуляр аэрофотоаппарата. Используют их для выявления и учета деформации аэрофотопленки, а также для построения системы координат снимка при  фотограмметрической обработке  снимков. По резкости изображения контрольных  меток (крестов) оценивают качество выравнивания аэропленки. 
В любом фотоаппарате есть: объектив, обеспечивающий проецирование изображения на чувствительный элемент, затвор (его роль может исполнять крышка объектива, в простейших цифровых веб-камерах может отсутствовать), корпус - служит для крепления механизмов фотоаппарата, защищает светочувствительный материал от засветки посторонним светом в процессе съёмки, вместе с оправой объектива или объективной доской может служить для наводки на резкость, кассета со светочувствительным материалом или матрица с сопутствующим оборудованием. Все остальные элементы фотоаппарата не оказывают непосредственного влияния на техническое качество снимка и могут как присутствовать в конструкции, так и отсутствовать. Они определяют удобство и оперативность работы с фотоаппаратом, обеспечивают точность кадрирования (видоискатель), помогают фотографу в определении параметров съёмки (экспонометр, автоматика фокусировки и экспозамера), упрощают получение снимков в сложных условиях (фотовспышка, стабилизатор изображения и т. п.). 
Кассета (съемная часть аэрокамеры) предназначена для размещения аэропленки, ее перемотки и отмеривания по размеру кадра, а также, как уже сказано ранее, выравнивания пленки в плоскость. Кассета в зависимости от толщины подложки вмещает аэропленку длиной 60 или 120 м, что соответствует для отечественных АФА 300 или 600 снимкам размером 18х18 см. 
Аэрофотообъектив – оптико – механическое устройство, состоящее из оптической и механической части. Оптическая часть (собственно объектив) – это закрепленные в корпусе линзы различной кривизны и формы. Линзы подбирают с целью получения оптического изображения с заданными свойствами. Узлы механической части, затвор и диафрагма, размещаются в межлинзовом пространстве аэрообъектива. 
Затвор – это устройство, ркгулирующее время (выдержку), в течение которого происходит экспонирование аэропленки. Выдержки в аэрофотозатворах изменяются от 1/40 до 1/1000 с и менее. Изменяются выдержки в аэрофотоаппаратах 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 совершают  линейные и угловые перемещения  относительно снимаемой местности. Это вызывает перемещение оптического  изображения относительно аэрофотопленки. В результате происходит смаз фотографического изображения, уменьшающий резкость и разрешающую способность снимка на 30…50%. Смаз фотографического изображения можно уменьшить, уменьшив выдержку t при съемке. Для минимизации влияния поступательного движения летательного аппарата выдержку рассчитывают по формуле  
                                          t=m ?_доп /W, 
где m – масштаб снимка; ?_{доп –} величина допустимого смаза; W – скорость летательного аппарата. 
Однако есть предел уменьшения выдержки. Поэтому в некоторых  типах аэрофотоаппаратов применяют  устройства, называемые компенсаторами сдвига изображения. 
Смысл 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  оказывают влияние вибрационные сдвиги. Основная причина их появления  – вибрации от работы моторов летательных  аппаратов. 
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 освещенность экспонируемой аэрофотопленки. В практических целях 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/к = i/f. 
В объективах используют стандартные дискретные значения относительных  отверстий, знаменатели которых  равны 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22; 32. Эти значения отмечают на кольце диафрагм, с помощью которого можно установить заданную величину относительного отверстия. Их рассчитывают таким образом, что переход к соседнему индексу диафрагмы изменяет освещенность светочувствительного фотоматериала в два раза. 
Поэтому освещенность и выдержку можно изменять с шагом, кратным двум, что увеличивает  шкалу дискретности экспонирования. Создание точной экспозиции при фотосъемке позволяет  получить изображения  с заданными изобразительными свойствами. 
Основные характеристики аэрофотообъектива, определяющие метрические и изобразительные свойства снимков, - фокусное расстояние, дисторсия, разрешающая способность, угол поля изображения, светораспределение по полю изображения. 
Фокусным  расстоянием f объектива (главным расстоянием аэрофотоаппарата) называют 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 0,01 мм (или до 0,001 мм) и записывают в аттестат аэрофотообъектива. В АФА применяют объективы с фокусными расстояниями от 20…30 мм до нескольких метров. Фокусное расстояние АФА f и высота фотографирования (расстояние до поверхности объекта) Нопределяют масштаб аэрофотографирования: 
                                                 1/т = f/Н, 
где m – знаменатель масштаба фотографирования. 
При неизменной высоте фотографирования чем больше фокусное расстояние, тем крупнее масштаб  съемки. 
Важная характеристика топографических АФА – дисторсия объектива. Дисторсия – частный случай аберрации, приводит к искажению связки проектирующих лучей, строящих оптическое изображение, т.е. к искажению центральной проекции. Искажение происходит в результате неодинакового преломления различно направленных  к объективу проектирующих лучей (рис. 2). 
Луч из точки А, падающий на объектив S под углом ? к главной оптической оси S0, выходит из него под углом ?. Вследствие этого точка А изобразится на снимке в точке aвместо точки а. 
Смещение  точек по полю снимка неравномерно и приводит к нарушению подобия изображения снимаемого объекта. Геометрически дисторсию в какой-либо точке снимка можно представить вектором, определяющим направление и величину смещения изображения данной точки от ее неискаженного положения. Различают радиальную дисторсию, имеющую направление к центру или от центра снимка, и тангенциальную дисторсию, направление которой перпендикулярно радиальному. Дисторсию определяют при фотограмметрическом исследовании АФА в дискретных точках по всей площади кадра. Для различных типов объективов ее значение варьируется от 0,002…0,005 мм до десятых долей миллиметра. Объективы, в которых дисторсия практически не искажает изображение, называются ортоскопическими. При компьютерных технологиях фотограмметрической обработки снимков возможен учет искажений, вызванных дисторсией. В положение точек изображения вводят поправки, по модулю равные значению дисторсии. 
Под разрешающей способностью объектива понимают свойство раздельно воспроизводить оптическое изображение двух близко расположенных точек или линий. При ее определении используют штриховые и радиальные миры, аналогично определению разрешающей способности съемочных систем. В центре изображения, построенного объективом, разрешающая способность выше, чем на краю. Поэтому при изучении мелких деталей снимаемых объектов предпочтительнее использовать центральные части снимков. В длиннофокусных объективах падение разрешающей способности от центра к краю незначительно. Существуют аэрофотообъективы, у которых разрешающая способность практически не изменяется по полю изображения. 
Светораспределение  в плоскости снимка определяет фотометрические свойства аэрофотообъектива. Освещенность, создаваемая в фокальной плоскости, уменьшается от центра к краю. Функция светораспределения описывается согласно закону Ламберта формулой 
                                                       Е_? = Е₀cosⁿ ?, 
Где Е_? –освещенность в точках поля изображения; Е₀ – освещенность в центре поля изображения;? – угол, образуемый главной оптической осью и направлением на точку;   n – коэффициент, равный 1,2,3,4 в зависимости от типа объектива. 
Неравномерность светораспределения приводит к тому, что объекты одинаковой яркости при отображении их в  центре или на краю снимка имеют  различную оптическую плотность (цвет). 
Угол, образованный лучами, исходящими из задней узловой  точки объектива и опирающимися на диагональ прикладной рамки АФА, называют углом поля изображения (рис.3). По величине угла поля изображения (2?) аэрофотоаппараты подразделяют на узкоугольные (менее 15^о), нормальноугольные (15…60^о), широкоугольные (более 60^о). 
При увеличении угла поля изображения увеличивается  неравномерность светораспределения от центра к краю и уменьшается  разрешающая способность снимка. В узкоугольных АФА эти изменения  выражены в меньшей степени. Для  устранения неравномерности светораспределения, которая в широкоугольных аппаратах  может быть значительной, применяют  напыление объективов металлическим  порошком, с плотностью слоя уменьшающегося от центра к краю. 
Аэрофотоаппарат помещают в аэрофотоустановку (АФУ), предназначенную для его крепления на летательном аппарате, ориентирования в заданном положении и уменьшения влияния вибрации. Продольную сторону прикладной рамки (снимка) АФА ориентируют по направлению полета летательного аппарата, а также устанавливают заданный угол наклона снимка. Данные действия проводят вручную или автоматически. В зависимости от возможных задаваемых углов отклонения оптической оси АФА от отвесного направления различают АФУ: плановые – при этом углы отклонения не привышают 3^о; перспективные – с углами отклонения до 40…45^о. Для уменьшения влияния продольных и поперечных наклонов  летательных аппаратов в момент экспонирования применяют гиростабилизирующие аэрофотоустановки, обеспечивающие горизонтальность плоскости снимка с точностью до 7…10 мин. 
Командный прибор(интервалометр) предназначен для автоматического включения аэрофотоаппарата через определённый промежуток времени. По принципу работы их разделяют на электрические и оптико-электронные. После подачу электрического сигнала с командного прибора выполняется цикл последовательных операций для получения аэрофотоснимков: перемотка пленки ,взвод затвора, выравнивание пленки в плоскость, экспонирование(срабатывание затвора). Длительность цикла различна у большинства АФА и находится в интервале 1, 2…2,5 с. 
Управляют всем комплексом узлов аэрофотоаппарата с пульта управления. Здесь же осуществляется синхронизация работы АФА и сопровождающей съемку специальной аппаратуры. Например, космической навигационной аппаратуры GPS, позволяющей определять пространственное положение снимка в системе координат  на момент съёмки. 
Топографические аэрофотоаппараты  предназначены для получения снимков, которые используют при создании топографического планово-картографиских материалов , сельскохозяйственных и земельно-кадастравых планов, мониторинге территорий и т.п. Применяют отечественные аэрофотоаппараты типа АФА-ТЭ ( топографический электрический с выравниванием плёнки вакуумным способом) и АФА-ТЭС (топографический электрический с выравнивающим стеклом в плоскости прикладной рамки ), а также зарубежные АФА. 
Новейшие научно-технические  достижения в электронике, оптике, фотографии, вычислительной технике позволили  разработать и перейти к использованию  нового поколения аэрофотосъёмочного оборудования. Отличительные особенности  современного оборудования следующие: 
  Наличие сменных объективов с различными фокусными расстояниями, их быстрая и удобная смена во время съёмки; 
  Высокая (более  100 лин/мм) разрешающая способность изображения, практически одинаковая по всему полю кадра; 
  Остаточная дисторсия  2…3 мкм; 
  Наличие большого  диапазона выдержек 1/100..1/1000 с и  компенсаторов сдвига изображения,  что позволяет производить аэрофотосъёмку  с малых высот и на больших  скоростях летательных аппаратов; 
  Оптико-электронные командные приборы, управляющие работой камеры в полуавтоматическом режиме. 
  Наличие стабилизирующих  платформ, обеспечивающих получение  снимков с углами наклона не  более 10 мин, автоматическое регулирование  экспозиций. 
  Управляют работой  аэрофотоаппарата и съёмочным  процессом в целом с помощью  специального бортового компьютера. Компьютер помещён в крепкий  корпус, не содержит движущихся  частей, имеется электронная защита, что значительно снижает вероятность  его выхода из строя в полёте. Программно обеспечиваются следующие функциональные возможности: 
  Графическое  отображение на дисплее маршрута  полёта и разворотов над фотографируемым  участком местности; 
  Точное открытие  затвора в точке пространства  с заданными координатами и  регистрацией их на краю снимка  в системе WGS-84;дальнейшей фотограмметрической обработке: время суток, дата, точность определения координат центров фотографирования и т.п. 
 Одним из современных  типов аэросъёмочного оборудования  является разработанный фирмой  RC-30 с навигационной системой ASCOT.  
  Фотоматериалы различают  по их назначению, техническим характеристикам, строению, качественному составу  и т.п. Их изготавливают в виде фотопленки, фотопластинок, фотобумаги. 
Схема  расположения основных слоев черно-белой аэрофотопленки показана на рисунке 4. На основу (подложку) 5 наносится один или два фотоэмульсионных (светочувствительных) слоя 2, 3. Имеются вспомогательные слои: защитный слой 1(задубленная желатина) покрывает эмульсионный слой и защищает его от механических повреждений, слои 4 обеспечивают надежное соединение отдельных слоев и подложки, противоореольный слой 6 поглощает лучи, отразившиеся от подложки. 
Светочувствительный ( фотоэмульсионный) слой изготавливают  из фотоэмульсии, которая  представляет собой желатину с распределенными  в ней частицами светочувствительного вещества (галогенидами серебра). В  фотоэмульсию также добавляют  вещества, улучшающие ее свойства: 
      стабилизирующие  вещества, способствующие сохранению  фотографических  свойств эмульсионного  слоя в течение длительного  времени; 
      дубящие  вещества, повышающие механическую  прочность и теплостойкостть  фотоэмульсии; 
      оптические  сенсибилизаторы (органические красители), способствующие увеличению чувствительности  фотослоя к лучам зеленой, красной  или инфракрасной зоны спектра. 
Толщина светочувствительного слоя на аэрофотопленке в сухом состоянии  колеблется от 5 до 25 мкм. В этом слое кристаллы (зерна) галоидного серебра, размеры которых около 1 мкм, располагаются  беспорядочно в 20…40 ярусах. Расположение кристаллов, их пространственное распределение по толщине слоя, по размерам определяет структуру непроявленного фотоэмульсионного слоя. Эта характеристика важна тем, что изначально устанавливает качественные параметры будущего изображения. 
В качестве основы (подложки) используют прозрачные и непрозрачные материалы. К материалам, применяемым для создания аэрофотопленок, предъявляют высокие требования: механическая прочность и эластичность, малая деформация при сушке после фотохимической обработки, прозрачность и оптическая однородность, устойчивость к температурным изменениям и химическому воздействию реактивов. Основы аэрофотопленок изготавливают из триацетата, лавсана или материала типа «кронар» и «эстар». 
Критерием подложки, определяющим позиционную точность изображения на снимке, является ее деформация, которая может быть плоскостной, определяемой по двум взаимно перпендикулярным направлениям в плоскости снимка, и вертикальной вследствие непостоянства  толщины аэрофотопленки (изменение  толщины на 4…8 мкм). Плоскостную  деформацию разделяют на равномерную  и неравномерную. Исследования деформаций различных типов аэрофотопленок позволяет сделать следующие  выводы: 
      наибольшую (0,06…0,25%) равномерную деформацию наблюдают у пленок на триацетатной основе, что при формате снимка 180х180 мм приводит к изменению длины линии на 0,1…0,5 мм; равномерная деформация может изменяться для различных кадров в одном аэрофильме двукратно; при нагревании (при вводе снимка в компьютер при помощи сканера) величина деформации может изменяться полуторакратно; у лавсановых основ равномерная  деформация в два раза меньше, чем у триацетатных; 
       неравномерная деформация (неодинаковая  в различных направлениях) для  обоих типов основ составляет  в среднем 0,01…0,02%, что соответствует  на краю снимка 7…14 мкм. Данный  вид деформации имеет небольшие  изменения от воздействия различных  факторов; 
       локальная или местная деформация  для аэрофотопленок на триацетатной  основе достигает 6 мкм, для  лавсановой подложки – 4 мкм;  при цифровом методе фотограмметрической  обработки снимков локальную  
деформацию учитывают  с помощью контрольных меток (крестов), впечатываемых в каждый снимок при съемке.  
   Получение фотографического изображения основано на фотографическом  эффекте. Под воздействием энергии  излучения  некоторые природные  или созданные человеком вещества изменяют свое состояние. При этом вещества, являющиеся результатом фотохимической реакции, образуют фотоизображение. В  фотографическом процессе наиболее  часто используют галогениды серебра (галоидное серебро): бромистое (ArBr), хлористое (ArCl), йодистое (ArI ) и их сочетания: 
Фотографический эффект в общем виде описывается формулой 
                                          ArBr + hv = Ar + Br, 

Список использованной литературы

 

1. http://www.webkursovik.ru/kartgotrab.asp?id=-48623