Фотографические процессы

 

Характеристическая кривая – график, выражающий зависимость между оптической плотностью изображения и количеством освещения, сообщаемого фотослою.

D= f(lg H)

Состоит из 4 участков:

• область вуали – оптическая плотность постоянна и не зависит от экспозиции;
• область недодержек – равным приращениям логарифма экспозиции соответствуют неравные постоянно возрастающие приращения оптической плотности;
• область пропорциональной передачи – равным приращениям экспозиции соотвествуют равные приращения оптической плотности;
• область передержек – равным приращениям логарифма экспозиции соотвествуют неравные постоянно уменьшающиеся приращения оптической плотности D.

С помощью  характеристических кривых можно управлять  съемочным и негативным процессом для получения  изображений требуемого фотографического качества. В этих целях исследуют режимы экспонирования и химической обработки фотопленки. Для каждого режима строят характеристическую кривую, по которой определяют сенситометрические характеристики данной фотопленки. Далее выбирают такие режимы фотохимической обработки, при которых данная пленка при заданных условиях экспонирования позволит получить рекомендованные значения сенситометрических характеристик.  
Характеристики, получаемые из характеристической кривой:

• оптическая плотность вуали – почернение неэкспонированного фотоматериала или его участков после химической обработки. Определяют как проекцию крайней левой точки кривой на ось D. Снижает контраст изображения, что может привести к исчезновению мелких деталей. Допускается величина не более 0,2.
• коэффициент контрастности γ равен численно тангенсу угла наклона прямолинейного участка характеристической кривой к оси логарифмов экспозиций Н.

γ = ( - )/(lg - lg ) = D/ lg H

Может быть определен как отношение разности оптических плотностей к разности логарифмов экспозиций для точек начала и конца прямолинейной части характеристической кривой. Характеризует свойство фотоэмульсионного слоя реагировать на некоторый интервал экспозиций большей или меньшей разностью оптической плотности соседних объектов.

- светочувствительность  S – способность фотографического слоя создавать большую или меньшую оптическую плотность при одинаковой экспозиции; определяется как величина, обратно пропорциональная экспозиции. Величина непостоянная и зависит от интенсивности падающего на фотоматериал светового потока, от режима фотохимической обработки.

- фотографическая  широта L – свойство фотографического материала сохранять некоторый диапазон пропорций яркостей объектов в виде оптических плотностей на фотоснимке; определяется проекцией прямолинейного участка кривой на ось lg H. Ее вычисляют как разность логарифмов экспозиций, соответствующих его концу и началу.

L= lg - lg

Чем больше фотографическая широта, тем больший  интервал яркостей объектов будет передаваться без искажений. Должна быть больше или равна разности логарифмов. 
- спектральная чувствительность эмульсионного слоя фотоматериала характеризует его способность реагировать на лучи различного спектрального диапазона. Для повышения изобразительных и информативных свойств во время съемки используют светофильтры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Устройство аэрофотоаппарата

 

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 рисунке 4.1.

Рис. 4.1

1 — стекло люка; 2 - аэрофотоустановка; 3 — светофильтр; 4 — объектив; 5 — корпус камеры; б—оптический блок; 7— выравнивающее стекло; 8— приемная и передающая кассеты; 9— прижимной стол; 10—приемная и передающая катушки с аэропленкой; 11 — аэропленка; 12— пульт управления; 13 — прикладная рамка.

 

Основными блоками его  являются съемочная камера и кассета. Съемочная камера состоит 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. Существуют 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 , 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 18 х 18, 23 х 23 и 30x30 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.

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 18 х 18 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, регулирующее 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 / при съемке. Для минимизации влияния поступательного движения летательного аппарата выдержку рассчитывают по формуле:

                                t=mδ_доп/W,                                                   (4.1)

где т — масштаб снимка; δ_Д0П — 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 l/k есть отношение диаметра входного (действующего) отверстия i к фокусному расстоянию обьектива f:

                                            L/k = i/f                                                          (4.2)

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) Н определяют масштаб аэрофотографирования:

                                        1/m = f/H,                                             (4.3)

где т — 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. 4.2).

Рис. 4.2

Луч из точки А, падающий на объектив S под углом ш к главной оптической оси SO, выходит из него под углом ω'. Вследствие этого точка А изобразится на снимке в точке d вместо точки а.

Смещение r 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.

Под разрешающей способностью объектива понимают свойство цельно 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:

                                        E_β= E₀cosⁿβ,                                                    (4.4)

где — Eβосвещенность в точках поля изображения; Е₀— освещенность в центре поля изображения; β — угол, образуемый главной оптической осью и направлением на точку; п — коэффициент, равный I, 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).