12. Аерофотознімальні світлофільтри

Усі сучасні аерофотоапарати мають в комплекті декілька світлофільтрів, застосування яких визначається умовами фотографування – спектральними і енергетичними характеристиками об'єктів фотографування та аерофотоплівки, спектральними параметрами повітряної димки. Отримання аерофотознімка високої якості неможливе без застосування відповідного світлофільтра.

Аерофотознімальний світлофільтр звичайно являє собою плоско-паралельну пластину та розмішується перед об'єктивом АФА. Відомі конструкції об'єктивів із сталими світлофільтрами, розміщеними між компонентами об'єктива.

Основними параметрами та характеристиками світлофільтра є спектральний коефіцієнт пропускання, інтегральний коефіцієнт пропускання, геометричні та конструктивні параметри, фізико-механічні властивості, а також стабільність параметрів світлофільтра у часі при різноманітних умовах експлуатування.

Д ля зменшення шкідливого впливу атмосферної димки, а також для інших цілей при аерофотозйомці широко застосовуються світлофільтри, яким властиве чітко виражене вибіркове спектральне поглинання світлового потоку, що проходить крізь них, як це видно з рис. 3.14.

Рис. 3.14. Спектральне поглинання світлового потоку різними світлофільтрами

Світлофільтр зменшує освітленість зображення. Це вимагає відповідного збільшення необхідної витримки, яка визначається з умов експонометричного розрахунку з урахуванням кратності світлофільтра, що застосовується. Кратність світлофільтра показує, у скільки разів необхідно збільшити витримку при фотографуванні зі світлофільтром у співвідношенні з витримкою при фотографуванні без світлофільтра при однакових умовах.

Кратність світлофільтра залежить від типу плівки, що застосовується, спектральної характеристики об'єкта, що фотографується, характеру атмосферної димки.

У таблиці 3.1 приведена кратність світлофільтрів для декількох типів аерофотоплівки.

Звичайно для узгодження спектральних характеристик та, особливо, для зменшення впливу повітряної димки застосовується жовтий світлофільтр на малих висотах (5-6) км. Оранжевий світлофільтр застосовують при сильній димці на висотах більше (8-0) км.

Світлофільтри застосовуються в аерофотозйомці для строгого розділення зон спектра. Вони повинні характеризуватися різким переходом від повного пропускання до непрозорості.

Основними матеріалами для світлофільтрів є оптичне скло, пластмаси, оптичні кристали, напівпровідникові речовини.

В аерофотозйомці застосовують спектральні світлофільтри для відповідної зміни спектрального складу світловою потоку від об'єктів, що фотографуються, та нейтральні світлофільтри, які використовуються для зменшення світлового потоку. До останніх можна віднести також відтінювачі. Явище зменшення освітленості зображення від центральної точки до країв, внаслідок зрізання світлових променів оправами лінз, має назву геометричного вин'єтирування. Внаслідок вин'єтирування зріз нахиленого пучка променів завжди менший ніж зріз осьового пучка променів. Покращення світлорозподілення може бути досягнуто при застосовуванні особливого відтінювача з найтоншого шару металу, що нанесений на поверхню лінзи чи світлофільтра, які мають змінну площину від центра до країв (освітленість в центрі можливо знизити у 3-3,5 рази).

Таблиця 3.1

Світлофільтр	Колір скла світлофільтра	Кратність для фотоматеріалів
		Ізопанхром	Панхром	Інфрахром
№2, ЖС-18	Жовтий темний	2	1,5	1,5
№3, ОС-12	Оранжевий світлий	3	2	2
№4,ОС-14	Оранжевий темний	5	3	2
№5, КС-14	Червоний світлий	-	4,5	5

В даний час функції нейтрального чи спектрального світлофільтра суміщаються з функцією відтінювача в одній конструкції світлофільтра.

Основна умова, що пред'являється до спектральних аерофотознімних світофільтрів, є та, що спадання спектральної характеристики в районі граничної довжини хвилі повинне бути достатньо крутим, що дозволить чітко виділити необхідну ділянку спектра. Пропускання світлофільтра в робочому діапазоні повинно бути можливо максимальним (звичайно більше 80%).

Наявність спектрального коефіцієнта пропускання світлофільтра для монохроматичного потоку визначається за формулою:

,

де – величина монохроматичного потоку з довжиною хвилі λ, що падає на світлофільтр;

– величина монохроматичного потоку з довжиною хвилі λ, який пройшов крізь світлофільтр:

.

Спектрофотометрична характеристика (рис. 3.15) виражає залежність спектрального коефіцієнта пропускання світлофільтра чи оптичної густини від довжини хвилі λ.

Світлофільтр, у якого ≥ 3 та = 10^-3, володіє повним поглинанням. Довжина хвилі λ_пр, яка відповідає густині світлофільтра D_прλ, при якій пропускання зменшується удвічі відносно максимального пропускання, має назву граничної довжини хвилі світлофільтра. Відступ від даних геометричних параметрів світлофільтра призводить до викривлення поверхні світлофільтра, фокусності та клиноподібності. Чим більше фокусна відстань аерофотооб'єктиву, тим точніша повинна бути форма світлофільтра. У склі не повинно бути пузирів, подряпин. Відступ від площинності не повинен перевищувати 1 мкм.

Рис. 3.15. Спектрофотометрична характеристика світлофільтру:

I – зона поглинання; II – зона часткового поглинання; III – зона часткового пропускання;

IV – зона повного пропускання

Якщо світлофільтр володіє властивостями клину, то він буде зменшувати розрізняльну здатність та контраст зображення через накладення на зображення рефлексів, що виникають при багаторазовому відбиванні від поверхонь променів, які падають на світлофільтр. Крім того, в зображення вноситься хроматизм та спотворення.

Проте, коли для компенсації зсуву зображення використовуються клини, то часто їх використовують одночасно, як і світлофільтри.

Під час фотографування в інфрачервоній області спектра потрібне відповідне фокусування АФА, тому застосовується коригуючий світлофільтр оранжевий або червоний “зі заздалегідь розрахованою фокусністю”, або змінюють фокусування АФА.

Необхідно відмітити, що роль світлофільтрів особливо збільшилася у зв'язку з розвитком багатоспектральної спектрозональної зйомки.

Під час вибору світлофільтра для аерофотозйомки основну увагу звертають на параметри повітряної димки. Світлофільтр збільшує контраст зображення.

Для того, щоб не загубити деталі зображення у тінях під час переходу з одної зони спектра до іншої збільшують витримку, що може призвести до перетримання для світлих деталей.

Для підтримання сталої температури всередині АФА у конструкції світлофільтру передбачені електронагрівальні елементи з тонкого дроту, встановлені по усій площині світлофільтру. Їх роботою керує терморегулятор. У деяких конструкціях поверхня світлофільтру або захисного скла вкрита струмопровідним покриттям.