15. Поняття про зсув зображення

При повітряному фотографуванні АФА разом зі своїм носієм – літальним апаратом робить лінійні і кутові переміщення відносно місцевості, що фотографується, чи об'єктів розвідки. При цьому можна виділити три види зсуву зображення на фотоплівці АФА, вплив яких необхідно враховувати:

• рівномірний зсув, що є наслідком поступального руху літального апарата;

• короткоперіодичний зсув, викликаний вібраційними коливаннями корпуса літального апарата під дією внутрішніх (вплив роботи авіадвигуна чи органів керування) і зовнішніх (турбулентність атмосфери) динамічних факторів;

• довгоперіодичний зсув, обумовлений повільними періодичними переміщеннями літального апарата щодо його середнього положення в польоті.

Вплив зсуву зображення на зменшення фотографічного розрізняння деталей земної поверхні залежить від швидкості і висоти польоту літального апарата.

Величина припустимого зсуву зображення при аерофотозніманні визначається добротністю системи, що фотографує, у цілому (сукупності об'єктив-фотошар). Якщо добротність системи, що фотографує, мала, то припустимий зсув зображення може бути порівняно великим, однак якщо добротність велика, то припустимий зсув зображення повинен бути досить малим.

Співвідношення між зсувом зображення і його впливом на розрізняльну здатність аерофотознімку має дуже складну залежність, що визначається контрастністю об'єктів, параметрами фотоемульсії плівки, характеристиками оптичної системи АФА і багатьма іншими умовами. На аерофотознімку величина зсуву зображення характеризується розмитістю контурів об'єктів фотографування, тобто наявністю більш-менш плавного переходу між яскравістю об'єкта чи деталі і навколишнім фоном.

Розглянемо фізичну сутність цього явища. Зсув зображення (рис. 3.22) відбувається протягом часу експонування плівки при відкритті затвору АФА (t_ф) через переміщення літального апарата разом з аерофотоапаратом відносно ділянки, що фотографується.

Рис. 3.22. Схема утворення зсуву зображення

На рис. 3.22 показані два положення аерофотоапарата: I – у момент відкриття затвора і II – у момент закриття затвора. Проміжок часу між цими моментами t_ф – час фотографування, чи час витримки затвора АФА. Величина а₂′а₁′′ характеризує величину геометричного зсуву зображення δ, чисельне значення якого

, (3.1)

де V_из – швидкість оптичного зображення у фокальній площині аерофотокамери, рівна швидкості польоту W у масштабі фотографування, тобто

(3.2)

Тут f – фокусна відстань об'єктива АФА; W і H – шляхова швидкість і висота польоту літального апарата.

Після підстановки одержимо:

. (3.3)

Таким чином, у польоті при відкритому затворі об'єктива АФА всі точки об'єктів, що проектуються на фотоплівку, переміщаються по полю фотокадру, “змазуючи” зображення на величину δ.

На плівці замість точки а₁′ вийде лінія а₂′а₁′′. У результаті цього все зображення буде нерізким, розмитим, що знижує розрізняльну здатність АФА й затрудняє дешифрування об'єктів на знімку.

Необхідність виявлення на знімку малорозмірних і малоконтрастних об'єктів земної поверхні пред'являє досить жорсткі вимоги у відношенні припустимого зсуву зображення, а застосування, як приймача світла, фотоплівок з високою розрізняльною здатністю і слабкою світлочутливістю ще більш обмежує величину припустимого зсуву зображення. Зсув зображення приводить до утворення на межі зображення деталі і фону перехідної області, у межах якої величина експозиції, а отже, і оптична щільність зображення поступово змінюються від значень, що відповідають яскравості зображення деталі, до значень, що відповідають яскравості зображення фону.

Довжина цієї області чисельно дорівнює величині геометричного зсуву зображення δ_Г. На рис. 3.23 показаний зв'язок фактичного зображення деталі на знімку a_факт з урахуванням геометричного зсуву δ_Г і граничного значення зсуву δ_П за умови, що а₀ розмір зображення деталі при відсутності зсуву зображення.

Очевидно, що в цьому випадку

(3.4)

Формула (3.4) виведена за умови сталості швидкості зображення V_из за час t_ф, і відсутності впливу об'єктива й аерофотозатвора на розподіл променистої енергії в зображенні. З формули (3.4) і графіка (рис. 3.23) видно, що фактичний чи фізичний зсув зображення δ_физ буде менше геометричного зсуву зображення δ_Г, обчисленого за формулою (3.3), на величину 2δ_П, тобто

(3.5)

Величина δ_П, крім того, залежить також від параметрів світлочутливого шару плівки, від освітленості зображення і його швидкості у фокальній площині АФА в момент спрацьовування аерофотозатвору.

Рис. 3.23. Зв'язок фактичного зображення з геометричним

зсувом і граничним значенням зсуву

Для розглянутого випадку (рис. 3.23) справедливе співвідношення:

, (3.6)

де H_max – максимальне значення експозиції; H_П – граничне значення експозиції. Таким чином, маємо

, (3.7)

і остаточно можемо записати:

. (3.8)

Для штучного зменшення чи повної компенсації зсуву зображення у фокальній площині аерофотоапарата необхідно забезпечити відносну нерухомість оптичного зображення і фотоплівки. На даний час найбільше поширення одержали механічний і оптичний способи компенсації зсуву зображення.

Принцип механічної компенсації полягає в тому, що плівка під час її експонування рухається в напрямку переміщення оптичного зображення зі швидкістю V_пл, рівною швидкості V_пл:

(3.9)

Принцип оптичної компенсації полягає в примусовій зміні ходу світлових променів в АФА. Така зміна може бути здійснена, наприклад, за допомогою оптичних клинів, що рухаються з постійною швидкістю. Рух клинів здійснюється зі строго визначеною швидкістю, що забезпечує на час експонування плівки нерухомість оптичного зображення у фокальній площині об'єктива.

Разом з тим, слід зазначити, що ці способи не забезпечують повної компенсації зсуву зображення для всіх точок знімка, що пояснюється наявністю методичних і інструментальних погрішностей. У першу чергу це відноситься до невідповідності дійсної висоти фотографування для центральних точок знімка і для точок зображення на краю знімка, що є причиною розходження швидкостей зображення цих точок. Це особливо характерно при фотографуванні з великих висот ширококутовими фотосистемами, тому що таке фотографування вимагає врахування кривизни земної поверхні і різного віддалення об'єктів від аерофотоапарата по всьому полю зображення.

Крім того, якщо оптична вісь аерофотоапарата відхилена убік від вертикалі на кут γ, швидкість зображення для різних точок знімка буде різною в залежності від цього кута:

, (3.10)

де β – кут відхилення точки зображення у фокальній площині АФА щодо оптичної осі об'єктива.

У випадку відхилення оптичної осі аерофотоапарата вперед чи назад від вертикалі на кут γ зображення ділянок місцевості переміщаються зі швидкістю:

. (3.11)

Точність роботи механізмів компенсації зсуву зображення залежить також від ступеня синхронізації швидкості зображення зі швидкістю плівки чи зі швидкістю клинів. При порушенні синхронізації може мати місце явище недокомпенсації, коли швидкість зображення більша швидкості компенсації, і явище перекомпенсації, коли швидкість зображення менша швидкості компенсації. В обох цих випадках на знімку утвориться залишковий зсув зображення δ_ост, рівний за абсолютним значенням

, (3.12)

де ΔV – абсолютне значення різниці швидкостей зображення і плівки.

Тому до механізмів компенсації зсуву зображення, які використовують як механічний так і оптичний способи, пред'являються наступні вимоги:

• забезпечувати необхідну точність компенсації зсуву зображення для всіх точок знімка;

• не впливати на роботу інших механізмів аерофотоапарата;

• не погіршувати якість зображення;

• забезпечувати можливість досить простого керування і зміни швидкості компенсації в необхідному діапазоні.

Розглянемо вищезгадані способи компенсації зсуву зображення більш докладно.