1.2. Склад кадрового аерофотоапарата

Аерофотографування, при якому зображувана земна поверхня представляється сумою окремих зображень (кадрів), називається кадровим аерофотографуванням, а аерофотоапарат, призначений для виконання кадрового аерофотографування, називається кадровим аерофотоапаратом.

Сучасний кадровий АФА являє собою складну автоматичну апаратуру (рис. 4.2), що складається з таких елементів:

• аерофотокамери (АФК);

• пульта керування АФА;

• систем автоматичного регулювання (САР) експозиції, компенсації зсуву зображення, компенсації дефокусировок;

• фоторегістратора координат;

• бортового фотообробного пристрою;

• аерофотоустановки.

Рис. 4.2. Склад кадрового АФА:

1 – об'єктивна частина аерофотокамери АФА; 2 – оптичні клини системи автоматичної компенсації зображення; 3 – аерофотооб'єктив; 4 – діафрагма; 5 – аерофотозатвор; 6 – рухлива лінза аерофотооб'єктива системи автоматичної компенсації дефокусировок; 7 – камерна частина аерофотокамери АФА; 8 – котушка, що намотує; 9 – касетна частина аэрофотокамери АФА;

10 – прилади, що реєструють; 11 – мірний валик; 12 – аерофотоплівка; 13 – притискний стіл;

14 – скло, що вирівнює; 15 – направляючі валики; 16 – котушка, що змотує; 17 – привод притискного столу; 18 – привод котушки, що намотує; 19 – привод аерофотозатвора; 20 – привод системи компенсації зсуву зображення; 21 – привод діафрагми; 22 – розподільний пристрій;

23 – розподільна коробка; 24 – світлоприймаючий пристрій САР експозиції; 25 – бортова цифрова обчислювальна машина; 26 – командний прилад АФА; 27 – фоторегістратор координат

Частина АФА, безпосередньо виконуюча аерофотографування, називається аерофотокамерою. Аерофотокамера, як правило, складається з об'єктивної, камерної і касетної частин.

Частина аерофотокамери, у якій встановлюється один чи декілька аерофотооб'єктивів, називається об'єктивною частиною аерофотокамери.

Касетна частина аерофотокамери являє собою знімну частину АФК, у якій розміщаються пристрої і механізми для транспортування і вирівнювання аерофотоплівки.

Камерна частина АФК є частиною аерофотокамери, проміжною між касетною й об'єктивною частинами, призначеною для їхнього функціонального з'єднання і зв'язку.

Знімна касетна частина АФК називається касетою. В касеті розміщається котушка з аерофотоплівкою.

Сукупність оптичних елементів, призначених для побудови оптичного зображення в АФК, називається оптичною системою аерофотоапарата. Сукупність оптичної системи й аерофотоматеріалів (фотоплівки) називається оптико-фотографічною системою. Сукупність перелічених ланок з їхніми передатними характеристиками, а також зовнішніх середовищ, що розділяють об'єкт фотографування і його фотографічне зображення та визначають розходження їхніх оптичних властивостей, називається аерофотографічною системою (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Аерофотографічна система (а) и її структурована модель (б)

1.3. Елементи і механізми кадрових аерофотоапаратів

1.3.1. Аерофотооб'єктиви

Оптико-механічний пристрій, оптична частина якого призначена для побудови оптичного зображення в АФА, називається аерофотооб'єктивом. За конструктивним виконанням аерофотооб'єктиви поділяються на лінзові, дзеркальні і дзеркально-лінзові. У лінзовому аерофотооб'єктиві оптична частина складається тільки з лінз, у дзеркальному – із дзеркал, у дзеркально-лінзовому – з лінз і дзеркал.

Дзеркально-лінзові об'єктиви застосовуються для фотографування з дуже великих висот, особливо для фотографування зі штучних супутників Землі. Їхня фокусна відстань 10 і більш метрів. У дзеркально-лінзових об'єктивах основним компонентом, що збирає промені, служить увігнуте дзеркало, чи система дзеркал. Чисто дзеркальні системи мають малі габарити, велику світлосилу і в них відсутні хроматичні аберації. Однак через великі сферичні аберації такі системи не можуть забезпечити значний кут поля зору. Введення в цю систему лінзових компонентів для компенсації сферичної аберації дозволяє одержати оптичну систему, що поєднує в собі переваги як лінзових, так і дзеркальних систем: малі габарити і високу якість зображення при великій світлосилі і значному куті поля зору.

На рис. 4.4 зображена схема дзеркально-лінзового об'єктива, встановленого в АФА на американському розвідувальному супутнику «Самоз». Об'єктив має такі параметри: фокусна відстань – 12,5 м; кут поля зору – 0,33°; відносний отвір – 1:12,5; фотографічна розрізняльна здатність – 50^-1мм. Застосування дзеркально-лінзового об'єктива дозволило скоротити розміри аерофотоапарата до 2,1 м, тобто в шість разів у порівнянні з фокусною відстанню об'єктива.

Рис. 4.4. Оптична схема дзеркально-лінзового об'єктива

За величиною кута поля зору, аерофотооб'єктиви поділяються на вузькокутові аерофотооб'єктиви з малим кутом 2β поля зору (2β < 15^о), з нормальним кутом поля зору (15° ≤ 2β ≤ 60°) і ширококутові аерофотооб'єктиви з великим кутом поля зору (2β ≥ 60^о). Як правило, ширококутові об'єктиви мають невелику фокусну відстань (50...250 мм) і невеликий відносний отвір (1:5...1:7), тому, що зі збільшенням цих параметрів різко зростають величини залишкових аберацій і погіршується якість зображення, особливо на краю поля зору. Ширококутові аерофотооб'єктиви найчастіше застосовуються в АФА, призначених для оглядових і картографічних цілей, тому до них пред'являються особливо тверді вимоги щодо геометричних спотворень. У ширококутових об'єктивах особливо позначається значне падіння освітленості зображення від центра до периферії.

За величиною фокусної відстані f аерофотооб'єктиви поділяються на короткофокусні (f < 300 мм), середньофокусні (1000 мм > f > 300 мм), довгофокусні (f > 1 м). Топографічні аерофотооб'єктиви мають трохи іншу градацію: короткофокусні (f < 150 мм), середньофокусні (300 > f > 150 мм) і довгофокусні (f > 300 мм).

За величиною світлосили аерофотооб'єктиви поділяються на світлосильні (1/2f > D_вх.зр > 1/3f) і зверхсвітлосильні (D_вх.зр ≥ 1/2f). Світлосильні об'єктиви мають невеликий кут поля зору (20°...50°) і, як правило, складаються з великої кількості лінз (5...8). Фокусна відстань світлосильних об'єктивів рідко перевищує 500 мм через технологічні труднощі виготовлення лінз великого діаметра. Світлосильні аерофотооб'єктиви застосовуються у фотографічних ТЗПР для аерофотографування в умовах малої освітленості і для нічного аерофотографування при висвітленні місцевості штучними джерелами світла. Крім цього, подібні аерофотооб'єктиви широко використовуються для аерофотографування з малих висот при великих швидкостях польоту.

Розрізняють аерофотооб'єктиви з постійною і перемінною фокусною відстанню (панкратичні аерофотооб'єктиви). В аерофотооб'єктиві з перемінною фокусною відстанню забезпечується плавна чи дискретна зміна фокусної відстані в заданих межах. Аерофотооб'єктив, у якого виправлена дисторсія в межах усього поля зору, називається ортоскопічним. Аерофотооб'єктив з великою дисторсією називається дисторсіруючим. Він використовується для спеціальних цілей.

За призначенням аерофотооб'єктиви поділяються на аерофотооб'єктиви, призначені для встановлення у фотографічних ТЗПР, і на аерофотооб'єктиви топографічних АФА (табл. 4.1).

Крім фокусної відстані аерофотооб'єктива f існує поняття фокусної відстані аерофотокамери f_k (рис. 4.5), під яким розуміється відстань від задньої головної точки Н' аерофотооб'єктива до площини скла, що вирівнює, чи площини прикладної рамки АФК.

Практично f = f_k. Величина f_k визначається з точністю до сотих часток міліметра і записується в паспорт АФА. Вона є одним з елементів внутрішнього орієнтування при фотограмметричній обробці аерознімків (визначенні координат точок на аерознімку). Користаючись фокусною відстанню і знаючи висоту польоту Н, можна визначити масштаб зображення і розрахувати розміри зображення об'єктів, що знімаються.

Крім кута поля зору аерофотооб'єктива існує поняття кута поля зору аерофотоапарата, під яким розуміється кут, що відповідає діагоналі кадру. Кут поля зору є дуже важливим параметром, що визначає продуктивність аерофотознімання.

Таблиця 4.1