Соколова Е.В. КЛ_АМвЛХ

щиков служебных команд парашютистов и десантников и оборудования, необходимого для работы; хороший круговой обзор и достаточно высокий рабочий потолок (не меньше 3—4 км для равнинной и 8 км для горной местности), скорость полета не должна превышать определенного предела, который обусловлен необходимостью визуального наблюдения и исследования лесов, а также допустим сдвигом изображения при аэрофотосъемке; запас горючего должен обеспечивать продолжительность полета на 7—8 ч; малый разбег при взлете и посадке, нетребовательность к взлетной, дорожке; хорошая устойчивость в горизонтальном положение и маневренность.

В лесном хозяйстве для аэрофотосъемки, охраны лесов от пожаров, их тушения, аэровизуальных наблюдений, авиахимической борьбы с вредителями леса и других работ широкое применение получили самолеты Ан-2, Ан30, Ил-14ФК, Ан-24. В салоне самолета Ан-2, в двух люках свободно размещаются два аэрофотоаппарата, специальное к ним оборудование и 6 - 8 пассажиров или специальная команда (в аэросъемочном варианте 5 чел.). Ан-2 весьма маневренен, достаточно устойчив в воздухе и нетребователен к посадочным площадкам, пригоден для крупно - масштабной аэрофотосъемки.

Самолет Ил-МФК (модификация самолета Ил-14) оборудован наиболее совершенными аэронавигационными приборами, обладает большой грузоподъемностью и скоростью полета, применяется при тушении лесных пожаров, а также для выполнения аэрофотосъемочных работ в средних масштабах. В кабине его устроены три шахты, в которых оборудованы четыре фотолюка. Одновременно в них в разных вариантах можно установить АФАТЭ с различными фокусными расстояниями, ТАФА-10, ТАФА-20 либо АФА-

41/10, АФА-41/7,5, АФА-41/20, ТЭС-5 и ТЭС-10.

Аэрофотосъемочный самолет Ан-30 предназначен для выполнения аэрофотосъемки в средних и мелких масштабах. Его технические характеристики практически не отличаются от характеристик пассажирского самолета Ан-24, используемого в лесном хозяйстве при тушении лесных пожаров. Для обеспечения высокой точности самолетовождения при аэрофотосъемке на Ан-30 установлены комплекс специального пилотажно-навигационного оборудования - автопилот АП-28Л-1Ф с автоматом разворота, курсовая система КС-6, астрокомпас ДАК-ДБ-5В, допплеровский измеритель путевой скорости и угла сноса ДИСС-013-24ФК. В общей кабине самолета вдоль оси самолета оборудованы три остекленных люка: первый, размером 81 OX X785 мм, предназначен для размещения над ним аэрофотоаппарата АФА-ТЭ с гидростабилизирующей установкой; второй, размером 370X390 мм, служит для установки оптического блока электронного командного прибора ЭКП-2М; третий, размером 390X390 мм, предназначен для монтирования АФА в плановой аэрофотоустановке с автоматическим разворотом на угол сноса. Кроме того, слева и справа имеются еще два люка, каждый размером 280X280 мм для перспективной съемки.

Вертолет - летательный аппарат, способный взлетать вертикально (без разбега), садиться также вертикально (без пробега). В воздухе он может двигаться в любом направлении, неподвижно зависать, производить посадку на небольшом открытом месте (лесной поляне, открытой расчищенной лесосеке

ит. п.). Он имеет большой диапазон скоростей. Благодаря этим свойствам вертолет является незаменимым средством связи, транспорта, для выполнения аэрофотосъемки и различных лесохозяйственных работ в малодоступных

инеобжитых районах Севера, Сибири и Дальнего Востока.

Влесном хозяйстве применяются несколько типов вертолетов, в том числе: Ми-2, Ми-6, Ми-8, Ка-26 и др.

Для аэрофотосъемки и визуальных наблюдений чаще используют вертолет Ка-26. Он применяется также для аэрофотографирования в крупных масштабах, обычно небольших выборочных участков или линейных объектов. Для переоборудования в аэро-фотосъемочный вариант используют вертолет с грузопассажирской кабиной, имеющей в полу люк. Состав экипажа вертолета при аэрофотосъемке состоит из командира, штурманааэрофотосъемщика и бортоператора. Аэронавигационное оборудование вертолета, используемого для аэрофотосъемки, включает курсовую систему ГМК-1А, высотомер ВД-10, указатель скорости УС-250, вариометр ВР-10М, авиагоризонт АГК-47ВК, бортовой визир (типа МКВ или НКПБ).

Вкомплект аэрофотосъемочного оборудования вертолета входят аэрофотоаппарат (АФА-ТЭ или другой с тремя кассетами), электронный командный прибор ЭКП-2М, плановая аэрофотоустановка с автоматическим разворотом на угол сноса, статоскоп С-51, аэроэкспонометр АЭ-2 и вакуумопомпы. Для перезарядки кассет АФА на борту вертолета находится специальный мешок из светонепроницаемой ткани. Для аэрофотосъемки можно применять

идругие типы вертолетов - Ми-2 и Ми-8.

1 . 2 . 2 К о с м и ч е с к и е с ъ ѐ м о ч н ы е с и с т е м ы

На рубеже XX века в нашей стране, наряду с государственными программами запуска космических летательных аппаратов и выполнения космических съемок, появились коммерческие космические программы. Первый коммерческий спутник был запущен российской ракетой-носителем с космодрома на Дальнем Востоке в январе 1997 г. Крупнейшие авиационные и космические компании участвуют в осуществлении собственных программ. Образовался рынок фотографических и цифровых изображений. Потребитель в соответствии с решаемой задачей, из публикаций или по Интернету выбирает из предлагаемых каталогов наиболее приемлемые для него материалы съемок. На околоземных орбитах находятся несколько десятков космических летательных аппаратов с различными съемочными системами на борту. Получаемая при этом разноплановая информация — изображения или результаты измерений определенных характеристик объектов на поверхности Земли или атмосферы — передается на пункты приема тех стран или коммерческих структур, по заказу которых осуществляют данную съемку. Наземные комплексы приема и первичной обработки космической информации находятся в различных городах страны.

Наиболее известные и используемые в мире данные получают с зару-

бежных космических аппаратов NOAA, LANDSAT, SPOT IRS, RADARSAT,

ERS.

Высокие изобразительные и метрические качества имеют фотографические снимки, полученные с отечественного спутника «Комета» камерами специального назначения КВР-1000 и топографической ТК-350. Среди российских пользователей для изучения природных ресурсов используют снимки со спутников типа «Метеор», «Ресурс-Ф», «Ресурс-О, «Океан», съемочные системы «Фрагмент», МСУ-Э, МСУ-СК. Съемка с периодически запускаемых на орбиты спутников позволила создать архивы изображений на различные районы земной поверхности, что дает возможность осуществлять мониторинг территорий и отдельных объектов и явлений.

Фотографические снимки, полученные со спутника «Комета» кадровыми камерами КВР-1000 (фокусное расстояние = 1000 мм), имеют разрешение 2 м. Топографическая камера ТК-350, установленная на спутнике «Комета», позволяет производить съемку с перекрытиями. Разрешение изображения данных снимков— 10м. Результаты стереофотограмметрической обработки снимков используют для создания и обновления мелкомасштабных планов и карт. Спутники «Комета» запускают на срок до 1 мес.

Широко используют фотографические изображения, получаемые со спутников серии «Ресурс-Ф», оснащенные фотографическими камерами КФА-1000, КФА-3000, КАТЭ-200 и четырехканальным фотоаппаратом МК-4.

На территории страны имеется большое число региональных пунктов приема космических изображений, получаемых со спутника «Ресурс-О». На спутнике установлены многозональные сканеры МСУ-Э с разрешением 45 м и МСУ-СК с разрешением 150 м. Благодаря свободному доступу снимки широко используют в отечественных организациях, занимающихся исследованиями природных ресурсов.

Существуют многолетние космические проекты исследования земной поверхности, разрабатывают и реализуют новые.

Для широкого пользования разработаны и применяют станции приема и обработки изображений (низкого и среднего разрешения) земной поверхности. Аппаратно-программные комплексы включают: персональные компьютеры, антенную систему, устройство сопряжения антенной системы с компьютером и программное обеспечение. С помощью параболической антенны, установленной на поворотном устройстве, принимают передаваемые со спутника изображения. Программные средства обеспечивают слежение за спутником, автоматический прием данных, их визуализацию просмотр и оценку. Визуализация изображения производится в чѐрно-белом или цветном варианте, осуществляется синтезирование зональных снимков. Проводится графическая привязка всего сегмента или его фрагмента, а также программными средствами рассчитываются географические координаты для каждого пикселя изображения. Выполняется фотограмметрическое преобразование изображений, составляются накидные монтажи. Программные средства позволяют выполнить тематическую обработку изображений и представить результаты обработки в картографическом виде.

1 . 3	Т е х н и ч е с к и е	с р е д с т в а	д и с т а н ц и о н н ы х
с ъ ѐ м о к
1 . 3 . 1	Ф о т о г р а ф и ч е с к и е		с р е д с т в а
а э р о к о с м и ч е с к и х с ъ ѐ м о к

Фотографический способ регистрации электромагнитного излучения — один из основных способов при производстве съемок земной поверхности с воздушных летательных аппаратов. Знание свойств фотографических материалов, а также принципа и точности построения изображения в различных типах фотокамер позволяет оптимизировать съемочный процесс и процесс использования получаемых снимков.

Достоинства фотографического способа получения и хранения информации заключаются в том, что:

изображение представляет собой аналоговую модель снимаемого объекта в виде двумерного распределения функций его яркости (оптической плотности или цвета);

достаточно строгая пропорциональность оптической плотности (цвета) на снимке яркостям объектов;

фотографический процесс и возможность управления им изучены достаточно;

фотографические сенсоры (фотоматериалы) имеют достаточно стабильные характеристики и свойства, что обеспечивает получение снимков необходимого качества;

стоимость фотоснимков значительно ниже стоимости снимков, полученных нефотографическим способом;

разрешающая способность получаемых изображений высока. недостатки фотографического способа:

ограничение спектральной зоны съемки (0,3...1,1 мкм); необходимость проведения фотохимической обработки; неоперативность доставки получаемой информации; зависимость от погодных условий;

необходимость проведения специальной процедуры ввода изображения при дальнейшей компьютерной обработке снимков.

1 . 3 . 1 . 1 А э р о ф о т о а п п а р а т ы , п р и м е н я е м ы е п р и а э р о к о с м и ч е с к и х с ъ ѐ м к а х

Фотографические съемочные системы, применяемые для съемки земной поверхности и планет с различных летательных аппаратов, называют соответственно аэрофотоаппаратами и космическими фотоаппаратами. Существует большое число конструкций этих аппаратов. Аэро- и космические фотоаппараты можно классифицировать, как уже было рассмотрено, по способу построения снимка, числу используемых каналов, а также по длине фокусного расстояния объектива, разрешающей способности, назначению и т. д.

Наибольшее применение имеют кадровые топографические аэрофотоаппараты (АФА). Схема построения изображения в кадровых АФА, которую принято считать классической, показана на рисунке 1.5. В кадровых АФА имеется плоская поверхность, не которой строится изображение, неподвижный относительно нее объектив, оптическая ось занимает неизменное положение, изображение строится в центральной проекции. Экспонирование площади снимка происходит одномоментно.

Рисунок. 1.5 - Схема построения изображения в кадровых АФА: (1 — снимок; 2— зона захвата на местности; 3 — затвор; 4—S— центр проекции; 5—координатные метки; ABCD — фрагмент местности; а, b, с, d— снимок)

Схема устройства аэрофотоаппарата показана на рисунке 1.6. Основными частями его являются съемочная камера и кассета. Съемочная камера состоит из оптического блока 6 и корпуса 5. В нижней части оптического блока расположен объектив 4. В верхней части, в фокальной плоскости аэрофотообъектива, располагается прикладная рамка. В плоскости прикладной рамки в момент фотографирования происходит выравнивание аэрофотопленки. Существует несколько способов выравнивания, например механическим способом, с помощью прижимного стола 9 и выравнивающего стекла 7. В некоторых типах АФА пленка выравнивается за счет создания разрежения между пленкой и выравнивающим столом. Невыравнивание аэропленки приводит к геометрическим деформациям изображений и снижает разрешающую способность снимка.

На серединах сторон прикладной рамки (в некоторых конструкциях также в ее углах) имеются координатные метки (см. рис. 1.5, 5), которые фиксируются при съемке на каждом аэроснимке. С помощью меток определяется система координат снимка. Прикладная рамка ограничивает размеры снимка. Наиболее широко применяют форматы 18 х 18, 23 х 23 и 30 х 30 см. Формат кадра может быть не квадратным.

Рисунок 1.6 - Схема устройства аэрофотоаппарата (1 - стекло люка; 2 - аэрофотоустановка; 3 - светофильтр; 4 - объектив; 5 - корпус камеры;

6 - оптический блок; 7 - выравнивающее стекло; 8 - кассета; 9 - прижимной стол; 10 - приемная и передающая катушки с аэропленкой;

11 - аэроплѐнка; 12 - пульт управления и командный прибор)

В некоторых типах АФА на поверхность выравнивающего стек- 1 ла наносят контрольные метки в виде сетки крестов со стороной 10 или 20 мм. Толщина штрихов крестов 2...3 мкм, а точность их нанесения 2 мкм. Используя сетку крестов, учитывают искажения изображений. Расстояния между координатными и контрольными метками определяют при фотограмметрической калибровке АФА. Результаты заносят в формуляр аэрофотоаппарата и используют при фотограмметрической обработке снимков. При механическом способе выравнивания аэропленки его качество оценивают по I резкости изображения контрольных меток (крестов).

Кассета (съемочная 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 снимков размером 18x18 см.

Аэрофотообъектив — оптико-механическое устройство, состоящее из оптической и механической частей. Оптическая часть (собственно объектив)

— это закрепленные в корпусе линзы различной кривизны и формы. Подбирают линзы с целью получения оптического изображения с заданными свойствами. Узлы механической части, затвор и диафрагму, размещают в межлинзовом пространстве аэрообъектива.

Затвор — это устройство, регулирующее время (выдержку), в течение которого происходит экспонирование аэропленки. Выдержки в аэрофотозатворах изменяются в интервале от 1/40 до 1/1000 с и менее. Изменение выдержек в аэрофотоаппаратах происходит 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. «Смаз» изображения уменьшает резкость изображения и разрешающую способность снимка на 30...50%. Фотографический «смаз», вызванный поступательный движением летательного аппарата, можно уменьшить, уменьшив выдержку

t m /W	(1.1)
доп

где m — знаменатель масштаба снимка; σдоп — значение допустимого «смаза»; W— скорость летательного аппарата.

Диафрагма служит для изменения диаметра входного отверстия объектива. В аэрофотоаппаратах диаметр входного отверстия объектива регулирует количество светового потока, проходящего через объектив. Чем больше диаметр диафрагмы, тем больше освещѐнность экспонируемой аэрофотопленки. В практических целях для описания размера отверстия объектива используют величину, называемую относительным отверстием. Относительное отверстие объектива.

1 k i f

(1.2)

где i - диаметр входного (действующего) отверстия; f — фокусное расстояние.

Основными характеристиками аэрофотообъектива, определяющими метрические и изобразительные свойства снимков, являются фокусное расстояние, дисторсия, разрешающая способность, угол поля изображения, светораспределение по полю изображения.

Фокусным расстоянием f объектива или главным фокусным рас стоянием называют расстояние от задней узловой точки объектива энного 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 фотообъектива. В АФА применяют объективы с фокусными расстояниями от 20...30 мм до нескольких метров. Фокусное расстояние АФА/и высота фотографирования (расстояние до поверхности объектива) Я определяют масштаб аэрофотографирования:

1 m f H ,

(1.3)

где m — знаменатель масштаба фотографирования.

При неизменной высоте фотографирования чем больше фокусное расстояние, тем крупнее масштаб съемки.

Важной характеристикой топографических АФА является дисторсия объектива. Дисторсия — частный случай аберрации, приводит к нарушению связки проектирующих лучей, строящих оптическое изображение. Нарушение происходит за счет неодинакового преломления различно направленных проектирующих лучей ASa (рис. 1.7).

Под разрешающей способностью объектива понимают свойство раздельно воспроизводить оптическое изображение двух близко расположенных точек или линий. Так же как и для аэрофотопленки, при ее определении используют штриховые и радиальные миры. В центре изображения, построенного объективом, разрешающая способность больше, чем на краю. Поэтому при изучении мелких деталей снимаемых объектов предпочтительнее использовать центральные части снимков.

Рисунок 1.7 Схема действия дисторсии

Одной из важных характеристик, определяющей фотометрические свойства аэрофотообъектива, является светораспределение в плоскости снимка. Освещенность, создаваемая в фокальной плоскости, уменьшается от центра к краю. Функция светораспределения описывается согласно закону Ламберта формулой

n
Е Еcos,	(1.4)
0

где Еβ – освещѐнность в точках поля изображения; Е0 – освещѐнность в центре поля изображения;

n – коэффициент, равный 1, 2, 3, 4 в зависимости от типа объектива;

β – угол, образуемый главной оптической осью и направлением на точ-

ку.

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. По значению угла поля изображения аэрофотоаппара-

ты подразделяют на узкоугольные (менее 15°), нормальноугольные (15...60°), широкоугольные (более 60°).

Аэрофотоаппарат помещают в аэрофотоустановку (АФУ), предназначенную для его крепления на летательном аппарате, ориентирования в заданном положении и уменьшения влияния либрации. Ориентирование представляет собой установление системы координат прикладной рамки (снимка) по направлению полѐта летательного аппарата и заданного угла наклона снимка. Ориентирование осуществляют вручную или автоматически. В записи мости от углов отклонения оптической оси АФА от отвесного направления различают АФУ плановые (углы отклонения не превышают 3°) и перспективные (углы отклонения до 40...45°). Для уменьшения влияния продольных и поперечных наклонений летательных аппаратов применяют гиростабилизирующие аэрофотоустановки.

Командный прибор (интервалометр) предназначен для автоматного включения аэрофотоаппарата через определенный промежуток времени. По принципу работы их разделяют на электрические и оптико-электронные. После подачи 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 составляет 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, определяющей пространственное положение снимка в геодезической системе координат на момент съемки.

Современными аэрофотоаппаратами и съемочным процессом управляют с помощью бортового компьютера, который помещен в крепкий корпус, не содержит движущихся частей (в отличие от обычных твердых дисков), имеет электронную защиту. Всѐ это значительно снижает вероятность выхода его из строя в полете.

1 . 3 . 1 . 2 Ф о т о г р а ф и ч е с к и е м а т е р и а л ы

Аэрофотопленка — часть фотографической съемочной системы. С ее помощью регистрируется оптическое изображение. От свойств аэрофотопленки зависит метрическое и изобразительное качество аэроснимков, т. е. качество изготовляемых планов и карт.

Рассмотрим некоторые понятия, применяемые в фотографии. Выдержка — время, в течение которого фотоэмульсионный слой под-

вергается непрерывному воздействию световой энергии.

Экспозиция — количественная мера световой энергии, поступающей на светочувствительный слой; определяют как произведение освещенности светочувствительного слоя на время освещения.

Экспонирование — процедура освещения светочувствительного материала.

Оптическая плотность — мера фотографического почернения светочувствительного слоя; выражается десятичным логарифмом непрозрачности (отношение прошедшего через оптическую среду светового потока к падающему).

Аэрофотопленка для получения черно-белых изображений представляет собой основу (подложку) с нанесенными на нее слоями: светочувствительным (фотоэмульсионным), защитным, скрепляющим и противоореольным.

Основу аэрофотопленок изготовляют из триацетата, лавсана или материала типа «кронар» и «эстар». Главный критерий основы, определяющий фотограмметрическую точность снимка, — ее деформация, которая может быть равномерной, неравномерной и локальной.

Фотоэмульсионный слой представляет собой взвесь микрочастиц (зерен) светочувствительного вещества (например, бромистого серебра) в желатине. Для улучшения свойств фотоэмульсии в нее добавляют специальные вещества.

В фотоэмульсионном слое регистрируется оптическое изображение, проецируемое на него объективом аэрофотоаппарата.

Защитный слой предохраняет эмульсию от механических повреждений. Противоореольный слой предотвращает появление ореолов, поглощая

свет, отраженный от основы.

При выборе аэрофотопленок учитывают следующие фотографические свойства.

Вуаль — оптическая плотность не подвергнутого воздействию света (неэкспонированного) фотоматериала. Для аэропленок вуаль допускается не более 0,2.

Коэффициент контрастности характеризует свойство фотоэмульсионного слоя реагировать на некоторое количество световой энергии образованием большей или меньшей разности оптической плотности соседних изображений.

Светочувствительность — способность фотоэмульсионного слоя создавать большую или меньшую оптическую плотность одинаковой экспозиции.

Светочувствительность может быть общей, если фотоматериал депонировался излучением широкого спектрального интервала (например, 500...700 нм), или спектральной — для узкой зоны спектра (например, 520...560, 680...740нм).

При малой освещенности объекта или при коротких выдержках при съемке применяют фотопленки с высокой чувствительностью.

Спектральная чувствительность фотоэмульсионного слоя характеризует его способность реагировать на лучи различных зон спектра.

Но спектральной чувствительности фотоэмульсии могут быть несенси-

билизированные и сенсибилизированные. В состав сенсибилизированных эмульсий входят вещества-сенсибилизаторы, расширяющие спектральную