Изучение закономерностей искажения изображения на аэроснимке вследствие влияния рельефа местности

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное учреждение высшего профессионального образования

«Государственный университет по землеустройству»

Кафедра фотограмметрии и дистанционного зондирования

Лабораторная работа №4

Изучение закономерностей искажения изображения на аэроснимке вследствие влияния рельефа местности

Выполнила:Петрова Е.Н.

Проверил: Пантюшин В.А.

Москва 2014

1.Классификация АФА по принципу построения изображения, целевому назначению, принципу действия, размерам аэроснимка, величине фокусного расстояния и типу используемых материалов

аэроснимок рельеф аэроландшафт

Аэрофотоаппарат (АФА) служит для получения аэрофотоснимков земной поверхности и представляет собой сложную фотографическую систему, отфокусированную на бесконечность и работающую автоматически в сложных условиях вибрации, толчков и перегрузок.

По принципу построения изображения АФА делится на: кадровые, щелевые и панорамные.

Кадровые аэрофотоаппараты. В кадровых аэрофотоаппаратах экспонирование аэрофотопленки происходит прерывисто, отдельными кадрами вдоль длины аэрофотопленки

Щелевые фотоаппараты обеспечивают непрерывное экспонирование фотоплёнки через неподвижную, постоянно открытую щель, установленную перпендикулярно направлению полёта.

Панорамные аэрофотоаппараты основаны на сканировании плёнки, ориентированной вдоль направления полёта носителя. Служат для фотосъёмки широких участков (панорам) местности, практически от горизонта до горизонта

По целевому назначению АФА подразделяется на: топографические и нетопографические.

Топографические АФА обеспечивают получение снимков с высокими измерительными возможностями.

По принципу действия: цифровые и нецифровые.

По размеру аэроснимка: стандартные (1818 см), широкоформатные (3030 см) и западные (европейские) - 2323 см.

По величине фокусного расстояния: короткофокусные (F<150 мм), среднефокусные (150<F<300 мм) и длиннофокусные (F>300 мм)(узкоугольные; нормальноугольные; широкоугольные)

При аэрофотосъемке снимки местности получают аэрофотоаппаратами (АФА), принципиальная схема устройства которых следующая (рисунок аэрофотоаппарата):

Объектив аэрофотоаппарата должен давать резкое и геометрически правильное изображение. Современные аэрофотоаппараты являются полными автоматами. Они производят серию аэрофотоснимков через заданный промежуток времени, при этом величина экспозиции автоматически меняется из-за различной освещенности местности, автоматическую перемотку аэропленки, её выравнивание и т.д.

По типу используемых материалов:

Светочувствимтельные материамлы, светочувствимтельные прибомры

-- химические соединения, вещества, биологические светочувствительные материалы, электронные устройства произвольной сложности, которые под действием электромагнитного излучения (в том числе -- видимого света) меняют свои структурные или физико-химические свойства. Термин употребляется также для сочетания собственно светочувствительного материала (например, галогенида серебра) с его носителем (эмульсионные слои и полимерная подложка в случае фотоплёнки, бумажная подложка фотобумаги), если они применяются в фотографическом или ином процессе как единое целое.

Фотоматериамлы, Фотографимческие материамлы

-- общее название расходных светочувствительных материалов для фотографии (фотоплёнка, фотопластинка, фотобумага и т. п.).

Светочувствимтельный слой, фотосломй

-- часть фотографического материала, предназначенная для фиксации полного или частичного (например, одного из цветоделённых) изображения при фотографической съёмке или печати. В ряде многослойных фотоплёнок светочувствительностью обладает, например, противоореольный слой, однако его обычно так не называют.

Особенности построения изображения в фотокамере.

Рассмотрим особенности построения изображения объекта идеальным объективом. Они основаны на следующих законах геометрической оптики:

прямолинейности распространения световых лучей в однородной среде;

независимости распространения отдельных световых лучей и пучков;

обратимости лучей света;

отражении и преломлении световых лучей на границе двух сред.

Законы геометрической оптики позволяют сложную оптическую систему идеального объектива заменить упрощенной моделью (линзой), сечение которой плоскостью, проходящей через главную оптическую ось, показано на рис. 1.

На нем: R1 и R2 - передняя и задняя поверхности объектива; S1 и S2 - его передняя и задняя узловые точки; F1 и F2 - передний и задний главные фокусы; H1 и H2 - главные плоскости объектива (они проходят через точки S1 и S2 перпендикулярно главной оптической оси).

Передняя узловая точка S1 относится к пространству предметов местности и является точкой фотографирования. Задняя узловая точка S2 относится к пространству изображения и является центром проекции. Узловые точки обладают тем свойством, что любой луч, вошедший в переднюю узловую точку, выйдя из задней узловой точки, не меняет направления. Такие лучи называются центральными.

Главным фокусом объектива (линзы) называется точка схода лучей идущих от бесконечно удаленного предмета, параллельно главной оптической оси. Их два. Плоскости, проходящие через главные фокусы перпендикулярно к главной оптической оси, называются фокальными плоскостями.

Характеристики фотографических объективов.

Фотографический объектив предназначен для создания оптического изображения объектов фотосъемки в плоскости размещения светочувствительного материала в фотоаппарате.

К основным конструктивным характеристикам фотообъективов относятся:

1)фокусное расстояние;

2)геометрическое относительное отверстие;

3) угол поля зрения;

4) угол поля изображения.

Основные фотометрические характеристики включают в себя эффективное относительное отверстие и светосилу. Качество изображения определяет такая характеристика, как разрешающая способность.

Фокусным расстоянием называется расстояние от задней оптической плоскости объектива до плоскости, где фокусируются лучи света, входящие в объектив параллельным пучком. Фокусное расстояние принято указывать на оправе объектива в миллиметрах.

Соотношение величин фокусного расстояния и диагонали кадра определяет следующую классификацию фотообъективов:

1)нормальные - фокусное расстояние примерно равно по величине диагонали кадра;

2)короткофокусные - фокусное расстояние меньше диагонали кадра;

3)длиннофокусные и телеобъективы ? фокусное расстояние больше диагонали кадра.

Короткофокусные объективы имеют большой угол поля зрения и используются для съемок с близких расстояний и общим планом.

Недостатки:

- при съемке близко расположенных объектов вносят в изображение перспективные искажения, подчеркивая разномасштабность близких и более удаленных объектов;

- дают неравномерное освещение кадра (большее в центре и меньшее по краям).

Фокусное расстояние обычных длиннофокусных объективов в 1,5-2 раза больше диагонали кадра. Эти объективы применяют в основном для съемки крупным планом. Угол поля зрения этих объективов небольшой. Способность длиннофокусных объективов давать четкое изображение в пределах небольшой глубины пространства (например, в плоскости лица) определили их широкое применение для портретной съемки, хотя по конструкции и характеру оптического рисунка они и не относятся к группе портретных объективов.

Объективы характеризуются также разрешающей способностью (способностью объектива раздельно воспроизводить в оптическом изображении мелкие объекты. Разрешающая способность выражается количеством линий на мм. Ширина линий и промежутков между ними должна быть одинакова.

Искажение изображения объективами.

Каждому объективу присущи оптические недостатки (хроматические аберрации, кома, дисторсия,виньетирование).

Дисторсия (от distorsio лат. -- искривление) -- это оптическое искажение пространства. Наиболее характерно дисторсия проявляется при использовании широкоугольных объективов. Бывает дисторсия трех видов: бочкообразная (выпуклая), подушкообразная (вогнутая) и перспективная.

Хроматические аберрации вызваны разложением белого света на цветовые составляющие, из-за чего объект на снимке имеет немного разные размеры в разных цветах и как следствие по его краю появляются цветные контуры. Часто невидимые в центре кадра, они становятся заметны у объектов расположенных ближе к краям изображения. Они не зависят ни от значения фокусного расстояния, ни от диафрагмы, но чаще и сильнее проявляются опять же в зум-объективах. Это обусловлено необходимостью внесения в оптическую схему дополнительных элементов для устранения эффекта, что для объективов с переменным фокусным расстоянием заметно сложнее, чем для фиксов.

Коматическая аберрация или Кома -- одна из пяти аберраций Зейделя оптических систем; проявляется в том, что каждый участок оптической системы, удалённый от её оси на расстояние d (кольцевая зона), даёт изображение светящейся точки в виде кольца, радиус которого тем больше, чем больше d; может рассматриваться как сферическая аберрация лучей, проходящих не через оптическую ось системы. Центры колец не совпадают, в результате чего их наложение, то есть изображение точки, даваемое системой в целом, принимает вид несимметричного пятна рассеяния. Размеры этого пятна пропорциональны квадрату угловой апертуры системы и удалению точки-объекта от оси оптической системы

Виньетирование -- иными словами затемнение областей по краям кадра. Обычно его можно заметить на широкоугольных объективах при максимально открытой диафрагме. Этот эффект встречается довольно редко.

2. Связь оптических характеристик объектов аэроландшафта с их изображениями на фотоснимке. Сенситометрические характеристики светочувствительных слоёв.

Аэроландшафтом принято называть совокупность объектов как искусственного, так и естественного происхождения, расположенных на земной поверхности и наблюдаемых с летательного аппарата. На величину освещённости аэроландшафта солнцем оказывают влияние две группы факторов:

1) широта и долгота места, дата и время суток (географические факторы);

2) метеорологические (облачность, состояние атмосферы и земной поверхности - наличие снежного покрова и т.п.).

Свет- одна из форм электромагнитной энергии. Свет солнца являясь основным источником энергии состоит из электромагнитных колебаний с очень широким диапазоном длин волн, с непрерывно меняющейся мощностью по спектру. Суммарная освещённость ()=Eп+Eр+Ен.

Eп= Ео * То * secZo * cosZo

Eп- освещённость прямыми солнечными лучами;

Eр- освещённость рассеянного атмосферой света;

Ен- освещённость соседними яркими объектами;

Zo- зенитное расстояние Солнца;

Ео- освещённость на границе атмосферы;

То- коэффициент прозрачности атмосферы;

Освещённость объектов аэроландшафта прямыми солнечными лучами представлена на рис 2.

Фотоаппарат		Аэрофотоплёнка

Е Е

Носитель		Негативный процесс

Е

Е

Е

Местность		Фотоснимок

Рис 2.

2.Оптические характеристики объектов аэроландшафта

1) коэффициент яркости.

2) контраст объектов,

3) интервал яркости.

1. Коэффициент яркости аэроландшафта называется отношение яркости объекта в рассматриваемом направлении к яркости белой идеально-рассеивающей поверхности, находящихся в тех же условиях освещённости. =. Коэффициент яркости измеряется от 0 до 1.

2. Контраст - величина, характеризующая различие отражательной способности двух деталей объекта.

K==1-(1/U). «u» для летнего аэроландшафта составляет в пределах 2u10, а для зимнего 550.

lg (B max/ B min) = lg u.

3.Интервал - соотношение яркостей самого светлого и самого темного участков снимаемого объекта. Чем больше интервал яркостей, тем выше контрастность.

Интервал яркости аэроландшафтов необходимо учитывать при расчёте коэффициента выдержки и подборе аэрофотоплёнки.

Таблица 1

Описание объекта съёмки	Отношение яркости	Интервал,EV
Пейзаж без переднего плана в пасмурный день (рассеянное освещение)	5:1-10:1	2.3-3.3
Пейзаж с передним планом (прямой солнечный свет)	20:1-60:1	4.3-5.9
Узкие улицы в тени, некоторые здания подсвечены солнцем	100:1-500:1	6.6-9
Арки и другие тёмные проёмы при общем ярком солнечном освещении	1000:1-10000:1	10-13.8
Интерьер тёмной комнаты, снимаемой против ярко освещённых окон (без подсветки для выравнивания освещения)	до 100000:1	до 16.8

Изменение освещённости в поле зрения объектива.

Изменение освещённости в поле зрения (в) при равномерном освещении объекта характеризуется формулой: E=E`в, где E`-освещённость в центре поля зрения. в-угол поля зрения.

Влияние оптических свойств атмосферы на оптические характеристики объектов аэроландшафта.

Атмосфера представляет собой неоднородную оптическую среду. Молекулы воздуха, газообразные, жидкие и твёрдые примеси, находящиеся в атмосфере рассеивают и поглощают световой поток, сокращая тем самым дальность видимости. Особое влияние оказывает показатель преломления воздуха. Атмосфера представляет собой фильтр с достаточно нестабильными пропускными характеристиками. Нестабильность вызывается сложным вещественным составом и движением воздушных потоков атмосферы, обусловленным различием температуры и давления в её слоях. Для описания оптических свойств используют критерий, называемый пропускной способностью атмосферы. Этот критерий зависит от оптической плотности, наличия механических частиц, водяных паров, длины волны излучения, толщины слоя атмосферы. Атмосфера дважды взаимодействует с излучением, формирующим изображение: первое воздействие - это источник излучения до объекта, второе - от объекта до съёмочной системы.

На втором этапе атмосфера также искажает отражённое от объекта излучение, изменяя цвет объекта. Также значительную роль на оптические характеристики объекта аэроландшафта играет рефракция атмосферы (вертикальная или фотограмметрическая) - искривление светового луча, направленного к объективу съёмочной системы. Объясняется это тем, что в атмосфере происходит уменьшение плотности воздуха с увеличением высоты относительно поверхности земли.

Освещённости в плоскости прикладной рамки АФА.

E=р/4BTo (dbx/f)І ,

-коэффициент прозрачности объектива, определяющее количество потерь света вследствие отражения от поверхности линз, из которых состоит объектив;

d --ействующее отверстие объектива;

f-фокусное расстояние камеры

Сенситометрические показатели светочувствительных слоёв.

D (оптическая плотность)= lg v= lg Eo/E=lg Bo/B. Полученный фотографический эффект на светочувствительном слое оценивается величиной оптической плотности D, которая равна десятичному логарифму v, который называется непрозрачность слоя, в свою же очередь определяется отношением падающего светового потока к прошедшему через светочувствительный слой. Зависимость между оптической плотностью изображения и количеством освещения, сообщаемого фотослою, отображается характеристической кривой.

ОА - область Вуаля (величина оптической плотности постоянна и не зависит от экспозиции);

АВ - область недодержек (равным приращениям логарифма экспозиции соответствуют неравные постепенно возрастающие приращения оптической плотности);

- величина от начала оси до начала отрезка области Вуаля;

ВС - область пропорциональной передачи яркостных различий объектов (равным приращениям логарифмов экспозиции соответствует равные приращения оптической плотности);

CD - область передачи (равным приращениям логарифма экспозиции соответствуют неравные постепенно уменьшающиеся приращения оптической плотности.

На практике по результатам испытаний используют показатели характеристической кривой (плотность Вуаля, коэффициент контрастности, светочувствительность и фотографическая широта).

Плотность Вуаля - почернение тех участков слоя, на которые не подействовал свет.

Коэффициент контрастности численно равен тангенсу угла наклона прямолинейного участка кривой. г=tg б.

Светочувствительность (S=) определяется величиной обратно пропорциональной экспозиции Н, создавшей на слое почернения плотность , к - коэффициент, - критерий светочувствительности.

Фотографическая широта определяется как разность десятичных логарифмов экспозиций, соответствующих началу и концу прямолинейного участка кривой.

L= lg - lg Нв. Она имеет важное значение для фиксаций деталей яркости объекта.

3.Условия правильного воздушного фотографирования Правильная передача яркости объектов аэроландшафта

Чтобы получить фотографическое изображение местности с правильной передачей яркости её объектов, необходимо, чтобы фотографическая широта аэрофотоплёнки, используемой для фотографирования, должна быть не меньше интервала яркости объектов аэроландшафта. L. При не соблюдении данного условия неизбежна потеря детали объекта в тенях или светах.

Выдержка при фотографировании должна быть такой, чтобы изображение было построено на прямолинейном участке характеристической кривой.

Расчет выдержки, обеспечивающей построение изображения на прямолинейном участке характеристической кривой.

(светочувствительность плёнки на середине участка характеристической кривой);

Н=E * t;

E=р/4BTo (dbx/f)І

t=,

- коэффициент пропускания атмосферы;

q - кратность светофильтра;

Величина выдержки ограничивается допустимым сдвигом изображения.

t=?

- допустимое снижение нерезкости изображения;

w - cкорость перемещения носителя.

По направленности отражения выделяют 3 основные группы объектов: зеркальные, диффузно-рассеивающие и смешанные.

Зеркальные объекты - когда размеры и однородные структуры отражающей поверхности намного меньше длины падающего лучистого потока. Пример, почва, покрытая обильной росой, снег, покрытый настом (угол падения равен углу отражения), поверхности водоёмов.

Диффузно-рассеивающие объекты - это когда размеры неоднородной структуры соизмеримы с длиной волны падающего лучистого потока. В этом случае характер отражённого лучистого потока не зависит от направления падающего. Такими свойствами обладает материя матовой поверхности: мелкозернистые пески, леса, вспаханные почвы.

Смешанный аэроландшафт обладает рассеянным направлением отражения. Объекты аэроландшафта гораздо крупнее длины волны падающего потока.

4.Контактная печать

Основная задача лабораторной работы заключалась в определении времени выдержки и экспозиции, при котором получатся наиболее пригодные для использования снимки. Для этого нам было предоставлено 3 негативных снимка ,с помощью которых в результате позитивного процесса мы получили снимки на фотобумаге.

Позитивный процесс - процесс получения фотоснимков и диапозитивов с негативов. На позитивах оптическая плотность изображения обратна негативу, но в прямом соответствии с яркостью фотографируемого объекта. Схема позитивного процесса аналогична негативному процессу: экспонирование фотобумаги, проявление, промывку, фиксирование, промывку и сушку. Фотоснимки изготовляют на бумаге, а диапозитивы -

на фотоматериалах с прозрачной подложкой (пленка или стекло).

Позитивное изображение может быть получено контактным или проекционным способами.

При контактном способе позитивный материал (фотобумага или позитивная пленка) плотно прижимается к негативу эмульсионными слоями друг к другу и освещается через негатив. Масштаб изображения позитива равен масштабу негатива. Контактную печать выполняют на контактных копировальных приборах. Резкость изображения на снимках зависит от плотности прижима позитивного материала к негативу. При контактном способе печати позитивное фотоизображение получается равным негативу, т.е. масштабе 1: 1. Для проведения работы был использован контактный станок.

Чтобы определить выдержку при печати негатива части плана землепользования было проэкспонировано 3 снимка с различным временем выдержки 0.5 , 1.5, 3 секунды.

1 снимок

Время выдержки - 0,5 секунд.

Яркость объектов местности - неудовлетворительно.

Контрастность - неудовлетворительно

Снимок получился светлым, в связи с недодержкой.

2 снимок

Время выдержки -1.5 секунды.

Яркость- удовлетворительно.

Контрастность - удовлетворительно.

Снимок не имеет дефектов и недочетов.

3 снимок

Время выдержки - 3 секунды.

Яркость - неудовлетворительно.

Контрастность - неудовлетворительно.

Снимок получился слишком темным. Это связано с передержкой

В результате проявления было выявлено, что наиболее подходящее время выдержки приблизительно равно 1.5 секунды. Снимки с этим временем получаются наиболее качественными с надлежащей контрастностью и яркостью.

Размещено на Allbest.ru