6.1. Фотографическая съёмка

Под фотографической съемкой следует понимать сложный технологический процесс, включающий работы от проведения фотографирования с летательных аппаратов до получения фотографических снимков.

Фотографическая съемка выполняется в видимом диапазоне спектра электромагнитных волн (0,4-0,9 мкм). При ее проведении обязательным условием является наличие на борту носителя аппаратуры фотографической системы (объектив + фотопленка). Фотоаппараты используемые при фотографической съемке подразделяются на картографические, предназначенные для получения снимков с высокими измерительными геометрическими свойствами и некартографические – для рекогностировочных съемок. Общий вид аэрофотоаппарата и его схема приведены на рис. 11, 12.

По формату получаемых снимков фотоаппараты подразделяются на малоформатные (размер снимка 6×8 см; 11,5×11,5 см; 13×18 см), нормальные (18×18 см) и крупноформатные (23×23 см; 24×24 см; 30×30 см).

В фотоаппаратах используются объективы, наиболее широкое применение получили объективы конструкции М.М.Русинова типа «Руссар». В зависимости от фокусного расстояния объективов фотоаппарата подразделяются на короткофокусные (f=36-150мм), среднефокусные (f =150-300мм) длиннофокусные (f =300-500мм) и сверхдлиннофокусные (f =1000-3000мм). По величине угла поля зрения объективов фотоаппараты различают узкоугольные (угол зрения <50°), нормальные (50-70°), широкоугольные (>70°) и сверхширокоугольные (133, 137, 140 и 148°).

Нормальные объективы применяются для проведения крупно- и среднемасштабной фотосъемки, широкоугольные - для мелкомасштабной. По количеству объективов существуют однообъективные и многообъективные фотокамеры. Примером многообъективных фотокамер может служить автоматизированные многозональные фотокамеры МК-4 и МКФ-6, последняя имеет шесть идентичных объективов с фокусным расстоянием 125мм и синхронно работающими затворами. Формат кадра 55×80мм. Каждый объектив снабжен светофильтром, который в сочетании с пленкой разной спектральной чувствительности обеспечивает съемку в сравнительно узких спектральных зонах.

Фотографирование земной поверхности с летательных аппаратов может проводиться при различных положениях оптической оси фотоаппарата относительно отвесной линии в момент фотографирования. В зависимости от этого различают плановую и перспективную съемки.

При аэрофотосъемке, плановой считается съемка, если отклонение оптической оси фотоаппарата от отвесной линии не превышает 3°, а космической 5°, если более данных величин, то она называется перспективной. Фотоснимки, полученные при данных видах съемки называются плановыми и наклонными или перспективными.

В зависимости от характера покрытия местности снимками фотографическую съемку подразделяют на выборочную, маршрутную и площадную.

Выборочная фотосъемка заключается в фотографировании отдельных объектов или участков местности одиночными кадрами.

Маршрутная фотосъемка представляет собой фотографирование полосы местности в виде отдельного маршрута. При воздушной съемке эти маршруты могут быть прямые, криволинейные и ломаные, при космической в виде прямых полос. Маршрутная съемка используется для съемки линейных объектов (дорожная сеть, поймы рек, береговая линия морей и т.д.), а также отдельных трасс земной поверхности.

Площадная фотосъемка применяется для съемки земной поверхности путем покрытия определенной площади параллельными и прямолинейными маршрутами. Степень перекрытия снимков в маршрутах и между ними рассчитывается в зависимости от целей, для которых проводится съемка.

Фотографическая съемка проводится с самолетов, пилотируемых кораблей и орбитальных станций, картографических спутников и т.д., кадровыми, панорамными и щелевыми фотокамерами работающими в автоматическом, полуавтоматическом и ручном режиме.

Основной задачей фотографической съемки является повышение информативности изображений, что в свою очередь связано с увеличением разрешающей способности фотографий, выбором определенных спектральных зон, обеспечением высоких фотографических, фотометрических и фотограмметрических качеств. Решение данных вопросов требует комплексирования на борту летательных аппаратов различных типов фотоаппаратов.

Материалы фотографической съемки обладают высокими геометрическими, изобразительными и информационными свойствами. Их отличает высокая разрешающая способность, надежность и освоенность аппаратуры для получения и обработки снимков. Легкость зрительного восприятия изображения позволяет их использовать для визуального дешифрирования различных объектов. С целью улучшения дешифровочных свойств фотографическое изображение может быть подвергнуто различным видам преобразования (квантование, фильтрация, синтезирование). Для количественного и качественного анализа фотоснимков может быть применены фотометрические и фотограмметрические приборы, а также компьютерная техника.

Ограничение в использовании фотографической съемки связано с невысокой оперативностью обуславливаемое необходимостью возвращения пленки на Землю для фотохимической обработки и получения снимков, а также ограниченностью ее запасов на борту летательного аппарата.

Материалы фотографической съемки широко используются для изучения природных явлений, составления тематических и топографических карт.

6.1.2. Многозональная фотографическая съёмка

Фотографическое изображение объекта на аэрокосмическом снимке формируется в зависимости от его способности поглощать или отражать электромагнитные волны определенной длины. В этом можно убедиться, наблюдая местность через разные цветные стекла – светофильтры. Например, если наблюдать ель и березу через синий светофильтр, их яркость будет одинаковой, а через красный – кроны ели будут темнее, чем у березы. Еще больше различия между лиственными и хвойными породами в инфракрасных лучах. При наблюдении через красный светофильтр мутная и чистая вода будут иметь одинаковую спектральную яркость, а через сине-голубой – мутная вода выглядит значительно светлее. Таким образом, если получить черно-белые снимки в различных зонах спектра, то на них можно распознать объекты и их свойства по различиям их спектральной яркости. Такой вид съемки получил название многозональной.

Сущность многозональной фотографической съемки заключается в том, что одна и та же территория или участок местности одновременно фотографируются в нескольких узких зонах электромагнитного спектра, при одних и тех же технических и погодных условиях съемки.

Впервые одновременное фотографирование в двух зонах видимого спектра было выполнено русским астрономом Г.А. Тиховым в 1911г. При помощи 30-дюймового Пулковского рефрактора была произведена съемка Марса и Сатурна с различными светофильтрами. В результате были получены цветные изображения.

В конце 20-х Г.А. Тихов предложил, а в 1930г. В.А. Фаас реализовал двухцветный метод фотографирования. С помощью двух аэрофотоаппаратов путем одновременного фотографирования проводилась аэрофотосъемка через различные светофильтры на две различные пленки.

В 1955-1956гг. А.Н. Иорданским был предложен метод двухзонального цветного фотографирования, получивший название спектрозональной фотографии.

В 60-х гг. многозональная съемка начала производится из космоса. На первых этапах разработки многозональных съемочных систем, велся поиск оптимального количества спектральных каналов и шел он в ряде стран разными путями. Иногда для эксперимента использовались блоки из 48 и 24 отдельных камер. Однако столкнулись со сложностью и трудоемкостью обработки большого количества изображений. В итоге широкое практическое применение нашли фотосистемы, обеспечивающие фотографирование от 3 до 6 спектральных каналов.

На космическом корабле «Союз-22», подготовленном совместно специалистами СССР и ГДР по программе «Интеркосмос» для многозональной съемки использовались многообъективные камеры. Наиболее широкое применение получили многозональные камеры МКФ-6 и МК-4.

Для съемки на корабле «Союз-22» использовалась шестизональная камера МКФ-6. Многозональный космический фотоаппарат МКФ-6 и его модификация МКФ-6м имеет шесть фотокамер, объединенных в едином литом корпусе, снабженных высококачественными объективами с фокусным расстоянием 125 мм и имеющими формат кадра 81×56 мм. Каждая камера обеспечена отдельной кассетой. Перед объективами устанавливаются светофильтры, обеспечивающие фотографирование в шести узких зонах спектра, охватывающий спектральный интервал от 475 до 840 нм.

Российский космический аппарат типа «Ресурс-Ф» (серии «Космос») оснащен многозональной четырехканальной съемочной камерой МК-4 производства белорусского предприятия АО «Пеленг».

Аппаратура МК-4 обеспечивает фотографирование земной поверхности в четырех зонах спектра электромагнитного излучения, выбираемые для данного комплекта аппаратуры из шести заданных зон в диапазоне длин волн от 400 до 900 нм.

Многозональная съемка является одним из перспективнейших направлений в вопросах изучения различных природных явлений. Отличительной особенностью данного вида съемки от обычной является то, что одновременное фотографирование одного и того же объекта в нескольких узких зонах спектра дает дополнительный дешифровочный признак, т.е. различие в спектральной яркости одного и того же объекта в разных зонах спектра, обусловленное определенными его свойствами. Например, если на снимках, полученных в красной зоне спектра, контрастно светлым тоном выделяются горные хребты, покрытые снегом и льдом, то на снимках, полученных в инфракрасной зоне спектра очень четко темным тоном изображаются гидрографические объекты (реки, озера), а так же переувлажненные участки.

Синтезирование многозональных снимков. Преобразование исходных снимков носит характер специализированной обработки, направленной по повышению информационных свойств изображений применительно к решению определенных задач. Варианты преобразования многообразны. Эти операции выполняются как при помощи аналоговых средств, так и на базе цифровых комплексов. Проводимые преобразования предназначены для выделения на снимке необходимой информации, отвечающей задачам картографирования. К ним относится прежде всего синтез многозональных изображений. Для изготовления цветных синтезированных изображений используются многозональные синтезирующие проекторы.

Чтобы получить цветное синтезированное изображение с помощью проектора, для этого три зональных черно-белых изображения проектируются соответственно через зеленый, синий и красный светофильтры на экран многоканального проектора. В результате на экране проектора формируется цветное изображение. Кроме того, цветное изображение можно зафиксировать на цветную фотобумагу или пленку. Подбор цветной гаммы синтезированных снимков производится так, чтобы обеспечить наилучшую дешифрируемость снимков. Хотя цветное изображение на синтезированных снимках формируется в ложных цветах, однако это повышает выразительность изображения и дешифрируемость объектов. В отличие от черно-белых зональных снимков, синтезированные изображения обеспечивают большую наглядность фотоинформации, что облегчает процесс визуального дешифрирования.

Исходя из вышеизложенного, можно отметить следующие основные достоинства многозональной съемки:

1. Снимки получаются в один момент времени, что позволяет проводить сравнительный анализ объектов.

2. Снимки обладают высокой геометрической точностью и высокой разрешающей способностью.

3. По снимкам можно проводить стереоскопические наблюдения.

4. Снимки обладают высокими изобразительными и информационны­ми свойствами.

5. Можно проводить синтезирование многозональных снимков с целью преобразования аэрокрсмического изображения.

К недостаткам следует отнести:

1. Зависимость съемки от состояния атмосферы и высоты Солнца над горизонтом.

2. Необходимость доставлять на орбиту и возвращать на Землю значи­тельное количество фотоматериалов.

3. Большой вес аппаратуры, необходимой для проведения съёмки.