第二章攝影的基本知識與航空攝影測量對攝影的基本要求

第二章攝影的基本知識與航空攝影測量對攝影的基本要求第一節(jié)攝影的基本知識一、凸透鏡成像規(guī)律由初中物理知道：其中，u是物距，v是像距，f是焦距。當u>2f時，f<v<2f，成倒立，縮小，實像例如：照相機當u＝2f時，v=2f，成倒立，等大，實像當f<u<2f時，v>2f，成倒立，放大，實像例如：幻燈機，投影機，電影機。當u=f時，v=無窮大，此時無像；當u<f時，v>f，成正立、放大、虛像例如：放大鏡二、攝影的基本原理照相機是人們經常接觸的東西，照相機的鏡頭相當于凸透鏡，膠卷相當于光屏，機殼相當于暗室，被拍照的物體到鏡頭的距離要遠遠大于焦距才能在膠卷上得到倒立、縮小的實像。照相機的攝影的基本原理就是根據(jù)凸透鏡的成像的原理，用一個攝影物鏡代替凸透鏡，在像面出放置感光材料，物體的投射光線經攝影物鏡后聚焦于感光材料上，感光材料受成像光線的光化學作用后生成潛像，再經過攝影處理得到光學影像。下面根據(jù)這個原理談幾個術語負片和正片，攝影物鏡，物鏡的光圈和光圈號數(shù)，景深和無窮遠起點，攝影機；攝影處理。1、負片和正片負片：對黑白攝影而言，黑白灰度與被攝物的明亮程度相反。正片：黑白灰度與被攝物的明亮程度一致。2、攝影物鏡攝影機物鏡是一個復雜的光學系統(tǒng)，一般由幾個組合透鏡組合而成。為了分析的方便，可把這一系列的透鏡看作一個透鏡。如圖：AB是一條平行于主光軸的光線；CD是其折射光線；CD與主光軸的交點F’稱為像方主焦點或后主焦點；對應地，F(xiàn)稱為物方焦點。圖中的Q和Q’可看作等價物鏡，在作圖時用它們代表物鏡實體。

Q和Q’分別稱為物方主平面和像方主平面；Q和Q’與物鏡主光軸的交點S和S’稱為物方主點和像方主點。自物方主點到物方焦點的距離稱為物鏡的物方焦距，相應的稱為像方焦距；

在由物點發(fā)射的諸入射光線和經物鏡出射的諸成像光線中，有一對共軛光線，其入射光線與主光軸的夾角和出射光線與主光軸的夾角恰好相等；此時，共軛光線與主光軸的交點分別為k和k’，稱k為前方節(jié)點，k’為后方節(jié)點。對于理想物鏡而言，前方節(jié)點，后方節(jié)點分別與物方主點和像方主點重合。假定物鏡的兩個主平面重合，則共軛光線重合為一條直線，此時，投射光線和折射光線為一條直線，稱為主光線，在像平面位置確定時，可由主光線來確定物點在像片面上的影像。3、物鏡的光圈和光圈號數(shù)實際使用的物鏡都不是理想的，通過物鏡邊緣部分的投射光線都會引起較大的影像模糊和變形，為限制物鏡邊緣部分的使用，并控制和調節(jié)進入物鏡的光量，通常在物鏡筒中間設置一個光圈?，F(xiàn)代攝影機都采用虹形光圈，它是由多個鐮形黑色金屬簿片組成，中央形成一個圓孔．孔徑的大小可用光圈環(huán)調節(jié)．它是一個可以改變的光欄。光圈的起著控制光束柱面積的真實光圈孔徑稱為有效孔徑，以d表示。有效孔徑與物鏡焦距F之比，作為控制影像亮度的一個因素，稱之為相對孔徑，其倒數(shù)就是光圈號數(shù)。

焦面上影像的亮度與光圈號數(shù)的平方成反比，使用的光圈號數(shù)越大，影像亮度就越小，攝影時只要選擇適當?shù)墓馊μ枖?shù)和配以一定的曝光時間就能得到需要的曝光量。

H＝Et（其中E為照度，t為曝光時間）曝光時間與照度的關系為：曝光時間與光圈號數(shù)的關系為如果曝光時間改變一倍，則光圈號數(shù)則改變倍。4、景深和無窮遠點用攝影機攝取有限距離的景物時，根據(jù)物鏡構像公式，在攝取某一物距為D的物點A時，只有在像距為d時才能得到清晰像點a。取過a點作一垂直物鏡主光軸的平面為像平面，如圖所示。物距大于或小于D的景物如B和C點，在像面上的構像將形成一個模糊圓斑，此圓斑稱為模糊圓、由于人眼觀察分辯能力有限，當模糊圓的直徑小到一定限度時，模糊圓的影像仍是一個清晰點。這樣，在攝影時雖對光于A點，但在遠景點B和近景點C之間，沿主光軸這一段間距內的所有景物，在像面上仍可以認為獲得的影像是清晰的、把攝影對光調焦于D距離時遠景點B和近景點C之間的縱深間距．稱為景深。計算算景深D.F公式為

由上式看出：景深與物距、光圈號數(shù)及物鏡焦距有關。物距愈大或光圈號數(shù)愈大，景深也愈大、在攝影時寧愿取較大光圈號數(shù)，即較小的相對孔徑，而增長曝光時間、以增大景深。使攝影對光不很準確時，仍可獲得清晰影像。當物鏡對光無窮遠，像面位于焦面處，這時設離物鏡距離為D的某近物點，在像面上像點的模糊圓直徑等于允許的極限值，那么比該物點更遠的所有景物都能在對光于無窮遠時的像面上取得清晰的構像。在焦面上能構成清晰影像的最近物距稱為無窮遠起點。無窮遠起點就是對光于無窮遠時景深的近景點距離，它將隨光圈號數(shù)等因素而定。5、攝影機快門攝影機快門是控制曝光時間的機件裝置，它是攝影機的重要部件之一?？扉T從打開到關閉所經歷的時間稱為曝光時間，或稱快門速度。常用的快門有中心快門和簾式快門。中心快門的特點是打開快門之后，感光材料就能滿幅同時感光。簾式快門的特點是感光材料各部分的曝光量相同，且這種機構設計可以做到曝光時間很短，如1／500秒或1／1000秒。6、量測用攝影機這類攝影機是指的航空攝影機，地面攝影測量用的攝影經緯儀．以及近景攝影測量用的攝影機。這種攝影機的特點是：物鏡具備良好的光學特性，其物鏡的畸變差要小，分辨力要高，透光率強，攝影機結構穩(wěn)定。安裝在飛機上對地面自動地迸行連續(xù)攝影的攝影機稱為航攝機。量測用攝影機的三個特點1：量測用攝影機的像距是一個固定值，幾乎等于攝影機物鏡的焦距。2：攝影機像面框架有無框標標志，是作為區(qū)分量測用攝影機和非量測用攝影機的重要標志。3：攝影機主光軸與像平面的交點稱為像片主點，攝影機物鏡后節(jié)點到像片主點的垂距稱為攝影機主距，也叫像片主距，一般用宇母f表示。攝影機結構設計時要求像片主點應與框標坐標系原點重合。由于制造技術上的誤差．常常是達不到完全重合的要求，但是必須精確地測定像片主點在框標坐標系中的坐標值x0,y0,把f,x0,y0就稱為像片的內方位元素，內方位元素是否已知也是量測用攝影機的特點。航攝機可按攝影機物鏡的焦距分類，可分為；矩焦距航攝機，其焦距為F＜150m。中焦距航攝機，其焦距為150mm＜300mm。長焦距航攝機，其焦距為F>300mm。攝影處理：分以下幾步：一、感光材料的顯影處理二、感光材料的定影處理三、感光材料的水洗與晾干處理四、像片的曬印第二節(jié)、航空攝影對攝影的基本要求以測繪地形為目的的空中攝影多采用豎直攝影方式，要求航攝機在曝光的瞬問物鏡主光軸保持垂直于地面。實際上，由于飛機的穩(wěn)定性和攝影操作的技能限制，航攝機主光軸在曝光時總會有微小的傾斜，按規(guī)定要求像片傾角應小于2到3度．這種攝影方式稱為豎直攝影。豎直航空攝影可分為面積航空攝影、條狀地帶航空攝影和獨立地塊航空攝影三種。攝影比例尺及其選擇嚴格地講，攝影比例尺是指航攝像片上一線段長為l與地面上相應線段的水平距離L之比。但由于攝影像片有傾角，地形有起伏，所以攝影比例尺處處不等。我們一般指的攝影比例尺，是把攝影像片當作水平像片，地面取平均高程，這時像片上的一線段l與地面上相應線段的水平距離L之比，稱為攝影比例尺1/m。即：1/m=l/L=f/H其中，f為航攝機主距，H為平均高程面的航攝高度，稱為航高。當測繪小、中等比例尺地形圖，攝影比例尺略大于或接近于測圖比例尺。當測繪大比例尺地形圖時，攝影比例尺一般小于測圖比例尺，為測圖比例尺的3－5倍。攝影測量對空中攝影的基本要求1：攝影測量的飛行質量的基本要求像片比例尺是由攝影機的主距和攝影的高度來確定的：式中m為像片比例尺分母，f為攝影機主距，H力攝影高度或稱航高。按照攝影測量要求，像片比例尺分母的相對誤差一般不應超過5％。因此，空中攝影測量飛行航高H的變換量也稱航高差應限制為：另外，測量規(guī)范還規(guī)定同一航帶內最大航高與最小航高之差不得大于30m；攝影區(qū)域內實際航高與設計航高之差不得大于50m。這里的航高是指攝影飛機在攝影瞬間相對某一水準面的高度，從該水準面起算向上為正號。根據(jù)所取基準面的不同，航高可分為相對航高和絕對航高。

相對航高是指攝影機物鏡相對于某一基準面的高度，常稱為攝影航高。它是相對于被攝區(qū)域內地面平均高程基準面的設計航高。是確定航攝飛機飛行的基本數(shù)據(jù)，按H＝mf計算得到．絕對航高是相對干平均海平面的航高，是指攝影物鏡在攝影瞬間的真實海拔高度。通過相對航高H與攝影地區(qū)地面平均高度A。計算得到H絕＝H＋A2：像片重疊度像片的重疊部分是立體觀察和像片連接所必需的條件、在航向方向必須要三張相鄰像片有公共重疊影像，這一公共重疊部分稱之為三度重疊部分（如圖所示，這是攝影測量選定控制點的要求。因此，三度重疊中的1，3像片的重疊部分不能太小。因為像片最邊緣部分的影像，清晰度很差，會影響量測的精度。所以，一般情況下要求航向重疊度最小不能小于53％，旁向重疊度不能小于15％。最好航向保持在60％—65％，旁向重疊度保持15％—30％。3：航帶彎曲航帶彎曲度是指航帶兩端像片主點之間的直線距離L與偏離該直線最遠的像主點到該直線垂距的反比，一般用百分數(shù)表示，航帶彎曲度一般規(guī)定不得超過3％。4：像片旋偏角相鄰兩像片的主點連線與像幅沿航帶飛行方向的兩框標連線之間的夾角稱為像片的旋偏角，對像片的旋偏角一般要求小于6度，個別最大不應大于8度。而且不能連續(xù)三片有超過6度的情況。第三節(jié)像片影像的誤差及處理1攝影機物鏡