АЭРОФОТОАППАРАТ Российский патент 2002 года по МПК G03B33/10 G03B41/02 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, конкретно к устройствам для получения фотографических изображений подстилающей поверхности с летательных аппаратов при решении задач исследования природных ресурсов земли.

Известен щелевой аэрофотоаппарат [1], в фокальной плоскости объектива которого расположена экспозиционная щель с экспозиционным валом. Вал вращается с помощью привода, вход которого подключен к выходу датчика скорости изображения. Привод вращает экспозиционный вал со скоростью, пропорциональной входному напряжению, в связи с чем скорость протяжки фотопленки в щелевом фотоаппарате поддерживается пропорциональной скорости движения изображения в фокальной плоскости объектива. Это обеспечивает неискаженную регистрацию изображения подстилающей поверхности. Экспозиционная щель ориентирована перпендикулярно направлению движения носителя аппаратуры. Экспонируемая фотопленка подается на экспозиционный вал и сматывается с него с помощью лентопротяжного механизма. Все элементы щелевого аппарата размещены в светонепрозрачной камере. Недостаток известного устройства состоит в относительно низкой чувствительности, не позволяющей вести фотосъемку с заданным качеством в условиях недостаточной освещенности подстилающей поверхности или малой светочувствительности фотопленки. Это имеет место при аэросъемке в сумерках, например ранним утром или поздним вечером, при использовании новых без серебреносодержащих светочувствительных фотоматериалов, например термопластиков. Существенно лучшей чувствительностью, превышающей устройство [1] в раз, обладает аэрофотоаппарат [2]. Повышение чувствительности достигается тем, что аэрофотоаппарат, содержащий корпус с объективом, экспозиционный вал с экспозиционной щелью, лентопротяжный механизм и датчик скорости изображения, связанный с приводом вращения экспозиционного вала, снабжен последовательно установленным в задней фокальной плоскости объектива оптическим модулятором и цилиндрической линзой. Оптический модулятор выполнен в виде теневой маски, каждый элемент которой с номером (i, j) имеет прозрачность, соответствующую i-ому значению j-й функции полной системы функций дискретного ортогонального преобразования Уолша. При этом экспозиционная щель совмещена с задней фокальной линией цилиндрической линзы, а сторона оптического модулятора, образующая криволинейной поверхности цилиндрической линзы и экспозиционная щель ориентированы параллельно друг другу и вдоль направления движения носителя. Аэрофотоаппарат [2] можно выбрать в качестве устройства, наиболее близкого к прототипу.

Недостаток устройства прототипа состоит в том, что оно не обеспечивает регистрации спектрозональной информации о подстилающей поверхности в двух спектральных зонах.

Цель настоящего предложения состоит в расширении эксплуатационных возможностей аэрофотоаппарата за счет обеспечения возможности проведения спектрозональной съемки.

Аэрофотоаппарат (см. чертеж) содержит непрозрачную камеру 1 с объективом 2. В задней фокальной плоскости объектива 2 размещен оптический модулятор 3, представляющий собой прямоугольную отражающую маску с прозрачностью элементов, соответствующей i-ым значениям j-й функции полной системы функций дискретного ортогонального преобразования Уолша:
(1)
где N - количество регистрируемых пикселов изображения в строке.

Участок оптического модулятора с координатами i, j выполнен прозрачным, если значение соответствующего элемента матрицы Уолша Wal (i, j)=+1, и отражающим, если Wal (i, j)=-1. После оптического модулятора 3 в проходящем пучке лучей последовательно размещены цилиндрическая линза 4 и светофильтр 5. Задняя фокальная линия цилиндрической линзы 4 совмещена с экспозиционной щелью 6 экспозиционного вала 7. Экспозиционный вал 7 предназначен для выравнивания фотопленки 8. В отраженном пучке лучей после модулятора 3 расположен блок излома оптической оси 9. За блоком излома оптической оси 9 в проходящем пучке лучей последовательны расположены цилиндрическая линза 10 и светофильтр 11. Задняя фокальная линия цилиндрической линзы 10 совмещена с экспозиционной щелью 12 экспозиционного вала 13. Каждый экспозиционный вал 7 и 13 предназначен для выравнивания фотопленки соответственно 8 и 14. Экспозиционные валы 7 и 13 механически связаны с приводом вращения вала 15, электрически подключенным к выходу датчика скорости движения изображения 16. Для подачи фотопленки 8 на экспозиционный вал 7 и дальнейшего ее приема предназначен лентопротяжный механизм 17. Для подачи фотопленки 14 на экспозиционный вал 13 и дальнейшего ее приема предназначен лентопротяжный механизм 18. Одна из сторон оптического модулятора 3, образующая криволинейной поверхности оси каждой цилиндрической линзы 4 и 10, экспозиционные щели 6 и 12 и оси экспозиционных валов 7 и 13 параллельны и ориентированы вдоль направления движения носителя аппаратуры.

Работает устройство следующим образом. Объектив 2 строит оптическое изображение подстилающей поверхности в фокальной плоскости, где расположен оптический модулятор 3. Проходя через оптический модулятор 3 световой поток модулируется и затем фокусируется цилиндрической линзой 4 через светофильтр 5 на экспозиционную щель 6. При этом световой поток становится узкозональным с длиной волны λ₁ оптического излучения, соответствующей полосе пропускания светофильтра 5. С помощью лентопротяжного механизма 17 фотопленка 8 непрерывно подается на экспозиционный вал 7, где выравнивается. Экспозиционный вал 7 непрерывно вращается с помощью привода 15, управляемого от датчика скорости движения изображения 16. Благодаря этому скорость вращения экспозиционного вала поддерживается пропорциональной скорости движения изображения в задней фокальной плоскости объектива 2. Если обозначить через U(i, j) яркость точки подстилающей поверхности ( направление j совпадает с направлением полета носителя), спроецированной объективом 2 на элемент оптического модулятора 3 с координатами i, j, то тогда распределение освещенности фотопленки 8 вдоль экспозиционной щели, т.е. вдоль координаты j, будет пропорционально величине положительных неполных компонент спектра Уолша:

где U⁺(i, j)=U(i, j)•W(i, j) при W(i, j)=+1.

Отраженный оптическим модулятором 3 световой поток чрез блок излома оптической оси 9 проецируется на цилиндрическую линзу 10, которая фокусирует световой поток на экспозиционную щель 12. При этом световой поток, попадающий на экспозиционную щель 12, является узкозональным с длиной волны λ₂ оптического излучения, соответствующей полосе пропускания светофильтра 11. С помощью лентопротяжного механизма 18 фотопленка 14 непрерывно подается на экспозиционный вал 13, где выравнивается. Экспозиционный вал 13 непрерывно вращается с помощью привода 15, управляемого от датчика скорости движения изображения 16. Благодаря этому скорость вращения экспозиционного вала поддерживается пропорциональной скорости движения изображения. Распределение освещенности фотопленки 14 вдоль экспозиционной щели 12, т.е. вдоль координаты j, будет пропорционально значениям отрицательных неполных компонент спектра Уолша:

где U^-(i, j)=U(i, j)•W(i, j) при W(i, j)=-1;
где U(j) - полная j-ая компонента спектра Уолша, при этом справедливо равенство U⁺(j)-U^-(j)= U(j). Известно, что полная U(j) - компонента спектра Уолша в j-ой строке связана с неполной положительной компонентой U⁺(j) соотношением
U(j)=2U⁺(j)-U(1), (4)
где U(1) - первая компонента спектра Уолша. Из выражения (4) следует, что полная U(j) компонента спектра Уолша может быть выражена через неполную отрицательную компоненту через соотношение
U(j)=U(l)-2U^-(j). (5)
Фотопленки 8 и 14 непрерывно протягиваются вдоль соответствующих экспозиционных щелей со скоростью
V_пл=KV_из (6),
где V_из - скорость движения изображения в фокальной плоскости объектива; К - коэффициент пропорциональности. Тогда неполные спектральные коэффициенты от одной и той же строки подстилающей поверхности будут зафиксированы на фотопленках 8 и 14 под углом
α = arctg(V_пл/V_из) = arctg(k) (7)
Таким образом, на фотопленке 8 будут зафиксированы все неполные положительные коэффициенты ортогонального преобразования Уолша от всех элементов подстилающей поверхности с длиной волны излучения или отражения λ₁ попадающей в зону захвата оптической системы в процессе полета носителя аппаратуры, а на фотопленке 14 будут зафиксированы все неполные отрицательные коэффициенты ортогонального преобразования Уолша от тех же элементов подстилающей поверхности, но с длиной волны λ₂. После фотохимической обработки фотопленки ее плотность почернения будет пропорциональна соответствующим неполным коэффициентам спектра Уолша, причем на фотопленке 8 для длины λ₁, а на фотопленке 14 для длины λ₂. Восстановление зафиксированных на фотопленке двух узкозональных изображений одного и того же участка подстилающей поверхности, т.е. восстановление спектрозонального изображения, может быть достигнуто путем считывания плотности почернения каждой пленки любым известным методом и с учетом выражений (4, 5, 7).

Источники информации
1. Мельканович А.Ф. Фотографические средства и их эксплуатация. МО СССР, 1984, с. 180.

2. Синельников С. В. , Шабаков Е.И. Аэрофотоаппарат, авторское свидетельство СССР N 1735797, приоритет 18.01.90, опублик. 23.05.92 г., бюл. N 19.

Использование: получение фотографических изображений подстилающей поверхности с летательных аппаратов при решении задач исследования природных ресурсов земли. Сущность изобретения: дополнительное введение размещенных в непрозрачной камере дополнительной цилиндрической линзы, экспозиционной щели с экспозиционным валом, лентопротяжного механизма с фотопленкой, двух светофильтров и блока излома оптической оси, причем оптический модулятор выполнен в виде отражающей теневой маски размера N•N элементов, каждый элемент которой с номером i, j выполнен прозрачным, если значение Wal (i, j) функции Уолша принимает значение +1, и отражающим, если значение Wal (i, j) функции Уолша принимает значение -1, при этом в отраженном световом потоке последовательно размещены блок излома оптической оси, дополнительная цилиндрическая линза, первый дополнительный светофильтр, дополнительная экспозиционная щель с дополнительным экспозиционным валом, механически связанным с приводом вращения экспозиционного вала, а второй светофильтр размещен в проходящем световом потоке между цилиндрической линзой и экспозиционной щелью. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей аэрофотоаппарата. 1 ил.

Аэрофотоаппарат, содержащий непрозрачную камеру, в которой размещен лентопротяжный механизм с фотопленкой, объектив, в задней фокальной плоскости которого последовательно размещены оптический модулятор и цилиндрическая линза, в задней фокальной линии которой размещена экспозиционная щель с экспозиционным валом, механически связанным через привод вращения экспозиционного вала с выходом датчика скоростей перемещения изображения, при этом сторона оптического модулятора, образующая криволинейной поверхности цилиндрической линзы и экспозиционная щель ориентированы параллельно друг другу, отличающийся тем, что дополнительно введены размещенные в непрозрачной камере дополнительные цилиндрическая линза, экспозиционная щель с экспозиционным валом, лентопротяжный механизм с фотопленкой, два светофильтра и блок излома оптической оси, причем оптический модулятор выполнен в виде отражающей теневой маски размера NхN элементов, каждый элемент которой с номером i, j выполнен прозрачным, если значение Wal (i, j) функции Уолша принимает значение +l, и отражающим, если значение Wal (i, j) функции Уолша принимает значение -1, при этом в отраженном световом потоке последовательно размещены блок излома оптической оси, дополнительная цилиндрическая линза, первый дополнительный светофильтр, дополнительная экспозиционная щель с дополнительным экспозиционным валом, механически связанным с приводом вращения экспозиционного вала, а второй светофильтр размещен в проходящем световом потоке между цилиндрической линзой и экспозиционной щелью.