CC BY
50• техника на марше -------------------
с высоты ПТИЧЬЕГО ПОЛЁТА
Михаил КОЗЬМИН, руководитель аэроклуба «Паралёт».
Люди, умеющие составлять карты местности, всегда были в цене. Сама по себе карта — это вид на землю с высоты птичьего полёта, и, конечно, картографы всегда хотели обрести возможность взглянуть на объект своего исследования сверху. Китайские военные хроники рассказывают, что ещё в IV—II вв. до н. э. для наблюдения за позициями противника запускали наблюдателя на большую высоту на гигантском воздушном змее. Изобретение этого летательного аппарата связывают с именами Мо Цзы, Гун Шубаня или Хань Синя. В Средние века пользовались таким приёмом и европейцы, а в XVIII веке — американцы. Словом, идея носилась в
Один из первых аэрофотографов француз Надар (Феликс Гаспар Турнашон) в полёте над Парижем. Иллюстрация воспроизводится по «Flieger-Jahrbuch» за 1963 год.
воздухе во вполне буквальном смысле. После появления воздушных шаров аэронаблюдения стали регулярными. Наблюдателей и картографов поднимали на так называемых привязных аэростатах. И это был колоссальный шаг вперёд по сравнению с методами картографирования «с земли», даже несмотря на то, что для составления больших карт аэростаты приходилось перевозить с места на место и в каждой новой точке организовывать их запуск и закрепление.
Пионером аэрофотосъёмки был знаменитый французский фотохудожник Надар (Nadar в переводе с французского — «юла, волчок», такой псевдоним взял себе Феликс Гаспар Турнашон). Пройдя не слишком длинный курс обучения у знаменитых в середине XIX века воздухоплавателей братьев Годар, Турнашон построил огромный воздушный шар (название было под стать размерам аппарата—«Г игант»), а в 1855 году запатентовал идею фотосъёмки местности с воздушного шара для составления карт. В 1856 году он получил первые снимки Парижа с высоты около 80 метров. Интересно, что готовить и обрабатывать фотопластинки Надару приходилось прямо в полёте, в крошечном отсеке, выгороженном в гондоле воздушного шара. (Он использовал так называемый мокрый коллоидный процесс, продолженный в 1851 году английским скульптором Ф. С. Арчером.) Снимки получились замечательными. Впрочем, Надар был высококлассным фотохудожником, и портреты многих его знаменитых современников: Луи Пастера, Ильи Мечникова, Жана Анри Фабра, Наполеона III, Александра III, Михаила Бакунина, Петра Кропоткина, Пьера Жозефа Прудона — всех не перечислить — дело его рук, а точнее, его камеры. Виды Парижа с воздуха вдохновили некоторых художников на пейзажи в новом ракурсе. Достаточно сказать, что «Бульвар Капуцинов» был написан Клодом Моне с балкона студии Надара.
Но вернёмся к аэрофотосъёмке. С появлением автономных летательных аппаратов (дирижаблей и самолётов) возможности наблюдения за поверхностью земли и составления подробных, а самое главное
— точных карт расширились до фантастических пределов. Замечу, что первым практическим применением появившихся в начале прошлого века аэропланов стала именно аэрофотосъёмка. Правда, довольно быстро выяснилось, что съёмка на обычную камеру и пластинки сравнительно невысокой чувствительностью давала весьма посредственные результаты. Вид, конечно, получался красивый, но использовать для составления карты такие кадры было сложно. И одна из основных причин — низкая чувствительность фотопластинок. Для получения нормального снимка фотографу
Мо Цзы (ок. 470 — ок. 391 г. до н.э.) — философ, специалист в области социальной этики, оратор, ярый противник Конфуция. Известен как специалист по фортификации.
Гун Шубань — современник Мо Цзы, талантливый ремесленник, считается изобретателем штурмовой лестницы. Известен как мастер изготовления воздушных змеев.
Хань Синь — один из наиболее талантливых военачальников периода становления династии Хань (II в. до н.э.). Активно использовал кавалерию, внедрял технические новинки, например приказал использовать для повышения грузоподъёмности плотов большие глиняные горшки.
приходилось устанавливать большую выдержку, но из-за относительно высокой скорости аэроплана изображение получалось смазанным. Кроме того, возникала серьёзная проблема в позиционировании фотокамеры. Из-за нестабильности угла наклона камеры к горизонту во время полёта кадры получались искажёнными, но, что ещё более досадно, искажёнными по-разному. В конце концов все эти проблемы были решены. Фотопластинки, а позднее
— фотоплёнки стали обладать высокой чувствительностью, были разработаны разнообразные системы стабилизации камер в полёте, и аэрофотосъёмка превратилась в большую и серьёзную отрасль картографии. Запуск космических аппаратов расширил горизонты аэрофотосъёмки в прямом и переносном смысле. Под объективы фотокамер попала вся планета.
Во время съёмки местности установленная на летательном аппарате фотокамера может занимать горизонтальное или наклонное положение. Наибольшее распространение получила плановая съёмка (когда плёнка или пластинка устанавливаются в камере горизонтально). Полученные таким методом снимки имеют наименьшие искажения в центральной части кадра. Иногда, впрочем, требуется получить перспективное изображение, тогда камера ставится наклонно. Оба этих способа съёмки предполагают применение плоской плёнки. Для съёмки панорамных кадров используют светочувствительные материалы цилиндрической формы или вращающиеся объективы. Как правило, камера для аэрофотосъёмки снабжается одним объективом, но есть и специальные многообъективные аппараты, с помощью
За работой французский воздушный разведчик. В руках отважного авиатора фотокамера, скопированная французами с трофейного немецкого аппарата. Иллюстрация из журнала «Нива», 1916 год.
которых с одной точки можно сфотографировать большие площади.
Для того чтобы получить полную и достоверную картинку земной поверхности, аэрофотосъёмку проводят с нескольких точек. Прокладывая маршрут полёта, приходится учитывать, что кадры, запечатлевшие соседние участки, должны быть сделаны с частичным перекрытием. Например, если для получения полной картины участка местности нужно сделать два кадра, то края снимков должны содержать одни и те же элементы. Отношение площади, сфотографированной на обоих смежных снимках, к площади, изображение которой не попало на соседний снимок, называется продольным
Сравните изображение одного и того же участка местности на фотографии со спутника (фото с сайта maps.google.ru) с картинкой того же участка, снятого с паралёта.
перекрытием. Выражается оно в процентах. Эту величину задают перед началом съёмки, и она очень важна для дальнейшей фотограмметрической обработки. Чаще всего продольное перекрытие принимают равным 60%.
При съёмке относительно небольших участков иногда удаётся обойтись одним проходом самолёта или вертолёта над площадкой. Если же территория велика, то приходится организовывать несколько параллельных проходов. И в этом случае снимки, сделанные на параллельных курсах, должны перекрывать друг друга. Такое перекрытие называется поперечным, и обычно оно составляет 30%.
Конечно, крайне важно для получения адекватных результатов правильно задать высоту, с которой проводится съёмка, фокусное расстояние камеры и даже время проведения съёмки.
Для того чтобы полученные изображения можно было точно «привязать» к местности,
С паралёта удобно фотографировать сложные объекты. Всегда можно выбрать подходящий ракурс. На снимке хорошо видно «узкое» место одной из развязок МКАД.
выбирают так называемые точки внешнего ориентирования снимка. Для этого находят определённые геодезическими методами точные координаты некоторых точек, отчётливо идентифицируемых на снимке. Чтобы в полёте установить элементы внешнего ориентирования, используют статоскопы, определяющие по изменению давления окружающего воздуха высоту полёта, радиовысотомеры, фиксирующие высоту аппарата над уровнем земной поверхности, разнообразные приборы, позволяющие с высокой точностью определить координаты центра снимка и углы наклона снимка. Некоторые виды съёмки проводят так, чтобы в поле зрения камеры попадал участок звёздного неба, линия горизонта или Солнце. Их изображения дают возможность определить углы наклона снимка с высокой точностью. С появлением систем спутникового позиционирования многие задачи привязки снимков существенно упростились, поскольку для каждого кадра могут быть с достаточной точностью определены пространственные координаты камеры и с той же точностью
— координаты объектов съёмки.
Для аэрофотосъёмки используют специальные камеры, объективы и плёнки. Применяют плёнки с очень высокой чувствительностью и разрешающей способностью и при этом с минимально возможной деформацией, поскольку в момент съёмки поверхности кадра надлежит быть плоской, в противном случае возможны значительные искажения. Очень строгие требования предъявляются к аэрофотообъективам, особенно к высокой разрешающей способности и малой дисторсии. Не менее строгие требования предъявляются и к камерам. Прежде всего они должны обеспечивать очень короткие выдержки (до 1: 1000).
Выше было уже сказано, что для аэрофотосъёмки используют самолёты, вертолёты, аэростаты. Однако это не всё. Сравнительно
словарик------------------
Глубина резкости (или глубина резко изображаемого пространства)
— свойство объектива изображать в одной плоскости и практически с одинаковой резкостью предметы, удалённые от объектива на различные расстояния.
Дисторсия (от лат. distor-sio — «искривление») — погрешность изображения в оптических системах. При дисторсии нарушается геометрическое подобие между объектом и его изображением. Дисторсия возникает из-за несовершенства пре-
ломляющих и отражающих поверхностей реальных оптических систем, в результате чего формирование различных частей изображения происходит с разным увеличением. Чем меньше дисторсия — тем выше качество объектива.
Зернистость — неоднородность равномерно экспонированного и проявленного изображения, видимая при его большом увеличении. Определяется размерами светочувствительных частиц и зависит от светочувствительности
фотоматериала, возрастает с ростом экспозиции и степени проявленности слоя. Различают так называемую микрозернистость
— первичную структуру почернения, наблюдаемую при большом увеличении, и собственно фотографическую зернистость — макрозернистость, называемую также гранулярностью, фотографическим шумом, заметную уже при увеличениях в 5—30 раз. Зернистость ухудшает качество фотографического изображения, делает его менее чётким и различимым.
недавно в авиации появились новые сверхлёгкие летательные аппараты, дельтапланы и парапланы. Оказалось, что и они пригодны для проведения таких съёмок.
При этом некоторые задачи съёмки с воздуха, непосильные или крайне невыгодные для «большой» авиации, оказались сравнительно легко разрешимыми на паралётах — парапланах, оборудованных специальными тележками с лёгкими мощными двигателями (подробнее о паралётах см. «Наука и жизнь» № 10, 2010 г.). Летая на малых скоростях, а в некоторых случаях даже зависая практически на месте, эти лёгкие летательные аппараты дают возможность сделать съёмку объекта не только сверху, но и с различных неожиданных ракурсов. Для съёмки больших территорий, конечно, лучше использовать самолёт, однако в современных условиях очень часто возникает необходимость сделать план небольшого участка — от десятков соток до нескольких гектаров. Заказывать самолёт для такой работы очень дорого, и не везде самолётам можно летать. Использование современных беспилотных летательных аппаратов тоже бывает затруднено. Прежде всего, из-за законодательных ограничений. Да и наличие радиопомех затрудняет
Пример перспективного аэрофотоснимка. Угол наклона камеры — 70 градусов. Снимок выполнен с паралёта.
управление БПЛА, не говоря уже о том, что, за редким исключением, на таких аппаратах невозможно управление камерой.
Паралёт имеет возможность взлететь с небольшой площадки в непосредственной близости от объекта съёмки, пройти на высоте от 10 до 2000 метров в разных направлениях на минимальной скорости. Перед пилотом и оператором (многие паралёты двухместные, и на съёмку имеет возможность отправиться вместе с пилотом специально подготовленный оператор) может быть поставлена практически любая по сложности задача. Аэрофотоснимки, сделанные с паралёта, во многих случаях оказываются значительно более высокого качества, чем снимки с любого другого летательного аппарата. Это объясняется практически полным отсутствием вибрации основания камеры, а съёмка с небольшой высоты даёт снимки с высокой степенью детализации. Вплоть до того, что удаётся прочесть надписи на лежащем не земле спичечном коробке.
Фото Дмитрия Зыкова.
разрешающая способность, разрешающая сила
— количественная характеристика качества изображения, равная максимальному числу штрихов (линий), приходящихся наединицудлины оптического изображения специальной испытательной таблицы (миры) и получающихся в этом изображении раздельно.
Светочувствительность
— численное значение общей чувствительности фотоматериала к свету, соответствующее такому времени его проявления, при кото-
ром достигается оптимальная величина коэффициента контрастности. Светочувствительность определяется по результатам сенситометрических испытаний и указывается на упаковке или в паспорте фотоматериала. Наиболее широкое распространение получила маркировка по международному стандарту ISO.
Фотографическая широта (англ. exposure latitude) — величина, характеризующая способность светочувствительного слоя фотоматериала вос-
производить с одинаковой степенью контрастности различия в яркости участков оптического изображения объекта съёмки. Одна из важнейших сенситометрических характеристик фотоматериала. При известном интервале яркости объекта съёмки позволяет определить допустимый интервал выдержек или значения диафрагм при съёмке, то есть предел допустимой погрешности при расчёте экспозиции (так называемый запас экспозиции).
