фотографические процессы

Практическая работа №1
“Фотографические процессы”
Студент: Молякова Эльвира
Дата:
Группа 44 “А”
Руководитель/Преподаватель
Кандидат технических наук,
доцент кафедры дистанционного зондирования
и цифровой картографии
Пантюшин Валерий Алексеевич
Москва 2022
Практическая работа №1.
Фотографические процессы.
1. Устройство топографических аэрофотоаппаратов (АФА).
Аэрофотоаппарат (АФА) – оптико-электромеханическое устройство,
предназначенное для фотографирования земной поверхности с различных
летательных аппаратов. Он представляет собой сложную
фотографическую систему,отфокусированную на бесконечность и
работающую автоматически в сложных условиях вибраций, толчков и
перегрузок.
Классификация АФА:
Корпус АФА (1) служит для размещения
механизмов, обеспечивающих работу всех частей фотокамеры – счетчика
кадров, часов,уровня, числового индекса фокусного расстояния и др.
Камера АФА (2) крепится к нижней части корпуса и содержит оптическую
систему, в которую входит объектив, светофильтры,компенсатор сдвига
изображения и др.
Кассета (3) служит для размещения фотопленки и приведения ее
светочувствительного слоя при экспонировании в соприкосновениес
плоскостью прикладной рамки.
Командный прибор (4) предназначен для дистанционного управления
всеми механизмами аэрофотоаппарата.
Аэрофотоустановка (5) служит для крепления аэрофотоаппарата на борту
носителя, ориентирования его в пространстве и предохранения от толчков
и вибрации.
Схема построения изображения в кадровом АФА:
При кадровой съемке вся площадь снимка экспонируется одновременно, а
изображение местности представляется отдельными фрагментами
квадратной или прямоугольной формы. В кадровых топографических
аэрофотоаппаратах имеется плоская поверхность, на которой строится
изображение,неподвижный относительно нее объектив, главная
оптическая ось занимает неизменное положение, перпендикулярно
плоскости снимка, изображение строится в центральной проекции.
Экспонирование площади снимка происходит одномоментно.
Схема построения изображения в щелевом АФА:
В щелевых съемочных системах, обеспечивается непрерывное
экспонирование фотопленки через неподвижную постоянно открытую
щель, установленную в фокальной плоскости перпендикулярно
направлению полета; щелевой фотоснимок -непрерывное изображение
маршрута полета носителя, полученное за время работы щелевого
аппарата. В результате щелевого фотографирования получается
безкадровое - непрерывное изображение местности по направлению
полета.Проекции изображения: в направлении щели - центральная, в
направлении полета - ортогональная. АЩАФА применяют при съемках с
малых высот, когда цикл работы кадрового АФА недостаточен для
получения снимков без абсолютных разрывов, а также в условиях слабой
освещенности.
Схема построения изображения в панорамном АФА:
В панорамных съемочных системах, обеспечивается непрерывное
экспонирование фотопленки щелью, ориентированной вдоль направления
полета носителя; панорамный кадр имеет форму прямоугольника с
длинной стороной, перпендикулярной направлению полета.
Предназначены для увеличения ширины фотографируемого маршрута
(зоны захвата при фотографировании) за один пролет носителя.
Панорамный снимок представляет собой результат центрального
проектирования местности на внутреннюю поверхность цилиндра
Основные отличия топографических (измерительных)
фотоаппаратов от любительских и профессиональных:
Топографические фотоаппараты обеспечивают получение аэроснимков с
высокими измерительными и изобразительными свойствами. На снимках,
полученных топографическими АФА можно ввести прямоугольную систему
координат. На любительских и профессиональных фотоаппаратах нельзя
ввести прямоугольную систему координат, при картографировании они
практически не применяются и используются только для дешифрирования
объектов местности.
2. Характеристики объективов АФА.
Особенности построения изображения собирающей и
рассеивающей линзой:
Когда лучи света, идущие параллельно оптической оси, проходят через
собирающую линзу, они пересекаются в точке на оптической оси. Эта
точка называется фокусом линзы и обозначается буквой F. Расстояние
этой точки от центра S линзы называется фокусным расстоянием f.
Фокусная точка (F) собирающей линзы — это точка пересечения всех
лучей светового пучка после его прохождения через линзу, которые до
попадания в линзу шли параллельно ее оптической оси. Фокусное
расстояние (f) линзы — это расстояние от фокусной точки (F) до центра
линзы (S).
В случае рассеивающей линзы падающий пучок света расходится — лучи
света, входящие в линзу, рассеиваются таким образом, что их
продолжения пересекаются в одной точке. Это называется мнимым
(кажущимся) фокусом рассеивающей линзы. Он расположен на той же
стороне линзы, откуда исходили лучи.
Для построения изображения в рассеивающей линзе (как и в собирающей)
достаточно двух лучей: падающий луч, параллельный оптической оси —
после прохождения через линзу падающий луч движется таким образом,
что его продолжение проходит через мнимую фокусную точку; луч,
проходящий через центр линзы — при прохождении через линзу он не
меняет направления.
Формула тонкой линзы:
Уравнение D= +-1/F = 1/d+-1/f
где d - расстояние от предмета (П) до линзы, f - расстояние от
изображения (И) до линзы, F - фокусное расстояние линзы, D - оптическая
сила линзы, называется формулой тонкой линзы.
Перед 1/F ставится знак +, если линза является собирающей, знак -, если
линза является рассеивающей.
Перед 1/f ставится знак + , если изображение является действительным,
знак - , если изображение является мнимым.
Перед 1/d ставится знак + , если предмет является действительным, знак - ,
если предмет является мнимым.
Характеристики объектива, влияющие на качество изображения:
Хроматическая аберрация вызывается неодинаковым преломлением
лучей с различной длиной волны. Наиболее преломляемыми лучами
являются синие (их фокус ближе), а наименее – красные. Хроматическая
аберрация устраняется подбором линз с различными коэффициентами
преломления.
Сферическая аберрация вызывается несовпадением коэффициентов
преломления линзы в точках, различно удаленных от главной оптической
оси. Устраняется комбинацией выпуклых и вогнутых линз и отсечением
крайних лучей с помощью диафрагмы.
Астигматизм возникает из-за несоответствия точек фокуса дляг
оризонтальных и вертикальных лучей и устраняется подбором линз по
кривизне, толщине и коэффициенту преломления.
Кривизна поля изображения проявляется в том, что фокальная
поверхность линзы представляет собой не плоскость, а искривленную
поверхность сложной формы. Степень кривизны этой поверхности
определяется конструктивными особенностями объектива.
Дисторсия является следствием нарушения подобия (ортоскопии)
построенного объективом изображения объекта, расположенного в
плоскости, перпендикулярной к главной оптической оси. Эти нарушения
приводят к смещению точек изображения как в радиальном направлении
(радиальная дисторсия), так и перпендикулярно к ней(тангенциальная
дисторсия). Лучшие современные объективы имеют дисторсию, не
превышающую 2 мкм.
3. Структура и состав светочувствительных слоев
Cтруктура и состав галоидных слоев:
Фотоэму́льсия — коллоидная взвесь микрокристаллов галогенида серебра
в фотографическом желатине, образующая светочувстви́тельный слой
современных желатиносеребряных фотоматериалов. Кроме
микрокристаллов галогенида эмульсия содержит и другие
вспомогательные вещества: сенсибилизаторы,антисептики,
стабилизаторы, пластификаторы и другие.
Проявление –химический процесс восстановления галоидного серебра
фоточувствительного слоя.
Состав проявителя:
непосредственно проявляющиеся вещества:
1) Гидрохинон-бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в горячей
воде и водном растворе сульфита натрия.
2) Метол-белые кристаллы с желтым оттенком, плохо растворим в водном
растворе сульфита натрия
Характеристика фотоматериалов, используемых при
фотосъемке по назначению, по цвету получаемого
фотографического, по составу светочувствительного материала:
ФТ-21 М Среднеконтрастная ортохроматическая фототехническая плёнка
Для изготовления полутоновых негативов и диапозитивов с черно-белых
оригиналов и для получения контактных копий с полутоновых фотоформ
Светочувствительность S0,2, ед. ГОСТ 10691.6-88 при Тцв=2850 К
Проявители: ФТ-2, Ф-8, КПР-ФТ
ФТ-31М Контрастная ортохроматическая фототехническая плёнка
Для штриховой и растровой съёмки черно-белых оригиналов
Светочувствительность S0,2 ед. ГОСТ 10691.6-88 при Тцв=2850 К
Проявители: ФТ-2, Ф-8, УП-2, КПР-ФТ
ФТ-41 МД Высококонтрастная ортохроматическая фототехническая плёнка
Для изготовления растровых и штриховых фотоформ при съёмке в
репродукционной камере, для контактной печати со штриховых, растровых
и текстовых негативов, а также для изготовления фотошаблонов в
производстве изделий микроэлектроники и печатных плат.
Светочувствительность,S0,85, ед. ГОСТ 10691.6-88 при Тцв=2850 К
Проявители: Ф-1, Ф-8, ФТ-2, КПР-ФТФ, ИП-ЗМ("лит")
Структура и состав светочувствительных матриц:
Светочувствительная матрица – специализированная аналоговая или
цифро-аналоговая интегральная микросхема, состоящая из
светочувствительных элементов — фотодиодов.Светочувствительные
матрицы (сенсоры) бывают двух основных типов― CCD (ПЗС) и CMOS
(КМОП).
4.Сущность негативного и позитивного процессов при
фотосъемке.
Фотографический эффект и его роль в фотографии:
Фотографические эффектыобщее название явлений, нарушающих однозначную связь между экспози
цией Н, которую испытал фотографический материал, и оптической плотн
остью D почернения фотографического, полученного после проявления эт
ого материала. Известно несколько десятков Ф. э.
Формула фотографического эффекта
ArBr + hv = Ar +Br
Сенситометрия, наблюдаемая при больших значениях Н, и т. н. 2е обращение, т. е. переход к возрастанию D с ростом Н при значениях Н е
щё более высоких, чем нужно для соляризации. Оба Ф. э. на практике встр
ечаются лишь при очень больших передержках, но иногда сознательно исп
ользуются для получения некоторых художественных эффектов.
Эффект прерывистого освещения, т. е. зависимость всех параметров хара
ктеристической кривой, в том числе и значения D при данной величине Н,
от того, сообщается ли экспозиция путём непрерывного освещения или ра
збивается на n частных экспозиций H1, H1,..., Нп (n > 2), разделённых темнов
ыми паузами (при соблюдении условия H1 + H2 +...+ Нп = Н = const); эффек
т проявляется как зависимость D не только от разбивки единой экспозиции
на ряд частных, но и от способа такой разбивки (числа дробных экспозици
й, их длительностей, частоты следования друг за другом). Этот Ф. э. сказы
вается на практике при съёмке периодических процессов (например, искро
вого разряда, при ослаблении светового потока вращающимся диском с пр
орезями и т.д.
Экспонирование и расчет величины экспозиции при
фотографировании:
Классический фотографический процесс может быть разделен на три
стадии:
• экспонирование,
• проявление,
• фиксирование.
Экспозиция — это взаимодействие фотона с
веществом,сопровождающееся формированием скрытого изображения,
величина, характеризующая количество световой энергии,получаемой
светочувствительным материалом при съемках.
Экспозиция — Н равна произведению освещенности Е (люкс) на время
экспозиции t (сек): H = Et.
Этапы и содержание фотолабораторной обработки в целях
получения видимого изображения:
Обработка в первую очередь включает процесс проявления в
специальном химическом растворе(проявителе), преобразующем
невидимое изображение в видимое.
Проявление –процесс, в котором изображение становится видимым.
Проявление или усиление интенсивности скрытого изображения
осуществляется действием мягкого восстановителя, который селективно
восстанавливает те зерна, в которых имеются точки серебра,и не
затрагивает неэкспонированные зерна.
2AgBr + 1,4-C6H4(OH)2 = 2Ag + 2HBr + 1,4-C6H4(O)2
Сущность негативного и позитивного процессов:
При фотографической съемке под действием света в различных участках
светочувствительного слоя образуется незаметное глазом так называемое
скрытое изображение. Далее светочувствительный материал сначала
проявляют, то есть опускают в проявитель - специальный химический
раствор, переводящий скрытое изображение в видимое. После
споласкивания в воде пленку переносят во второй раствор, который
удаляет из слоя остатки не подвергшегося освещению и не проявленного
галогенного серебра. Этот раствор называется фиксажом, а процесс
обработки в нем - фиксированием.
Описанный процесс химико-фотографической обработки
называется негативным процессом, а полученное изображение негативом. Изображение на негативе по светам и теням обратно объекту
съемки, так как под действием света, отраженных от светлых участков
объекта, на фотослое при съемке и обработке образуются большие
почернения и, наоборот, под действием света, отраженного от его темных
участков, на фотослое образуются малые почернения.
Затем с негативов контактным или проекционным способом
получают позитивное изображение.
Контактный способ печати –масштаб получаемого позитива =масштабу
негатива,применяемого при получении крупноформатной печати
(аэрофотосъемка,спец наземная)
Проекционный способ – получение позитива с увеличением, для этого
использ увеличители фотограмметрии и фототрансформаторы.
Процесс изготовления позитива складывается из экспонирования
негативного материала, или фотопечати, и его химико-фотографической
обработки.
В отличие от негативного процесса, при котором критерием проявленности
фотослоя служит достижение заданного промежуточного коэффициента
контрастности, при позитивном процессе проявление происходит до
достижения максимального контраста и оптических плотностей в тенях
5. Сенситометрические характеристики
светочувствительных галоидных слоев. График
6. Сенситометрические характеристики цифровых матриц
Цифровой шум – это дефект фотографии, вносимый фото
сенсором цифрового фотоаппарата. Цифровой шум проявляется в виде
хаотично расположенных точек различных по яркости и цвету.
Величина экспозиции(EV) - понятие, используемое для объяснения
разницы экспозиций. Разница в экспозиции на 1 ступень (1ЕV)
соответствует изменению на +/- 1 деление диафрагмы, или,
соответственно, уменьшению, либо увеличению выдержки в два раза.
Современные фотокамеры позволяют вводить экспокоррекцию ступенями
в 1EV, 1/2EV, а ряд профессиональных камер даже более точно. В
некоторых камерах экспокоррекцию можно выставлять отдельным
элементом управления, а в некоторых это возможно только в ручном
режиме, изменяя либо значение диафрагмы, либо выдержки.
Квантовая эффективность – отражает эффективность процесса
преобразования поглощенных квантов света в электроны и представляет
собой отношение величины фототока (в миллиамперах) к световому
потоку (в люменах) от источника излучения, спектральный состав которого
соответствует вольфрамовой лампе накаливания(интегральная).
Динамический диапазон –величина, характеризующая способность
пикселя регистрировать оттенки серого (уровни яркости). Аналогичное
понятие для фотопленок– фотографическая широта - диапазон яркостей,
который пленка может передать без искажений с равным контрастом.
7. Особенности преобразования оптического изображения
в цифровое
- основные характеристики аналоговых и цифровых сигналов;
Сигнал аналоговый - это сигнал непрерывный, имеющий бесконечное
число близких по значению данных в пределах максмальных, все
параметры которого описываются временной зависимой переменной.
Сигнал цифровой – это раздельный сигнал, описываемый раздельной
функцией времени, соответственно в каждый момент времени, величина
амплитуды сигнала имеет строго определенное значение.
Отличия аналогового и цифрового сигнала состоят:
В непрерывности аналогового и дискретности цифрового;
В большей вероятности помех при передаче аналогового;
В избыточности аналогового сигнала;
В способности цифрового фильтровать помехи и восстанавливать
исходую информацию;
В передаче цифрового сигнала в закодированной форме. Один
аналоговый сигнал замещается несколькими цифровыми.
- оптические характеристики объектов местности;
Значения оптических характеристик зависит от многих факторов; для
определения оптических свойств одного и того же объекта необходимо
выполнить множество измерений при разных условиях освещения,
состояния атмосферы, в разное время года, при разных состояниях
поверхности объектов, то есть объем работ чрезвычайно велик и без
автоматизации процесса измерений практически не реализуем.
- основные характеристики аналого–цифрового
преобразователя (АЦП);
Аналого-цифровое преобразование – это процесс преобразования
входной физической величины в ее числовое представление. Аналогоцифровой преобразователь – устройство, выполняющее такое
преобразование.
Основными характеристиками АЦП является частота преобразования и
разрядность. Частота преобразования обычно выражается в отсчетах в
секунду (samples per second, SPS), разрядность – в битах. Современные
АЦП могут иметь разрядность до 24 бит и скорость преобразования до
единиц GSPS. Чем выше скорость и разрядность, тем труднее получить
требуемые характеристики, тем дороже и сложнее преобразователь.На
вход АЦП подается сигнал в виде тока или напряжения,который в
процессе преобразования квантуется по уровню.
- форматы цифровых снимков;
● RAW - несжатый файл, содержащий информацию о яркости
безпрограммной обработки (без потери информации)
● GIF и TIFF – программное сжатие однотипных
последовательностейкодов яркости 200,200,200,200 = 4*200
● JPEG – программное сжатие, основанное на исключенииинформации о
мелких деталях; сжатие с потерей качества изображения.
- кодирование растровых изображений;
8. Воспроизведение цифрового изображения
электронно оптическими системами.
-устройства вывода информации в компьютере;
Устройства вывода — это преобразователи электрической цифровой
информации в вид необходимый для получения требуемого результата,
который может быть, как не электрической (механические, тепловые,
оптические, звуковые), так и электрической природы (трансформаторы,
нагреватели, электродвигатели, реле).
Монитор
Графопостроитель
Принтер Акустическая
система
- характеристики устройств вывода информации;
— разрешающая способность;
— скорость печати определяется двумя факторами – временем
механической протяжки бумаги и скоростью обработки поступающих
данных;
объем памяти; принтеры, как правило, оборудованы процессором и
внутренней памятью (буфером), которые принимают и обрабатывают
данные.
— соответствие стандартам безопасности: мониторы с внутренним
экранированием и пониженным уровнем излучения, допустимый уровень
излучения монитора, антибликовое покрытие и т.д.
- графические редакторы как средство визуализации и
обработки изображения;
Работа в графическом редакторе относится к технологии обработки
графики. Для некоторого обобщённого графического редактора характерно
выполнение следующих функций:
1. Создание рисунка: в режиме ручной прорисовки; с использованием
панели инструментов (штампов, примитивов).
2. Манипулирование рисунком (выделение фрагментов рисунка;
проработка мелких деталей рисунка (увеличение фрагментов картины);
копирование фрагмента рисунка на новое место экрана (а также
возможность вырезать, склеивать, удалять фрагменты изображения);
закраска отдельных частей рисунка ровным слоем или узором,
возможность применять для рисования произвольные "краски", "кисти" и
"напыление"; масштабирование изображения; перемещение изображения;
поворот изображения.
3. Ввод в изображение текста (выбор шрифта; выбор символов (курсив,
подчёркивание, оттенение)).
4. Работа с цветами: создание своей палитры цветов; создание своего
узора (штампа) для закраски.
5. Работа с внешними устройствами (диски, принтер, сканер и др.): запись
рисунка на диск (дискету) в виде файла стандартного формата (pcx, bmp,
tif, gif, jpg, png и др.); чтение файла с диска (дискеты); печать рисунка;
сканирование рисунка.
-форматы цифровых изображений;
Существует три основных формата файлов, используемых
в цифровых камерах для записи изображений - это JPEG, TIFF и RAW
Список литературы:
Учебник Назаров
Учебник Зотов
Лекция 1
Лекция 2
Wikipedia