A légikamera egy speciális célú kamera, amelyet a földfelszín egyes részeinek légköri repülőgépről történő légi felvételére terveztek gazdasági , tudományos és katonai célokra [1] . Fényképezőgépből, a hordozóra rögzítő eszközből (légifotózás) és a filmezési folyamat automatikus távvezérlésére szolgáló vezérlőkészülékből áll [2] . A légikamerák rendeltetésük szerint topográfiai és panorámás, használati idő szerint - nappali, éjszakai és univerzális, működési elv szerint - keretes, slot és panorámás kamerákra oszthatók. Ezen kívül légi fényképezés tervezhető, amikor az objektív optikai tengelye a legalacsonyabb pontra van irányítva., és perspektíva , ha a horizont felé hajlik .
Az első légi fényképezési kísérleteket Nadar 1855-ben végezte nagy formátumú , portrékészítésre tervezett, és nem légifotózásra alkalmas fényképezőgépekkel. Az első speciális légikamerát, amely nagy területek felvételére alkalmas több fotólemezre , a francia Tiboulier építette 1884-ben [3] . Öt évvel később Richard Thiele orosz mérnök megszerkesztett egy „panoramográfot”, amely a francia megfelelőjéhez hasonló kialakítású, és hat, a hetedik körül szögben elhelyezett kamerából állt, függőleges optikai tengellyel [4] . Valamennyi kamera redőnyét a Thiele által feltalált elektronikus vízmérték aktiválta, amely a központi kamera optikai tengelyének függőleges helyzetét rögzíti [5] .
Az első valódi légikamerát, amelyet kifejezetten a levegőből való fényképezésre alakítottak ki, 1886-ban Vjacseszlav Izmailovics Szreznyevszkij orosz mérnök tervezte , alapul véve az általa feltalált por- és nedvességálló ütésálló expedíciós kamerát, amelyet a feltaláló a számára készített. Nyikolaj Przevalszkij expedíciója 1882-ben. [6]
A légi kamerák leggyorsabb fejlődése az első repülőgép megjelenése után kezdődött , amelyek alkalmasabbak légi felderítésre, mint a léggömbök . Az együléses repülő repülőgépről való lövés a legtöbb folyamat automatizálását követelte meg. Az első soronkénti felvételre adaptált légikamerát Vladimir Potte orosz hadmérnök találta fel 1896-ban [7] [8] . Először 1898 -ban használták a haditengerészeti tüzérség gyakorlótüzeinek eredményeinek értékelésére , majd 1912-ben a szerző megkapta a 22433-as szabadalmat [9] . A felvételt 13 × 18 centiméteres keretformátumú tekercsfilmre , 210 mm-es gyújtótávolságú objektívre és f / 4,5 relatív rekesznyílásra készítették . Az első világháború idején a légikamerát felderítő légifotózáshoz használták. Potte fényképezőgép-tervezése akkoriban a legjobb volt a világon. A Szovjetunióban az 1920-as évek végéig használták topográfiai térképek készítésére [10] [11] .
1918-ban az Eastman Kodak megkezdte a világ első teljesen automatizált légi kamerájának, a K-1-nek a gyártását [12] [13] . A Szovjetunióban a saját légi fényképezési berendezések létrehozása Mihail Bonch-Bruevich vezetésével kezdődött, miután 1923-ban megalakult a Dobrolet Allorosz Társaság [10] . Az első szovjet automatikus légikamera az AFA-13 volt, amelyet a VOOMP Tervező Iroda tervezett 1934-ben [4] . Az ilyen típusú berendezések további fejlesztése a nagy látószögű ortoszkópikus lencsék fejlesztéséhez kapcsolódik , amelyek lehetővé teszik, hogy egy képkockában nagy területekről készítsünk képeket torzítás nélkül. A szovjet optikai ipar jelentős sikere volt, hogy Mihail Rusinov mérnök 1935-ben kifejlesztette a Liar-6 objektívet [14] . 100 mm-es gyújtótávolság mellett ez az objektív 13×18 cm-es keretet fed le , 104°-os látómezőt biztosítva [15] . A hamarosan elkészült német analóg "Topogon" alacsonyabb rekesznyílás-arányt és elfogadhatatlanul nagy torzítást mutatott. A légikamerák tervezésében olyan eszközök jelennek meg, amelyek rögzítik a külső tájolás elemeit: rádiós magasságmérők , statoszkópok , girostabilizátorok és mások. Bevezetik az automatikus expozícióvezérlést . Az 1950-es évek elejére a légikamerák speciális repülési eszközzé fejlődtek, magas fokú automatizálással.
A digitális fényképezés rohamos fejlődése a 20. és 21. század fordulóján előre meghatározta a digitális légikamera megjelenését. A légi film fotoelektromos konverterrel való cseréjének fő akadálya a rendelkezésre álló CCD-mátrixok kis formátuma volt , amely az első digitális fényképezőgépekben nem haladta meg a 86 × 49 millimétert [16] . A hagyományos légikamerákhoz hasonló felbontást ért el 2000-ben a Leica Geosystems és az Intergraph négy digitális fényképezőgép egyenként 28 megapixeles érzékelőkkel való kombinálásával, majd a kapott fájlok számítógépen történő feldolgozásával [17] . A digitális légikamerák további fejlesztése az elemi pixel méretének csökkentésére irányul, és nem a mátrix területének növelésére. Így a Z/I Imaging DMC II légkamerák második generációja 4 digitális kamerát tartalmaz kis érzékelőkkel és egy 250 megapixeles, 90 × 84 mm-es mátrixméretű kamerát egy házban . Ebben az esetben a fotodiódák átlója nem haladja meg az 5,6 mikront [16] . Egy másik fejlesztési irány a keretes fotomátrix helyett CCD tömb alkalmazása a rés légikamera elve szerint [17] [18] . Az eredmények megszerzésének gyorsasága mellett a digitális légikamerák egyik fő előnye a terepkép alacsony szintű geometriai torzítása. Ezt a fotomátrix gyártás nagy pontosságának és a lencsetorzítások szoftveres korrekciójának lehetőségének köszönheti [19] .
Az utóbbi években egyre nagyobb teret hódít a pilóta nélküli légi járművek olcsó légi fényképezési technológiája [20] . A drónok kis mennyezetéből adódóan csak kis területek nagy léptékű felvétele lehetséges, amelyhez speciális digitális légikamerák helyett általános célú berendezések, köztük digitális tükörreflexes és tükör nélküli kamerák használhatók [21] [22 ] ] . A digitális módszerek előnyei ellenére továbbra is használatosak az analóg légikamerák, amelyek a hibrid technológiában vesznek részt a nagy magasságból történő felmérésben. Ebben az esetben nem a filmnegatívot dekódolják, hanem egy digitális fájlt, amelyet fotogrammetriai szkenneren végzett légifilm beolvasásával nyernek. Az így kapott 180 megapixeles felbontás meghaladja a legtöbb soros digitális légikamera azonos paraméterét, általában nem haladja meg a 40 megapixelt [17] .
A fő különbség az összes többi fényképészeti berendezéshez képest az, hogy a képek megfejtésekor a talajon végzett mérések nagy pontosságát kell biztosítani, ami minimális geometriai torzítást igényel a képen [23] . Ezt a keretablakban lévő légifilm gondos beállításával, a használt lencsék nagy ortoszkópiájával és a földfelszínhez viszonyított pontos tájolásával érik el. Az időre, a repülési paraméterekre és a fényképezéskori tájolásra vonatkozó adatokat a legtöbb légikamera filmre nyomtatja, vagy digitális képfájlban rögzíti . Egyes légikamerák ezenkívül egy szenzitometrikus éket is nyomnak [24] .
A modern légikamerák nem rendelkeznek keresővel , mivel nem alkalmasak kézi fotózásra, és mozdulatlanul vagy stabilizáló platformokon keresztül rögzítik a repülőgéphez. A keretezés a hordozó helyzetének megváltoztatásával történik speciális repülőgép-navigációs rendszerekkel, intervallummérőkkel , valamint magasság- és dőlésérzékelőkkel . A légikamerák távolról vezérelhetők a pilótafülkében elhelyezett vezérlőeszközök segítségével, amelyek a légiforgalmi berendezésekhez és a műholdas helymeghatározó rendszerekhez kapcsolódnak . A légikamerák gyakran elektromos fűtéssel vannak felszerelve, ami megakadályozza az ablakok bepárásodását és a mechanizmusok befagyását nagy magasságban.
A legelterjedtebbek a személyzeti légikamerák, amelyek területi vagy útvonal-felmérést végeznek a terepről úgy, hogy a szakaszait egymást átfedő szomszédos képekkel szekvenciálisan lefényképezik [25] . A hagyományos fényképezésben elfogadott besorolás szerint a legtöbb keretes légikamera nagy formátumú kategóriába sorolható , és a nagy keretméret miatt a keretablakban filmbeigazító rendszerrel vannak felszerelve (leggyakrabban vákuummal vagy üveghez nyomva ) ) [26] . A kitett keret területét az alkalmazott keret korlátozza, kiindulási jelekkel. A szovjet légikamerákban a legelterjedtebb 18 × 18 centiméteres képkocka formátum volt, a külföldi gyártmányú berendezésekben pedig a 23 × 23 cm-es keret az elterjedtebb [27] . Jelenleg a szovjet szabvány nem használatos [17] .
A légi film szállítása és a redőny felhúzása a legtöbb esetben beépített elektromos meghajtással történik . A fix gyújtótávolságú objektív fixen a "végtelenbe" van fókuszálva , mivel a fényképezés bármely objektív esetében ezt az értéket meghaladó magasságból történik [24] [25] . Néha a földfelszín nagy részének lefedésére többlencsés keretes kamerákat használnak, amelyekben minden objektív külön területet rögzít [1] . A digitális káderkamerák téglalap alakú CCD-ket használnak. A teljes formátumú digitális fényképezőgépekben egy mátrixot használnak, a közepes formátumú kamerákban pedig a kész képet számítógép fűzi össze több kis mátrixból különböző objektíveken keresztül nyert képből [18] . A legtöbb esetben a felbontás növelésére nem alkalmazzák a Bayer szűrőt , és ha színes vagy spektrális-zónás kép készítése szükséges, a felvételt négy monokróm kamera végzi a megfelelő szűrők mögött [28] .
Az ilyen légikamerák nem kockánként, hanem folyamatosan, a résfotózás elve szerint készítik az útvonal-légifotózást . A fényképészeti film állandó sebességgel mozog az objektív fókuszsíkjában található rés mellett . Ha réses légikamerát tartóra szerelünk, ez a nyílás a repülési irányra merőlegesen helyezkedik el [29] . A film mozgását úgy szinkronizálják a repüléssel, hogy sebessége egybeesik az optikai kép mozgási sebességével [25] . Az expozíciót nem a redőny, hanem a rés szélessége szabályozza. Az elkészült kép egy filmtekercsen egy folyamatos képkocka a teljes útvonalon elhelyezkedő terep folyamatos képével [30] . A technológia alacsony magasságban (50-100 m) és nagy repülési sebességgel (több mint 1000 km/h) fényképezést tesz lehetővé, ami normál légikameráknál elérhetetlen. Ráadásul a réskamerák alkalmasabbak éjszakai fényképezésre, mert lassú zársebesség mellett is elmosódott képet adnak.
A hasonló kialakítású (szkennelés) digitális légikamerákban rés helyett CCD vonalzót helyeznek el, és a kép a képkocka memóriában alakul ki [17] . Mérési célokra a hornyolt eszközökkel készített légifelvételek alkalmatlanok a geometriai torzulások, valamint a repülés irányában és arra merőlegesen kapott léptékkülönbség miatt [31] . A digitális réskamerák lehetővé teszik a torzítások kompenzálását a fogadott adatok speciális szoftverrel történő feldolgozásával. A digitális szkennelő eszközök előnye, hogy nagy felbontású színes és spektrozonális képeket készítenek. Ehhez egy helyett több CCD-sort (leggyakrabban 3 vagy 4) telepítenek a színelválasztó rendszer mögött . A káderes digitális fényképezőgépekben kis felbontású színes kép kerül egy nagy felbontású monokróm képre, csökkentve a dekódolás információtartalmát. A dupla réses légikamerák lehetővé teszik egyszerre két különböző léptékű felvételkészítést, vagy háromdimenziós terepmodell készítését a repülőgép mozgása során keletkező parallaxis miatt. Ebben az esetben az első rés a repülés előtti területet rögzíti, a második pedig utána más szögből [19] .
Területi légi fényképezésre szolgálnak a terep széles szakaszainak (panorámák) szekvenciális rögzítésével, gyakorlatilag horizonttól horizontig az útvonalon. Ezt a legegyszerűbb esetben többobjektív keretes légikamerákkal érik el, amelyek egy tervezett és több ferdén elhelyezett perspektivikus kamerából állnak [32] . Egy speciális panorámakamera úgy pásztázza a területet, hogy az objektívet a csomópont körül az expozíciós réssel együtt elforgatja. Ebben az esetben a film álló helyzetben van, és egy optikai üvegből készült henger vagy kúp felületére igazodik, és a sugár megegyezik a lencse gyújtótávolságával. Az ilyen légikamerák működési elve hasonló a hagyományos panorámafényképezőgépekhez . Kúpos felület esetén nem sík-panoráma, hanem perspektivikus-panoráma képet kapunk a területről. Az indirekt szkenneléssel rendelkező panorámakészülékeknél az objektív álló helyzetben van, a pásztázást az előtte elhelyezett forgó tükör vagy prizma végzi [33] . Ebben az esetben a légi film szinkronban mozog a letapogató rendszer mozgásával [34] . A panorámás légifotózás a geometriai torzulások miatt sem alkalmas pontos mérésekre, speciális célokra használják.
A légi lencséket topográfiai vagy panorámafelvételekhez tervezett optikákra osztják [35] . Optikai tulajdonságaikra a legmagasabb követelmények vonatkoznak, gyakran kölcsönösen kizárják egymást. Minimális geometriai torzításokkal kell rendelkezniük nagy látószögek és nagy fényerő mellett. Ugyanakkor az ilyen objektívek felbontásának magasnak kell lennie mind a középen, mind a terepen, hogy biztosítsa a légi film jó értelmezhetőségét. További követelmény a hőmérséklet-stabilitás, amely megakadályozza a képminőség romlását, ha az objektívet nagy magasságban hűtik. A világ objektívgyártása nagyrészt a legújabb repülőgép-optika tervezésén végzett nagyszabású munkának köszönheti, amelyet az első világháború után több országban is bevetettek.
Ehhez jelentős mértékben hozzájárult a szovjet optikai ipar, élén az Állami Optikai Intézettel. Vavilov . Évtizedek óta a nagy rekesznyílású, nagy látószögű anasztigmák optikai sémáit hozták létre, amelyek számos utánzat modelljévé váltak, és új távlatokat nyitottak más fejlesztők számára. A leghíresebbek a következő szovjet légifényképészeti objektívek voltak [36] :
A szovjet objektívek mellett a külföldi optikák, mint például az Aeroektar és Geogon (USA), az Aviogon (Svájc) és a Pleogon (Németország), kiváló optikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A légi negatívok értelmezésének megkönnyítése és az atmoszférikus köd kontrasztra gyakorolt hatásának csökkentése érdekében a legtöbb légikamerák különféle fényszűrőket helyeznek el az objektív előtt . Attól függően, hogy a légifelvételek milyen magasságból készülnek, olyan szűrőket választanak ki, amelyek bizonyos mértékig levágják a spektrum rövid hullámhosszú részét, amely a légkörben a legnagyobb szórásnak van kitéve [37] . Fényszűrőket akkor is használnak, ha láthatatlan sugarakban fényképeznek, és csak a fénysugárzás hasznos részét engedik át.
A Szovjetunióban az első légikamerák gyártását a Moszkvai Geodézia üzemben indították el, amelyet a háború éveiben evakuáltak az Urálon túlra. A jövőben a "KOMZ" kazanyi optikai-mechanikai üzem lett a fő gyártó . A Szovjetunión kívül más fejlett optikai és mechanikai iparral rendelkező országokban is gyártottak légkamerát: az USA -ban , Nagy-Britanniában , Olaszországban , Franciaországban , Németországban és Japánban [27] . Az amerikai Fairchild Aerial Camera, a német Carl Zeiss és a francia SFOM leghíresebb berendezései
A modern digitális légifényképészeti berendezéseket a Hexagon AB (a Leica Geosystems és a Z/I Imaging, Svédország egyesülésének eredménye ), az IGI mbH ( Németország ), a Visionmap ( Izrael ), az Optech és az Applanix ( Kanada ), a Vexcel Imaging ( Ausztria ) gyártja. ) és mások [38] . 2004-ben megkezdték a „3-DAS-1” digitális pásztázó légikamera gyártását az ukrán „Geosystem” atomerőműben [39] .