ΣΤΟIΧΕIΑ ΦΩΤΟΓΡΑΦIΚΗΣ ΤΕΧΝIΚΗΣ

Transcript

1 ΕΘΝIΚΟ ΜΕΤΣΟΒIΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕIΟ ΣΧΟΛΗ ΑΓΡΟΝΟΜΩΝ & ΤΟΠΟΓΡΑΦΩΝ ΜΗΧ. ΤΟΜΕΑΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦIΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡIΟ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡIΑΣ ΣΤΟIΧΕIΑ ΦΩΤΟΓΡΑΦIΚΗΣ ΤΕΧΝIΚΗΣ ΣΗΜΕIΩΣΕIΣ Α. Γεωργόπoυλoς, Καθηγητής ΕΜΠ Ρ. Χλιβερού, Ειδική Φωτoγράφoς ΤΕΙ ΑΘΗΝΑ 2003

2 Μια εικόvα αξίζει όσo χίλιες λέξεις αλλά και... Τίπoτε πιo απατηλό από µια εικόvα

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Α Έκδοσης (1999) Στη ζωή τoυ αvθρώπoυ η εικόvα πρoηγείται τoυ λόγoυ. Η όραση είvαι αυτή πoυ τoπoθετεί τov άvθρωπo στo περιβάλλov τoυ. Ο λόγoς απλώς επιχειρεί vα εξηγήσει τo περιβάλλov, αλλά σε καµµιά περίπτωση δεv µπoρεί vα υπoκαταστήσει τηv εικόvα. Με τηv όραση o άvθρωπoς αvτιλαµβάvεται και καταvoεί τα αvτικείµεvα γύρω τoυ, τις σχέσεις µεταξύ τoυς αλλά και τη σχέση τoυ µε αυτά. Κάθε βλέµµα, όµως, διαρκεί έvα κλάσµα τoυ δευτερoλέπτoυ και η αvτίληψη πoυ παρέχει στov άvθρωπo είvαι τo ίδιo σύvτoµη, τo ίδιo εφήµερη. Η φωτoγραφία, απ' τηv άλλη µεριά, αιχµαλωτίζει αυτό τo κλάσµα τoυ δευτερoλέπτoυ, απoδίδovτας διάρκεια στη συγκεκριµέvη oπτική γωvία. Ετσι η φωτoγραφία απoτελεί µovαδικό τεκµήριo τoυ παρελθόvτoς, πάvω στo oπoίo βασίζεται τo παρόv και κτίζεται τo µέλλov. Οι σηµειώσεις αυτές γράφτηκαv για vα βoηθήσoυv τoυς σπoυδαστές πoυ θα επιλέξoυv τo νέο µάθηµα τoυ πρoγράµµατoς πρoπτυχιακώv σπoυδώv του ΤΑΤΜ Συλλoγή Φωτoγραφικώv εδoµέvωv στo vα καταvoήσoυv και vα εµπεδώσoυv καλύτερα τηv τεχvική της φωτoγράφισης. Φιλoδoξία µας είvαι vα δoθεί στoυς σπoυδαστές η δυvατότητα vα κατoρθώσoυv vα αvαπτύξoυv τη φωτoγραφική συvείδηση, πoυ θα τoυς βoηθήσει στo vα εκµεταλλευτoύv κατά τov καλύτερo τρόπo τη φωτoγραφική τεχvική είτε για τεκµηριωτικoύς είτε για µετρητικoύς σκoπoύς. Η τεχvική αυτή δεv µαθαίvεται oύτε µε σηµειώσεις oύτε µε βιβλία, αλλά µόvo µε συvεχή πρακτική, πειραµατισµό και φαvτασία. Για τov λόγo αυτό oι σηµειώσεις αυτές δεv διεκδικoύv δάφvες πληρότητας ή εγχειριδίoυ αυτoδιδαχής. Η τεχvική της φωτoγραφίας καλύπτει έvα ευρύτατo φάσµα εφαρµoγώv µε δεδoµέvες τις τόσες πoλλές και διαφoρετικές φωτoγραφικές µηχαvές και φακoύς, τα τόσα πoλλά και διαφoρετικά φωτoγραφικά φιλµ, αλλά κυρίως τις τόσες πoλλές και διαφoρετικές περιπτώσεις όπoυ µια ή περισσότερες εικόvες πλαισιώvoυv και εvισχύoυv έvα κείµεvo ή γίvovται έvα αδιάψευστo πoιoτικό ή µετρητικό τεκµήριo. Α. ΓΕΩΡΓΟΠΟΥΛΟΣ. ΧΛIΒΕΡΟΣ

4 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Β Έκδοσης (2003) Η φωτογραφική πρακτική είναι µια τεχνική που µπορεί να διδάσκεται, κατακτάται όµως µόνο επί τόπου, µε τη µηχανή στο χέρι, στη διάρκεια της εφαρµογής και κάτω από δύσκολες συνθήκες. Ο φωτισµός, που δεν είναι ποτέ ιδανικός, οι καιρικές συνθήκες που είναι σχεδόν πάντοτε δυσάρεστες, ο διαθέσιµος χώρος που δεν είναι ποτέ αρκετός και πολλές φορές ο χρόνος που σχεδόν πάντοτε είναι πιεστικός, δηµιουργούν δυσµενείς συνθήκες, που απαιτούν γρήγορες αποφάσεις για τη σωστή φωτογράφιση και συνεπώς βαθιά γνώση τόσο των θεωρητικών εννοιών, όσο και των πρακτικών λύσεων που απαιτούνται κάθε φορά για την αντιµετώπιση των προβληµάτων της εφαρµογής. Ό,τι έµαθα, ό,τι ξέρω για το σηµαντικό αυτό πρακτικό ζήτηµα της ειδικότητάς µας, µου το έµαθε ο ηµήτρης. Θυµάµαι τα λόγια του στα πρώτα µαθήµατα φωτογραφίας τα βράδια του 1975 στο Εργαστήριο Φωτογραφίας της Έδρας Φωτογραµµετρίας της τότε Ανωτάτης Σχολής ΑΤΜ ΕΜΠ, θυµάµαι την αεροφωτογράφιση του Κεραµεικού µε το σύστηµά του µε αερόστατο το 1978 για το διδακτορικό µου, θυµάµαι τις πολύτιµες συµβουλές του για τις ατελείωτες εκτυπώσεις των αναγωγών της Κνωσού, θυµάµαι τις ενθουσιώδεις διαλέξεις του στο ΕΜΕΦ στο νεοκλασικό της Νοταρά και αργότερα στην Πατησίων, θυµάµαι πώς ζωγράφιζε µε το φως στις δύσκολες συνθήκες της Ιερουσαλήµ για να µας διευκολύνει τη ζωή αργότερα, θυµάµαι τους σκοτεινούς θαλάµους που έστηνε σε όλα τα µέρη που πηγαίναµε µαζί, θυµάµαι πώς κρεµιόµασταν από το ελικόπτερο πάνω από το Ζάγανι, πάνω από τα τείχη της Πειραϊκής, πάνω από τα Άβδηρα, πάνω από τη Μινώα στην Αµοργό και πάνω από το αφνί. Τώρα µας κοιτάζει από πιο ψηλά... Αναγκαστικά η κλίµακα είναι µικρότερη και εµείς φτωχότεροι. Το ελάχιστο που µπορώ να κάνω είναι να του αφιερώσω αυτήν την δεύτερη ελαφρώς βελτιωµένη έκδοση Α. Γεωργόπουλος

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ 1. ΕIΣΑΓΩΓΗ 1 2. IΣΤΟΡIΚΑ ΣΤΟIΧΕIΑ 2 3. ΠΕ IΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ 5 4. ΑΝΑΛΟΓIΚΟI ΕΚΤΕΣ Μη µετρητικές ή ερασιτεχvικές µηχαvές Μηχαvή σκoπεύτρoυ µε τηλέµετρo Μovooπτική ρεφλέξ 35mm µικρού φορµάτ Μovooπτική ρεφλέξ µεσαίου φορµάτ ιoπτική ρεφλέξ µεσαίου φορµάτ Μηχαvή στoύvτιo µεγάλου φορµάτ Μηχαvές Ειδικώv Χρήσεωv Μηχαvές Γραφικώv Τεχvώv Στερεoκάµερες Αερoµηχαvές Υπoβρύχιες µηχαvές Παvoραµικές Μηχαvές ROBOT Μηχαvές POLAROID Μετρητικές µηχαvές Μηχαvές αερoφωτoγράφισης Γεvικές πρoδιαγραφές µηχαvώv αερoφωτoγραφίσεωv Τα κυριότερα µέρη εvός συστήµατoς αερoφωτoγράφισης Παραδείγµατα µηχαvώv αερoφωτoγράφισης Μετρητικές µηχαvές επιγείωv λήψεωv Γεvικές πρoδιαγραφές µηχαvώv επιγείωv λήψεωv Φωτoθεoδόλιχα Wild P Wild P UMK της Carl Zeiss Jena Στερεoκάµερες Wild C 120 και C Zeiss SMK 120 και SMK Ηµι-µετρητικές µηχαvές επιγείωv λήψεωv ιακρίβωση (Βαθµovόµηση) φωτoγραφικώv µηχαvώv Η γεωµετρία της µηχαvής - Εσωτερικός πρoσαvατoλισµός Η Κεvτρική Πρoβoλή υσκoλίες εφαρµoγής τoυ µovτέλoυ της Κεvτρικής Πρoβoλής Η γεωµετρία τωv συστηµάτωv φακώv Γεωµετρική διερεύvηση της φωτoγραφικής µηχαvής Μέθoδoι διακρίβωσης µηχαvώv ιαδικασία διακρίβωσης φωτoγραφικώv µηχαvώv ΨΗΦIΑΚΟI ΕΚΤΕΣ Εισαγωγή Η ψηφιακή καταγραφή Η τεχvoλoγία CCD Επίγειoι ψηφιακoί δέκτες Ψηφιακές Μηχαvές (Digital CCD Cameras) CCD µηχαvές µε ακίvητo αισθητή CCD µηχαvές µε σάρωση 41

6 5.2.2 Mηχαvές σταθερoύ βίvτεo (Still Video Cameras) Βίvτεo - Εικovoσκόπια (Videocameras, Camcorders) ιακρίβωση (Βαθµovόµηση) ψηφιακώv δεκτώv ΟΜΗ ΚΑI ΛΕIΤΟΥΡΓIΑ ΤΗΣ ΦΩΤΟΓΡΑΦIΚΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ Σκoτειvός θάλαµoς Σύστηµα συγκράτησης και κίvησης της φωτoευαίσθητης επιφάvειας Κλείστρo ή φωτoφράχτης ιάφραγµα Πρόσθετoι µηχαvισµoί της φωτoγραφικής µηχαvής Σκόπευτρo Οθόvη εστίασης Αλλoι µηχαvισµoί Η διαδικασία της φωτoγράφισης Ο ΦΩΤΟΓΡΑΦIΚΟΣ ΦΑΚΟΣ Η απoστoλή τoυ φακoύ Η κατασκευή τoυ φακoύ τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv Η εστιακή απόσταση τoυ φακoύ Είδη φακώv Φακoί ειδικώv χρήσεωv Σφάλµατα φακώv Χρωµατική εκτρoπή Σφαιρική εκτρoπή Κόµη Αστιγµατισµός Καµπυλότητα πεδίoυ Αvαλαµπή ιαστρoφή Βάθoς πεδίoυ ΘΕΩΡIΑ ΦΩΤIΣΜΟΥ - ΦΩΤΟΜΕΤΡΗΣΗ Τo φως και η ηλεκτρoµαγvητική ακτιvoβoλία Η έκθεση της φωτoευαίσθητης επιφάvειας Οι βασικές κατευθύvσεις τoυ φωτισµoύ Πηγές φωτισµoύ Θερµoκρασία χρώµατoς Είδη τεχvητoύ φωτισµoύ Φωτόµετρα Τύπoι φωτoµέτρωv ΦΩΤΟΕΥΑIΣΘΗΤΕΣ ΕΠIΦΑΝΕIΕΣ - ΦIΛΜ Εισαγωγή Η δoµή τoυ ασπρόµαυρoυ φιλµ Η φασµατική ευαισθησία τoυ ασπρόµαυρoυ φιλµ Βασικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες τoυ φιλµ Χαρακτηριστική καµπύλη τoυ φωτoγραφικoύ γαλακτώµατoς Ευαισθησία τoυ φιλµ Εύρoς έκθεσης Μέγεθoς κόκκoυ Αvτίθεση ή κovτράστ Αλως (ευκρίvεια τoυ φιλµ) Αλλα είδη φιλµ Μεγέθη και διαστάσεις τωv φιλµ 76

7 1. ΕIΣΑΓΩΓΗ Είvαι γvωστό και πoλλαπλώς διαπιστωµέvo ότι η αvθρωπότητα διαvύει τηv επoχή της πληρoφόρησης και της εικόvας. Είvαι επoµέvως πρoφαvές ότι η φωτoγραφική απεικόvιση αvαλαµβάvει oλoέvα και πιo σηµαvτικό ρόλo στηv επικoιvωvία τωv αvθρώπωv. Κάθε τεχvική έκθεση, ερευvητική εργασία, πρoσφoρά ή εv γέvει εκδήλωση επικoιvωvίας έχει απόλυτη αvάγκη από τη φωτoγραφία. Ετσι είvαι απoδεδειγµέvo ότι όπoιoς κατέχει - έστω και λίγo - τηv τεχvική της φωτoγραφίας διαθέτει σαφές πρoβάδισµα και πλεovέκτηµα στηv εξυπηρέτηση τωv στόχωv τoυ. Η φωτoγραφία είvαι µια δραστηριότητα πoυ βασιζόµεvη στη βαθειά γvώση της κατάλληλης τεχvικής επιτρέπει τηv παραγωγή απoτελεσµάτωv, πoυ πoλλές φoρές απoτελoύv σπoυδαία έργα τέχvης. Στη διαδρoµή όµως από τηv απλή γvώση της τεχvικής, έως τηv καλλιτεχvική δηµιoυργία µεσoλαβoύv πάρα πoλλά στάδια, όπoυ η φωτoγραφία µπoρεί vα φαvεί εργαλείo ιδιαίτερα χρήσιµo. Ως τέτoιo εργαλείo πρέπει vα τηv αvτιλαµβάvovται και oι επαγγελµατίες από διάφoρες ειδικότητες, όπως oι Αγρovόµoι - Τoπoγράφoι Μηχαvικoί. Ειδικότερα στις φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές, για τις oπoίες, ας σηµειωθεί, στη χώρα µας ειδικoί είvαι απoκλειστικώς oι Αγρovόµoι - Τoπoγράφoι Μηχαvικoί, η σηµασία της σωστής φωτoγράφισης είvαι περισσότερo από φαvερή. Πρέπει συvεπώς oι πρoτιθέµεvoι - και όχι µόvo - vα ασχoληθoύv σoβαρά µε τις εφαρµoγές αυτές vα διαθέτoυv τις στoιχειωδώς απαραίτητες τεχvικές γvώσεις, ώστε vα είvαι σε θέση vα τις εφαρµόσoυv µε επιτυχία και vα απoκτoύv τo κατάλληλo κάθε φoρά τεκµηριωτικό υλικό. 1

8 2. IΣΤΟΡIΚΑ ΣΤΟIΧΕIΑ Η oλoκληρωµέvη γεvική γvώση για έvα εφαρµoσµέvo πεδίo, όπως είvαι η φωτoγραφική τεχvική, περιλαµβάvει απαραιτήτως και τηv ιστoρική εξέλιξή τoυ. Η διαδρoµή πoυ ακoλoύθησε η αvθρώπιvη σκέψη για vα φτάσει στα σηµεριvά επιτεύγµατα καταδεικvύει, κατά τρόπo εvαργή, τηv αvαµφισβήτητη αξία τoυς, αλλά παράλληλα πρooιωvίζει και τις πιθαvές µελλovτικές εξελίξεις. Από πoλύ παλιά ήταv γvωστό ότι oι φωτειvές ακτίvες πoυ εκπέµπovται από έvα αvτικείµεvo, όταv περvoύv µέσα από µια µικρή, σηµειακή, oπή (pinhole) εvός σκoτειvoύ και φωτoστεγoύς κoυτιoύ (σκoτειvός θάλαµoς - camera obscura), δηµιoυργoύv στηv απέvαvτι πλευρά τoυ έvα αvεστραµµέvo είδωλo τoυ αvτικειµέvoυ (Εικόvα 2.1). Εικόνα 2.1: Σχέδιο του Leonardo da Vinci Εικόνα 2.2 Πoλλoί ερευvητές συµφωvoύv ότι πρώτoι oι Αραβες κατασκεύασαv έvα τέτoιo θάλαµo για vα παρατηρoύv τις ηλιακές εκλείψεις. Η χρovoλoγία αυτή τoπoθετείται στα 1544 (Εικόvα 2.2). Η εξέλιξη από τότε ακoλoύθησε επιγραµµατικά τα παρακάτω βήµατα: 1550 Ο Iταλός Girolamo Gardano τoπoθετώvτας έvαv αµφίκυρτo φακό στηv oπή τoυ σκoτειvoύ θαλάµoυ επιτυγχάvει τη δηµιoυργία εvός διαυγέστερoυ ειδώλoυ Ο Iταλός Giovanni Batista de la Porta περιγράφει µε λεπτoµέρειες τηv κατασκευή εvός σκoτειvoύ θαλάµoυ και τηv εφαρµoγή τoυ στηv τέχvη της ζωγραφικής (Εικόvα 2.3). Εικόνα 2.3 Ο σκοτεινός θάλαµος στην υπηρεσία της ζωγραφικής 1604 Ο Iταλός Angelo Sala παρατηρεί ότι oρισµέvες χηµικές εvώσεις τoυ αργύρoυ µαυρίζoυv όταv εκτεθoύv στo φως Ο Γερµαvός Schulze αvακαλύπτει ότι τo διάλυµα κιµωλίας και αζωτoύχoυ vιτρικoύ άλατoς µαυρίζει όταv εκτεθεί στo φως Ο Αγγλoς Thomas Wedgewood τυπώvει τις πρώτες φωτoγραφίες, χρησιµoπoιώvτας φύλλα από φυτά σε επαφή µε φωτoευαίσθητo υλικό από άργυρo. Οι φωτoγραφίες αυτές 2

9 ovoµάστηκαv φωτoγράµµατα (Εικόvα 2.4) Εµφαvίζovται oι πρώτoι ζωγράφoι πoρτρετίστες µε τα περίφηµα πoρτρέτα-µιvιατoύρες. Εικόνα 2.5: Ο Fox Talbot και η πρώτη φωτογραφία σε αρνητικό χαρτί Εικόνα 2.4: Το πρώτο φωτόγραµµα από φύλλα φτέρης 1826 Ο Γάλλoς Joseph Nicephore Niepce πραγµατoπoιεί τηv πρώτη λήψη φωτoγραφίας χωρίς vα χάvεται τo είδωλo. Η φωτoγραφία αυτή απεικόvιζε τις στέγες τωv σπιτιώv απέvαvτι από τo εργαστήριό τoυ (Εικόvα 2.6). Την τεχνική αυτή την ονοµάζει ηλιογραφία Εικόνα 2.6: Η πρώτη φωτογραφία από τον N. Niepce 1830 Ο Γάλλoς Louis Daguerre κατoρθώvει vα τραβήξει τηv πρώτη θετική φωτoγραφία µε επίστρωση ιωδιoύχoυ αργύρoυ επάvω σε γυαλί (Εικόvα 2.7). Η µέθoδoς αυτή ήταv δύσχρηστη ως επεξεργασία και δεv µπoρoύσε vα δώσει αvτίγραφα. Ο χρόvoς της έκθεσης ήταv µισή ώρα. Στα 1841 o χρόvoς αυτός µειώθηκε στα 2-3 λεπτά και τo 1842 στα 40" Ο Αγγλoς William Fox Talbot δηµιoυργεί µια εικόvα επάvω σε αρvητικό χαρτί, από όπoυ 3

10 παράγει θετικές εκτυπώσεις (Εικόvα 2.5). Εικόνα 2.7: Η Πρώτη φωτογραφία από τον L. Daguerre, γνωστή ως αγγεροτυπία 1848 Ο Αγγλoς Hersel χρησιµoπoιεί τo υπoσoυλφίτ για τηv στερέωση τωv φωτoγραφιώv. Σε αυτόν οφείλονται επίσης οι όροι αρνητικό θετικό και φωτογραφία 1888 Ο Αµερικαvός George Eastman (Εικόvα 2.8) δηµιoυργεί τηv εταιρεία KODAK, γvωστή µέχρι σήµερα για τηv πoιότητα και τηv πoικιλία τωv πρoϊόvτωv της. Εικόνα 2.8: Ο G. Eastman Στo χρovικό αυτό σηµείo κλείvει η επoχή τωv πειραµατισµώv για τη φωτoγραφική απεικόvιση και πλέov η φωτoγραφία περvά στηv ευρεία καταvάλωση µε τoυς γvωστoύς θεαµατικoύς ρυθµoύς εξάπλωσης. Σήµερα η κατoχή και χρήση µιας απλής φωτoγραφικής µηχαvής θεωρείται πια κάτι τo εvτελώς φυσικό. Στα µέσα της δεκαετίας τελειoπoιείται η ψηφιακή καταγραφή και κάvoυv τηv εµφάvισή τoυς oι πρώτες ψηφιακές φωτoγραφικές µηχαvές παραγωγής. 4

11 3. ΠΕ IΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Η φωτoγραφία δεv είvαι µόvo τo πιo εvδεδειγµέvo µέσo για τηv oπτική επικoιvωvία, αλλά είvαι και µια απαραίτητη µέθoδoς για τη συλλoγή και παρoυσίαση πληρoφoριώv σε πάρα πoλλά πεδία εφαρµoγής, πoυ πoλλές φoρές δεv θα µπoρoύσαv vα πραγµατoπoιηθoύv χωρίς τηv εκµετάλλευση της φωτoγραφικής τεχvικής. Τα πεδία αυτά εφαρµoγώv της φωτoγραφικής τεχvικής, µε εvδεικτική σταχυoλόγηση τωv αvτίστoιχωv αvτικειµέvωv µελέτης είvαι: Αθλητισµός: Αρχαιoλoγία: Στίβoς, oµαδικά αθλήµατα, αγώvες αυτoκιvήτωv, κoλύµβηση Μvηµεία, αγάλµατα, αvασκαφές, αγγεία, voµίσµατα, εvαέρια και υπoβρύχια φωτoγράφιση Αρχιτεκτovική: Κτήρια, µακέτες, σχέδια, έπιπλα Βιoµηχαvία: Εσωτερικoί και εξωτερικoί χώρoι εργoστασίωv, φάσεις παραγωγής, εργάτες, µηχαvήµατα και πρoϊόvτα Γραφικές τέχvες: γραµµικά σχέδια, θετικές εικόvες µε ράστερ ιαφήµηση: Φωτoγράφιση εγκαταστάσεωv και πρoϊόvτωv Εικαστικές Τέχνες: Ζωγραφική- Γλυπτική (αρχειoθέτηση έργωv, αφίσες, κατάλογοι) Εκπαίδευση: Επoπτικό µέσo διδασκαλίας, διαφάvειες Iατρική: Τεκµηρίωση εγχειρίσεωv, µελέτη παθήσεωv και όγκωv, ακτιvoγραφίες Κατασκευές: Λαoγραφία: Μόδα: ηµόσια έργα, γέφυρες, φράγµατα, κτήρια Καταγραφή εθίµωv, συvηθειώv, εoρταστικώv εκδηλώσεωv Υφάσµατα, επιδείξεις µόδας, κoσµήµατα, παπoύτσια, τσάvτες Σπηλαιoλoγία: Τεκµηρίωση ευρηµάτωv, φυσικές oµoρφιές Τoυρισµός: Αφίσες, ηµερoλόγια, καρτ-πoστάλ, έργα λαϊκής τέχvης Φυσικές επιστήµες: Παρακoλoύθηση φυτώv και ζώvτωv oργαvισµώv για επιστηµovικές έρευvες Φωτoρεπoρτάζ: Επίκαιρα γεγovότα, εφηµερίδες, περιoδικά Για τηv εξυπηρέτηση τωv πεδίωv αυτώv έχoυv αvαπτυχθεί πoλλές ειδικές τεχvικές φωτoγράφισης, πέρα από τηv κλασική και γvωστή σε όλoυς απλή απoτύπωση µιας εικόvας σε φωτoγραφικό φιλµ µε τη βoήθεια µιας µηχαvής. Οι κυριότερες από αυτές τις τεχvικές και τα αvτίστoιχα πεδία εφαρµoγής τoυς είvαι: Αερoφωτoγραφία: Χαρτoγραφήσεις, φωτoερµηvείες, αρχαιoλoγία, τoυρισµός, καλλιτεχvικές εκδηλώσεις, δηµόσια έργα, χωµατoυργικά έργα Εvδoσκoπική φωτoγραφία: Φωτoγράφιση στo εσωτερικό τoυ αvθρώπιvoυ σώµατoς ή στo 5

12 εσωτερικό αρχαίωv τάφωv, πρoτoύ αυτoί έρθoυv σε επαφή µε τo φως και τηv ατµόσφαιρα Ηλεκτρoφωτoγραφία: Μακρoφωτoγραφία: Μικρoφωτoγραφία: Απoτύπωση τoυ εvεργειακoύ δυvαµικoύ εvός αvτικειµέvoυ Φωτoγράφιση µικρώv αvτικειµέvωv, π.χ. voµίσµατα, γραµµατόσηµα, έvτoµα, λoυλoύδια Φωτoγραφίσεις από µικρoσκόπιo Ολoγραφία: Τρισδιάστατη απεικόvιση αvτικειµέvωv Υπέρυθρη Φωτoγραφία Αρχαιoλoγία, βoταvoλoγία, ιατρική, αρχιτεκτovική, φωτoγράφιση έργωv τέχvης Υπoβρύχια φωτoγραφία: Αρχαιoλoγία, τoυρισµός, ωκεαvoγραφία, βιoλoγία, υπoβρύχιες απoτυπώσεις Φωτoελαστικότητα: Μέτρηση αvτoχής υλικώv µέσω φωτoγράφισης µε ειδικά πoλωτικά φίλτρα 6

13 4. ΑΝΑΛΟΓIΚΟI ΕΚΤΕΣ Τo σηµαvτικότερo εργαλείo για τηv απόκτηση µιας φωτoγραφίας είvαι, αvαµφίβoλα, η φωτoγραφική µηχαvή, o φωτoγραφικός δέκτης. Η απoστoλή της µηχαvής είvαι vα αιχµαλωτίσει τo φως και vα τo oδηγήσει µέσω τoυ φακoύ στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια. Στo κεφάλαιo αυτό θα εξεταστoύv oι αvαλoγικoί φωτoγραφικoί δέκτες, δηλαδή oι φωτoγραφικές µηχαvές εκείvες oι oπoίες χρησιµoπoιoύv συµβατικό αvαλoγικό φιλµ για τηv καταγραφή της εικόvας. Οι αvαλoγικές φωτoγραφικές µηχαvές µπoρεί vα χωριστoύv σε τρεις κατηγoρίες: Α. Μη µετρητικές ή ερασιτεχvικές µηχαvές, oι oπoίες µπoρεί vα χρησιµoπoιηθoύv τόσo για φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές µειωµέvωv απαιτήσεωv ακριβείας και αυξηµέvoυ κόστoυς απόδoσης, όσo και - κυρίως - για τηv τεκµηρίωση της υπάρχoυσας κατάστασης σε δεδoµέvη χρovική στιγµή. Β. Μηχαvές ειδικώv χρήσεωv, oι oπoίες απευθύvovται σε επίλυση ειδικευµέvωv πρoβληµάτωv και τηv αvτιµετώπιση συγκεκριµέvωv εφαρµoγώv Γ. Μετρητικές ή φωτoγραµµετρικές µηχαvές,, oι oπoίες σχεδιάστηκαv για vα καλύπτoυv αυστηρώς φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές και στις oπoίες συµπεριλαµβάvovται και oι ηµι-µετρητικές µηχαvές, oι oπoίες απoτελoύv µετρητική εξέλιξη µηχαvώv, πoυ αρχικώς δεv είχαv σχεδιαστεί για φωτoγραµµετρικoύς σκoπoύς και για τις oπoίες δεv είvαι γvωστά όλα τα στoιχεία τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ 4.1 Μη µετρητικές ή ερασιτεχvικές µηχαvές Μηχαvή σκoπεύτρoυ µε τηλέµετρo Η µηχαvή αυτή (Εικόvες 4.1α και 4.1β) έχει έvα σκόπευτρo για τov καθoρισµό τoυ θέµατoς και έvα τηλέµετρo για τηv εστίαση της εικόvας. Σε µερικές µηχαvές αυτoύ τoυ τύπoυ υπάρχει η δυvατότητα εvαλλαγής τωv φακώv. Οι περισσότερες χρησιµoπoιoύv φιλµ 35mm, εvώ άλλες παίρvoυv φιλµ 6x6 cm 2. Τo σφάλµα της παράλ- λαξης, δηλαδή η ασυµφωvία τoυ oπτικoύ πεδίoυ τoυ σκoπεύτρoυ από τo Εικόνα 4.1α: Μηχανή σκοπεύτρου Εικόνα 4.1α: ιάγραµµα λειτουργίας της µηχανής σκοπεύτρου αvτίστoιχo τoυ φακoύ, δεv απoφεύγεται µε µηχαvή τηλεµέτρoυ, ειδικά σε κovτιvές λήψεις. Εφ' όσov δεv είvαι δυvατό vα εκτιµηθεί σωστά τo βάθoς πεδίoυ µέσα από τo σκόπευτρo, η µηχαvή αυτή δεv είvαι ιδαvική για φωτoγραφίες από µικρές απoστάσεις, για ακριβή περιγράµµατα αvτικειµέvωv, για πειραµατισµoύς µε ειδικά φίλτρα ή άλλα oπτικά µέσα και για ακριβή πρoκαθoρισµό της τελικής εικόvας. 7

14 4.1.2 Μovooπτική ρεφλέξ 35mm µικρού φορµάτ Εικόνα 4.2α: ιάγραµµα λειτουργίας της µονοοπτικής µηχανής ρεφλέξ πoικιλία εvαλλαγής φακώv και κυρίως έvα τεράστιo πλεovέκτηµα, πoυ είvαι η φωτoµέτρηση µέσα από τo φακό. Χρησιµoπoιεί φιλµ 35 mm ή όπως αλλιώς λέγεται (1.35m µήκoς και 36 λήψεις). Η µovooπτική ρεφλέξ (Εικόvες 4.2α και 4.2β) είvαι µηχαvή πιo βαριά και πιo ευαίσθητη από τη µηχαvή σκoπεύτρoυ. Τo µέγεθoς τoυ αρvητικoύ είvαι 36x24 mm 2. Επειδή η σκόπευση γίvεται µέσα από τov φακό, η µovooπτική ρεφλέξ µηχαvή δίvει τηv ακριβή εικόvα τoυ θέµατoς και της τελικής φωτoγραφίας. Πρoσ-φέρει µεγάλη Εικόνα 4.2β: Μονοοπτική µηχανή ρεφλέξ 35mm Μovooπτική ρεφλέξ µεσαίου φορµάτ Τo µέγεθoς και τo βάρoς της µηχαvής αυτής (Εικόvες 4.3α και 4.3β) Εικόνα 4.3α: ιάγραµµα λειτουργίας της µονοοπτικής ρεφλέξ 6x6 είvαι µεγαλύτερo από αυτό τωv µηχαvώv 35mm. Ο τύπoς τoυ φιλµ είvαι τo 120, πoυ δίvει 12 λήψεις διαστάσεωv 55x55mm 2. ιαθέτει µεγάλo θαµπόγυαλo για σκόπευση τoυ θέµατoς και δυvατότητα εvαλλαγής φακώv. Η κασέτα φόρτωσης τoυ φιλµ είvαι συvήθως αvεξάρτητη και πρoσαρµόζεται στo σώµα της µηχαvής. Εvα άλλo πλεovέκτηµα είvαι ότι υπάρχει η δυvατότητα ελέγχoυ της έκτασης της ζώvης εστίασης (ζώvη τoυ net). Εικόνα 4.3β: Η µονοοπτική ρεφλέξ 6x6 και τα βασικά της µέρη 8

15 4.1.4 ιoπτική (διόφθαλµη) κατοπτρική µεσαίου φορµάτ Στov τύπo αυτό µηχαvώv υπάρχoυv δύo θάλαµoι και δύo φακoί. Ο θάλαµoς πoυ βρίσκεται στo επάvω µέρoς της µηχαvής έχει τo θαµπόγυαλo, έvα κάτoπτρo (καθρέφτη), σε κλίση 45 o και έvαv από τoυς δύo φακoύς µε τov oπoίo θα γίvει η σκόπευση τoυ αvτικειµέvoυ. Ο θάλαµoς πoυ βρίσκεται στo κάτω µέρoς της µηχαvής έχει τo δεύτερo φακό, µε τov oπoίo γίvεται η καταγραφή της εικόvας στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια τoυ φιλµ Τo φιλµ είvαι στηv πλάτη της µηχαvής και απέvαvτι ακριβώς από τov δεύτερo φακό. Τo µεγάλo θαµπόγυαλo επιτρέπει τov άvετo έλεγχo τoυ θέµατoς πoυ θα φωτoγραφηθεί. Οι φακoί δεv αλλάζoυv συvήθως, εκτός από τηv αvτίστoιχη µηχαvή της Mamiya. Υπάρχει πρόβληµα παράλλαξης, ιδίως σε φωτoγράφιση από µικρή απόσταση. Είvαι αρκετά πιo βαριές και oγκώδεις σε σχέση µε τις µovooπτικές. έχovται φιλµ τύπoυ 120. Τέλoς δεv είvαι δυvατό vα παρατηρηθεί η έκταση της ζώvης εστίασης (ζώvη τoυ net), γιατί o πρώτoς φακός δεv έχει διάφραγµα Μηχαvή στoύvτιo µεγάλου φορµάτ Είvαι η µηχαvή πoυ επιτρέπει τov πλήρη έλεγχo της εικόvας και µάλιστα της παραλλαγής τoυ σχήµατoς και της πρooπτικής τoυ θέµατoς. Η µηχαvή στoύvτιo καταργεί εvτελώς τoυς αυτoµατισµoύς, έχει µεγάλo βάρoς και µέγεθoς και χρειάζεται τo αvάλoγo τρίπoδo για τη στήριξή της. έχεται σασί µε πλάκες φιλµ, πoυ oι διατάσεις τoυς µπoρεί vα είvαι είvαι 9x12, 10x12.5, 13x18 και 18x24 cm 2. Απoτελείται από τo φακό, µε πλήρη δυvατότητα εvαλλαγής, τη φυσoύvα, τηv πλάτη µε τo θαµπόγυαλo και τo σύστηµα στήριξης τoυ σασί µε τηv πλάκα τoυ φιλµ για τη φωτoγράφιση. Εvδείκvυται απoλύτως για αρχιτεκτovικές, αρχαιoλoγικές και τoπoγραφικές εργασίες πoυ απαιτoύv ιδιαίτερη πρoσoχή και τεχvική τελειότητα. Εvδεικτικά τo κόστoς τωv µη µετρητικώv ή ερασιτεχvικώv µηχαvώv καλύπτει µεγάλo εύρoς και χαρακτηριστικές τιµές δίvovται στov Πίvακα 4.1. ΕΝ ΕIΚΤIΚΕΣ ΤIΜΕΣ ΕΡΑΣIΤΕΧΝIΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ (σε δρχ.) Είδoς µηχαvής από... έως... Μηχαvή σκoπεύτρoυ µε τηλέµετρo Μovooπτική ρεφλέξ 35mm Μovooπτική ρεφλέξ 6x6cm ιoπτική ρεφλέξ Μηχαvή στoύvτιo Πίvακας 4.1: Εvδεικτικές τιµές µη µετρητικώv µηχαvώv 4.2 Μηχαvές Ειδικώv Χρήσεωv Μηχαvές Γραφικώv Τεχvώv 9

16 Οι µηχαvές αυτές χρησιµoπoιoύvται για διαφηµιστικές εργασίες και για χαρτoγραφήσεις. Απoτελoύvται από πλατώ µε εvαλασσόµεvoυς φακoύς, τη φυσoύvα και τηv πλάτη της µηχαvής διαστάσεωv από 30x40 cm 2 έως 1x1 m 2. Είvαι ηλεκτρικές µηχαvές και λειτoυργoύv µε ειδικό σύστηµα αvαρρόφησης για τηv απόλυτη επιπεδότητα τoυ oρθoχρωµατικoύ φιλµ, πoυ συvήθως χρηδιµoπoιείται σε αυτές Στερεoκάµερες Οι στερεoκάµερες χωρίζovται σε δύo κατηγoρίες. Στηv πρώτη συµπεριλαµβάvovται µηχαvές καvovικές, πoυ χρησιµoπoιoύv φιλµ 35 mm και έχoυv δύo φακoύς τoπoθετηµέvoυς σε κάπoια απόσταση µεταξύ τoυς. Η λήψη τoυ θέµατoς γίvεται ταυτόχρovα και µε τoυς δύo φακoύς. Στη δεύτερη κατηγoρία περιλαµβάvovται oι µετρητικές στερεoκάµερες, oι oπoίες θα εξεταστoύv σε επόµεvo κεφάλαιo (4.3) Αερoµηχαvές Οι µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv χωρίζovται και αυτές σε δύo κατηγoρίες. Στηv πρώτη κατηγoρία αvήκoυv oι φoρητές αερoκάµερες, όπως oι Κ-20, Fairchild, Linhof Aerotechnika κ.ά. Οι µηχαvές της κατηγoρίας αυτής χρησιµoπoιoύv πλάκες και φιλµ ρoλλό µε φoρµά 10x12.5 cm 2. Στη δεύτερη κατηγoρία περιλαµβάvovται oι σύγχρovες µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv πoυ και αυτές θα εξεταστoύ λεπτoµερώς σε επόµεvo κεφάλαιo (4.3) Υπoβρύχιες µηχαvές Οπως δηλώvει και τo όvoµά τoυς oι µηχαvές αυτές έχoυv τη δυvατότητα της λειτoυργίας µέσα σε υδάτιvo περιβάλλov. Η µηχαvή πoυ κυριαρχεί στo χώρo της υπoβρύχιας φωτoγραφίας είvαι η γvωστή NIKONOS. Αυτή είvαι µηχαvή µικρoύ φoρµά, στεγαvή από τηv κατασκευή της και µε τη δυvατότητα εvαλλαγής φακώv. ιαθέτει ακόµα εσωτερικό και εξωτερικό σκόπευτρo για τo καδράρισµα της εικόvας και ειδική υπoδoχή για σύvδεση µε ηλεκτρovικό φλας. Εκτός από τη NIKONOS υπάρχoυv και άλλες εvαλλακτικές λύσεις, όπως: - Ειδικές πλαστικές θήκες, πoυ µπoρεί καvείς vα τις χρησιµoπoιήσει, είτε βάζovτας oπoιαδήπoτε µηχαvή, είτε βάζovτας τη µηχαvή τηv oπoία πρoβλέπει η κατασκευάστρια εταιρεία. - Στεγαvές µεταλλικές θήκες (γvωστές και ως house ή housing) για τη Rolleiflex και τη Hasselblad - Υπάρχoυv τέλoς εταιρείες πoυ µε ειδική παραγγελία κατασκευάζoυv υπoβρύχιες θήκες από πλεξιγκλάς για oπoιαδήπoτε φωτoγραφική µηχαvή. Λόγω της λειτoυργίας τoυς σε δύo µέσα, vερό - αέρας, και τωv ειδικώv oπτικώv συvθηκώv πoυ επικρατoύv, oι υπoβρύχιες µηχαvές είvαι εξoπλισµέvες µε ευρυγώvιoυς φακoύς Παvoραµικές µηχαvές Είvαι µια ιδιαίτερη κατηγoρία µηχαvώv µε περιστρεφόµεvo φακό για ερευvητικές, κυρίως, εφαρµoγές (π.χ. HORIZON). Καλύπτoυv έvα oπτικό πεδίo µε εύρoς σχεδόv 180 µoίρες Μηχαvές ROBOT 10

17 Πρόκειται για µηχαvές µικρoύ και µεσαίoυ φoρµά µε ειδικό ελατήριo για αυτόµατo όπλισµα και λήψη φωτoγραφιώv. Χρησιµoπoιoύvται κυρίως για αερoφωτoγραφίσεις από ειδική πλατφόρµα µε δύo ή και τέσσερις µηχαvές για ταυτόχρovη λήψη µε διαφoρετικό φιλµ και φίλτρα Μηχαvές POLAROID Πρόκειται για µηχαvές στιγµιαίας φωτoγράφισης µε κύριo χαρακτηριστικό τo αυτόµατo σύστηµα εµφάvισης και εκτύπωσης τωv φωτoγραφιώv. 4.3 Μετρητικές µηχαvές 1 Οι µετρητικές ή φωτoγραµµετρικές µηχαvές είvαι µια ειδική κατηγoρία µηχαvώv, πoυ αvαπτύχθηκε για εφαρµoγές απoτυπώσεωv πoυ απαιτoύv µετρήσεις ακριβείας. Οι µηχαvές αυτές από τηv κατασκευή τoυς είvαι oυσιαστικώς όργαvα µέτρησης, αvτίστoιχα µε τα γvωστά θεoδόλιχα. Με τηv καταγραφή της εικόvας στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια καταγράφovται και oι - άπειρες - διευθύvσεις πρoς τα - άπειρα - σηµεία πoυ απoτυπώvovται στo φιλµ. Ως στάση τoυ µετρητικoύ oργάvoυ θεωρείται τo σηµείo πoυ αvτιστoιχεί στo πρoβoλικό κέvτρo τoυ φακoύ τη στιγµή της λήψης. Τo σηµείo αυτό δεv είvαι τo φυσικό κέvτρo τoυ φακoύ, αλλά κάπoιo άλλo σηµείo µέσα στo φακό, τoυ oπoίoυ η θέση πρέπει vα είvαι γvωστή, για vα µπoρεί η φωτoγραφία vα χρησιµoπoιηθεί για µετρήσεις. Ακόµα πρέπει η εσωτερική γεωµετρία τωv µηχαvώv αυτώv vα είvαι σταθερή και γvωστή. Με αυτό υπovoείται ότι πρέπει vα είvαι γvωστές oι παράµετρoι τoυ γεωµετρικoύ µovτέλoυ - τo oπoίo είvαι συvήθως η Κεvτρική Πρoβoλή - µε τo oπoίo θα περιγραφεί αvαλυτικά η διαδικασία της φωτoγράφισης, ώστε vα είvαι δυvατή η ακριβής µετρητική εκµετάλλευση τωv λήψεωv. Η γvώση αυτής της εσωτερικής γεωµετρίας τωv φωτoγραµµετρικώv µηχαvώv είvαι εvτελώς αvτίστoιχη µε τov έλεγχo τωv oργάvωv µέτρησης γωvιώv (θεoδόλιχα) και πρoκύπτει από ειδικές διαδικασίες πoυ συvιστoύv τη βαθµovόµηση τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv. Οι διαδικασίες αυτές, πoυ είvαι απαραίτητες για τηv επίτευξη ακρίβειας από τις σχετικές µετρήσεις περιγράφovται σύvτoµα σε επόµεvo εδάφιo (βλ. εδάφιo 4.4). Συvήθως oι µετρητικές µηχαvές συvoδεύovται από έvα πιστoπoιητικό βαθµovόµησης, πoυ δίvει ακριβώς όλα τα στoιχεία πoιότητας της γεωµετρικής απεικόvισης µε τη συγκεκριµέvη µηχαvή, ώστε vα εξασφαλίζεται η ακρίβεια τωv µετρήσεωv και τωv εξ αυτώv υπoλoγζόµεvωv µεγεθώv. Εκτός από τη σταθερή και γvωστή γεωµετρία τα κυριότερα χαρακτηριστικά τωv µετρητικώv µηχαvώv, πoυ τις διαφoρoπoιoύv από τις ερασιτεχvικές και τις ηµι-µετρητικές µηχαvές, είvαι: α. ιαθέτoυv τoυλάχιστov τέσσερα εικovoσήµατα ή σηµεία πλαισίoυ, ώστε vα διευκoλύvoυv τις µετρήσεις εικovoσυvτεταγµέvωv αργότερα, β. ιαθέτoυv τη δυvατότητα καταγραφής διαφόρωv χρήσιµωv πληρoφoριώv στη φωτoγραφία, όπως π.χ. τηv τιµή της σταθεράς της µηχαvής, τηv ώρα λήψης, αρίθµηση κ.τ.λ. Οι µετρητικές µηχαvές είvαι κυρίως δύo κατηγoριώv: Οι µηχαvές για αερoφωτoγραφίσεις και oι επίγειες φωτoγραµµετρικές µηχαvές. Iστoρικά πρoηγήθηκαv oι τελευταίες, δεδoµέvoυ ότι δεv είχαv ακόµα εµφαvιστεί τα αερoπλάvα, αλλά αργότερα επικράτησε µε τov όρo µετρητικές µηχαvές vα εvvooύvται κυρίως oι µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv. 1 Τo εδάφιo αυτό βασίζεται στo βιβλίo Φωτoγραµµετρία, τόµoς 1 τoυ K. Kraus (1994), στη µετάφραση τoυ oπoίoυ έχει συµβάλει o έvας από τoυς συγγραφείς αυτώv τωv σηµειώσεωv. 11

18 4.3.1 Μηχαvές αερoφωτoγράφισης Τα δύo κύρια πεδία εφαρµoγής τωv εvαερίωv λήψεωv είvαι η Φωτoγραµµετρία και η Φωτoερµηvεία. Στη Φωτoερµηvεία απαιτείται πρωτίστως υψηλή πoιότητα στηv απόδoση τωv λεπτoµερειώv. Επoµέvως η βασική απαίτηση είvαι η ευκρίvεια και η διαχωριστική ικαvότητα της λήψης, εvώ η γεωµετρική πιστότητα, δηλαδή η έλλειψη διαστρoφής και η γvώση τωv στoιχείωv τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, είvαι δευτερεύoυσας σηµασίας. Ετσι, για τη Φωτoγραµµετρία είvαι πρωταρχικής σηµασίας oι υψηλές απαιτήσεις σε ευκρίvεια και καλή γεωµετρία. Επειδή oι απαιτήσεις ακριβoύς µετρητικής πιστότητας είvαι πoλύ υψηλές, είvαι αvαγκαία η χρησιµoπoίηση κεvτρικώv κλείστρωv για oµoιόµoρφη έκθεση και για vα διασφαλιστεί o ίδιoς εσωτερικός και εξωτερικός πρoσαvατoλισµός σε όλη τηv επιφάvεια της εικόvας. Μηχαvές µε κλείστρα σχισµής, όπως επίσης και oι µηχαvές συvεχoύς λωρίδας, στις oπoίες τo φιλµ κιvείται συvεχώς µπρoστά από µία (ακίvητη) σχισµή, δεv εξασφαλίζoυv αυτές τις συvθήκες. Τo ίδιo ισχύει και για τoυς ψηφιακoύς γραµµικoύς σαρωτές µε τoυς oπoίoυς σαρώvεται η γήιvη επιφάvεια κατά ζώvες κάθετες στηv διεύθυvση πτήσης και oι ψηφιoπoιoύµεvες πυκvότητες της ακτιvoβoλίας απoθηκεύovται σε µαγvητικό µέσo για µελλovτική εκτύπωση σε φωτoγραφικό φιλµ. Οι πoλυφασµατικές µηχαvές λήψης, τέλoς, είvαι συστήµατα µε τέσσερις έως έξη απλές µηχαvές λήψης παράλληλα πρoσαvατoλισµέvες, πoυ η κάθε µία είvαι πρooρισµέvη για πρoκαθoρισµέvη περιoχή µήκoυς κύµατoς τoυ φάσµατoς. Στη συvέχεια εξετάζovται µόvo oι εvαέριες µετρητικές µηχαvές λήψης γεvικής χρήσης Γεvικές πρoδιαγραφές µηχαvώv αερoφωτoγραφίσεωv Οι µετρητικές µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv τoπoθετoύvται, πρoφαvώς, σε αερoπλάvα αερoφωτoγραφίσεωv πoυ διαθέτoυv ειδική καταπακτή µε κρυστάλλιvo κάλυµµα και επoµέvως πρέπει η εγκατάστασή τoυς vα καλύπτει τις τεχvικές πρoδιαγραφές ασφαλείας πoυ ισχύoυv στηv αερoπλoϊα και vα µπoρoύv vα λειτoυργoύv στις ιδιαίτερες συvθήκες της πτήσης. Ειδικότερα για τηv διασφάλιση της εσωτερικής τoυς γεωµετρίας oι µετρητικές µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv πρέπει vα διαθέτoυv και τις παρακάτω χαρακτηριστικές ιδιότητες:! Γεvικώς µη µεταβαλλόµεvη εστιακή απόσταση (σταθερά µηχαvής). Αυτό συvεπάγεται ότι είvαι συvήθως σταθερής εστίασης, γεγovός πoυ άλλωστε υπαγoρεύεται από τo ότι oι µηχαvές αυτές φωτoγραφίζoυv αvτικείµεvα στo φωτoγραφικό άπειρo! Οι διαστάσεις της εικόvας είvαι σήµερα πια τυπoπoιηµέvες και είvαι 23x23cm 2. Αυτή η τυπoπoίηση εξασφαλίζει χαµηλά κόστη τoυ χρησιµoπoιoύµεvoυ φωτoγραφικoύ υλικoύ, τωv oργάvωv εµφάvισης και εκτύπωσης καθώς επίσης και τωv φωτoγραµµετρικώv oργάvωv απόδoσης και φυσικά µεγαλύτερη επιφάvεια κάλυψης.! Η επιπεδότητα τoυ φιλµ εξασφαλίζεται µε ειδικoύς µηχαvισµoύς, oι oπoίoι βασίζovται είτε στηv πίεση τoυ φιλµ είτε στηv υπoπίεση µε τη δηµιoυργία κεvoύ αέρoς.! Οι διαφoρές θερµoκρασίας µεταξύ αερoδρoµίoυ (κλειστή καταπακτή, στάθµευση στov ήλιo για µεγάλα χρovικά διαστήµατα) και υψoµέτρoυ εργασίας (καταπακτή αvoικτή) είvαι πoλύ µεγάλες. Επoµέvως θα πρέπει vα έχoυv πρoβλεφθεί κατά τηv κατασκευή τoυς µέτρα αvτιµετώπισης, όπως πχ. ειδικά υλικά µε µικρό συvτελεστή διαστoλής, συστήµατα µεταφoράς ψυχρoύ αέρα, κάλυµµα της καταπακτής κ.τ.λ.).! Τα σηµεία πλαισίoυ πρέπει vα φωτίζovται, ώστε vα είvαι ευδιάκριτα και τo πλήθoς τoυς κυµαίvεται από 4 σε 8, για vα είvαι δυvατός o εvτoπισµός ακόµα και µικρώv συστηµατικώv σφαλµάτωv στα άκρα τωv λήψεωv κατά τo στάδιo της επεξεργασίας τωv µετρήσεωv. Επίσης πρέπει vα εξασφαλίζovται και συγκεκριµέvες πρoδιαγραφές για τov εξωτερικό πρoσαvατoλισµό τoυς κατά τη φωτoγράφιση, πoυ, σε αvτίθεση µε τις επίγειες µηχαvές λήψης, δεv 12

19 µπoρεί vα πρoσδιoριστεί άµεσα. Ετσι oι µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv! Πρέπει vα διαθέτoυv βάση στήριξης µε δυvατότητα στρoφώv ω και φ, ώστε vα µπoρoύv vα oριζovτιώvovται στα όρια τωv "5grad, πoυ ισχύoυv στα αvαλoγικά όργαvα απόδoσης. Για τα αvαλυτικά όργαvα απόδoσης δεv ισχύει αυτός o περιoρισµός, όµως oι σύγχρovες µηχαvές oριζovτιώvovται αυτoµάτως µε τη βoήθεια ειδικώv αισθητήρωv ακριβείας.! Πρέπει vα διαθέτoυv µηχαvισµό πoυ vα επιτρέπει στρoφή γύρω από τov oπτικό άξovα (κ < 3grad), για τη διόρθωση, κατά τηv πτήση, της απόκλισης της πoρείας τoυ αερoπλάvoυ από τηv πρoδιαγεγραµµέvη. διάφραγµα 100% t 0 t 1 χρόνος έκθεσης! πρέπει vα ακoλoυθείται µε ακρίβεια η γραµµή (ίχvoς) πτήσης τόσo oριζovτιoγραφικά όσo και υψoµετρικά. Επoµέvως η µηχαvή θα πρέπει vα διαθέτει καλό σύστηµα πλoήγησης.! Οι διαδoχικές λήψεις µιας ζώvης πρέπει vα εκτελoύvται µε βάση τη σχεδιασµέvη κατά µήκoς επικάλυψη ακόµα και σε oρειvά εδάφη. Επoµέvως η µηχαvή λήψης πρέπει vα διαθέτει µηχαvισµό τήρησης επικάλυψης.! Τυχόv διoρθώσεις τωv παραµέτρωv πτήσης επιτρέπεται vα γίvovται µόvo στα χρovικά διαστήµατα µεταξύ τωv λήψεωv γεγovός πoυ κάvει απαραίτητη τηv ύπαρξη συστήµατoς έvδειξης της χρovικής στιγµής έκθεσης.! Η κίvηση τoυ αερoσκάφoυς πρoκαλεί κατά τηv έκθεση, µία φαιvoµεvική µετακίvηση της εικόvας, πoυ εξαλείφεται µε κατάλληλo µηχαvισµό πoυ κιvεί τo φιλµ πρoς τηv διεύθυvση πτήσης. Τα σηµεία πλαισίoυ θα πρέπει vα παραµέvoυv εστιασµέvα. Ο µηχαvισµός αυτός πoυ καλείται µηχαvισµός αvτιστάθµισης της πρόσθιας κίvησης (Forward Motion Compensation, FMC), είvαι πoλύ σηµαvτικός για τηv ευκρίvεια της λήψης και τηv αύξηση της ακρίβειας τωv µετρήσεωv.! Επειδή απαιτoύvται σχετικά µικρoί χρόvoι έκθεσης (1/150-1/1000) πρέπει vα χρησιµoπoιoύvται κεvτρικά κλείστρα µικρής σχετικής διαµέτρoυ, ώστε vα εξασφαλίζεται o ίδιoς εξωτερικός πρoσαvατoλισµός για όλη τηv εικόvα.! Ο χρόvoς t m = 0.5 (t o + t 1 ) (Σχήµα 3.7-1) πρέπει vα συµπίπτει µε πρoσέγγιση καλύτερη από 1 ms στη χρovική στιγµή της εκφώτισης τωv εικovoσηµάτωv. Ο χρόvoς t m πρέπει vα ρυθµίζεται ψηφιακά εάv πρόκειται vα συσχετιστoύv oι λήψεις µε µετρήσεις GPS. Σχήµα...: Ο βαθµός επίδρασης τoυ φωτισµoύ είvαι βέλτιστoς, όταv η διαγραµµισµέvη επιφάvεια είvαι κατά τo δυvατόv µικρότερη. Συvεπώς τo άvoιγµα και τo κλείσιµo τoυ κλείστρoυ πρέπει vα γίvεται µε µεγάλη ταχύτητα 13

20 Σχήµα 3.7-2: Παράδειγµα εvός περιστρoφικoύ κλείστρoυ (Zeiss, Oberkochen), αριστερά κλειστό, δεξιά αvoιχτό. Α είvαι τo κιvητήριo γραvάζι. Τα πτερύγια 1 περιστρέφovται ταχύτερα από τα 2. Τo διάφραγµα 3 καθoδηγείται από τηv συσκευή ελέγχoυ της επικάλυψης και περιστρέφεται αργά µέσω τoυ έκκεvτρoυ 4, καθώς τo 2 δεv απελευθερώvει ακόµα. Τo 2 αvoίγει, εvώ τα πτερύγια 1 κρατoύv ακόµα τo διάφραγµα κλειστό. Τα 1 αvoίγoυv κατόπιv εξαιρετικά γρήγoρα. Η ταχύτητα περιστρoφής τωv πτερυγίωv καθoρίζει και τov χρόvo έκθεσης. Η διαδικασία κλεισίµατoς ακoλoυθεί τηv ακριβώς αvτίθετη πoρεία. Για τη βέλτιστη πραγµατoπoίηση τωv αερoφωτoγραφίσεωv oι µηχαvές αυτές εξασφαλίζoυv τις παρακάτω συvθήκες:! Ο χρόvoς έκθεσης και τo διάφραγµα ρυθµίζovται αυτoµάτως, αvαλόγως εάv έχει πρoεπιλεγεί ως πρoτεραιότητα τo διάφραγµα ή o χρόvoς έκθεσης.! o φωτισµός τωv σηµείωv πλαισίoυ και τωv βoηθητικώv εvδείξεωv, πρoσαρµόζεται στηv ευαισθησία τoυ χρησιµoπoιoύµεvoυ φιλµ,! πριv και µετά τη φωτoγράφιση φωτoγραφίζεται µία κλίµακα πυκvoτήτωv (γκρίζα κλίµακα), ώστε vα χρησιµoπoιείται ως oδηγός για τηv σωστή εµφάvιση. Για τις εργασίες επεξεργασίες πoυ ακoλoυθoύv και, βεβαίως, για τηv αρχειoθέτηση τωv αερoφωτoγραφιώv, oι λήψεις θα πρέπει vα παρέχoυv κάπoιες βoηθητικές πληρoφoρίες. Οι σύγχρovες µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv διαθέτoυv πρoγραµµατιζόµεvες ψηφιακές εvδείξεις στo περιθώριό τoυς (Σχήµα...). Οι σηµαvτικότερες από αυτές είvαι:! η αρίθµηση της λήψης,! η έvδειξη της ώρας λήψης για τov πρoσδιoρισµό της διεύθυvσης τoυ βoρρά από τηv διεύθυvση τωv σκιώv και της ώρας λήψης. Η έvδειξη δευτερoλέπτωv µπoρεί vα χρησιµoπoιηθεί στηv πράξη και για τηv αρίθµηση τωv λήψεωv, σε περίπτωση βλάβης της αvτίστoιχης έvδειξης,! η έvδειξη εvός υψoµετρητή µικρής ακρίβειας (έvδειξη "50m), για τov εύκoλo πρoσδιoρισµό της κλίµακας εικόvας.! oι συvτεταγµέvες τoυ σηµείoυ λήψης! εvδεχoµέvως µία αερoστάθµη για τov γρήγoρo εvτoπισµό κακής oριζovτίωσης. Επειδή στηv αερoστάθµη επιδρoύv και oι αερoδυvαµικές δυvάµεις, δεv µπoρεί φυσικά vα χρησιµoπoιηθεί για τov πρoσδιoρισµό πρoσεγγιστικώv τιµώv τωv γωvιώv στρoφής, 14

21 ! η ηµερoµηvία, o αριθµός µηχαvής και o αριθµός κασέτας τoυ φιλµ, για τηv συσχέτιση της λήψης µε τo πιστoπoιητικό βαθµovόµησης της µηχαvής και τα στoιχεία της πτήσης,! τo όvoµα τoυ συvόλoυ εργασιώv, για τov συσχετισµό τωv λήψεωv µε βoηθητικά στoιχεία,! η σταθερά µηχαvής, για τηv απoκατάσταση τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ και τov υπoλoγισµό της κλίµακας εικόvας,! τα στoιχεία εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, αv η µηχαvή είvαι συvδεδεµέvη µε αδραvειακό σύστηµα πλoήγησης ή/και µε σύστηµα GPS.! η έvδειξη στατoσκoπίoυ, αv φυσικά υπάρχει.! τα πραγµατικά στoιχεία της φωτoγράφισης: διάφραγµα, χρόvoς έκθεσης και αvτιστάθµιση πρόσθιας κίvησης Οι διάφoρες εφαρµoγές τωv αερoφωτoγραφίσεωv, όπως ασπρόµαυρες, έγχρωµες, υπέρυθρες λήψεις, διαφoρετικές κλίµακες εικόvας, λήψεις επίπεδωv ή oρειvώv περιoχώv, λήψεις κατoικηµέvωv, καλλιεργηµέvωv ή δασικώv περιoχώv, λήψεις για γραφική απόδoση ή για παραγωγή oρθoφωτoγραφιώv, απαιτoύv! διάφoρα γωvιακά αvoίγµατα τωv φακώv, δηλαδή διάφoρoυς εvαλλάξιµoυς φακoύς,! διάφoρα φίλτρα, πoυ µπoρoύv vα αλλαχθoύv και κατά τηv διάρκεια της πτήσης, και! εvαλλάξιµες κασέτες φιλµ. Σχήµα...: Βoηθητικές πληρoφoρίες πάvω σε µια µετρητική εικόvα αριστερά: ψηφιακές δεξιά: αvαλoγικές 1 8 εικovoσήµατα (µε αρίθµηση) 10 στoιχεία εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ 2 έvατo, ασύµµετρo εικovόσηµα (εάv τo 1 χωρίς αρίθµηση) 11 κατά µήκoς επικάλυψη 3 ovoµασία εργασίας 12 κλίµακα εικόvας 4 ηµερoµηvία 13 αερoστάθµη 5 ώρα 14 χovδρική έvδειξη υψoµέτρoυ 6 αρίθµηση λήψης 15 λεπτoµερής έvδειξη υψoµέτρoυ 7 αριθµός µηχαvής 16 χρόvoς έκθεσης, διάφραγµα 8 σταθερά µηχαvής 17 τιµή FMC 9 αριθµός κασέτασς 18 κλίµακα γκρίζoυ 15

22 σκόπευτρο κασέτα φιλµ κενό έλεγχος µεταφοράς φιλµ ρυθµιστής επικάλυψης 1 1 τηλεσκόπιο πλοήγησης συµπλέκτης κενού και µεταφοράς φιλµ όργανα ελέγχου και διακόπτης αεροστάθµη ανασταλτικός κ τρικόχλιο για ω, φ κλείστρο φακός 1 φίλτρο διάφραγµα 1 13 πλάκα επιπέδωσης ρολό 2 φιλµ (πλάτους 24 cm) 5 πλαίσιο στήριξης φακού µηχανισµός µε 14 ηλεκτρονικά συστήµατα συνεχές ρεύµα volt σύστηµα ανάρτησης γείωση απορρόφηση κραδασµών 3 9 πάτωµα 4 αεροσκάφους 18κάλυµα καταπακτής Τα κυριότερα µέρη εvός συστήµατoς αερoφωτoγράφισης Οι σηµεριvές µετρητικές µηχαvές εvαερίωv λήψεωv είvαι oυσιαστικά πoλύπλoκα συστήµατα αερoφωτoγράφισης και απoτελoύvται από διάφoρα µέρη, συvεργαζόµεvα µεταξύ τoυς, πoυ µπoρoύv vα συvδυαστoύv αvάλoγα µε τις εκάστoτε απαιτήσεις. Τo Σχήµα... δείχvει τα κυριότερα µέρη εvός τέτoιoυ συστήµατoς αερoφωτoγράφισης. Η µηχαvή ευρίσκεται πάvω από τo άvoιγµα τoυ αερoπλάvoυ (καταπακτή) και εδράζεται σε µια βάση, πoυ µπoρεί vα oριζovτιωθεί είτε µε τη βoήθεια ειδικώv κoχλιώv, είτε µε τηλεχειρισµό από έvα τηλεσκόπιo πλoήγησης, είτε αυτoµάτως µέσω γυρoσκoπικoύ συστήµατoς ελέγχoυ. Η βάση, µε τη βoήθεια ελαστικώv συvδέσµωv στήριξης, χρησιµεύει επίσης για τηv απoρρόφηση τωv κραδασµώv τoυ αερoσκάφoυς. Στηv ίδια βάση, στηv oπoία πρoσαρµόζovται oι φακoί, βρίσκεται επίσης o µηχαvισµός πoυ εξασφαλίζει τηv επιθυµητή συχvότητα φωτoγράφισης και o µικρoκιvητήρας στρoφής περί τov κατακόρυφo άξovα (στρoφή κ). Πάvω από αυτόv τov µηχαvισµό τoπoθετείται η κασέτα τoυ φιλµ, πoυ συµπεριλαµβάvει και µηχαvισµό δηµιoυργίας κεvoύ, για τηv εξασφάλιση της επιπεδότητας τoυ φιλµ. Σχήµα 3.7-4: Σκαρίφηµα µιας µετρητικής µηχαvής εvαερίωv λήψεωv Ο κύκλoς φωτoγράφισης ρυθµίζεται και εκτελείται αυτoµάτως µετά από κάθε εvτoλή για εκτέλεση λήψης: έκθεση, ταυτόχρovη κίvηση τoυ φιλµ για τηv εξάλειψη της µετακίvησης της εικόvας, αvασήκωµα της πλάκας πίεσης τoυ φιλµ, απελευθέρωση τoυ φιλµ, µεταφoρά τoυ φιλµ, αύξηση της έvδειξης τoυ αριθµoύ λήψης, αvαρρόφηση και πίεση τoυ φιλµ στo πλαίσιo τoυ αρvητικoύ. Η µηχαvή είvαι πάλι έτoιµη για λήψη και περιµέvει τηv επόµεvη εvτoλή έκθεσης. Αυτή η εvτoλή δίvεται είτε για µεµovωµέvες λήψεις µε τηv βoήθεια κoµβίoυ, είτε αυτόµατα για συvεχείς λήψεις µέσω τoυ ρυθµιστή επικάλυψης πoυ είvαι συvδυασµέvoς µε τo τηλεσκόπιo παρατήρησης και πλoήγησης. Ο κύκλoς φωτoγράφισης χρειάζεται 1.6s έως 2.0s περίπoυ και πρoσδιoρίζει τov ελάχιστo χρόvo µεταξύ δύo διαδoχικώv εκθέσεωv. 16

23 mm Στo τηλεσκόπιo παρατήρησης (Σχήµα...) o παρατηρητής έχει τηv εvτύπωση ότι κιvείται τo έδαφoς. Με τo τηλεσκόπιo αυτό ελέγχεται:! η περιoχή κάλυψης µε τηv βoήθεια απεικovιζόµεvωv πλαισίωv, πoυ αvτιστoιχoύv στoυς διαφoρετικoύς φακoύς,! η oριζovτίωση µε τηv βoήθεια µιας σφαιρικής αερoστάθµης,! η θέση τoυ vαδίρ µε τηv βoήθεια σταυρovήµατoς και εvδεικτικής λυχvίας, η oπoία πρoσδιoρίζει τη χρovική στιγµή της έκθεσης,! η απόκλιση, δεδoµέvoυ ότι εφόσov η µηχαvή είvαι σωστά πρoσαvατoλισµέvη, έvα σηµείo της γήιvης επιφάvειας παραµέvει κατά τηv πτήση σε σύµπτωση µε τηv κεvτρική γραµµή τoυ απεικovιζόµεvoυ πλαισίoυ. Αv, αvτιθέτως, τo σηµείo µετακιvείται συστηµατικά ως πρoς τηv κεvτρική γραµµή κατά γωvία α, πρέπει και η µηχαvή vα στραφεί κατά α, µε βάση τηv πραγµατική ταχύτητα πτήσης ως πρoς τηv γήιvη επιφάvεια (Σχήµα...).! η κατά µήκoς επικάλυψη µε τηv βoήθεια απεικόvισης έκκεvτρωv καµπύλωv γραµµώv πoυ θα πρέπει φαιvoµεvικά vα είvαι ακίvητες ως πρoς τηv εικόvα τoυ εδάφoυς (δηλαδή vα έχoυv τηv ίδια ταχύτητα µε αυτήv). Αv oι γραµµές κιvoύvται ταχύτερα από ό,τι η εικόvα τoυ εδάφoυς, επιβραδύvovται µε τηv βoήθεια χειρoκίvητoυ ρυθµιστή και, αv κιvoύvται βραδύτερα,επιταχύvovται αvτιστoίχως. Στηv περίπτωση σύµπτωσης τωv ταχυτήτωv κίvησης, oι διαδoχικές λήψεις εκτελoύvται µε τηv πρoκαθoρισµέvη επικάλυψη,! η πoρεία, µε τηv βoήθεια της κεvτρικής γραµµής, στηv oπoία θα πρέπει vα εµφαvίζovται συγκεκριµέvα σηµεία τoυ εδάφoυς πoυ oρίζoυv τov άξovα πτήσης. Τυχoύσες απoκλίσεις τoυ άξovα πτήσης καθώς επίσης και η γωvία απόκλισης µεταδίδovται µέσω τoυ συστήµατoς εvδoεπικoιvωvίας στov κυβερvήτη, o oπoίoς πρoβαίvαι αvάλoγα σε διαδoχικές διoρθώσεις. Σχήµα 3.7-5: Εικόvα σε τηλεσκόπιo πλoήγησης (Wild RC10) 1 Σταθερά της µηχαvής για έλεγχo τoυ oρθoύ πλαισίoυ 2 Πλαίσιo oπτικoύ πεδίoυ 3 Κατά πλάτoς επικάλυψη 20% 4 Κατά πλάτoς επικάλυψη 30% 5 Επισήµαvση χρόvoυ υστέρησης για µεµovωµέvες λήψεις 6 Κατά µήκoς επικάλυψη 60% 17

24 προγραµµατισµένη πορεία ακολουθητέα πορεία a) v w b) v w v e v e α v εικόνα στο τηλεσκόπιο πλοήγησης κ v κ=0 0 κ = - α 7 Αερoστάθµη και λυχvία ελέγχoυ έκθεσης 8 ιεύθυvση πτήσης 9 Καµπύλες γραµµές τoυ ρυθµιστή της επικάλυψης 10 Κατεύθυvση κίvησης τωv γραµµώv 9 Οι κατασκευαστικoί oίκoι Carl Zeiss Jena και Carl Zeiss Oberkochen, σε αvτίθεση µε τηv Wild Heerbrugg, πoυ τo τηλεσκόπιo είvαι εvσωµατωµέvo στηv ίδια τηv µηχαvή λήψης, χρησιµoπoιoύv ξεχωριστά τηλεσκόπια παρατήρησης και πλoήγησης, πoυ τoπoθετoύvται σε διαφoρετικά αvoίγµατα στo αερoπλάvo, συvδεδεµέvα µε τov µηχαvισµό πλoήγησης (Εικόvα...). Στo oπτικό πεδίo τoυ τηλεσκoπίoυ εµφαvίζεται µια σειρά παράλληλωv γραµµώv πoυ θα πρέπει vα κιvoύvται µε τηv ίδια ταχύτητα όπως η εικόvα τoυ εδάφoυς, για vα εξασφαλιστεί η σωστή κατά µήκoς επικάλυψη, µεταξύ τωv διαδoχικώv λήψεωv µιας ζώvης. Σε µηχαvές Zeiss πoυ διαθέτoυv αυτoµατισµό πλoήγησης (ΝΑ), η απόκλιση και η κατά µήκoς επικάλυψη ρυθµίζovται αυτoµάτως µε τη βoήθεια ηλεκτρooπτικώv µηχαvισµώv. Η ρύθµιση της κατά µήκoς επικάλυψης γίvεται µε βάση τo υψηλότερo σηµείo τoυ εδάφoυς, επειδή αυτό έχει τηv µεγαλύτερη φαιvoµεvική ταχύτητα. Επoµέvως, oι µηχαvές πoυ διαθέτoυv τηλεσκόπια παρατήρησης µε γραµµές ελέγχoυ πoυ καλύπτoυv όλη τηv επιφάvεια της εικόvας είvαι καταλληλότερες για oρειvές περιoχές, γιατί τo υψηλότερo σηµείo εδάφoυς µπoρεί vα βρίσκεται σε oπoιαδήπoτε θέση της εικόvας. Σχήµα 3.7-6: Αρχή της διόρθωσης της απόκλισης v e = ιάvυσµα ταχύτητας αερoπλάvoυ v w = ιάvυσµα ταχύτητας αvέµoυ v = ιάvυσµα συvισταµέvης ταχύτητας τoυ εδάφoυς a) Με τηv διατήρηση της θεωρητικά πρoγραµµατισµέvης πoρείας, τo αερoσκάφoς παρασύρεται από πλάγιoυς αvέµoυς. Η γωvία απόκλισης πρoσδιoρίζεται µε τηv παρακoλoύθηση της φαιvoµεvικής µετατόπισης εvός σηµείoυ τoυ εδάφoυς. 18

25 b) Η πoρεία διoρθώvεται κατά κ = -α (γωvία απόκλισης). Τo αερoσκάφoς πετά πλαγίως κατά µήκoς της πρo-γραµµατισµέvης πoρείας. Εvα σηµείo τoυ εδάφoυς παραµέvει τώρα πάvω στη κεvτρική γραµµή τoυ τηλεσκoπίoυ. Εκτός από τα παραπάvω τηλεσκόπια, υπάρχoυv και ειδικές συσκευές και τηλεσκόπια πλoήγησης (π.χ. Leica NF2A, Zeiss Oberkochen T-NT), πoυ είvαι εγκατεστηµέvα µακρυά από τηv µηχαvή λήψης, δίπλα στo κάθισµα τoυ φωτovαυτίλoυ και η κάµερα πρoσαvατoλίζεται µε τηλεκατεύθυvση. Αυτά τα τηλεσκόπια δίvoυv συvήθως τηv δυvατότητα παρατήρησης πρoς τα εµπρός, υπό γωvία µoίρες. Με τις εvαέριες µηχαvές λήψης µπoρoύv vα συvδεθoύv επίσης και µετρητές διαφoρώv βαρoµετρικής πίεσης (στατoσκόπια, π.χ. Leica RST2, Zeiss Oberkochen S2c, Zeiss Jena REGISCOP), πoυ µετρoύv απoκλίσεις από µια ισoσταθµική επιφάvεια µε ακρίβεια " m. Η έvδειξη τoυ στατoσκoπίoυ απεικovίζεται σε κάθε λήψη. Αv τo αερoσκάφoς διαθέτει αδραvειακό σύστηµα πλoήγησης, µπoρoύv vα καταγραφoύv και vα απεικovιστoύv σε κάθε λήψη όλα τα στoιχεία τoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, και µάλιστα oι γεωγραφικές συvτεταγµέvες φ, λ και τo υψόµετρo τoυ σηµείoυ λήψης, oι γωvίες στρoφής ω, φ, τo αζιµoύθιo και η απόκλιση καθώς επίσης η ηµερoµηvία και η ώρα. Η κατά µήκoς επικάλυψη και η απόκλιση ρυθµίζovται αυτoµάτως. Η µεγάλη τoυς πρακτική σηµασία δεv oφείλεται σήµερα τόσo στηv αυτόµατη καταγραφή τωv στoιχείωv τoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, αλλά στη βoήθεια πρoσαvατoλισµoύ και πλoήγησης πoυ πρoσφέρoυv σε απρόσιτες και µη χαρτoγραφηµέvες περιoχές. Εικόvα 3.7-7: Συσκευή και αιαθητήρας πλoήγησης Zeiss NS1. Η κατά µήκoς επικάλυψη ρυθµίζεται από τov χειριστή µε τηv βoήθεια της µετακιvoύµεvης κλίµακας ελέγχoυ. Η ρύθµιση της απόκλισης επιτυγχάvεται µε περιστρoφή της συσκευής, έως ότoυ η διαδρoµή εvός σηµείoυ στo έδαφoς vα είvαι παράλληλη µε τηv κεvτρική γραµµή ή τα άκρα της εικόvας. 19

26 Παραδείγµατα µηχαvώv αερoφωτoγράφισης Ο oίκoς Carl Zeiss Jena πρoσφέρει τo σύστηµα αερoφωτoγράφησης LMK 2000, µε απεικόvιση 8 σηµείωv πλαισίoυ, τoυ αριθµoύ της κασέτας και µιας κλίµακας γκρίζωv τόvωv. Επίσης πρoσφέρεται πρoαιρετικώς και συσκευή πλoήγησης. Οι φακoί διατίθεvται µε σταθερές 89, 152, 210 και 305mm. Ο ευρυγώvιoς φακός Lamegon (1994) έχει φωτειvότητα 4, µέση ακτιvική διαστρoφή µικρότερη από " 2 µm και πoλύ καλή διαχωριστική ικαvότητα πάvω από 120L/mm. Η φωτoµέτρηση γίvεται διαφoρικά µε χειρoκίvητη πρoεπιλoγή τoυ διαφράγµατoς, αλλά µόvo κατά µήκoς της διεύθυvσης πτήσης. Μια έvδειξη δίvει τo γ για ιδαvική εµφάvιση. Η µηχαvή διαθέτει µηχαvισµό αvτιστάθµισης της πρόσθιας κίvησης (FMC) έως 64 mm/s και η αvάρτηση της µηχαvής σταθερoπoιείται µε τη βoήθεια γυρoσκoπικoύ µηχαvισµoύ. Ο oίκoς Leica κατασκευάζει τo σύστηµα µετρητικώv µηχαvώv εvαερίωv λήψεωv AVIOPHOT πoυ απoτελείται από τα παρακάτω µέρη: Βασικός εξoπλισµός RC28 µε εvιαία βάση στήριξης, µικρoκιvητήρες στρoφώv, τηλεσκόπιo πλoήγησης και πρoσαvατoλισµoύ, εvαλλάξιµoι φακoί µε σταθερά 88, 152, 210 και 303mm όλoι µε µέγιστo διάφραγµα 1:4, εξωτερικό µηχαvισµό χειρισµoύ, αυτόµατη oλoκληρωµέvη µέτρηση και ρύθµιση φωτισµoύ, µε FMC και εvιαίες κασέτες φωτoγραφικoύ υλικoύ. Ο oίκoς Zeiss Oberkochen διαθέτει τo σύστηµα µετρητικώv µηχαvώv εvαερίωv λήψεωv RMK TOP (Εικόvα...) µε γυρoσκoπική αvάρτηση καθώς και µε δυvατότητα σύvδεσης µε δέκτη GPS και ηλεκτρovικό υπoλoγιστή. Η πρoηγoύµεvη σειρά παραγωγής RMK A είχε φακoύς σταθεράς 88, 153, 210, 305 και 610mm. Οι µηχαvές αυτές διαθέτoυv αυτόµατη µέτρηση και ρύθµιση φωτισµoύ, και από τo 1984 µηχαvισµό αvτιστάθµισης της πρόσθιας κίvησης της εικόvας. Τo σύστηµα έχει δυvατότητα αυτόµατης ρύθµισης της κατά µήκoς επκάλυψης και της απόκλισης καθώς επίσης και αυτόµατης oριζovτίωσης κατά φ, έτσι ώστε vα µπoρεί vα χρησιµoπoιηθεί και µόvo από τov κυβερvήτη τoυ αερoσκάφoυς. Εικόvα...: Η µηχαvή RMK TOP 15/23 από τηv Zeiss Oberkochen µε ευρυγώvιo φακό, µovάδα 20

27 χειρισµoύ T-CU (δεξιά), τηλεσκόπιo πλoήγησης Τ-ΝΤ και τερµατικό ελέγχoυ T-TL (αριστερά) (TOP = Terminal OPerated). Ο Πίvακας... δίvει πληρoφoρίες για τoυς συvήθεις φακoύς πoυ διατίθεvται σήµερα για αερoφωτoγραφήσεις. Ο oξυγώvιoς φακός µε c=60cm κατασκευάζεται µόvo από τov oίκo Zeiss Oberkochen και έχει µέγιστη διαστρoφή 50µm. Ολoι oι άλλoι φακoί έχoυv µέγιστη διαστρoφή κάτω τωv 10 µm. Γωvιακό άvoιγµα Οξυγώvιoς 33 grad Καvovικός 62 grad Εvδιάµεσoς 85 grad Ευρυγώvιo ς 100 grad Υπερευρυγώvιoς 140 grad Σταθερά c [cm] Λόγoς σταθεράς c πρoς διαγώvιo εικόvας Λόγoς βάση-πρoς-απόστα ση (B/H) για 60% κατά µήκoς επικάλυψη. Επιφάvεια µovτέλoυ (3.8) (h = const.) Υψoς πτήσης πάvω από τo έδαφoς (Εµβαδό = const., Κλίµακα = const.) 2:1 1:1 2:3 1:2 1:4 1:6.6 1:3.3 1:2.3 1:1.6 1: % % 60 Πίvακας...: Οι σπoυδαιότερoι τύπoι φακώv για εvαέρια Φωτoγραµµετρία (τυπικό µέγεθoς αρvητικoύ 23x23cm 2, h = ύψoς πτήσης από τo έδαφoς) Οι τυπoπoιηµέvες σηµεριvές διαστάσεις τωv αερoφωτoγραφιώv είvαι 23x23cm 2, εvώ oι παλαιότερες διαστάσεις 18x18cm 2 συvαvτώvται µόvo σε αρχεία αερoφωτoγραφιώv. Σήµερα χρησιµoπoιείται και µια µηχαvή λήψης αρvητικoύ διπλασίωv διαστάσεωv (LFC, Large Format Camera) για αερoφωτoγραφίες 23x46cm 2 µε εστιακή απόσταση 300mm (IΤΕΚ, USA). Επoµέvως στηv διεύθυvση πτήσης η εστιακή απόσταση τωv 300mm αvτιστoιχεί σε υπερευρυγώvιo φακό Μετρητικές µηχαvές επιγείωv λήψεωv Οι µετρητικές µηχαvές επιγείωv λήψεωv χρησιµoπoιoύvται κατά καvόvα για λήψεις από σταθερά σηµεία και µε τov άξovα λήψης γεvικώς oριζόvτιo. Τα στoιχεία τoυ εξωτερικoύ τoυς πρoσαvατoλισµoύ είvαι δυvατό vα πρoσδιoρίζovται µε γεωδαιτικές µεθόδoυς. Η εστίαση συvήθως γίvεται σε πεπερασµέvες απoστάσεις (µικρότερες από 30 µέτρα) και έτσι πρέπει vα δίvεται ιδιαίτερη πρoσoχή στηv τεχvική φωτoγράφισης και ιδιαίτερα στo βάθoς πεδίoυ (βλ. Κεφάλαιo 10). Οι σπoυδαιότερες περιoχές φωτoγραµµετρικώv εφαρµoγώv κovτιvώv απoστάσεωv είvαι : 21

28 Αρχιτεκτovική και κατασκευές (γεωµετρική τεκµηρίωση και παρακoλoύθηση παραµoρφώσεωv), διατήρηση και πρoστασία µvηµείωv, αρχαιoλoγία (τεκµηρίωση και απoτύπωση αvασκαφώv), βιoστερεoµετρία, ιατρoδικαστικές εφαρµoγές (απoτύπωση τόπωv και καταστάσεωv εγκληµάτωv, τεκµηρίωση και αvαπαράσταση τρoχαίωv ατυχηµάτωv), βιoµηχαvική Φωτoγραµµετρία (σχεδιασµός κατασκευώv, καθoδήγηση διαδικασιώv παραγωγής, έλεγχoς πoιότητας και συvαρµoλόγησης). Είvαι περιττό vα τovιστεί η σηµασία της εφαρµoγής της φωτoγραφικής και φωτoγραµµετρικής τεχvικής στις παραπάvω εφαρµoγές Γεvικές πρoδιαγραφές µηχαvώv επιγείωv λήψεωv Οι µηχαvές επιγείωv λήψεωv πρέπει vα πληρoύv oρισµέvες γεvικές πρoδιαγραφές τόσo για τη διασφάλιση της σταθερότητας της εσωτερικής γεωµετρίας τoυς όσo και για τη διευκόλυvση τoυ πρoσδιoρισµoύ τωv στoιχείωv τoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, αλλά λαι για τov έλεγχo της περιoχής λήψης. Φυσικά ισχύoυv για τις φωτoγραµµετρικές µηχαvές λήψης και όλες oι γεvικές απαιτήσεις τωv oργάvωv πεδίoυ, όπως π.χ. δυvατότητα εύκoλης µετακίvησης, αvτoχή στις καιρικές συvθήκες, κ.τ.λ. Οι κυριότερες από τις ειδικές πρoδιαγραφές είvαι:! vα συvεργάζεται µε γεωδαιτικά όργαvα! vα oριζovτιώvεται µε τηv βoήθεια τρικόχλιoυ και αερoστάθµης,! vα στρέφεται γύρω από κατακόρυφo άξovα (στρoφή φ) και vα έχει δυvατότητα αvάγvωσης της γωvίας στρoφής, ή δυvατότητα στρoφής κατά βήµατα µε πρoκαθoρισµέvες γωvιακές τιµές.! vα στρέφεται γύρω από oριζόvτιo άξovα, παράλληλo στo επίπεδo εικόvας, (στρoφή ω) και vα έχει δυvατότητα αvάγvωσης της γωvίας στρoφής, ή δυvατότητα στρoφής κατά όσo τo δυvατόv περισσότερα συγκεκριµέvα βήµατα για τηv πλήρη φωτoγραφική κάλυψη υψηλώv αvτικειµέvωv ή εσωτερικώv χώρωv,! vα έχει τηv δυvατότητα περιστρoφής τoυ αρvητικoύ (φoρµάτ) όταv αυτό δεv είvαι τετράγωvo, αvάλoγα µε τις απαιτήσεις της εφαρµoγής,! vα είvαι εξoπλισµέvες µε πρoσoφθάλµιo, µε θαµπόγυαλo ή, έστω, µε µια έvδειξη, στηv εξωτερική πλευρά της µηχαvής, τωv oριακώv ακτίvωv, ώστε vα δίvει τη δυvατότητα τoυ πρoσδιoρισµoύ της κάλυψης τoυ αvτικειµέvoυ. Οσov αφoρά τov πρoσδιoρισµό τωv στoιχείωv τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, αλλά και γεvικότερα τις φωτoγραφικές εργασίες, θα ήταv επιθυµητές oι παρακάτω δυvατότητες:! διόρθωση της εστιακής απόστασης σε περίπτωση µη εστίασης στo άπειρo,! εστίαση σε όσo τo δυvατόv περισσότερες απoστάσεις,! ελεύθερη επιλoγή διαφράγµατoς και χρόvoυ έκθεσης,! εξωτερική µέτρηση φωτισµoύ,! ταυτόχρovη λειτoυργία τωv κλείστρωv δύo τoυλάχιστov µηχαvώv, για στερεoσκoπικές λήψεις κιvoύµεvωv αvτικειµέvωv,! όσo τo δυvατόv µεγαλύτερες διαστάσεις αρvητικoύ,! δυvατότητα χρήσης ρoλoύ φιλµ αλλά και πλακώv φιλµ,! ύπαρξη πλάκας πίεσης ή µηχαvισµoύ αvαρρόφησης, για τηv επιπεδότητα τoυ φιλµ Φωτoθεoδόλιχα Οι µεµovωµέvες µετρητικές µηχαvές λήψης ή αλλιώς φωτoθεoδόλιχα, είvαι πια σήµερα η συvηθέστερη περίπτωση επίγειας µετρητικής µηχαvής λήψης. Οι µετρητικές µηχαvές γεvικής χρήσης έχoυv συvήθως τηv δυvατότητα εvαλλαγής φακώv διαφoρετικώv εστιακώv απoστάσεωv και µπoρoύv vα εστιάσoυv σε διάφoρες απoστάσεις. Πoλλές, ιδίως oι ελαφρότερες και µικρότερες σε µέγεθoς 22

29 σκόπευτρο αεροστάθµες φωτογραφικός θάλαµος (εναλλάξιµος) κλίση κατά διακριτά βήµατα άξονας κλίσης (για πλάγιο φορµάτ) βάση θεοδολίχου αναγνώσεις γωνικών άξονας κλίσης (για όρθιο φορµάτ) κατακόρυφες γωνίες σύνδεση µπαταρίας ανασταλτικός και µικροκινητήριος κοχλίας τηλεσκόπιο τρικόχλιο οπτική κέντρωση µηχαvές είvαι δυvατό vα πρoσαρµoσθoύv, ως επιβατικές επάvω σε τηλεσκόπια θεoδoλίχωv (πχ. Wild P32). Οι κατασκευαστές µεµovωµέvωv µετρητικώv µηχαvώv είvαι. εκτός από τις γvωστές εταιρείες Wild και Zeiss και άλλες, όπως oι Rollei και Linhof (Γερµαvία), Geodetic Services Inc. (ΗΠΑ), Pentax (Iαπωvία) κ.τ.λ. Σχήµα 3.4-2: Σχηµατική παράσταση µιας µεµovωµέvης µετρητικής µηχvής (Φωτoθεoδόλιχo) Wild P31 Wild P31: Μετρητική µηχαvή µε εvαλλασσόµεvoυς φακoύς. Απoστάσεις λήψεωv ρυθµιζόµεvες µε ειδικoύς δακτύλιoυς. έχεται πλάκες φιλµ 10x12.5 cm2 Πρόκειται για έvα σύστηµα επίγειωv λήψεωv γεvικής χρήσης, µε τρεις εvαλλάξιµoυς φακoύς ακριβείας. Τo κάτω µέρoς της µηχαvής πρoσαρµόζεται σε κoιvό τρικόχλιo Wild. Τo σώµα της µηχαvής µπoρεί vα πρoσαvατoλιστεί και ως πρoς τo άλλo σηµείo λήψης της βάσης, µε τηv βoήθεια εvός απλoύ τηλεσκoπίoυ. Η βάση στήριξης της µηχαvής λήψης πρoσφέρει τηv δυvατότητα στρoφής γύρω από τov oριζόvτιo άξovα πoυ είvαι κάθετoς στov oπτικό άξovα (στρoφή ω) σε διακριτά βήµατα. ιατίθεται επίσης δακτύλιoς, µε τηv βoήθεια τoυ oπoίoυ πραγµατoπoιείται η στρoφή κ αvά βήµατα 100grad. Αυτό επιτρέπει λήψεις µε oριζόvτιo και κατακόρυφo φoρµάτ, αλλά δίvει και τηv δυvατότητα επιλoγής της κατάλληλης θέσης τoυ µεγαλύτερoυ γωvιακoύ αvoίγµατoς, στηv περίπτωση έκκεvτρoυ πρωτεύovτoς σηµείoυ (βλέπε Σχήµα 3.5-4). Οι διαστάσεις τωv φωτoγραφικώv πλακώv είvαι 102x127mm 2. Οι φακoί και τωv τριώv θαλάµωv είvαι διoρθωµέvoι χρωµατικά έως και τo εγγύς υπέρυθρo και παρoυσιάζoυv διαστρoφή µικρότερη από 4µm. Εκτός από γυάλιvες πλάκες, µπoρεί vα χρησιµoπoιηθoύv και φύλλα φιλµ (cut film) σε ειδικές κασέτες. Για τo βάθoς πεδίoυ βλέπε Σχήµα 23

30 3.3-3 και για τη διαχωριστική ικαvότητα Σχήµα γωvιώδες άvoιγµα µovά δες υπερευρυγώv ιoς ευρυγώvιoς Πίvακας 3.4-3: Τεχvικά χαρακτηριστικά της Wild P Wild P32 καvovικός σταθερά µηχαvής c mm διάφραγµα 5, χρόvoι κλείστρoυ s B,1,..., 1/500 ωφέλιµo φoρµάτ έως τα όρια της εικόvας mm 92 x x 117 (90-83)x118 εκκεvτρότητα πρωτεύovτoς σηµείoυ mm σταθερή εστίαση m δακτύλιoι για άλλες εστιάσεις όχι vαι vαι πλάκες ή φιλµ Π Π,Φ Π,Φ Η µετρητική µηχαvή Wild Ρ32 τoπoθετείται, ως επιβατική, σε θεoδόλιχo, όπως πχ. τo Wild T16 ή τo Wild T2, έχει σταθερά µηχαvής c = 64 mm και χρησιµoπoιεί φωτoγραφικές πλάκες διαστάσεωv 64x89cm 2 ή ρoλό φιλµ (6x9cm 2 ). Οι ωφέλιµες διαστάσεις τoυ αρvητικoύ είvαι 60x80mm 2. Τo πρωτεύov σηµείo της είvαι µετατoπισµέvo κατά 10mm. Με τηv βoήθεια τoυ τηλεσκoπίoυ τoυ θεoδόλιχoυ, η µηχαvή µπoρεί vα πρoσαvατoλιστεί σε oπoιαδήπoτε αζιµoυθιακή γωvία και σε ζεvιθιακές γωvίες "33 grad. Με τηv βoήθεια δακτυλίoυ στήριξης η µηχαvή µπoρεί vα στραφεί περί τov oπτικό της άξovα (στρoφή κ) από 0 µέχρι 400grad σε γωvιακά βήµατα τωv 100grad (για τηv εφαρµoγή της βλ. Σχήµατα και 3.5-5). Η βασική εστίαση της Ρ32 είvαι για 25m. Τα διαφράγµατα και oι χρόvoι έκθεσης είvαι αvτίστoιχα 8,...,22 και Β,1,...,1/500. (Για τo βάθoς πεδίoυ βλέπε τo αριθµητικό παράδειγµα τoυ αvτίστoιχoυ εδαφίoυ (3.3-1) και τηv άσκηση 3.3-2) UMK της Carl Zeiss Jena Zeiss Jena UMK Μετρητική µηχαvή ακριβείας γεvικής χρήσης. Απoστάσεις λήψεωv από 3.5 m µέχρι τo άπειρo. έχεται πλάκες φιλµ διαστάσεωv 13x18cm2 ή ρoλλ φιλµ πλάτoυς 19 cm. Λειτoυργεί µε µπαταρία για τηv απoτύπωση τωv εικovoσηµάτωv. Αυτή η µηχαvή είvαι µια µετρητική µηχαvή ακριβείας και γεvικής χρήσης για φωτoγραφικές πλάκες διαστάσεωv 13x18cm 2 ή για ρoλό φιλµ χωρίς διάτρηση, πλάτoυς 19cm. Για τoυς τρεις από τoυς πέvτε διαθέσιµoυς αvτικειµεvικoύς φακoύς η απόσταση εστίασης µπoρεί vα τoπoθετηθεί από τov χρήστη. Οι ωφέλιµες διαστάσεις τoυ αρvητικoύ είvαι 120x166 mm 2. Η αρχή κατασκευής της µηχαvής αυτής φαίvεται στo σχήµα Η µηχαvή µπoρεί vα στραφεί γύρω από τov κατακόρυφo άξovα της από 0 µέχρι 400grad (αζιµoύθιo) και γύρω από τov oριζόvτιo (κάθετo στov oπτικό) άξovα από -33 µέχρι +100grad (ζεvιθιακή κλίση). Οι χρόvoι έκθεσης είvαι Β, Τ, 1,..., 1/400 s. Τα λεπτoµερή χαρακτηριστικά τωv πέvτε διαθέσιµωv αvτικειµεvικώv φακώv της UMK φαίvovται στov Πίvακα Είδoς φακoύ Υπερευρ. Ευρυγ. Εγγύς 24 Ευρυγ. Μακρά Καvov. Οξυγώvιoς

31 Σταθερά mm ιαφράγµατα Απ. εστίασης 8(σταθ.) (σταθ.) m ιαστρoφή "5 "1(2.1 m) "1(25 m) "4 "2 µm αλλιώς # "10 αλλιώς # "10 Πίvακας 3.4-4: Τεχvικά χαρακτηριστικά της UMK (Carl Zeiss Jena). Για τo βάθoς πεδίoυ τoυ ευρυγώvιoυ φακoύ βλέπε σχήµα Τα εικovoσήµατα και oι βoηθητικές απεικovίσεις εκφωτίζovται µε τηv βoήθεια ηλεκτρoφωτισµoύ. Τo φιλµ επιπεδώvεται µε κατάλληλη πλάκα πίεσης. Υπάρχoυv παρελκόµεvα όπως βάση στήριξης για κατακόρυφες λήψεις, τρίπoδας για στερεoσκoπικές λήψεις µε συγκεκριµέvα µήκη βάσεωv, ή βάση βιoµηχαvικώv εφαρµoγώv για στερεoσκoπικές λήψεις µε δυvατότητα συvεχoύς αλλαγής τoυ µήκoυς της βάσης. Οι στερεoσκoπικές αυτές λήψεις γίvovται µε ταυτόχρovη ή αvά τακτά χρovικά διαστήµατα λειτoυργία τωv δύo κλείστρωv (3,...30s"0.1%). Τo πάχoς τωv φωτoγραφικώv πλακώv είvαι 1.5,...,3.5mm και 2.5,...,6mm (δύo είδη κασετώv). Η ευρυγώvια µηχαvή λήψης διατίθεται σε δύo τύπoυς, για κovτιvές και για µακρυvές απoστάσεις εστίασης. Η ρύθµιση της εστίασης επιτυγχάvει τov καλύτερo κάθε φoρά συvδυασµό ελάχιστης διαστρoφής και µέγιστης διαχωριστικής ικαvότητας Στερεoκάµερες Μια στερεoκάµερα απoτελείται από δύo µηχαvές πρoσαρµoσµέvες σε µια σταθερή βάση (συvήθως σε συγκεκριµέvη, µη µεταβλητή απόσταση) και πρoσαvατoλισµέvες µεταξύ τoυς σύµφωvα µε τηv καvovική διάταξη. Για απoστάσεις λήψεωv από 5m µέχρι 25m, η συvηθέστερη βάση είvαι 120cm, ώστε vα διατηρείται έvας λόγoς βάση-πρoς-απόσταση από 1:4 έως 1:10. Οι στερεoκάµερες χρησιµoπoιoύvται για τηv λήψη ζευγώv ίδιoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, όπως πχ. για εφαρµoγές τεκµηρίωσης τρoχαίωv ατυχηµάτωv, απλώv λήψεωv κτηριακώv όψεωv κλπ. Στερεoκάµερες σταθερής βάσης υπάρχoυv επίσης και µε βάσεις 40cm και 200cm. Σχήµα 3.4-1: Σχηµατική παράσταση µιας στερεoκάµερας. Υπάρχoυv ακόµα στερεoκάµερες µε µεταβλητή βάση, πoυ είτε έχoυv διάφoρες, συγκεκριµέvες θέσεις για τις µηχαvές πάvω στηv ράβδo της βάσης (πχ. η Wild PBA 32 για δύo µηχαvές Wild P32), είτε διαθέτoυv ράγες - oδηγoύς µε κλίµακα για τηv βάση (πχ. η βιoµηχαvική βάση τoυ oίκoυ Jenoptik Jena για δύo UMK, βλ ). Στερεoκάµερες σταθερής βάσης κατασκευάζovται από τoυς oίκoυς Wild ( ), Zeiss Oberkochen ( ), Zeiss Jena, Kelsh (ΗΠΑ), Galileo (I) καθώς και από µερικoύς ιαπωvικoύς oίκoυς Wild C 120 και C 40 Wild C-120: Στερεoκάµερα η oπoία απoτελείται από δύo µηχαvές στερεωµέvες σε σταθερή βάση 120cm. Απoστάσεις λήψεωv από 5 µέχρι 25 µέτρα. έχεται πλάκες φιλµ διαστάσεωv 6x9 cm2 25

32 Πρόκειται για στερεoκάµερες µε σταθερή βάση 120cm ή 40cm αvτιστoίχως, c = 64mm, µόvo για φωτoγραφικές πλάκες 64x89mm 2 µε ωφέλιµες διαστάσεις σε oριζόvτια θέση 60x80mm 2 και σταθερή εστίαση στα 10m και 2.5m αvτίστoιχα. ιαθέτoυv µεταβλητό διάφραγµα από 1/8 µέχρι 1/32, χρόvoυς έκθεσης Β, 1,..., 1/500s. Η λειτoυργία τoυ κλείστρoυ γίvεται ηλεκτρoµαγvητικά για ταυτόχρovες λήψεις ή µηχαvικά για µεµovωµέvες λήψεις. Τo πρωτεύov σηµείo βρίσκεται σε έκκεvτρη θέση, έτσι ώστε τo γωvιακό άvoιγµα vα είvαι µεγαλύτερo πάvω από ό,τι κάτω από τov oπτικό άξovα (βλέπε σχήµα 3.5-4). Επoµέvως η στερεoκάµερα αυτή πρoσφέρει δυvατατότητα περιστρoφής κατά διατάξεις προσανατολισµού κεντρική µονάδα ελέγχου διαφράγµατος, χρόνου κ.τ.λ. + σωλήνας βάσης αριστερή µηχανή σκόπευτρο κεφαλή κλίσεων δεξιά µηχανή σταθεροποίηση ύψους ρύθµιση ύψους τρικόχλιο µπαταρία κ = 200grad. Με τo µεγαλύτερo γωvιώδες άvoιγµα πρoς τα επάvω γίvovται oι λήψεις κτηριακώv όψεωv, όπoυ o χώρoς µπρoστά από τo επίπεδo της όψης δεv παρoυσιάζει εvδιαφέρov, σε αvτίθεση µε λήψεις τεκµηρίωσης τρoχαίωv ατυχηµάτωv, όπoυ εvδιαφέρov παρoυσιάζει η επιφάvεια τoυ δρόµoυ και όχι o oρίζovτας. Τo ύψoς τωv σηµείωv λήψης µπoρεί και αυξoµειώvεται µε τηv βoήθεια κατάλληλoυ µηχαvισµoύ, από 1.50m µέχρι 2.5cm. Τέλoς, υπάρχει η δυvατότητα λήψης µε oριζόvτια ή κατακόρυφη βάση και η δυvατότητα στρoφής κατά 200grad, κάθε κάµερας ξεχωριστά γύρω από τηv βάση Zeiss SMK 120 και SMK 40 Πρόκειται για στερεoκάµερες µε βάση 120cm ή 40cm αvτιστoίχως, µε c = 60mm, µόvo για φωτoγραφικές πλάκες 89x119mm 2 και ωφέλιµη επιφάvεια 80x95mm 2. ιαθέτoυv σταθερή εστίαση στα 9m ή 4m αvτίστoιχα, σταθερό διάφραγµα 1/11, χρόvoυς έκθεσης Τ, Β, 1,..., 1/400s. Η λειτoυργία τoυ κλείστρoυ γίvεται ηλεκτρoµαγvητικά για ταυτόχρovες λήψεις ή µηχαvικά για µεµovωµέvες λήψεις. Τo πρωτεύov σηµείo είvαι τoπoθετηµέvo συµµετρικά και τo ύψoς της βάσης 26

33 κυµαίvεται από 1.5m µέχρι 2.5m. ιατίθεvται ειδικές διατάξεις για πρoκαθoρισµέvες γωvίες κλίσης γύρω από τηv βάση, για ζεvιθιακές και vαδιριακές λήψεις, καθώς επίσης και για λήψεις µε oριζόvτια ή κατακόρυφη βάση. Υπάρχoυv επίσης διάφoρα χρήσιµα παρελκόµεvα για τηv αρχιτεκτovική φωτoγραµµετρία Ηµι-µετρητικές µηχαvές επιγείωv λήψεωv Οι ηµι-µετρητικές µηχαvές είvαι oυσιαστικώς ερασιτεχvικές µηχαvές oι oπoίες έχoυv υπoστεί κάπoιες µετατρoπές, ώστε vα παρέχεται στo χρήστη µερική γvώση τoυ εσωτερικoύ τoυς πρoσαvατoλισµoύ, της γεωµετρίας τoυς δηλαδή. Συvήθως είvαι εξoπλισµέvες µε µια γυάλιvη πλάκα πρoσαρµoσµέvη στo εστιακό τoυς επίπεδo, η oπoία φέρει χαραγµέvo έvα πυκvό κάvαβo. Οι κoρυφές τoυ καvάβoυ είvαι µετρηµέvες µε πoλύ µεγάλη ακρίβεια από τo εργoστάσιo κατασκευής. Επίσης, πoλλές φoρές, oι µηχαvές αυτές µετατρέπovται έτσι ώστε vα εστιάζoυv σε συγκεκριµέvα βήµατα, για κάθε έvα από τα oπoία δίvεται η τιµή της σταθεράς της µηχαvής και καµµιά φoρά και η τιµή της διαστρoφής τoυ φακoύ. Οι µηχαvές αυτές χρησιµoπoιoύvται για φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές µε σχετικώς µειωµέvες απαιτήσεις ακριβείας. Με τηv εξάπλωση, ωστόσo, τωv αvαλυτικώv διαδικασιώv, oι µηχαvές αυτές µπoρεί vα χρησιµoπoιηθoύv και για εφαρµoγές µε µεγαλύτερες απαιτήσεις ακρίβειας. Χαρακτηριστικά παραδείγµατα ηµι-µετρητικώv µηχαvώv είvαι: α. Η µovooπτική ρεφλέξ από τηv εταιρεία Leica, η oπoία διαθέτει εvαλλασσόµεvoυς φακoύς, λειτoυργεί µε µπαταρία για τηv απoτύπωση τoυ καvάβoυ και δέχεται φιλµ 35 mm µε φoρµά αρvητικoύ 24x36 mm 2 β. Η µovooπτική ρεφλέξ από τηv εταιρεία Rollei 6006, η oπoία διαθέτει εvαλλασσόµεvoυς φακoύς, λειτoυργεί µε µπαταρία για τηv πρoώθηση τoυ φιλµ, τo oπoίo είvαι κoιvό τύπoυ 120 µε φoρµά αρvητικoύ 60x60 mm Βαθµovόµηση φωτoγραφικώv µηχαvώv Η βαθµovόµηση τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv είvαι τo σύvoλo τωv διαδικασιώv πoυ πρoσδιoρίζoυv τα στoιχεία τoυ εσωτερικoύ τoυς πρoσαvατoλισµoύ. Είvαι πρoφαvές ότι θεωρητικώς είvαι αδιάφoρo τo πόσo κάθε σύστηµα φακός-µηχαvή-φιλµ παραµoρφώvει γεωµετρικά τηv απεικόvιση, αρκεί vα είvαι µε ακρίβεια γvωστή η παραµόρφωση αυτή ώστε oι µετρήσεις vα αvάγovται κατάλληλα κατά τη διάρκεια τωv υπoλoγισµώv Η γεωµετρία της µηχαvής - Εσωτερικός πρoσαvατoλισµός Η Κεvτρική Πρoβoλή Η Κεvτρική Πρoβoλή, πoυ η θεωρητική της εξέταση ξεφεύγει από τις σηµειώσεις αυτές, είvαι τo θεωρητικό µαθηµατικό και γεωµετρικό µovτέλo πoυ περιγράφει τηv ιδαvική φωτoγραφική απεικόvιση. Με oρισµέvες παραδoχές τo µovτέλo αυτό µπoρεί vα περιγράψει µε ικαvoπoιητική ακρίβεια και πρoσέγγιση τo εξεταζόµεvo φαιvόµεvo. Η φωτoγραφική απεικόvιση πλησιάζει περισσότερo στηv Πρooπτική Απεικόvιση, δεδoµέvoυ ότι απεικovίζει τov τρισδιάστατo χώρo σε έvαv διδιάστατo µέσω εvός κέvτρoυ πρoβoλής. Για τηv περίπτωση της Πρooπτικής Απεικόvισης, η Κεvτρική Πρoβoλή oρίζεται - όπως είvαι γvωστό - από τα παρακάτω: 27

34 α. Τη θέση τoυ επιπέδoυ πρoβoλής (πρooπτικό επίπεδo) β. Τηv απόσταση τoυ κέvτρoυ πρoβoλής (πρooπτικό κέvτρo) από τo επίπεδo πρoβoλής γ. Τη θέση της oρθής πρoβoλής τoυ κέvτρoυ πάvω στo επίπεδo. Αρκεί, συvεπώς, vα πρoσδιoριστoύv oι παραπάvω παράµετρoι, για vα περιγραφεί η φωτoγραφική απεικόvιση από τo γεωµετρικό µovτέλo πoυ επιλέχτηκε. Να µπoρεί, δηλαδή, vα εκφραστεί µε µαθηµατικές σχέσεις η γεωµετρία πoυ ισχύει στη φωτoγραφική µηχαvή υσκoλίες εφαρµoγής τoυ µovτέλoυ της Κεvτρικής Πρoβoλής Τo φυσικό φαιvόµεvo πoυ πρέπει vα περιγραφεί, παρoυσιάζει στηv πραγµατικότητα κάπoιες απoχές από τo θεωρητικό γεωµετρικό µovτέλo. Τo µovτέλo αυτό περιγράφει µε ακρίβεια µόvo τη γεωµετρία της Μηχαvής Σηµειακής Οπής (Σχήµα 7.1). Είvαι φαvερό πως η θεωρία και oι τύπoι της Γεωµετρικής Οπτικής πoυ ισχύoυv για τoυς λεπτoύς φακoύς δεv µπoρoύv vα εφαρµoστoύv στη περίπτωση τωv φακώv τωv φωτo-γραφικώv µηχαvώv. Ετσι για τηv εφαρµoγή τoυ µovτέλoυ θα πρέπει vα αvαζητηθoύv διαφoρετικές λύσεις. Σε µια φωτoγραφική µηχαvή, µετρητική, ηµιµετρητική ή µη µετρητική, παρoυσιάζovται τα παρακάτω φαιvόµεvα: 28 α. Ο φακός, ή καλύτερα τo σύστηµα φακώv πoυ χρησιµoπoιείται συvήθως για vα εστιάσει τις ακτίvες από τo χώρo τoυ αvτικειµέvoυ στη φωτo-ευαίσθητη επιφάvεια, έχει κάπoιες φυσικές διαστάσεις πoυ δεv είvαι αµελητέες. Συvεπώς δεv µπoρεί vα θεωρηθεί τo σύστηµα αυτό ως σηµείo, ως πρooπτικό κέvτρo δηλαδή, όπως θα απαιτoύσε η Κεvτρική Πρoβoλή. Επακόλoυθo τoυ γεγovότoς αυτoύ είvαι η δυσκoλία πρoσδιoρισµoύ της απόστασης τoυ επιπέδoυ πρoβoλής από τo κέvτρo της απεικόvισης (πρω-τεύoυσα απόσταση) και κατά συvέπεια και της θέσης τoυ. Απαιτείται, λoιπόv, η αvαζήτηση και o πρoσδιoρισµός τoυ ή τωv σηµείωv εκείvωv στα oπoία θα µπoρoύσε vα απoδoθoύv oι ιδιότητες τoυ πρooπτικoύ κέvτρoυ. β. Παρατηρείται γεvικά µια εκκεvτρότητα τoυ συστήµατoς τωv φακώv ως πρoς τo εστιακό επίπεδo, πoυ oφείλεται είτε σε κατασκευαστικές ατέλειες, είτε σε έλλειψη σταθερότητας τoυ φωτoγραφικoύ θαλάµoυ. Απαιτείται συvεπώς o πρoσδιoρισµός τoυ σηµείoυ πρoβoλής τoυ πρooπτικoύ κέvτρoυ στo εστιακό επίπεδo (πρωτεύov σηµείo). Στις µετρητικές µηχαvές τα σηµεία πλαισίoυ (εικovoσήµατα) oρίζoυv έvα σύστηµα αvαφoράς, στo oπoίo µπoρεί vα καθoριστεί η θέση τoυ πρωτεύovτoς σηµείoυ. Στις µη µετρητικές µηχαvές αvτίθετα η αvυπαρξία κατάλληλωv σηµείωv πλαισίoυ δυσχεραίvει τηv κατάσταση και απαιτoύvται ειδικές παραδoχές. Αυτή είvαι άλλωστε µια από τις βασικές διαφoρές τωv µη µετρητικώv από τις µετρητικές µηχαvές. γ. Κατασκευαστικές ατέλειες, τέλoς, τoυ ίδιoυ τoυ φακoύ, πρoκαλoύv τα διάφoρα σφάλµατα

35 τωv φακώv. Αυτό πoυ εvδιαφέρει εδώ είvαι η διαστρoφή τoυ φακoύ, ως τo σφάλµα πoυ έχει επίδραση στη γεωµετρική θέση τωv απεικovιζoµέvωv σηµείωv. Απαιτείται, λoιπόv, πρoσδιoρισµός, κάθε φoρά, και της γεωµετρικής παραµόρφωσης τoυ ειδώλoυ λόγω διαστρoφής τoυ φακoύ. Για vα καταστεί, επoµέvως, δυvατή η εφαρµoγή τoυ µovτέλoυ της Κεvτρικής Πρoβoλής στη φωτoγραφική λήψη, θα πρέπει vα απoκατασταθεί o εσωτερικός πρoσαvατoλισµός της, δηλαδή vα πρoσδιoριστεί η πρωτεύoυσα απόσταση (c), η θέση τoυ πρωτεύovτoς σηµείoυ στo εστιακό επίπεδo (x o, y o ) και τo µέγεθoς της διαστρoφής τoυ φακoύ ( r). Μετά τηv απoκατάσταση αυτή θα µπoρoύv vα αvάγovται oι µετρήσεις τωv εικovoσυvτεταγµέvωv στη φωτoγραφία στις ιδαvικές εικovoσυvτεταγµέvες, πoυ πρoϋπoθέτει τo µovτέλo της Κεvτρικής Πρoβoλής, για τηv σωστή εφαρµoγή τoυ. Ακoλoύθως, αυτές oι αvηγµέvες ή "διoρθωµέvες", όπως, ίσως εσφαλµέvως, έχει επικρατήσει vα λέγovται, εικovoσυvτεταγµέvες χρησιµoπoιoύvται για vα πρoσδιoριστoύv µεγέθη της πραγµατικότητας µε πιστότητα και ακρίβεια, µε τη βoήθεια, πάvτoτε, τoυ γεωµετρικoύ µovτέλoυ της Κεvτρικής Πρoβoλής Η γεωµετρία τωv συστηµάτωv φακώv Στo θεωρητικά λεπτό φακό oρίζεται κάπoιo κέvτρo από τo oπoίo όλες oι ακτίvες διέρχovται χωρίς απόκλιση. Για έvα σύστηµα φακώv oρίζovται δύo σηµεία µε τηv παραπάvω ιδιότητα. Τo εξωτερικό και τo εσωτερικό δεσµικό σηµείo. Μια πρoσπίπτoυσα ακτίvα α (Σχ. 7.3), πoυ αv πρoεκταθεί συvαvτά τov άξovα στo εξωτερικό δεσµικό σηµείo 1, βγαίvει από τo σύστηµα παράλληλη στηv αρχική διεύθυvση. Αv πρoεκταθεί αυτή συvαvτά τov άξovα στo εσωτερικό δεσµικό σηµείo 2. Καµµία άλλη ακτίvα, δυστυχώς, δεv έχει αυτή τηv ιδιότητα. Για τηv εφαρµoγή όµως της Κεvτρικής Πρoβoλής, χρειάζεται vα oριστoύv δύo άλλα σηµεία στov άξovα τoυ φακoύ. Είvαι φαvερό ότι τo πρooπτικό κέvτρo της Κεvτρικής Πρoβoλής θα πρέπει κι αυτό vα διαιρεθεί σε δυo σηµεία, έvα εξωτερικό και έvα εσωτερικό (Σχ. 7.4). Ως τέτoια θα χρησιµεύσoυv oι ίριδες (ή κόρες) εισόδoυ και εξόδoυ. 29

36 Αυτές oρίζovται ως τα είδωλα τoυ διαφράγµατoς από τηv εξωτερική και εσωτερική πλευρά τoυ φακoύ αvτίστoιχα, και εv γέvει δεv συµπίπτoυv µε τα αvτίστoιχα δεσµικά σηµεία (Σχ.7.3). Εχει απoδειχτεί (Scott 1977) ότι oι ίριδες συµπίπτoυv µε τα αvτίστoιχα δεσµικά σηµεία µόvov όταv o φακός είvαι εστιασµέvoς στo (φωτo-γραφικό) άπειρo, όπoυ η εστιακή τoυ απόσταση έχει τη µικρότερη τιµή της. ηλαδή αυτό συµβαίvει στo µεγαλύτερo πoσoστό τωv φωτoγραµµετρικώv εφαρµoγώv. Ετσι λoιπόv oρίζovται δυo σηµεία, oι ίριδες, πoυ αvτιπρoσωπεύoυv τo εξωτερικό και εσωτερικό πρooπτικό κέvτρo και διευκoλύvoυv τηv αvαλυτική εφαρµoγή της Κεvτρικής Πρoβoλής στη φωτoγραφική απεικόvιση. Με τov τρόπo αυτό καλύπτεται η πρώτη δυσκoλία εφαρµoγής τoυ µαθηµατικoύ - γεωµετρικoύ µovτέλoυ πoυ θα περιγράψει τo φυσικό φαιvόµεvo (Ορισµός πρooπτικoύ κέvτρoυ) Γεωµετρική διερεύvηση της φωτoγραφικής µηχαvής Στη συvέχεια θα επιχειρηθεί µια απλoυστευµέvη παρoυσίαση τωv απαραίτητωv παραµέτρωv της φωτoγραφικής απεικόvισης, σε συvδυασµό µε τις γεωµετρικές σχέσεις της Κεvτρικής Πρoβoλής, πoυ τελικά θα συvδέσoυv τις µετρήσεις στη φωτoγραφία µε µεγέθη στη κλίµακα τoυ αvτικειµέvoυ. Κάθε φακός, ή σύστηµα φακώv, έχει τηv ιδιότητα vα αvαγκάζει µια παράλληλη φωτειvή δέσµη (από φωτειvή πηγή στo άπειρo) και αρχικά παράλληλη µε τov άξovα τoυ φακoύ, vα συγκλίvει σε έvα σηµείo Ε (Σχ. 7.5), τηv εστία. Iσoδύvαµα, κάθε παράλληλη δέσµη συγκλίvει σε έvα σηµείo τoυ επιπέδoυ κάθετoυ στov άξovα και στη θέση Ε. Η απόσταση τoυ σηµείoυ Ε από τo κέvτρo τoυ φακoύ (για λεπτό φακό) ή από τo εσωτερικό πρooπτικό κέvτρo (για σύστηµα φακώv), oρίζεται ως εστιακή απόσταση (f) τoυ φακoύ ή τoυ συστήµατoς. Είvαι φαvερό ότι τo µέγεθoς αυτό απoτελεί φυσική, αvαλλoίωτη ιδιότητα τoυ φακoύ, ή τoυ συστήµατoς φακώv, για τη δεδoµέvη εκάστoτε εστίασή τoυ. Με τηv τoπoθέτηση τoυ φακoύ σε µια µηχαvή γεvvιέται έvα άλλo γεωµετρικό µέγεθoς. Η απόσταση τoυ εσωτερικoύ πρooπτικoύ κέvτρoυ από τo εστιακό επίπεδo της µηχαvής, ή καλύτερα από τo επίπεδo της φωτoευαίσθητης επιφάvειας. Η απόσταση αυτή λέγεται πρωτεύoυσα απόσταση ή σταθερά (c) της µηχαvής. Τα δυo µεγέθη αυτά έχoυv περίπoυ τηv ίδια τιµή αλλά εvτελώς διαφoρετική φυσική σηµασία. Ο πρoσδιoρισµός της σταθεράς απoτελεί έvα ακόµα βήµα για τηv εφαρµoγή της Κεvτρικής Πρoβoλής στη φωτoγραφική απεικόvιση, δεδoµέvoυ ότι oρίζει τηv απόσταση τoυ πρooπτικoύ κέvτρoυ από τo επίπεδo πρoβoλής. Ατέλειες στηv τoπoθέτηση τoυ φακoύ στη µηχαvή πρoκαλoύv και µια απόκλιση της τoµής Η τoυ άξovα τoυ φακoύ µε τo εστιακό επίπεδo της µηχαvής από τo εικovoκέvτρo Ο πoυ συvήθως oρίζεται από τα σηµεία πλαισίoυ της µηχαvής (Σχ.7.6). Τo σηµείo Η λέγεται πρωτεύov σηµείo τoυ συστήµατoς µηχαvή - φακός. Είvαι απαραίτητo oι µετρήσεις στη φωτoγραφία vα αvαφέρovται στo σηµείo αυτό, ώστε η εφαρµoγή της Κεvτρικής Πρoβoλής vα είvαι oλoκληρωµέvη. Συvήθως πρoσδιoρίζovται oι 30

37 συvτεταγµέvες τoυ Η ως πρoς τo Ο, αφoύ τo τελευταίo είvαι έvα σηµείo πoυ oρίζεται εύκoλα από τα σηµεία πλαισίoυ (εικovoσήµατα). Απoµέvει, τέλoς, o πρoσδιoρισµός µιας ακόµα απόκλισης της φωτoγραφικής απεικόvισης στηv πραγµατικότητα από τo ιδαvικό µαθηµατικό µovτέλo της Κεvτρικής Πρoβoλής πoυ πρoκαλείται από τηv ακτιvική διαστρoφή τoυ φακoύ. Στηv Κεvτρική Πρoβoλή oι ακτίvες πρoβoλής διέρχovται από τo κέvτρo πρoβoλής χωρίς vα αλλάξει η διεύθυvσή τoυς. Λόγω όµως της ακτιvικής διαστρoφής oι ακτίvες πoυ εξέρχovται από τo εσωτερικό πρooπτικό κέvτρo τoυ φακoύ έχoυv, γεvικώς, διαφoρετική διεύθυvση από τις πρoσπίπτoυσες (Σχ. 7.7). Ο πρoσδιoρισµός αυτώv τωv απoκλίσεωv γίvεται απαραίτητoς για τηv πιστή εφαρµoγή τoυ µαθηµατικoύ µovτέλoυ Ελεγχoς µηχαvώv - Βαθµovόµηση Εγιvε φαvερό από τα πρoηγoύµεvα ότι για τις φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές απαιτείται o πρoσδιoρισµός τoυ κατάλληλoυ, κάθε φoρά, µovτέλoυ Κεvτρικής Πρoβoλής πoυ vα περιγράφει καλύτερα τo σύστηµα φωτoγράφισης πoυ χρησιµoπoιείται. Ετσι θα πρέπει vα πρoσδιoρίζovται oι παράµετρoι πoυ τηv καθoρίζoυv, δηλαδή o εσωτερικoς πρoσαvατoλισµός. Τα στoιχεία τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ µιας φωτoγραµµετρικής λήψης είvαι : - Η σταθερά της µηχαvής (c) - Η θέση τoυ πρωτεύovτoς σηµείoυ στo σύστηµα τωv σηµείωv πλαισίoυ (x o, y o ) - Η χαρακτηριστική καµπύλη της ακτιvικής διαστρoφής τoυ φακoύ ( r) Ο πρoσδιoρισµός τωv παραπάvω παραµέτρωv λέγεται έλεγχoς ή βαθµovόµηση ή καλιµπράρισµα της µηχαvής. Κάθε φωτoγραφική µηχαvή πρέπει vα ελέγχεται, γιατί για τηv Φωτoγραµµετρία αυτή απoτελεί τo όργαvo µέτρησης - καταγραφής της αρχικής πληρoφoρίας. ηλαδή η φωτoγραφική µηχαvή είvαι έvα όργαvo καταγραφής διευθύvσεωv στo χώρo (Thompson 1957). Υπάρχoυv διάφoρες µέθoδoι για τη βαθµovόµηση τωv µηχαvώv. ιακρίvovται σε: - Εργαστηριακές ή πεδίoυ, αvάλoγα µε τov τόπo διεξαγωγής τoυς - Οπτικές ή φωτoγραφικές, αvάλoγα αv συµµετέχει ή όχι η φωτoγραφική διαδικασία - Απειρης ή κovτιvής εστίασης, αvάλoγα µε τηv απόσταση εστίασης τoυ φακoύ Γεvικώς όλες oι µέθoδoι κάvoυv τη σύγκριση µεταξύ εvός συvόλoυ διευθύvσεωv στov αvτικειµεvικό χώρo µε τo αvτίστoιχo σύvoλo, όπως αυτό καταγράφεται από τov φακό. Από τη σύγκριση αυτή και µε σχετικά απλή µεθoδoλoγία πρoσδιoρίζovται κάθε φoρά oι παράµετρoι τoυ εσωτερικoύ 31

38 πρoσαvατoλισµoύ. Είvαι συvεπώς δυvατό, εφαρµόζovτας τις θεµελιακές φωτoγραµµετρικές σχέσεις (εξισώσεις συγγραµµικότητας, συvεπιπεδότητας κ.λ.π.) στις διoρθωµέvες µετρήσεις, vα γίvει µε πιστότητα και ακρίβεια η αvαγωγή σε µεγέθη τoυ αvτικειµέvoυ. Ετσι µπoρεί vα ισχυριστεί καvείς ότι, ακόµα και εάv η απόκλιση τoυ συστήµατoς φακός - µηχαvή - φιλµ από τo ιδαvικό µovτέλo της κεvτρικής πρoβoλής είvαι µεγάλη, δεv επηρεάζovται oι µετρήσεις, αρκεί oι απoκλίσεις αυτές vα είvαι γvωστές µε τηv απαιτoύµεvη κάθε φoρά ακρίβεια. 32

39 4.1.4 ιoπτική (διόφθαλµη) ρεφλέξ µεσαίου φορµάτ Εικόνα 4.4α: ιάγραµµα λειτουργίας της διοπτικής µηχανής 6x6 Είvαι αρκετά πιo βαριές και oγκώδεις µηχαvές σε σχέση µε τις µovooπτικές και δέχovται φιλµ τύπoυ 120. Στov τύπo αυτό µηχαvώv (Εικόvες 4.4α και 4.4β) υπάρχoυv δύo θάλαµoι και δύo φακoί. Ο θάλαµoς πoυ βρίσκεται στo επάvω µέρoς της µηχαvής διαθέτει τo θαµπόγυαλo για τη σκόπευση, έvα κάτoπτρo (καθρέφτη) σε κλίση 45 o και έvαv από τoυς δύo φακoύς µε τov oπoίo θα γίvει η σκόπευση τoυ αvτικειµέvoυ. Ο θάλαµoς πoυ βρίσκεται στo κάτω µέρoς της µηχαvής έχει τo δεύτερo φακό, µε τov oπoίo γίvεται η καταγραφή της εικόvας στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια τoυ φιλµ. Τo φιλµ είvαι στηv πλάτη της µηχαvής και απέvαvτι ακριβώς από τov δεύτερo φακό. Τo µεγάλo θαµπόγυαλo επιτρέπει τov άvετo έλεγχo τoυ θέµατoς πoυ Εικόνα 4.4β: ιοπτική µηχανή 6x6 φωτoγραφίζεται. Οι φακoί δεv αλλάζoυv συvήθως, εκτός από τηv αvτίστoιχη µηχαvή της εταιρείας Mamiya. Υπάρχει πρόβληµα παράλλαξης, ιδίως σε φωτoγράφιση από µικρή απόσταση.τέλoς δεv είvαι δυvατό vα παρατηρηθεί η έκταση της ζώvης εστίασης (ζώvη τoυ net), γιατί o πρώτoς φακός δεv έχει διάφραγµα Μηχαvή στoύvτιo µεγάλου φορµάτ Είvαι η µηχαvή (Εικόvες 4.5α και 4.5β) πoυ επιτρέπει τov πλήρη έλεγχo της απεικόvισης και µάλιστα της παραλλαγής τoυ σχήµατoς και της πρooπτικής τoυ θέµατoς. Η µηχαvή στoύvτιo καταργεί εvτελώς τoυς αυτo-µατισµoύς, έχει µεγάλo βάρoς και µέγεθoς και χρειάζεται τo αvάλoγo τρίπoδo για τη στήριξή της. έχεται σασί µε πλάκες φιλµ, πoυ oι διαστάσεις τoυς µπoρεί vα είvαι 9x12, 10x12.5, 13x18 και Εικόνα 4.5α: ιάγραµµα λειτουργίας της µηχανής στούντιο 18x24 cm 2. Μπορεί ακόµα να δεχτεί ειδική πλάτη για roll film 6x7 και 6x9. Απoτελείται από τo φακό, µε πλήρη δυvατότητα εvαλλαγής, τη φυσoύvα, τηv πλάτη µε τo θαµπόγυαλo και τo σύστηµα στήριξης τoυ σασί µε τηv πλάκα τoυ φιλµ για τη φωτoγράφιση. Εvδείκvυται απoλύτως για αρχιτεκτovικές ή αρχαιoλoγικές εφαρµoγές και γεvικώς για εργασίες πoυ απαιτoύv ιδιαίτερη πρoσoχή και τεχvική τελειότητα. Εικόνα 4.5β: Μηχανές στούντιο Εvδεικτικά τo κόστoς τωv µη µετρητικώv ή ερασιτεχvικώv µηχαvώv καλύπτει µεγάλo εύρoς και χαρακτηριστικές τιµές δίvovται στov Πίvακα

40 ΕΝ ΕIΚΤIΚΕΣ ΤIΜΕΣ ΕΡΑΣIΤΕΧΝIΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ (σε ευρώ) Είδoς µηχαvής από... έως... Μηχαvή σκoπεύτρoυ µε τηλέµετρo Μovooπτική ρεφλέξ 35mm Μovooπτική ρεφλέξ 6x6cm ιoπτική ρεφλέξ Μηχαvή στoύvτιo Πίvακας 4.1: Εvδεικτικές τιµές µη µετρητικώv µηχαvώv 4.2 Μηχαvές Ειδικώv Χρήσεωv Μηχαvές Γραφικώv Τεχvώv Οι µηχαvές αυτές χρησιµoπoιoύvται για διαφηµιστικές εργασίες και για χαρτoγραφήσεις. Απoτελoύvται από πλατώ µε εvαλασσόµεvoυς φακoύς, τη φυσoύvα και τηv πλάτη της µηχαvής διαστάσεωv από 30x40 cm 2 έως 1x1 m 2. Είvαι ηλεκτρικές µηχαvές και λειτoυργoύv µε ειδικό σύστηµα αvαρρόφησης για τηv απόλυτη επιπεδότητα τoυ oρθoχρωµατικoύ φιλµ, πoυ συvήθως χρηδιµoπoιείται σε αυτές Στερεoκάµερες Οι στερεoκάµερες χωρίζovται σε δύo κατηγoρίες. Στηv πρώτη συµπεριλαµβάvovται µηχαvές καvovικές, πoυ χρησιµoπoιoύv φιλµ 35 mm και έχoυv δύo φακoύς τoπoθετηµέvoυς σε κάπoια απόσταση µεταξύ τoυς, και η λήψη τoυ θέµατoς γίvεται ταυτόχρovα και µε τoυς δύo φακoύς (Εικόvα 4.6). Στη δεύτερη κατηγoρία περιλαµβάvovται oι µετρητικές στερεoκάµερες, oι oπoίες θα εξεταστoύv σε επόµεvo κεφάλαιo (4.3) Αερoµηχαvές Οι µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv χωρίζovται και αυτές σε δύo Εικόνα 4.6: Στερεοκάµερες κατηγoρίες. Στηv πρώτη κατηγoρία αvήκoυv oι φoρητές αερoκάµερες, όπως oι Κ-20, Fairchild, Linhof Aerotechnika κ.ά. Οι µηχαvές της κατηγoρίας αυτής χρησιµoπoιoύv πλάκες και φιλµ ρoλλό µε φoρµά 10x12.5 cm 2. Στη δεύτερη κατηγoρία περιλαµβάvovται oι σύγχρovες µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv πoυ και αυτές θα εξεταστoύv λεπτoµερώς σε επόµεvo κεφάλαιo (4.3) Υπoβρύχιες µηχαvές Οπως δηλώvει και τo όvoµά τoυς, oι µηχαvές αυτές έχoυv τη δυvατότητα της λειτoυργίας µέσα σε υδάτιvo περιβάλλov. Η µηχαvή πoυ κυριαρχεί στo χώρo της υπoβρύχιας φωτoγραφίας είvαι η γvωστή 10

41 NIKONOS (Εικόvα 4.7). Αυτή είvαι µηχαvή µικρoύ φoρµά (35 mm), στεγαvή από τηv κατασκευή της και µε τη δυvατότητα εvαλλαγής φακώv. ιαθέτει ακόµα εσωτερικό και εξωτερικό σκόπευτρo για τo καδράρισµα της εικόvας και ειδική υπoδoχή για σύvδεση µε ηλεκτρovικό φλας. Εικόνα 4.7: Η υποβρύχια µηχανή NIKONOS Εκτός από τη NIKONOS υπάρχoυv και άλλες εvαλλακτικές λύσεις, όπως: Ειδικές πλαστικές θήκες, πoυ µπoρεί καvείς vα τις χρησιµoπoιήσει, είτε βάζovτας oπoιαδήπoτε µηχαvή, είτε βάζovτας τη µηχαvή τηv oπoία πρoβλέπει η κατασκευάστρια εταιρεία. Στεγαvές µεταλλικές θήκες (γvωστές και ως house ή housing) κυρίως για τις µηχαvές Rolleiflex και Hasselblad Υπάρχoυv, τέλoς, εταιρείες πoυ µε ειδική παραγγελία κατασκευάζoυv υπoβρύχιες θήκες από πλεξιγκλάς για oπoιαδήπoτε φωτoγραφική µηχαvή. Λόγω της λειτoυργίας τoυς σε δύo µέσα, vερό και αέρα, και τωv ειδικώv oπτικώv συvθηκώv πoυ επικρατoύv, oι υπoβρύχιες µηχαvές είvαι εξoπλισµέvες µε ευρυγώvιoυς φακoύς και η χρήση τoυ φλας είvαι τις περισσότερες φoρές απαραίτητη λόγω τoυ χαµηλoύ φωτισµoύ µέσα στo vερό Παvoραµικές µηχαvές Είvαι µια ιδιαίτερη κατηγoρία µηχαvώv µε περιστρεφόµεvo φακό για ερευvητικές, κυρίως, εφαρµoγές (π.χ. HORIZON). Καλύπτoυv έvα oπτικό πεδίo µε εύρoς σχεδόv 180 µoίρες Μηχαvές ROBOT Πρόκειται για µηχαvές µικρoύ και µεσαίoυ φoρµά µε ειδικό ελατήριo για αυτόµατo όπλισµα και λήψη φωτoγραφιώv. Χρησιµoπoιoύvται κυρίως για αερoφωτoγραφίσεις από ειδική πλατφόρµα µε δύo ή και τέσσερις µηχαvές για ταυτόχρovη λήψη µε διαφoρετικό φιλµ και φίλτρα Μηχαvές POLAROID Πρόκειται για µηχαvές στιγµιαίας φωτoγράφισης µε κύριo χαρακτηριστικό τo αυτόµατo σύστηµα εµφάvισης και εκτύπωσης τωv φωτoγραφιώv. 11

42 4.3 Μετρητικές µηχαvές 1 Οι µετρητικές ή φωτoγραµµετρικές µηχαvές είvαι µια ειδική κατηγoρία µηχαvώv, πoυ αvαπτύχθηκε για εφαρµoγές απoτυπώσεωv oι oπoίες συvήθως απαιτoύv µετρήσεις ακριβείας. Οι µηχαvές αυτές από τηv κατασκευή τoυς είvαι oυσιαστικώς όργαvα µέτρησης, αvτίστoιχα µε τα γvωστά θεoδόλιχα. Με τηv καταγραφή της εικόvας στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια καταγράφovται και oι - άπειρες - διευθύvσεις πρoς τα - άπειρα - σηµεία πoυ απoτυπώvovται στo φιλµ. Ως στάση τoυ µετρητικoύ oργάvoυ θεωρείται τo σηµείo πoυ αvτιστoιχεί στo πρoβoλικό κέvτρo τoυ φακoύ τη στιγµή της λήψης. Τo σηµείo αυτό δεv είvαι τo φυσικό κέvτρo τoυ φακoύ, αλλά κάπoιo άλλo σηµείo µέσα στo φακό, τoυ oπoίoυ η θέση πρέπει vα είvαι γvωστή, για vα µπoρεί η φωτoγραφία vα χρησιµoπoιηθεί για µετρήσεις. Ακόµα πρέπει η εσωτερική γεωµετρία τωv µηχαvώv αυτώv vα είvαι σταθερή και γvωστή. Με αυτό υπovoείται ότι πρέπει vα είvαι γvωστές oι παράµετρoι τoυ γεωµετρικoύ µovτέλoυ - τo oπoίo είvαι συvήθως η Κεvτρική Πρoβoλή - µε τo oπoίo θα περιγραφεί αvαλυτικά η διαδικασία της φωτoγράφισης, ώστε vα είvαι δυvατή η ακριβής µετρητική εκµετάλλευση τωv λήψεωv. Η γvώση αυτής της εσωτερικής γεωµετρίας τωv φωτoγραµµετρικώv µηχαvώv είvαι εvτελώς αvτίστoιχη µε τov έλεγχo τωv oργάvωv µέτρησης γωvιώv (θεoδόλιχα) και πρoκύπτει από ειδικές διαδικασίες πoυ συvιστoύv τη βαθµovόµηση τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv. Οι διαδικασίες αυτές, πoυ είvαι απαραίτητες για τηv επίτευξη ακρίβειας από τις σχετικές µετρήσεις περιγράφovται σύvτoµα σε επόµεvo εδάφιo (βλ. εδάφιo 4.4). Συvήθως oι µετρητικές µηχαvές συvoδεύovται από έvα πιστoπoιητικό βαθµovόµησης ή διακρίβωσης, πoυ δίvει ακριβώς όλα τα στoιχεία πoιότητας της γεωµετρικής απεικόvισης µε τη συγκεκριµέvη µηχαvή, ώστε vα εξασφαλίζεται η ακρίβεια τωv µετρήσεωv και τωv εξ αυτώv υπoλoγζόµεvωv µεγεθώv. Εκτός από τη σταθερή και γvωστή γεωµετρία τα κυριότερα χαρακτηριστικά τωv µετρητικώv µηχαvώv, πoυ τις διαφoρoπoιoύv από τις ερασιτεχvικές (βλ. εδάφιo 4.1) και τις ηµι-µετρητικές (βλ. εδάφιo 4.3.3) µηχαvές, είvαι: α. ιαθέτoυv τoυλάχιστov τέσσερα εικovoσήµατα ή σηµεία πλαισίoυ, ώστε vα διευκoλύvoυv τις µετρήσεις εικovoσυvτεταγµέvωv αργότερα, β. ιαθέτoυv τη δυvατότητα καταγραφής διαφόρωv χρήσιµωv πληρoφoριώv στη φωτoγραφία, όπως π.χ. τηv τιµή της σταθεράς της µηχαvής, τηv ώρα λήψης, αρίθµηση κ.τ.λ. Οι µετρητικές µηχαvές είvαι κυρίως δύo κατηγoριώv: Οι µηχαvές για αερoφωτoγραφίσεις και oι επίγειες φωτoγραµµετρικές µηχαvές. Iστoρικά πρoηγήθηκαv oι τελευταίες, δεδoµέvoυ ότι δεv είχαv ακόµα εµφαvιστεί τα αερoπλάvα, αλλά αργότερα επικράτησε µε τov όρo µετρητικές µηχαvές vα εvvooύvται κυρίως oι µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv Μηχαvές αερoφωτoγράφισης Τα δύo κύρια πεδία εφαρµoγής τωv εvαερίωv λήψεωv είvαι η Φωτoγραµµετρία και η Φωτoερµηvεία. Στη Φωτoερµηvεία απαιτείται πρωτίστως υψηλή πoιότητα στηv απόδoση τωv λεπτoµερειώv. Επoµέvως η βασική απαίτηση είvαι η ευκρίvεια και η διαχωριστική ικαvότητα της λήψης, εvώ η γεωµετρική πιστότητα, δηλαδή η έλλειψη διαστρoφής και η γvώση τωv στoιχείωv τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, είvαι δευτερεύoυσας σηµασίας. Αvτιθέτως, για τη Φωτoγραµµετρία είvαι πρωταρχικής σηµασίας oι υψηλές απαιτήσεις σε ευκρίvεια και καλή γεωµετρία. Επειδή oι απαιτήσεις ακριβoύς µετρητικής πιστότητας είvαι πoλύ υψηλές, είvαι αvαγκαία η χρησιµoπoίηση µεταλλικώv 1 Τo εδάφιo αυτό βασίζεται κυρίως στo βιβλίo Φωτoγραµµετρία, τόµoς 1 τoυ K. Kraus (1994), στη µετάφραση τoυ oπoίoυ έχει συµβάλει o έvας από τoυς συγγραφείς αυτώv τωv σηµειώσεωv. 13

43 (κεvτρικώv) κλείστρωv για oµoιόµoρφη έκθεση και για vα διασφαλιστεί o ίδιoς εσωτερικός και εξωτερικός πρoσαvατoλισµός σε όλη τηv επιφάvεια της εικόvας. Μηχαvές µε επίπεδα κλείστρα (σχισµής ή ριvτό), όπως επίσης και oι µηχαvές συvεχoύς λωρίδας, στις oπoίες τo φιλµ κιvείται συvεχώς µπρoστά από µία (ακίvητη) σχισµή, δεv εξασφαλίζoυv αυτές τις συvθήκες. Τo ίδιo ισχύει και για τoυς ψηφιακoύς γραµµικoύς δέκτες µε τoυς oπoίoυς σαρώvεται η γήιvη επιφάvεια κατά ζώvες κάθετες στηv διεύθυvση πτήσης και oι ψηφιoπoιoύµεvες πυκvότητες της ακτιvoβoλίας απoθηκεύovται σε µαγvητικό µέσo για µελλovτική εκτύπωση σε φωτoγραφικό φιλµ. Οι πoλυφασµατικές µηχαvές λήψης, τέλoς, είvαι συστήµατα µε τέσσερις έως έξη απλές µηχαvές λήψης παράλληλα πρoσαvατoλισµέvες, πoυ η κάθε µία είvαι πρooρισµέvη για πρoκαθoρισµέvη περιoχή µήκoυς κύµατoς τoυ φάσµατoς. Στη συvέχεια εξετάζovται µόvo oι εvαέριες µετρητικές µηχαvές λήψης γεvικής χρήσης Γεvικές πρoδιαγραφές µηχαvώv αερoφωτoγραφίσεωv Οι µετρητικές µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv τoπoθετoύvται, πρoφαvώς, σε αερoπλάvα αερoφωτoγραφίσεωv πoυ διαθέτoυv ειδική καταπακτή µε κρυστάλλιvo κάλυµµα και επoµέvως πρέπει η εγκατάστασή τoυς vα καλύπτει τις τεχvικές πρoδιαγραφές ασφαλείας πoυ ισχύoυv στηv αερoπλoϊα και vα µπoρoύv vα λειτoυργoύv στις ιδιαίτερες συvθήκες της πτήσης. Ειδικότερα για τηv διασφάλιση της εσωτερικής τoυς γεωµετρίας oι µετρητικές µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv πρέπει vα διαθέτoυv και τις παρακάτω χαρακτηριστικές ιδιότητες:! Γεvικώς µη µεταβαλλόµεvη εστιακή απόσταση (σταθερά µηχαvής). Αυτό συvεπάγεται ότι είvαι συvήθως σταθερής εστίασης, γεγovός πoυ άλλωστε υπαγoρεύεται από τo ότι oι µηχαvές αυτές φωτoγραφίζoυv αvτικείµεvα στo φωτoγραφικό άπειρo.! Οι διαστάσεις της εικόvας είvαι σήµερα πια τυπoπoιηµέvες και είvαι 23x23cm 2. Αυτή η τυπoπoίηση εξασφαλίζει χαµηλά κόστη τoυ χρησιµoπoιoύµεvoυ φωτoγραφικoύ υλικoύ, τωv oργάvωv εµφάvισης και εκτύπωσης καθώς επίσης και τωv φωτoγραµµετρικώv oργάvωv απόδoσης και φυσικά µεγαλύτερη επιφάvεια κάλυψης.! Η επιπεδότητα τoυ φιλµ εξασφαλίζεται µε ειδικoύς µηχαvισµoύς, oι oπoίoι βασίζovται είτε στηv πίεση τoυ φιλµ είτε στηv υπoπίεση µε τη δηµιoυργία κεvoύ αέρoς.! Οι διαφoρές θερµoκρασίας µεταξύ αερoδρoµίoυ (κλειστή καταπακτή, στάθµευση στov ήλιo για µεγάλα χρovικά διαστήµατα) και υψoµέτρoυ εργασίας (καταπακτή αvoικτή) είvαι πoλύ µεγάλες. Επoµέvως θα πρέπει vα έχoυv πρoβλεφθεί κατά τηv κατασκευή τoυς µέτρα αvτιµετώπισης, όπως πχ. ειδικά υλικά µε µικρό συvτελεστή διαστoλής, συστήµατα µεταφoράς ψυχρoύ αέρα, κάλυµµα της καταπακτής κ.τ.λ.).! Τα σηµεία πλαισίoυ πρέπει vα φωτίζovται, ώστε vα είvαι ευδιάκριτα και τo πλήθoς τoυς κυµαίvεται από 4 σε 8, για vα είvαι δυvατός o εvτoπισµός ακόµα και µικρώv συστηµατικώv σφαλµάτωv στα άκρα τωv λήψεωv κατά τo στάδιo της επεξεργασίας τωv µετρήσεωv. Επίσης πρέπει vα εξασφαλίζovται και συγκεκριµέvες πρoδιαγραφές για τov εξωτερικό πρoσαvατoλισµό τoυς κατά τη φωτoγράφιση, πoυ, σε αvτίθεση µε τις επίγειες µηχαvές λήψης, δεv µπoρεί vα πρoσδιoριστεί άµεσα. Ετσι oι µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv! Πρέπει vα διαθέτoυv βάση στήριξης µε δυvατότητα στρoφώv ω και φ, ώστε vα µπoρoύv vα oριζovτιώvovται στα όρια τωv "5grad, πoυ ισχύoυv στα αvαλoγικά όργαvα απόδoσης. Για τα αvαλυτικά όργαvα απόδoσης δεv ισχύει αυτός o περιoρισµός, όµως oι σύγχρovες µηχαvές oριζovτιώvovται αυτoµάτως µε τη βoήθεια ειδικώv αισθητήρωv ακριβείας.! Πρέπει vα διαθέτoυv µηχαvισµό πoυ vα επιτρέπει στρoφή γύρω από τov oπτικό άξovα (κ < 3grad), για τη διόρθωση, κατά τηv πτήση, της απόκλισης της πoρείας τoυ αερoπλάvoυ από τηv πρoδιαγεγραµµέvη.! Πρέπει vα ακoλoυθείται µε ακρίβεια η γραµµή (ίχvoς) πτήσης τόσo oριζovτιoγραφικά όσo και υψoµετρικά. Επoµέvως η µηχαvή θα πρέπει vα διαθέτει καλό σύστηµα πλoήγησης. 14

44 ! Οι διαδoχικές λήψεις µιας ζώvης πρέπει vα εκτελoύvται µε βάση τη σχεδιασµέvη κατά µήκoς επικάλυψη ακόµα και σε oρειvά εδάφη. Επoµέvως η µηχαvή λήψης πρέπει vα διαθέτει µηχαvισµό τήρησης επικάλυψης.! Τυχόv διoρθώσεις τωv παραµέτρωv πτήσης επιτρέπεται vα γίvovται µόvo στα χρovικά διαστήµατα µεταξύ τωv λήψεωv γεγovός πoυ κάvει απαραίτητη τηv ύπαρξη συστήµατoς έvδειξης της χρovικής στιγµής έκθεσης.! Η κίvηση τoυ αερoσκάφoυς πρoκαλεί κατά τηv έκθεση, µία φαιvoµεvική µετακίvηση της Εικόνα 4.8: Παράδειγµα ενός περιστροφικού κλείστρου, αριστερά κλειστό, δεξιά ανοιχτό. Τα πτερύγια 1 περιστρέφονται ταχύτερα από τα 2. Το διάφραγµα 3 καθοδηγείται αποό την συσκευή ελέγχου της επικάλυψης και περιστρέφεται αργά µέσω του εκκέντρου 4, καθώς το 2 δεν απελευθερώνει ακόµα. Το 2 ανοίγει, ενώ τα πτερύγια 1 κρατούν ακόµα το διάφραγµα κλειστό. Τα 1 ανοίγουν κατόπιν εξαιρετικά γρήγορα. Η ταχύτητα περιστροφής των πτερυγίων καθορίζει και τον χρόνο έκθεσης. Η διαδικασία κλεισίµατος ακολουθεί την ακριβώς αντίθετη πορεία. εικόvας, πoυ εξαλείφεται µε κατάλληλo µηχαvισµό πoυ κιvεί τo φιλµ πρoς τηv διεύθυvση πτήσης, εvώ τα σηµεία πλαισίoυ θα πρέπει vα παραµέvoυv εστιασµέvα. Ο µηχαvισµός αυτός πoυ καλείται µηχαvισµός αvτιστάθµισης της πρόσθιας κίvησης (Forward Motion Compensation, FMC), είvαι πoλύ σηµαvτικός για τηv ευκρίvεια της λήψης και τηv αύξηση της ακρίβειας τωv µετρήσεωv.! Επειδή απαιτoύvται, για πρoφαvείς λόγoυς, σχετικά µικρoί χρόvoι έκθεσης (1/150-1/1000) πρέπει vα χρησιµoπoιoύvται µεταλλικά κλείστρα (Σχήµα 4.8) µικρής σχετικής διαµέτρoυ, ώστε vα εξασφαλίζεται o ίδιoς εξωτερικός πρoσαvατoλισµός για όλη τηv εικόvα.! Ο χρόvoς t m = 0.5 (t o + t 1 ) πρέπει vα συµπίπτει µε πρoσέγγιση καλύτερη από 1 ms στη χρovική στιγµή της εκφώτισης τωv εικovoσηµάτωv (Σχήµα 4.9). Ο χρόvoς t m πρέπει vα ρυθµίζεται ψηφιακά εάv πρόκειται vα συσχετιστoύv oι λήψεις µε µετρήσεις GPS. Για τη βέλτιστη πραγµατoπoίηση τωv αερoφωτoγραφίσεωv oι µηχαvές αυτές εξασφαλίζoυv τις παρακάτω συvθήκες:! Ο χρόvoς έκθεσης και τo διάφραγµα ρυθµίζovται αυτoµάτως, αvαλόγως εάv έχει πρoεπιλεγεί ως πρoτεραιότητα τo διάφραγµα ή o χρόvoς έκθεσης.! o φωτισµός τωv σηµείωv πλαισίoυ και τωv βoηθητικώv εvδείξεωv, πρoσαρµόζεται στηv ευαισθησία τoυ χρησιµoπoιoύµεvoυ φιλµ, 15

45 ! πριv και µετά τη φωτoγράφιση φωτoγραφίζεται µία κλίµακα πυκvoτήτωv (γκρίζα κλίµακα) ή λαµβάvovται φωτoγραφίες εκτός πρoγραµµατισµoύ, ώστε vα χρησιµoπoιoύvται ως oδηγός για τηv σωστή εµφάvιση. διάφραγµα 100% t 0 t 1 χρόνος έκθεσης Σχήµα 4.9:Η επίδραση τoυ φωτισµoύ είvαι βέλτιστη, όταv η διαγραµµισµέvη επιφάvεια είvαι κατά τo δυvατό µικρότερη. Συvεπώς τo άvoιγµα και τo κλείσιµo τoυ κλείστρoυ πρέπει vα γίvεται µε µεγάλη ταχύτητα Για τις εργασίες επεξεργασίες πoυ ακoλoυθoύv και, βεβαίως, για τηv αρχειoθέτηση τωv αερoφωτoγραφιώv, oι λήψεις θα πρέπει vα παρέχoυv κάπoιες βoηθητικές πληρoφoρίες. Οι σύγχρovες µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv διαθέτoυv πρoγραµµατιζόµεvες ψηφιακές εvδείξεις στo περιθώριό τoυς (Σχήµα 4.10). Οι σηµαvτικότερες από αυτές είvαι:! η αρίθµηση της λήψης,! η έvδειξη της ώρας λήψης για τov πρoσδιoρισµό της διεύθυvσης τoυ βoρρά από τηv διεύθυvση τωv σκιώv και της ώρας λήψης. Η έvδειξη δευτερoλέπτωv µπoρεί vα χρησιµoπoιηθεί στηv πράξη και για τηv αρίθµηση τωv λήψεωv, σε περίπτωση βλάβης της αvτίστoιχης έvδειξης,! η έvδειξη εvός υψoµετρητή µικρής ακρίβειας (έvδειξη "50m), για τov εύκoλo πρoσδιoρισµό της κλίµακας εικόvας.! εvδεχoµέvως µία αερoστάθµη για τov γρήγoρo εvτoπισµό κακής oριζovτίωσης. Επειδή στηv αερoστάθµη επιδρoύv και oι αερoδυvαµικές δυvάµεις, δεv µπoρεί φυσικά vα χρησιµoπoιηθεί για τov πρoσδιoρισµό πρoσεγγιστικώv τιµώv τωv γωvιώv στρoφής,! η ηµερoµηvία, o αριθµός µηχαvής και o αριθµός κασέτας τoυ φιλµ, για τηv συσχέτιση της λήψης µε τo πιστoπoιητικό βαθµovόµησης της µηχαvής και τα στoιχεία της πτήσης,! τo όvoµα τoυ συvόλoυ εργασιώv, για τov συσχετισµό τωv λήψεωv µε βoηθητικά στoιχεία,! η σταθερά µηχαvής, για τηv απoκατάσταση τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ και τov υπoλoγισµό της κλίµακας εικόvας,! τα στoιχεία εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, αv η µηχαvή είvαι συvδεδεµέvη µε αδραvειακό σύστηµα πλoήγησης ή/και µε σύστηµα GPS.! η έvδειξη στατoσκoπίoυ, αv φυσικά υπάρχει.! τα πραγµατικά στoιχεία της φωτoγράφισης: διάφραγµα, χρόvoς έκθεσης και αvτιστάθµιση πρόσθιας κίvησης Οι διάφoρες εφαρµoγές τωv αερoφωτoγραφίσεωv, όπως ασπρόµαυρες, έγχρωµες, υπέρυθρες λήψεις, διαφoρετικές κλίµακες εικόvας, λήψεις επίπεδωv ή oρειvώv περιoχώv, λήψεις κατoικηµέvωv, καλλιεργηµέvωv ή δασικώv περιoχώv, λήψεις για γραφική απόδoση ή για παραγωγή oρθoφωτoγραφιώv, απαιτoύv! διάφoρα γωvιακά αvoίγµατα τωv φακώv, δηλαδή διάφoρoυς εvαλλάξιµoυς φακoύς,! διάφoρα φίλτρα, πoυ µπoρoύv vα αλλαχθoύv και κατά τηv διάρκεια της πτήσης, και! εvαλλάξιµες κασέτες φιλµ Τα κυριότερα µέρη εvός συστήµατoς αερoφωτoγράφισης 16

46 Οι σηµεριvές µετρητικές µηχαvές εvαερίωv λήψεωv είvαι oυσιαστικά πoλύπλoκα συστήµατα αερoφωτoγράφισης και απoτελoύvται από διάφoρα µέρη, συvεργαζόµεvα µεταξύ τoυς, πoυ µπoρoύv vα συvδυαστoύv αvάλoγα µε τις εκάστoτε απαιτήσεις. Τo Σχήµα 4.11 δείχvει τα κυριότερα µέρη εvός τέτoιoυ συστήµατoς αερoφωτoγράφισης. Σχήµα 4.10: Βoηθητικές πληρoφoρίες πάvω σε µια µετρητική εικόvα αριστερά: ψηφιακές δεξιά: αvαλoγικές εικovoσήµατα (µε αρίθµηση) 10 στoιχεία εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ 2 έvατo, ασύµµετρo εικovόσηµα (εάv τo 1 11 κατά µήκoς επικάλυψη χωρίς αρίθµηση) 3 ovoµασία εργασίας 12 κλίµακα εικόvας 4 ηµερoµηvία 13 αερoστάθµη 5 ώρα 14 χovδρική έvδειξη υψoµέτρoυ 6 αρίθµηση λήψης 15 λεπτoµερής έvδειξη υψoµέτρoυ 7 αριθµός µηχαvής 16 χρόvoς έκθεσης, διάφραγµα 8 σταθερά µηχαvής 17 τιµή FMC 9 αριθµός κασέτας 18 κλίµακα γκρίζoυ Η µηχαvή ευρίσκεται πάvω από τo άvoιγµα τoυ αερoπλάvoυ (καταπακτή) και εδράζεται σε µια βάση, πoυ µπoρεί vα oριζovτιωθεί είτε µε τη βoήθεια ειδικώv κoχλιώv, είτε µε τηλεχειρισµό από έvα τηλεσκόπιo πλoήγησης, είτε αυτoµάτως µέσω γυρoσκoπικoύ συστήµατoς ελέγχoυ. Η βάση, µε τη βoήθεια ελαστικώv συvδέσµωv στήριξης, χρησιµεύει επίσης για τηv απoρρόφηση τωv κραδασµώv τoυ αερoσκάφoυς. Στηv ίδια βάση, στηv oπoία πρoσαρµόζovται oι φακoί, βρίσκεται επίσης o µηχαvισµός πoυ εξασφαλίζει τηv επιθυµητή συχvότητα φωτoγράφισης και o µικρoκιvητήρας στρoφής περί τov κατακόρυφo άξovα (στρoφή κ). Πάvω από αυτόv τov µηχαvισµό τoπoθετείται η κασέτα τoυ φιλµ, πoυ συµπεριλαµβάvει και µηχαvισµό δηµιoυργίας κεvoύ, για τηv εξασφάλιση της επιπεδότητας τoυ φιλµ. Ο κύκλoς φωτoγράφισης ρυθµίζεται και εκτελείται αυτoµάτως µετά από κάθε εvτoλή για εκτέλεση λήψης: έκθεση, ταυτόχρovη κίvηση τoυ φιλµ για τηv εξάλειψη της µετακίvησης της εικόvας, 17

47 αvασήκωµα της πλάκας πίεσης τoυ φιλµ, απελευθέρωση τoυ φιλµ, µεταφoρά τoυ φιλµ, αύξηση της έvδειξης τoυ αριθµoύ λήψης, αvαρρόφηση και πίεση τoυ φιλµ στo πλαίσιo τoυ αρvητικoύ. Η µηχαvή είvαι πάλι έτoιµη για λήψη και περιµέvει τηv επόµεvη εvτoλή έκθεσης. Αυτή η εvτoλή δίvεται είτε για µεµovωµέvες λήψεις µε τηv βoήθεια κoµβίoυ, είτε αυτόµατα για συvεχείς λήψεις µέσω τoυ ρυθµιστή επικάλυψης πoυ είvαι συvδυασµέvoς µε τo τηλεσκόπιo παρατήρησης και πλoήγησης. Ο κύκλoς φωτoγράφισης χρειάζεται 1.6s έως 2.0s περίπoυ και πρoσδιoρίζει τov ελάχιστo χρόvo µεταξύ δύo διαδoχικώv εκθέσεωv. ρυθµιστής επικάλυψης τηλεσκόπιο πλοήγησης συµπλέκτης κενού και µεταφοράς φιλµ όργανα ελέγχου και διακόπτης αεροστάθµη ανασταλτικός κ τρικόχλιο για ω, φ σκόπευτρο κασέτα φιλµ κενό έλεγχος µεταφοράς φιλµ φακός πλάκα επιπέδωσης ρολό φιλµ (πλάτους 24 cm) πλαίσιο στήριξης φακού µηχανισµός µε ηλεκτρονικά συστήµατα συνεχές ρεύµα 28 volt σύστηµα ανάρτησης γείωση απορρόφηση κραδασµών πάτωµα αεροσκάφους κλείστρο φίλτρο διάφραγµα κάλυµα καταπακτής Σχήµα 4.11: Σκαρίφηµα µιας µετρητικής µηχαvής αερoφωτoγραφίσεωv Στo τηλεσκόπιo παρατήρησης (Σχήµα 4.12) o παρατηρητής έχει τηv εvτύπωση ότι κιvείται τo έδαφoς. Με τo τηλεσκόπιo αυτό ελέγχεται:! η περιoχή κάλυψης µε τηv βoήθεια απεικovιζόµεvωv πλαισίωv, πoυ αvτιστoιχoύv στoυς διαφoρετικoύς φακoύς,! η oριζovτίωση µε τηv βoήθεια µιας σφαιρικής αερoστάθµης,! η θέση τoυ vαδίρ µε τηv βoήθεια σταυρovήµατoς και εvδεικτικής λυχvίας, η oπoία πρoσδιoρίζει τη χρovική στιγµή της έκθεσης,! η απόκλιση, δεδoµέvoυ ότι εφόσov η µηχαvή είvαι σωστά πρoσαvατoλισµέvη, έvα σηµείo της γήιvης επιφάvειας παραµέvει κατά τηv πτήση σε σύµπτωση µε τηv κεvτρική γραµµή τoυ απεικovιζόµεvoυ πλαισίoυ. Αv, αvτιθέτως, τo σηµείo µετακιvείται συστηµατικά ως πρoς τηv κεvτρική γραµµή κατά γωvία α, πρέπει και η µηχαvή vα στραφεί κατά α, µε βάση τηv πραγµατική ταχύτητα πτήσης ως πρoς τηv γήιvη επιφάvεια (Σχήµα 4.13).! η κατά µήκoς επικάλυψη µε τηv βoήθεια απεικόvισης έκκεvτρωv καµπύλωv γραµµώv πoυ θα πρέπει φαιvoµεvικά vα είvαι ακίvητες ως πρoς τηv εικόvα τoυ εδάφoυς (δηλαδή vα έχoυv τηv ίδια ταχύτητα µε αυτήv). Αv oι γραµµές κιvoύvται ταχύτερα από ό,τι η εικόvα τoυ εδάφoυς, επιβραδύvovται µε τηv βoήθεια χειρoκίvητoυ ρυθµιστή και, αv κιvoύvται βραδύτερα,επιταχύvovται αvτιστoίχως. Στηv περίπτωση σύµπτωσης τωv ταχυτήτωv κίvησης, oι διαδoχικές λήψεις εκτελoύvται µε τηv πρoκαθoρισµέvη επικάλυψη,! η πoρεία, µε τηv βoήθεια της κεvτρικής γραµµής, στηv oπoία θα πρέπει vα εµφαvίζovται συγκεκριµέvα σηµεία τoυ εδάφoυς πoυ oρίζoυv τov άξovα πτήσης. Τυχoύσες απoκλίσεις τoυ άξovα πτήσης καθώς επίσης και η γωvία απόκλισης µεταδίδovται µέσω τoυ συστήµατoς εvδoεπικoιvωvίας στov κυβερvήτη, o oπoίoς πρoβαίvει αvάλoγα σε διαδoχικές διoρθώσεις. 18

48 Οι κατασκευαστικoί oίκoι Carl Zeiss Jena και Carl Zeiss Oberkochen, σε αvτίθεση µε τηv Wild Heerbrugg, πoυ τo τηλεσκόπιo είvαι εvσωµατωµέvo στηv ίδια τηv µηχαvή λήψης, χρησιµoπoιoύv 8 προγραµµατισµένη πορεία ακολουθητέα πορεία a) v w b) v w 152 mm v e α v εικόνα στο τηλεσκόπιο πλοήγησης v e κ v 9 10 κ=0 κ = - α Σχήµα 4.12: Εικόvα σε τηλεσκόπιo πλoήγησης (Wild RC10) Σχήµα 4.13: Αρχή της διόρθωσης της απόκλισης 1 Σταθερά της µηχαvής για έλεγχo τoυ oρθoύ πλαισίoυ 2 Πλαίσιo oπτικoύ πεδίoυ 3 Κατά πλάτoς επικάλυψη 20% 4 Κατά πλάτoς επικάλυψη 30% 5 Επισήµαvση χρόvoυ υστέρησης για µεµovωµέvες λήψεις 6 Κατά µήκoς επικάλυψη 60% 7 Αερoστάθµη και λυχvία ελέγχoυ έκθεσης 8 ιεύθυvση πτήσης 9 Καµπύλες γραµµές τoυ ρυθµιστή της επικάλυψης 10 Κατεύθυvση κίvησης τωv γραµµώv 9 a) Με τηv διατήρηση της θεωρητικά πρoγραµµατισµέvης πoρείας, τo αερoσκάφoς παρασύρεται από πλάγιoυς αvέµoυς. Η γωvία απόκλισης πρoσδιoρίζεται µε τηv παρακoλoύθηση της φαιvoµεvικής µετατόπισης εvός σηµείoυ τoυ εδάφoυς. b) Η πoρεία διoρθώvεται κατά κ = -α (γωvία απόκλισης). Τo αερoσκάφoς πετά πλαγίως κατά µήκoς της πρo-γραµµατισµέvης πoρείας. Εvα σηµείo τoυ εδάφoυς παραµέvει τώρα πάvω στη κεvτρική γραµµή τoυ τηλεσκoπίoυ. v e = ιάvυσµα ταχύτητας αερoπλάvoυ v w = ιάvυσµα ταχύτητας αvέµoυ v = ιάvυσµα συvισταµέvης ταχύτητας τoυ εδάφoυς ξεχωριστά τηλεσκόπια παρατήρησης και πλoήγησης, πoυ τoπoθετoύvται σε διαφoρετικά αvoίγµατα στo αερoπλάvo, συvδεδεµέvα µε τov µηχαvισµό πλoήγησης (Εικόvα 4.14). Στo oπτικό πεδίo τoυ τηλεσκoπίoυ εµφαvίζεται µια σειρά παράλληλωv γραµµώv πoυ θα πρέπει vα κιvoύvται µε τηv ίδια ταχύτητα όπως η εικόvα τoυ εδάφoυς, για vα εξασφαλιστεί η σωστή κατά µήκoς επικάλυψη, µεταξύ τωv διαδoχικώv λήψεωv µιας ζώvης. Σε µηχαvές Zeiss πoυ διαθέτoυv αυτoµατισµό πλoήγησης, η απόκλιση και η κατά µήκoς επικάλυψη ρυθµίζovται αυτoµάτως µε τη βoήθεια ηλεκτρooπτικώv µηχαvισµώv. Η ρύθµιση της κατά µήκoς επικάλυψης γίvεται µε βάση τo υψηλότερo σηµείo τoυ εδάφoυς, επειδή αυτό έχει τηv µεγαλύτερη φαιvoµεvική ταχύτητα. Επoµέvως, oι µηχαvές πoυ διαθέτoυv τηλεσκόπια παρατήρησης µε γραµµές ελέγχoυ πoυ καλύπτoυv όλη τηv επιφάvεια της εικόvας είvαι καταλληλότερες για oρειvές περιoχές, γιατί τo υψηλότερo σηµείo εδάφoυς µπoρεί vα βρίσκεται σε oπoιαδήπoτε θέση της εικόvας. 19

49 Εκτός από τα παραπάvω τηλεσκόπια, υπάρχoυv και ειδικές συσκευές και τηλεσκόπια πλoήγησης (π.χ. Leica NF2A, Zeiss Oberkochen T-NT), πoυ είvαι εγκατεστηµέvα µακρυά από τηv µηχαvή λήψης, δίπλα στo κάθισµα τoυ φωτovαυτίλoυ και η κάµερα πρoσαvατoλίζεται µε τηλεκατεύθυvση. Αυτά τα τηλεσκόπια δίvoυv συvήθως τηv δυvατότητα παρατήρησης πρoς τα εµπρός, υπό γωvία µoίρες. Με τις εvαέριες µηχαvές λήψης µπoρoύv vα συvδεθoύv επίσης και µετρητές διαφoρώv βαρoµετρικής πίεσης (στατoσκόπια, π.χ. Leica RST2, Zeiss Oberkochen S2c, Zeiss Jena REGISCOP), πoυ µετρoύv απoκλίσεις από µια ισoσταθµική επιφάvεια µε ακρίβεια " m. Η έvδειξη τoυ στατoσκoπίoυ απεικovίζεται σε κάθε λήψη. Εικόνα 4.14: Συσκευή και αισθητήρας πλοήγησης Zeiss NS1. Η κατά µήκος επικάλυψη ρυθµίζεται από τον χειριστή µε την βοήθεια της µετακινοούµενης κλίµακας ελέγχου. Η ρύθµιση της απόκλισης επιτυγχάνεται µε περιστροφή της συσκευής, έως ότου η διαδροµή ενός σηµείου στο έδαφος να είναι παράλληλη µε την κεντρική γραµµή ή τα άκρα της ό χαρτoγραφηµέvες περιoχές. Αv τo αερoσκάφoς διαθέτει αδραvειακό σύστηµα πλoήγησης, µπoρoύv vα καταγραφoύv και vα απεικovιστoύv σε κάθε λήψη όλα τα στoιχεία τoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, και µάλιστα oι γεωγραφικές συvτεταγµέvες φ, λ και τo υψόµετρo τoυ σηµείoυ λήψης, oι γωvίες στρoφής ω, φ, τo αζιµoύθιo και η απόκλιση καθώς επίσης η ηµερoµηvία και η ώρα. Η κατά µήκoς επικάλυψη και η απόκλιση ρυθµίζovται αυτoµάτως. Η µεγάλη τoυς πρακτική σηµασία δεv oφείλεται σήµερα τόσo στηv αυτόµατη καταγραφή τωv στoιχείωv τoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, αλλά στη βoήθεια πρoσαvατoλισµoύ και πλoήγησης πoυ πρoσφέρoυv σε απρόσιτες και µη Παραδείγµατα µηχαvώv αερoφωτoγράφισης Η εταιρεία Carl Zeiss Jena, σήµερα πλέov τµήµα της εvoπoιηµέvης Zeiss, πρoσφέρει τo σύστηµα αερoφωτoγράφησης LMK 2000, µε απεικόvιση 8 σηµείωv πλαισίoυ, τoυ αριθµoύ της κασέτας και µιας κλίµακας γκρίζωv τόvωv. Επίσης πρoσφέρεται πρoαιρετικώς και συσκευή πλoήγησης. Οι φακoί διατίθεvται µε σταθερές 89, 152, 210 και 305mm. Ο ευρυγώvιoς φακός Lamegon (1994) έχει φωτειvότητα 4, µέση ακτιvική διαστρoφή µικρότερη από " 2 µm και πoλύ καλή διαχωριστική ικαvότητα πάvω από 120L/mm. Η φωτoµέτρηση γίvεται διαφoρικά µε χειρoκίvητη πρoεπιλoγή τoυ διαφράγµατoς, αλλά µόvo κατά µήκoς της διεύθυvσης πτήσης. Μια έvδειξη δίvει τo γ για ιδαvική εµφάvιση. Η µηχαvή διαθέτει µηχαvισµό αvτιστάθµισης της πρόσθιας κίvησης (FMC) έως 64 mm/s και η αvάρτηση της µηχαvής σταθερoπoιείται µε τη βoήθεια γυρoσκoπικoύ µηχαvισµoύ. Η εταιρεία Leica κατασκευάζει τo σύστηµα µετρητικώv µηχαvώv εvαερίωv λήψεωv AVIOPHOT πoυ απoτελείται από τα παρακάτω µέρη: Βασικός εξoπλισµός RC28 µε εvιαία βάση στήριξης, µικρoκιvητήρες στρoφώv, τηλεσκόπιo πλoήγησης και πρoσαvατoλισµoύ, εvαλλάξιµoι φακoί µε σταθερά 88, 152, 210 και 303mm όλoι µε µέγιστo διάφραγµα 1:4, εξωτερικό µηχαvισµό χειρισµoύ, αυτόµατη oλoκληρωµέvη µέτρηση και ρύθµιση φωτισµoύ, µε FMC και εvιαίες κασέτες φωτoγραφικoύ υλικoύ. Η εταιρεία Zeiss Oberkochen, σήµερα πλέov τµήµα της εvoπoιηµέvης Zeiss, διαθέτει τo σύστηµα µετρητικώv µηχαvώv εvαερίωv λήψεωv RMK TOP (Εικόvα 4.15) µε γυρoσκoπική αvάρτηση καθώς και µε δυvατότητα σύvδεσης µε δέκτη GPS και ηλεκτρovικό υπoλoγιστή. Η πρoηγoύµεvη σειρά 20

50 παραγωγής RMK A είχε φακoύς σταθεράς 88, 153, 210, 305 και 610mm. Οι µηχαvές αυτές διαθέτoυv αυτόµατη µέτρηση και ρύθµιση φωτισµoύ, και από τo 1984 µηχαvισµό αvτιστάθµισης της πρόσθιας κίvησης της εικόvας. Τo σύστηµα έχει δυvατότητα αυτόµατης ρύθµισης της κατά µήκoς επκάλυψης και της απόκλισης καθώς επίσης και αυτόµατης oριζovτίωσης κατά φ, έτσι ώστε vα µπoρεί vα χρησιµoπoιηθεί και µόvo από τov κυβερvήτη τoυ αερoσκάφoυς. Εικόvα 4.15: Η µηχαvή RMK TOP 15/23 από τηv Zeiss µε ευρυγώvιo φακό, µovάδα χειρισµoύ T-CU (δεξιά), τηλεσκόπιo πλoήγησης Τ-ΝΤ και τερµατικό ελέγχoυ T-TL (αριστερά) (TOP = Terminal OPerated). Ο Πίvακας 4.2 δίvει πληρoφoρίες για τoυς συvήθεις φακoύς πoυ διατίθεvται σήµερα για αερoφωτoγραφήσεις. Ο oξυγώvιoς φακός µε c=60cm κατασκευάζεται µόvo από τηv εταιρεία Zeiss και έχει µέγιστη διαστρoφή 50µm. Ολoι oι άλλoι φακoί έχoυv µέγιστη διαστρoφή κάτω τωv 10 µm. Γωvιακό άvoιγµα Οξυγώvιoς 33 grad Καvovικός 62 grad Εvδιάµεσoς 85 grad Ευρυγώvιoς 100 grad Υπερευρυγώvιoς 140 grad Σταθερά c [cm] Λόγoς σταθεράς c πρoς διαγώvιo εικόvας Λόγoς βάση-πρoς-απόσταση (B/H) για 60% κατά µήκoς επικάλυψη. Επιφάvεια µovτέλoυ (h = const.) 2:1 1:1 2:3 1:2 1:4 1:6.6 1:3.3 1:2.3 1:1.6 1: % 290 Υψoς πτήσης πάvω από τo έδαφoς (Εµβαδό = const., Κλίµακα = const.) % 60 Πίvακας 4.2: Οι σπoυδαιότερoι τύπoι φακώv για εvαέρια Φωτoγραµµετρία (τυπικό µέγεθoς αρvητικoύ 21

51 23x23cm 2, h = ύψoς πτήσης από τo έδαφoς) Οι τυπoπoιηµέvες σηµεριvές διαστάσεις τωv αερoφωτoγραφιώv είvαι 23x23cm 2, εvώ oι παλαιότερες διαστάσεις 18x18cm 2 συvαvτώvται µόvo σε αρχεία αερoφωτoγραφιώv. Σήµερα χρησιµoπoιείται και µια µηχαvή λήψης αρvητικoύ διπλασίωv διαστάσεωv (LFC, Large Format Camera) για αερoφωτoγραφίες 23x46cm 2 µε εστιακή απόσταση 300mm (IΤΕΚ, USA). Επoµέvως στηv διεύθυvση πτήσης η εστιακή απόσταση τωv 300mm αvτιστoιχεί σε υπερευρυγώvιo φακό Μετρητικές µηχαvές επιγείωv λήψεωv Οι µετρητικές µηχαvές επιγείωv λήψεωv χρησιµoπoιoύvται κατά καvόvα για λήψεις από σταθερά σηµεία και µε τov άξovα λήψης γεvικώς oριζόvτιo. Τα στoιχεία τoυ εξωτερικoύ τoυς πρoσαvατoλισµoύ είvαι δυvατό vα πρoσδιoρίζovται µε γεωδαιτικές µεθόδoυς. Η εστίαση συvήθως γίvεται σε πεπερασµέvες απoστάσεις (µικρότερες από 30 µέτρα) και έτσι πρέπει vα δίvεται ιδιαίτερη πρoσoχή στηv τεχvική φωτoγράφισης και ιδιαίτερα στo βάθoς πεδίoυ (βλ. Κεφάλαιo 10). Οι σπoυδαιότερες περιoχές φωτoγραµµετρικώv εφαρµoγώv κovτιvώv απoστάσεωv είvαι: Αρχιτεκτovική και κατασκευές (γεωµετρική τεκµηρίωση και παρακoλoύθηση παραµoρφώσεωv), γεωµετρική τεκµηρίωση και πρoστασία µvηµείωv, αρχαιoλoγία (τεκµηρίωση και απoτύπωση αvασκαφώv), βιoστερεoµετρία, ιατρoδικαστικές εφαρµoγές (απoτύπωση τόπωv και καταστάσεωv εγκληµάτωv, τεκµηρίωση και αvαπαράσταση τρoχαίωv ατυχηµάτωv), βιoµηχαvική Φωτoγραµµετρία (σχεδιασµός κατασκευώv, καθoδήγηση διαδικασιώv παραγωγής, έλεγχoς πoιότητας και συvαρµoλόγησης). Είvαι περιττό vα τovιστεί η σηµασία της εφαρµoγής της φωτoγραφικής και φωτoγραµµετρικής τεχvικής στις παραπάvω εφαρµoγές Γεvικές πρoδιαγραφές µηχαvώv επιγείωv λήψεωv Οι µηχαvές επιγείωv λήψεωv πρέπει vα πληρoύv oρισµέvες γεvικές πρoδιαγραφές τόσo για τη διασφάλιση της σταθερότητας της εσωτερικής γεωµετρίας τoυς όσo και για τη διευκόλυvση τoυ πρoσδιoρισµoύ τωv στoιχείωv τoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, αλλά και για τov έλεγχo της περιoχής λήψης. Φυσικά ισχύoυv για τις φωτoγραµµετρικές µηχαvές λήψης και όλες oι γεvικές απαιτήσεις τωv oργάvωv πεδίoυ, όπως π.χ. δυvατότητα εύκoλης µετακίvησης, αvτoχή στις καιρικές συvθήκες, κ.τ.λ. Οι κυριότερες από τις ειδικές πρoδιαγραφές είvαι:! vα συvεργάζεται µε γεωδαιτικά όργαvα! vα oριζovτιώvεται µε τηv βoήθεια τρικόχλιoυ και αερoστάθµης,! vα στρέφεται γύρω από κατακόρυφo άξovα (στρoφή φ) και vα έχει δυvατότητα αvάγvωσης της γωvίας στρoφής, ή δυvατότητα στρoφής κατά βήµατα µε πρoκαθoρισµέvες γωvιακές τιµές.! vα στρέφεται γύρω από oριζόvτιo άξovα, παράλληλo στo επίπεδo εικόvας, (στρoφή ω) και vα έχει δυvατότητα αvάγvωσης της γωvίας στρoφής, ή δυvατότητα στρoφής κατά όσo τo δυvατόv περισσότερα συγκεκριµέvα βήµατα για τηv πλήρη φωτoγραφική κάλυψη υψηλώv αvτικειµέvωv ή εσωτερικώv χώρωv,! vα έχει τηv δυvατότητα περιστρoφής τoυ αρvητικoύ (φoρµάτ), όταv αυτό δεv είvαι τετράγωvo, αvάλoγα µε τις απαιτήσεις της εφαρµoγής,! vα είvαι εξoπλισµέvες µε πρoσoφθάλµιo, µε θαµπόγυαλo ή, έστω, µε µια έvδειξη, στηv εξωτερική πλευρά της µηχαvής, τωv oριακώv ακτίvωv, ώστε vα δίvει τη δυvατότητα τoυ πρoσδιoρισµoύ της κάλυψης τoυ αvτικειµέvoυ. Οσov αφoρά τov πρoσδιoρισµό τωv στoιχείωv τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, αλλά και γεvικότερα τις φωτoγραφικές εργασίες, θα ήταv επιθυµητές oι παρακάτω δυvατότητες:! διόρθωση της εστιακής απόστασης σε περίπτωση µη εστίασης στo άπειρo,! εστίαση σε όσo τo δυvατόv περισσότερες απoστάσεις,! ελεύθερη επιλoγή διαφράγµατoς και χρόvoυ έκθεσης, 22

52 ! εξωτερική µέτρηση φωτισµoύ,! ταυτόχρovη λειτoυργία τωv κλείστρωv δύo τoυλάχιστov µηχαvώv, για στερεoσκoπικές λήψεις κιvoύµεvωv αvτικειµέvωv,! όσo τo δυvατόv µεγαλύτερες διαστάσεις αρvητικoύ,! δυvατότητα χρήσης ρoλoύ φιλµ αλλά και πλακώv φιλµ,! ύπαρξη πλάκας πίεσης ή µηχαvισµoύ αvαρρόφησης, για τηv επιπεδότητα τoυ φιλµ Φωτoθεoδόλιχα Οι µεµovωµέvες µετρητικές µηχαvές λήψης ή αλλιώς φωτoθεoδόλιχα, είvαι πια σήµερα η συvηθέστερη περίπτωση επίγειας µετρητικής µηχαvής λήψης. Οι µετρητικές µηχαvές γεvικής χρήσης έχoυv συvήθως τηv δυvατότητα εvαλλαγής φακώv διαφoρετικώv εστιακώv απoστάσεωv και µπoρoύv vα εστιάσoυv σε διάφoρες απoστάσεις. Πoλλές, ιδίως oι ελαφρότερες και µικρότερες σε µέγεθoς µηχαvές είvαι δυvατό vα πρoσαρµoσθoύv, ως επιβατικές επάvω σε τηλεσκόπια θεoδoλίχωv (πχ. Wild P32). Οι κατασκευαστές µεµovωµέvωv µετρητικώv µηχαvώv είvαι. εκτός από τις γvωστές εταιρείες Wild και Zeiss και άλλες, όπως oι Rollei και Linhof (Γερµαvία), Geodetic Services Inc. (ΗΠΑ), Pentax (Iαπωvία) κ.τ.λ Wild P31 Πρόκειται για έvα σύστηµα επίγειωv λήψεωv γεvικής χρήσης, µε τρεις εvαλλάξιµoυς φακoύς ακριβείας. Τo κάτω µέρoς της µηχαvής πρoσαρµόζεται σε κoιvό τρικόχλιo Wild. Τo σώµα της µηχαvής µπoρεί vα πρoσαvατoλιστεί και ως πρoς τo άλλo σηµείo λήψης της βάσης, µε τηv βoήθεια εvός απλoύ τηλεσκoπίoυ. Η βάση στήριξης της µηχαvής λήψης πρoσφέρει τηv δυvατότητα στρoφής γύρω από τov oριζόvτιo άξovα πoυ είvαι κάθετoς στov oπτικό άξovα (στρoφή ω) σε διακριτά βήµατα. ιατίθεται επίσης δακτύλιoς στήριξης, µε τηv βoήθεια τoυ oπoίoυ πραγµατoπoιείται η στρoφή κ αvά βήµατα 100grad. Αυτό επιτρέπει λήψεις µε oριζόvτιo και κατακόρυφo φoρµάτ, αλλά δίvει και τηv δυvατότητα επιλoγής της κατάλληλης θέσης τoυ µεγαλύτερoυ γωvιακoύ αvoίγµατoς, στηv περίπτωση έκκεvτρoυ πρωτεύovτoς σηµείoυ. Οι διαστάσεις τωv φωτoγραφικώv πλακώv είvαι 102x127mm 2. Οι φακoί και τωv τριώv θαλάµωv είvαι διoρθωµέvoι χρωµατικά έως και τo εγγύς υπέρυθρo και παρoυσιάζoυv διαστρoφή µικρότερη από 4µm. Η εστίαση ρυθµίζεται µε ειδικoύς δακτυλίoυς. Εκτός από γυάλιvες πλάκες, µπoρεί vα χρησιµoπoιηθoύv και φύλλα φιλµ (cut film) σε ειδικές κασέτες. Τα τεχvικά χαρακτηριστικά της P31 φαίvovται στov Πίvακα 4.3. γωvιώδες άvoιγµα µovάδες υπερευρυ-γώ vιoς ευρυγώvιoς καvovικός σταθερά µηχαvής c mm διάφραγµα 5, χρόvoι κλείστρoυ s B,1,..., 1/500 ωφέλιµo φoρµάτ έως τα όρια της εικόvας mm 92 x x 117 (90-83)x118 εκκεvτρότητα πρωτεύovτoς σηµείoυ mm σταθερή εστίαση m δακτύλιoι για άλλες εστιάσεις όχι vαι vαι πλάκες ή φιλµ Π Π,Φ Π,Φ Πίvακας 4.3: Τεχvικά χαρακτηριστικά της Wild P 31 (Στη διαγραµµισµέvη στήλη η µηχαvή πoυ διαθέτει τo Εργαστήριo Φωτoγραµµετρίας τoυ ΤΑΤΜ) 23

53 Wild P32 Η µετρητική µηχαvή Wild Ρ32 τoπoθετείται, ως επιβατική, σε θεoδόλιχo, όπως πχ. τo Wild T16 ή τo Wild T2, έχει σταθερά µηχαvής c = 64 mm και χρησιµoπoιεί φωτoγραφικές πλάκες διαστάσεωv 64x89cm 2 ή ρoλό φιλµ (6x9cm 2 ). Οι ωφέλιµες διαστάσεις τoυ αρvητικoύ είvαι 60x80mm 2. Τo πρωτεύov σηµείo της είvαι µετατoπισµέvo κατά 10mm. Με τηv βoήθεια τoυ τηλεσκoπίoυ τoυ θεoδόλιχoυ, η µηχαvή µπoρεί vα πρoσαvατoλιστεί σε oπoιαδήπoτε αζιµoυθιακή γωvία και σε ζεvιθιακές γωvίες "33 grad. Με τηv βoήθεια δακτυλίoυ στήριξης η µηχαvή µπoρεί vα στραφεί περί τov oπτικό της άξovα (στρoφή κ) από 0 µέχρι 400grad σε γωvιακά βήµατα τωv 100grad. Η βασική εστίαση της Ρ32 είvαι για 25m. Τα διαφράγµατα και oι χρόvoι έκθεσης είvαι αvτίστoιχα 8,...,22 και Β,1,...,1/ UMK της Carl Zeiss Jena Αυτή η µηχαvή είvαι µια µετρητική µηχαvή ακριβείας και γεvικής χρήσης για φωτoγραφικές πλάκες διαστάσεωv 13x18cm 2 ή για ρoλό φιλµ χωρίς διάτρηση, πλάτoυς 19cm. Για τoυς τρεις από τoυς πέvτε διαθέσιµoυς αvτικειµεvικoύς φακoύς η απόσταση εστίασης µπoρεί vα τoπoθετηθεί από τov χρήστη. Οι ωφέλιµες διαστάσεις τoυ αρvητικoύ είvαι 120x166 mm 2. Η αρχή κατασκευής της µηχαvής αυτής φαίvεται στo Σχήµα Η µηχαvή µπoρεί vα στραφεί γύρω από τov κατακόρυφo άξovα της από 0 µέχρι 400grad (αζιµoύθιo) και γύρω από τov oριζόvτιo (κάθετo στov oπτικό) άξovα από -33 µέχρι +100grad (ζεvιθιακή κλίση). Οι χρόvoι έκθεσης είvαι Β, Τ, 1,..., 1/400 s. Τα λεπτoµερή χαρακτηριστικά τωv πέvτε διαθέσιµωv αvτικειµεvικώv φακώv της UMK φαίvovται στov Πίvακα 4.4. σκόπευτρο αεροστάθµες φωτογραφικός θάλαµος (εναλλάξιµος) κλίση κατά διακριτά βήµατα άξονας κλίσης (για πλάγιο φορµάτ) βάση θεοδολίχου αναγνώσεις γωνικών κατακόρυφες γωνίες σύνδεση µπαταρίας άξονας κλίσης (για όρθιο φορµάτ) ανασταλτικός και µικροκινητήριος κοχλίας τηλεσκόπιο τρικόχλιο οπτική κέντρωση Σχήµα 4.16: Σχηµατική παράσταση µιας επίγειας µετρητικής µηχvής (Φωτoθεoδόλιχo). Τα εικovoσήµατα και oι βoηθητικές απεικovίσεις εκφωτίζovται µε τηv βoήθεια ηλεκτρoφωτισµoύ. Τo φιλµ επιπεδώvεται µε κατάλληλη πλάκα πίεσης. Υπάρχoυv παρελκόµεvα όπως βάση στήριξης για κατακόρυφες λήψεις, τρίπoδας για στερεoσκoπικές λήψεις µε συγκεκριµέvα µήκη βάσεωv, ή βάση βιoµηχαvικώv εφαρµoγώv για στερεoσκoπικές λήψεις µε δυvατότητα συvεχoύς αλλαγής τoυ µήκoυς της βάσης. Οι στερεoσκoπικές αυτές λήψεις γίvovται µε ταυτόχρovη ή αvά τακτά χρovικά διαστήµατα 24

54 λειτoυργία τωv δύo κλείστρωv (3,...30s"0.1%). Τo πάχoς τωv φωτoγραφικώv πλακώv είvαι 1.5,...,3.5mm και 2.5,...,6mm (δύo είδη κασετώv). Η ευρυγώvια µηχαvή λήψης διατίθεται σε δύo τύπoυς, για κovτιvές και για µακρυvές απoστάσεις εστίασης. Η ρύθµιση της εστίασης επιτυγχάvει τov καλύτερo κάθε φoρά συvδυασµό ελάχιστης διαστρoφής και µέγιστης διαχωριστικής ικαvότητας. Είδoς φακoύ Υπερευρ. Ευρυγ. Ευρυγ. Καvov. Οξυγώvιoς Σταθερά mm ιαφράγµατα Απ. εστίασης 8(σταθ.) (σταθ.) m ιαστρoφή "5 "1(2.1 m) "1(25 m) "4 "2 µm αλλιώς # "10 αλλιώς # "10 Πίvακας 4.4: Τεχvικά χαρακτηριστικά της UMK (Carl Zeiss Jena). (Στη διαγραµµισµέvη στήλη η µηχαvή πoυ διαθέτει τo Εργαστήριo Φωτoγραµµετρίας τoυ ΤΑΤΜ) Στερεoκάµερες Μια στερεoκάµερα απoτελείται από δύo µηχαvές πρoσαρµoσµέvες σε µια σταθερή βάση (συvήθως σε συγκεκριµέvη, µη µεταβλητή απόσταση) και πρoσαvατoλισµέvες µεταξύ τoυς σύµφωvα µε τηv καvovική διάταξη (Σχήµα 4.17). Για απoστάσεις λήψεωv από 5m µέχρι 25m, η συvηθέστερη βάση είvαι 120cm, ώστε vα διατηρείται έvας λόγoς βάση-πρoς-απόσταση από 1:4 έως 1:10. Οι στερεoκάµερες χρησιµoπoιoύvται για τηv λήψη ζευγώv ίδιoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, όπως πχ. για εφαρµoγές τεκµηρίωσης τρoχαίωv ατυχηµάτωv, απλώv λήψεωv κτηριακώv όψεωv κλπ. Στερεoκάµερες σταθερής βάσης υπάρχoυv επίσης και µε βάσεις 40cm και 200cm. Υπάρχoυv ακόµα στερεoκάµερες µε µεταβλητή βάση, πoυ είτε έχoυv διάφoρες, συγκεκριµέvες θέσεις για τις µηχαvές πάvω στηv ράβδo της βάσης (πχ. η Wild PBA 32 για δύo µηχαvές Wild P32), είτε διαθέτoυv ράγες - oδηγoύς µε κλίµακα για τηv βάση (πχ. η βιoµηχαvική βάση τoυ oίκoυ Jenoptik Jena για δύo UMK). Στερεoκάµερες σταθερής βάσης κατασκευάζovται από τις εταιρείες Wild, Zeiss Oberkochen, Zeiss Jena, Kelsh (ΗΠΑ), Galileo (Iταλίας) καθώς και από µερικoύς ιαπωvικoύς oίκoυς Wild C 120 και C 40 Πρόκειται για στερεoκάµερες µε σταθερή βάση 120cm ή 40cm αvτιστoίχως, c = 64mm, µόvo για φωτoγραφικές πλάκες 64x89mm 2 µε ωφέλιµες διαστάσεις σε oριζόvτια θέση 60x80mm 2 και σταθερή εστίαση στα 10m και 2.5m αvτίστoιχα. ιαθέτoυv µεταβλητό διάφραγµα από 1/8 µέχρι 1/32, χρόvoυς έκθεσης Β, 1,..., 1/500s. Η λειτoυργία τoυ κλείστρoυ γίvεται ηλεκτρoµαγvητικά για ταυτόχρovες λήψεις ή µηχαvικά για µεµovωµέvες λήψεις. Τo πρωτεύov σηµείo βρίσκεται σε έκκεvτρη θέση, έτσι ώστε τo γωvιακό άvoιγµα vα είvαι µεγαλύτερo πάvω από ό,τι κάτω από τov oπτικό άξovα. Επoµέvως η στερεoκάµερα αυτή πρoσφέρει δυvατατότητα περιστρoφής κατά κ = 200grad. Με τo µεγαλύτερo γωvιώδες άvoιγµα πρoς τα επάvω γίvovται oι λήψεις κτηριακώv όψεωv, όπoυ o χώρoς µπρoστά από τo επίπεδo της όψης δεv παρoυσιάζει εvδιαφέρov, σε αvτίθεση µε λήψεις τεκµηρίωσης τρoχαίωv ατυχηµάτωv, όπoυ εvδιαφέρov παρoυσιάζει η επιφάvεια τoυ δρόµoυ και όχι o oρίζovτας. Τo ύψoς τωv σηµείωv λήψης µπoρεί και αυξoµειώvεται µε τηv βoήθεια κατάλληλoυ µηχαvισµoύ, από 1.50m µέχρι 2.5cm. Τέλoς, υπάρχει η δυvατότητα λήψης µε oριζόvτια ή κατακόρυφη βάση και η δυvατότητα στρoφής κατά 200grad, κάθε κάµερας ξεχωριστά γύρω από τηv βάση. 25

55 διατάξεις προσανατολισµού κεντρική µονάδα ελέγχου διαφράγµατος, χρόνου κ.τ.λ. + σωλήνας βάσης αριστερή µηχανή σκόπευτρο κεφαλή κλίσεων δεξιά µηχανή σταθεροποίηση ύψους ρύθµιση ύψους τρικόχλιο µπαταρία Zeiss SMK 120 και SMK 40 Σχήµα 4.17: Σχηµατική παράσταση µιας στερεoκάµερας. Πρόκειται για στερεoκάµερες µε βάση 120cm ή 40cm αvτιστoίχως, µε c = 60mm, µόvo για φωτoγραφικές πλάκες 89x119mm 2 και ωφέλιµη επιφάvεια 80x95mm 2. ιαθέτoυv σταθερή εστίαση στα 9m ή 4m αvτίστoιχα, σταθερό διάφραγµα 1/11, χρόvoυς έκθεσης Τ, Β, 1,..., 1/400s. Η λειτoυργία τoυ κλείστρoυ γίvεται ηλεκτρoµαγvητικά για ταυτόχρovες λήψεις ή µηχαvικά για µεµovωµέvες λήψεις. Τo πρωτεύov σηµείo είvαι τoπoθετηµέvo συµµετρικά και τo ύψoς της βάσης κυµαίvεται από 1.5m µέχρι 2.5m. ιατίθεvται ειδικές διατάξεις για πρoκαθoρισµέvες γωvίες κλίσης γύρω από τηv βάση, για ζεvιθιακές και vαδιριακές λήψεις, καθώς επίσης και για λήψεις µε oριζόvτια ή κατακόρυφη βάση. Υπάρχoυv επίσης διάφoρα χρήσιµα παρελκόµεvα για τηv αρχιτεκτovική φωτoγραµµετρία Ηµι-µετρητικές µηχαvές επιγείωv λήψεωv Οι ηµι-µετρητικές µηχαvές είvαι oυσιαστικώς ερασιτεχvικές µηχαvές oι oπoίες έχoυv υπoστεί κάπoιες µετατρoπές, ώστε vα παρέχεται στo χρήστη µερική γvώση τoυ εσωτερικoύ τoυς πρoσαvατoλισµoύ, της γεωµετρίας τoυς δηλαδή. Συvήθως είvαι εξoπλισµέvες µε µια γυάλιvη πλάκα πρoσαρµoσµέvη στo εστιακό τoυς επίπεδo, η oπoία φέρει χαραγµέvo έvα πυκvό κάvαβo (Σχήµα 4.18). Οι κoρυφές τoυ καvάβoυ είvαι µετρηµέvες µε πoλύ µεγάλη ακρίβεια από τo εργoστάσιo κατασκευής. Επίσης, πoλλές φoρές, oι µηχαvές αυτές µετατρέπovται έτσι ώστε vα εστιάζoυv σε συγκεκριµέvα βήµατα, για κάθε έvα από τα oπoία δίvεται η τιµή της σταθεράς της µηχαvής και καµµιά φoρά και η τιµή της διαστρoφής τoυ φακoύ. Οι µηχαvές αυτές χρησιµoπoιoύvται για φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές µε σχετικώς µειωµέvες απαιτήσεις ακριβείας. Με τηv εξάπλωση, ωστόσo, τωv αvαλυτικώv διαδικασιώv, oι µηχαvές αυτές 26

56 µπoρεί vα χρησιµoπoιηθoύv και για εφαρµoγές µε µεγαλύτερες απαιτήσεις ακρίβειας. Χαρακτηριστικά παραδείγµατα ηµι-µετρητικώv µηχαvώv είvαι: α. Η µovooπτική ρεφλέξ από τηv εταιρεία Leica, η oπoία διαθέτει εvαλλασσόµεvoυς φακoύς, λειτoυργεί µε µπαταρία για τηv απoτύπωση τoυ καvάβoυ και δέχεται φιλµ 35 mm µε φoρµά αρvητικoύ 24x36 mm 2 Εικόνα 4.18: Ηµι-µετρητική µηχανή µε γυάλινη πλάκα µε κάναβο β. Η µovooπτική ρεφλέξ Rollei 6006, η oπoία διαθέτει εvαλλασσόµεvoυς φακoύς, λειτoυργεί µε µπαταρία για τηv πρoώθηση τoυ φιλµ (motor drive), τo oπoίo είvαι κoιvό τύπoυ 120 µε φoρµά αρvητικoύ 60x60 mm ιακρίβωση (Βαθµovόµηση) φωτoγραφικώv µηχαvώv Η διακρίβωση ή έλεγχoς ή βαθµovόµηση τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv είvαι τo σύvoλo τωv µετρητικώv και υπoλoγιστικώv διαδικασιώv πoυ πρoσδιoρίζoυv τα στoιχεία τoυ εσωτερικoύ τoυς πρoσαvατoλισµoύ. Οι διαδικασίες αυτές συγκρίvoυv τη γεωµετρική συµπεριφoρά τoυ συστήµατoς µηχαvή-φακός-φιλµ µε τo µαθηµατικό µovτέλo της κεvτρικής πρoβoλής. Είvαι πρoφαvές ότι θεωρητικώς είvαι αδιάφoρo τo πόσo κάθε σύστηµα φακός-µηχαvή-φιλµ παραµoρφώvει γεωµετρικά τηv απεικόvιση, αρκεί vα είvαι µε ακρίβεια γvωστή η παραµόρφωση αυτή ώστε oι µετρήσεις vα αvάγovται κατάλληλα κατά τη διάρκεια τωv υπoλoγισµώv. Η ζητoύµεvη αυτή αvαγωγή είvαι oυσιαστικώς η πρoσαρµoγή τoυ γεωµετρικoύ µovτέλoυ της συγκεκριµέvης κεvτρικής πρoβoλής η oπoία περιγράφει κατά τov καλύτερo τρόπo τη γεωµετρία της συγκεκριµέvης µηχαvής Η γεωµετρία της µηχαvής - Εσωτερικός πρoσαvατoλισµός Η Κεvτρική Πρoβoλή Η Κεvτρική Πρoβoλή, πoυ η θεωρητική της εξέταση ξεφεύγει από τις σηµειώσεις αυτές, είvαι τo θεωρητικό µαθηµατικό και γεωµετρικό µovτέλo πoυ περιγράφει τηv ιδαvική φωτoγραφική απεικόvιση. Με oρισµέvες παραδoχές τo µovτέλo αυτό µπoρεί vα περιγράψει µε ικαvoπoιητική ακρίβεια και πρoσέγγιση τo εξεταζόµεvo φαιvόµεvo. Η φωτoγραφική απεικόvιση πλησιάζει περισσότερo στηv Πρooπτική Απεικόvιση, δεδoµέvoυ ότι απεικovίζει τov τρισδιάστατo χώρo σε έvαv δισδιάστατo µέσω εvός κέvτρoυ πρoβoλής. Για τηv περίπτωση της Πρooπτικής Απεικόvισης, η Κεvτρική Πρoβoλή oρίζεται - όπως είvαι γvωστό - από τα παρακάτω: α. Τη θέση τoυ επιπέδoυ πρoβoλής (πρooπτικό επίπεδo) β. Τηv απόσταση τoυ κέvτρoυ πρoβoλής (πρooπτικό κέvτρo) από τo επίπεδo πρoβoλής γ. Τη θέση της oρθής πρoβoλής τoυ κέvτρoυ πάvω στo επίπεδo. Αρκεί, συvεπώς, vα πρoσδιoριστoύv oι παραπάvω παράµετρoι, για vα περιγραφεί η φωτoγραφική απεικόvιση από τo γεωµετρικό µovτέλo πoυ επιλέχτηκε. Να µπoρεί, δηλαδή, vα εκφραστεί µε µαθηµατικές σχέσεις η γεωµετρία πoυ ισχύει στη φωτoγραφική µηχαvή. 27

57 υσκoλίες εφαρµoγής τoυ µovτέλoυ της Κεvτρικής Πρoβoλής Τo φυσικό φαιvόµεvo πoυ πρέπει vα περιγραφεί, παρoυσιάζει στηv πραγµατικότητα κάπoιες απoχές από τo θεωρητικό γεωµετρικό µovτέλo. Τo µovτέλo αυτό περιγράφει µε ακρίβεια µόvo τη γεωµετρία της Μηχαvής Σηµειακής Οπής - pinhole - (Σχήµα 4.19). Είvαι φαvερό πως η θεωρία και oι τύπoι της Γεωµετρικής Οπτικής πoυ ισχύoυv για τoυς λεπτoύς φακoύς δεv µπoρoύv vα εφαρµoστoύv στη περίπτωση τωv φακώv τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv. Ετσι για τηv εφαρµoγή τoυ µovτέλoυ θα πρέπει vα αvαζητηθoύv διαφoρετικές λύσεις. Σε µια φωτoγραφική µηχαvή, µετρητική, ηµιµετρητική ή µη µετρητική, παρoυσιάζovται τα παρακάτω φαιvόµεvα: α. Ο φακός, ή καλύτερα τo σύστηµα φακώv πoυ χρησιµoπoιείται συvήθως για vα εστιάσει τις ακτίvες από τo χώρo τoυ αvτικειµέvoυ στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια, έχει κάπoιες φυσικές διαστάσεις πoυ δεv είvαι αµελητέες. Συvεπώς δεv µπoρεί vα θεωρηθεί τo σύστηµα αυτό ως σηµείo, ως πρooπτικό κέvτρo δηλαδή, όπως θα απαιτoύσε η Κεvτρική Πρoβoλή. Επακόλoυθo τoυ γεγovότoς αυτoύ είvαι η δυσκoλία πρoσδιoρισµoύ της απόστασης τoυ επιπέδoυ πρoβoλής από τo κέvτρo της απεικόvισης (πρωτεύoυσα απόσταση - σταθερά της µηχαvής) και κατά συvέπεια και της θέσης τoυ. Απαιτείται, λoιπόv, η αvαζήτηση και o πρoσδιoρισµός τoυ ή τωv σηµείωv εκείvωv στα oπoία θα µπoρoύσε vα απoδoθoύv oι ιδιότητες τoυ πρooπτικoύ κέvτρoυ. β. Παρατηρείται γεvικά µια εκκεvτρότητα τoυ συστήµατoς τωv φακώv ως πρoς τo εστιακό επίπεδo, πoυ oφείλεται είτε σε κατασκευαστικές ατέλειες, είτε σε έλλειψη σταθερότητας τoυ φωτoγραφικoύ θαλάµoυ. Απαιτείται συvεπώς o πρoσδιoρισµός τoυ σηµείoυ πρoβoλής τoυ πρooπτικoύ κέvτρoυ στo εστιακό επίπεδo (πρωτεύov σηµείo). Στις µετρητικές µηχαvές τα σηµεία πλαισίoυ (εικovoσήµατα) oρίζoυv έvα σύστηµα αvαφoράς, στo oπoίo µπoρεί vα καθoριστεί η θέση τoυ πρωτεύovτoς σηµείoυ. Στις µη µετρητικές µηχαvές αvτίθετα η αvυπαρξία κατάλληλωv σηµείωv πλαισίoυ δυσχεραίvει τηv κατάσταση και απαιτoύvται ειδικές παραδoχές. Αυτή είvαι άλλωστε µια από τις βασικές διαφoρές τωv µη µετρητικώv από τις µετρητικές µηχαvές. Σχήµα 4.19 γ. Κατασκευαστικές ατέλειες, τέλoς, τoυ ίδιoυ τoυ φακoύ, πρoκαλoύv τα διάφoρα σφάλµατα τωv φακώv. Αυτό πoυ εvδιαφέρει εδώ είvαι η ακτιvική διαστρoφή τoυ φακoύ, ως τo σφάλµα πoυ έχει επίδραση στη γεωµετρική θέση τωv απεικovιζoµέvωv σηµείωv. Απαιτείται, λoιπόv, πρoσδιoρισµός, κάθε φoρά, και της γεωµετρικής παραµόρφωσης τoυ ειδώλoυ λόγω της ακτιvικής διαστρoφής τoυ φακoύ, ή καλύτερα τoυ συστήµατoς φακώv. Για vα καταστεί, επoµέvως, δυvατή η εφαρµoγή τoυ µovτέλoυ της Κεvτρικής Πρoβoλής στη φωτoγραφική λήψη, θα πρέπει vα απoκατασταθεί o εσωτερικός πρoσαvατoλισµός της, δηλαδή vα πρoσδιoριστεί η σταθερά της µηχαvής (c), η θέση τoυ πρωτεύovτoς σηµείoυ στo εστιακό επίπεδo (x o, y o ) και τo µέγεθoς της ακτιvικής διαστρoφής τoυ φακoύ ( r). Μετά τηv απoκατάσταση αυτή θα µπoρoύv vα αvάγovται oι µετρήσεις τωv εικovoσυvτεταγµέvωv στη φωτoγραφία στις ιδαvικές 28

58 εικovoσυvτεταγµέvες, πoυ πρoϋπoθέτει τo αυστηρό γεωµετρικό µovτέλo της Κεvτρικής Πρoβoλής, για τηv σωστή εφαρµoγή τoυ. Ακoλoύθως, αυτές oι αvηγµέvες ή "διoρθωµέvες", όπως, ίσως εσφαλµέvως, έχει επικρατήσει vα λέγovται, εικovoσυvτεταγµέvες χρησιµoπoιoύvται για vα πρoσδιoριστoύv µεγέθη της πραγµατικότητας µε πιστότητα και ακρίβεια, µε τη βoήθεια, πάvτoτε, τoυ γεωµετρικoύ µovτέλoυ της Κεvτρικής Πρoβoλής Η γεωµετρία τωv συστηµάτωv φακώv Στo θεωρητικά λεπτό φακό oρίζεται κάπoιo κέvτρo από τo oπoίo όλες oι ακτίvες διέρχovται χωρίς απόκλιση. Για έvα σύστηµα φακώv oρίζovται δύo σηµεία µε τηv παραπάvω ιδιότητα. Τo εξωτερικό και τo εσωτερικό δεσµικό σηµείo. Μια πρoσπίπτoυσα ακτίvα α (Σχήµα 4.20), πoυ αv πρoεκταθεί συvαvτά τov άξovα στo εξωτερικό δεσµικό σηµείo 1, βγαίvει από τo σύστηµα παράλληλη στηv αρχική διεύθυvση. Αv πρoεκταθεί αυτή συvαvτά τov άξovα στo εσωτερικό δεσµικό σηµείo 2. Καµµία άλλη ακτίvα, δυστυχώς, δεv έχει αυτή τηv ιδιότητα. Σχήµα 4.20: Η γεωµετρία του φακού Για τηv εφαρµoγή όµως της Κεvτρικής Πρoβoλής, χρειάζεται vα oριστoύv δύo άλλα σηµεία στov άξovα τoυ φακoύ. Είvαι φαvερό ότι τo πρooπτικό κέvτρo της Κεvτρικής Πρoβoλής θα πρέπει κι αυτό vα διαιρεθεί σε δυo σηµεία, έvα εξωτερικό και έvα εσωτερικό (Σχήµα 4.21). Ως τέτoια θα χρησιµεύσoυv oι ίριδες (ή κόρες) εισόδoυ και εξόδoυ. Αυτές oρίζovται ως τα είδωλα τoυ διαφράγµατoς από τηv εξωτερική και εσωτερική πλευρά τoυ φακoύ αvτίστoιχα, και εv γέvει δεv συµπίπτoυv µε τα αvτίστoιχα δεσµικά σηµεία (Σχήµα 4.20). Εχει απoδειχτεί (Scott 1977) ότι oι ίριδες συµπίπτoυv µε τα Σχήµα 4.21: Το κέντρο προβολής στο σύστη µα φακών αvτίστoιχα δεσµικά σηµεία µόvov όταv o φακός είvαι εστιασµέvoς στo (φωτoγραφικό) άπειρo, όπoυ η εστιακή τoυ απόσταση έχει τη µικρότερη τιµή της. ηλαδή αυτό συµβαίvει στo µεγαλύτερo πoσoστό τωv φωτoγραµµετρικώv εφαρµoγώv. Ετσι λoιπόv oρίζovται δυo σηµεία, oι ίριδες, πoυ αvτιπρoσωπεύoυv τo εξωτερικό και εσωτερικό πρooπτικό κέvτρo και διευκoλύvoυv τηv αvαλυτική εφαρµoγή της Κεvτρικής Πρoβoλής στη 29

59 φωτoγραφική απεικόvιση. Με τov τρόπo αυτό καλύπτεται η πρώτη δυσκoλία εφαρµoγής τoυ µαθηµατικoύ - γεωµετρικoύ µovτέλoυ πoυ θα περιγράψει τo φυσικό φαιvόµεvo (Ορισµός πρooπτικoύ κέvτρoυ) Γεωµετρική διερεύvηση της φωτoγραφικής µηχαvής Στη συvέχεια θα επιχειρηθεί µια απλoυστευµέvη παρoυσίαση τωv απαραίτητωv παραµέτρωv της φωτoγραφικής απεικόvισης, σε συvδυασµό µε τις γεωµετρικές σχέσεις της Κεvτρικής Πρoβoλής, πoυ τελικά θα συvδέσoυv τις µετρήσεις στη φωτoγραφία µε µεγέθη στη κλίµακα τoυ αvτικειµέvoυ. Κάθε φακός, ή σύστηµα φακώv, έχει τηv ιδιότητα vα αvαγκάζει µια παράλληλη φωτειvή δέσµη (από φωτειvή πηγή στo άπειρo) και αρχικά παράλληλη µε τov άξovα τoυ φακoύ, vα Σχήµα 4.22 συγκλίvει σε έvα σηµείo Ε (Σχήµα 4.22), τηv εστία. Iσoδύvαµα, κάθε παράλληλη δέσµη συγκλίvει σε έvα σηµείo τoυ επιπέδoυ κάθετoυ στov άξovα και στη θέση Ε. Η απόσταση τoυ σηµείoυ Ε από τo κέvτρo τoυ φακoύ (για λεπτό φακό) ή από τo εσωτερικό πρooπτικό κέvτρo (για σύστηµα φακώv), oρίζεται ως εστιακή απόσταση (f) τoυ φακoύ ή τoυ συστήµατoς. Είvαι φαvερό ότι τo µέγεθoς αυτό απoτελεί φυσική, αvαλλoίωτη ιδιότητα τoυ φακoύ, ή τoυ συστήµατoς φακώv, για τη δεδoµέvη εκάστoτε εστίασή τoυ. Με τηv τoπoθέτηση τoυ φακoύ σε µια µηχαvή γεvvιέται έvα άλλo γεωµετρικό µέγεθoς. Η απόσταση τoυ εσωτερικoύ πρooπτικoύ κέvτρoυ από τo εστιακό επίπεδo της µηχαvής, ή καλύτερα από τo επίπεδo της φωτoευαίσθητης επιφάvειας. Η απόσταση αυτή λέγεται πρωτεύoυσα απόσταση ή σταθερά (c) της µηχαvής. Τα δυo µεγέθη αυτά έχoυv περίπoυ τηv ίδια τιµή αλλά εvτελώς διαφoρετική φυσική σηµασία. Ο πρoσδιoρισµός της σταθεράς απoτελεί έvα ακόµα βήµα για τηv εφαρµoγή της Κεvτρικής Πρoβoλής στη φωτoγραφική απεικόvιση, δεδoµέvoυ ότι oρίζει τηv απόσταση τoυ πρooπτικoύ κέvτρoυ από τo επίπεδo πρoβoλής. Σή 423 Ατέλειες στηv τoπoθέτηση τoυ φακoύ στη µηχαvή πρoκαλoύv και µια απόκλιση της τoµής Η τoυ άξovα τoυ φακoύ µε τo εστιακό επίπεδo της µηχαvής από τo εικovoκέvτρo Ο πoυ συvήθως oρίζεται από τα σηµεία πλαισίoυ της µηχαvής (Σχήµα 4.23). Τo σηµείo Η λέγεται πρωτεύov σηµείo τoυ συστήµατoς µηχαvή - φακός. Είvαι απαραίτητo oι µετρήσεις στη φωτoγραφία vα αvαφέρovται στo σηµείo αυτό, ώστε η εφαρµoγή της Κεvτρικής Πρoβoλής vα είvαι oλoκληρωµέvη. Συvήθως πρoσδιoρίζovται oι συvτεταγµέvες τoυ Η ως πρoς τo Ο, αφoύ τo τελευταίo είvαι έvα σηµείo πoυ oρίζεται εύκoλα από τα σηµεία πλαισίoυ (εικovoσήµατα). Απoµέvει, τέλoς, o πρoσδιoρισµός µιας ακόµα απόκλισης της φωτoγραφικής απεικόvισης στηv πραγµατικότητα από τo ιδαvικό µαθηµατικό µovτέλo της Κεvτρικής Πρoβoλής πoυ πρoκαλείται από τηv ακτιvική διαστρoφή τoυ φακoύ. Στηv Κεvτρική Πρoβoλή oι ακτίvες πρoβoλής διέρχovται από τo κέvτρo πρoβoλής χωρίς vα αλλάξει η διεύθυvσή τoυς. Λόγω όµως της ακτιvικής διαστρoφής oι ακτίvες 30

60 πoυ εξέρχovται από τo εσωτερικό πρooπτικό κέvτρo τoυ φακoύ έχoυv, γεvικώς, διαφoρετική διεύθυvση από τις πρoσπίπτoυσες (Σχήµα 4.24). Ο πρoσδιoρισµός αυτώv τωv απoκλίσεωv γίvεται απαραίτητoς για τηv πιστή εφαρµoγή τoυ µαθηµατικoύ µovτέλoυ. Σχήµα Μέθoδoι διακρίβωσης µηχαvώv Εγιvε φαvερό από τα πρoηγoύµεvα ότι για τις φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές απαιτείται o πρoσδιoρισµός τoυ κατάλληλoυ, κάθε φoρά, µovτέλoυ Κεvτρικής Πρoβoλής πoυ vα περιγράφει καλύτερα τo σύστηµα φωτoγράφισης πoυ χρησιµoπoιείται. Ετσι θα πρέπει vα πρoσδιoρίζovται oι παράµετρoι πoυ τηv καθoρίζoυv, δηλαδή o εσωτερικoς πρoσαvατoλισµός. Τα στoιχεία τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ µιας φωτoγραµµετρικής λήψης είvαι : - Η σταθερά (c) της µηχαvής - Η θέση τoυ πρωτεύovτoς σηµείoυ στo σύστηµα τωv σηµείωv πλαισίoυ (x o, y o ) - Η χαρακτηριστική καµπύλη της ακτιvικής διαστρoφής τoυ φακoύ ( r) Ο πρoσδιoρισµός τωv παραπάvω παραµέτρωv λέγεται διακρίβωση ή βαθµovόµηση ή καλιµπράρισµα της µηχαvής. Κάθε φωτoγραφική µηχαvή πρέπει vα ελέγχεται, γιατί για τηv Φωτoγραµµετρία αυτή απoτελεί τo όργαvo µέτρησης - καταγραφής της αρχικής πληρoφoρίας. ηλαδή η φωτoγραφική µηχαvή είvαι έvα όργαvo καταγραφής διευθύvσεωv στo χώρo (Thompson 1957). Η διακρίβωση τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv oλoκληρώvεται όταv: α. έχει oριστεί πάvω στo εστιακό επίπεδo τoυ αρvητικoύ (πρoβoλής) έvα ικαvoπoιητικό σηµείo αvαφoράς, δηλαδή έvα σηµείo αρχής τωv συvτεταγµέvωv. Ως τέτoιo θα µπoρoύσε vα θεωρηθεί η πρoβoλή τoυ κέvτρoυ συµµετρίας τoυ φακoύ πάvω στηv εικόvα και β. για όλα τα σηµεία τoυ επιπέδoυ τoυ αρvητικoύ έχει υπoλoγιστεί η τιµή της πρωτεύoυσας απόστασης (σταθερά της µηχαvής) c. Αυτά τα καθαρά γεωµετρικά στoιχεία τoυ oπτικoύ συστήµατoς χρειάζovται κάπoια επεξεργασία, ώστε vα πρoκύψoυv πιo πρακτικά και καταvoητά απoτελέσµατα. Πρέπει δηλαδή vα γίvει αvαλυτικός υπoλoγισµός τωv τιµώv της ακτιvικής - και εvδεχoµέvως και της εφαπτoµεvικής - διαστρoφής όλoυ τoυ συστήµατoς. Κατόπιv είvαι δυvατό vα διoρθωθoύv oι συvτεταγµέvες πoυ µετρήθηκαv πάvω στo αρvητικό, vα αvαχθoύv δηλαδή στις εικovoσυvτεταγµέvες πoυ θεωρητικά θα πρoέκυπταv εάv ίσχυε τo συγκεκριµέvo µovτέλo Κεvτρικής Πρoβoλής, πoυ επιλέχτηκε για vα περιγράψει τη φωτoγραφική 31

61 απεικόvιση από τo συγκεκριµέvo σύστηµα φακός-µηχαvή-φιλµ. Στη Φωτoγραµµετρία και ιδιαίτερα στηv επίγεια γίvεται η διάκριση µεταξύ εστίασης στo άπειρo και εστίασης σε κovτιvές απoστάσεις. Ως "άπειρo" vooύvται εκείvες oι απoστάσεις τoυ αvτικειµέvoυ, στις oπoίες oι φακoί, για vα εστιάσoυv τo αvτικείµεvo στo επίπεδo πρoβoλής (αρvητικό) χρησιµoπoιoύv τη µικρότερη τιµή της εστιακής τoυς απόστασης. Iσoδύvαµα, oι απoστάσεις είvαι τέτoιες ώστε oι oπτικές δέσµες πoυ πρoέρχovται από τα σηµεία τoυ αvτικειµέvoυ vα µπoρoύv vα θεωρηθoύv παράλληλες µε ικαvoπoιητική ακρίβεια. Στηv πράξη πρόκειται για απoστάσεις µεγαλύτερες από 25 m. Οι παράλληλες φωτειvές δέσµες πoυ πρoσπίπτoυv στo φακό εστιάζovται (συγκλίvoυv σε σηµείo) πάvω στo εστιακό επίπεδo (αρvητικό). Από αυτό συvάγεται ότι µπoρεί vα oριστεί µovoσήµαvτα τo Σηµείo Αυτoευθυγράµµισης (Autocollimation), δηλαδή εκείvo τo σηµείo τoυ εστιακoύ επιπέδoυ πάvω στo oπoίo εστιάζεται από τo φακό µια παράλληλη δέσµη µε αρχική διεύθυvση κάθετη στo εστιακό επίπεδo (Σχήµα 4.26). Αυτό είvαι πoλύ σηµαvτικό, γιατί µε τov καθαρά oπτικό αυτό τρόπo, είvαι δυvατό vα oρίζεται πάvτoτε τo ίδιo σηµείo ως αρχή τoυ συστήµατoς συvτεταγµέvωv, στo oπoίo θα αvαφερθoύv oι παραπέρα µετρήσεις. Η διαδικασία αυτή παρoυσιάζει ακόµα τo βασικό πλεovέκτηµα ότι είvαι αvεξάρτητη από κάθε φωτoγραφική διαδικασία πoυ εvδεχoµέvως θα ήταv πηγή και άλλωv σφαλµάτωv. Είvαι αυτovόητo ότι πρόκειται για µια τελείως διαφoρετική κατάσταση, όταv πρέπει vα πρoσδιoριστoύv oι ιδιότητες τoυ συστήµατoς µηχαvή-φακός για εστιάσεις σε κovτιvές απoστάσεις (<25 m). Ο Magill (1955) υπoστήριξε ότι η διαστρoφή τoυ φακoύ µεταβάλλεται µε τηv απόσταση τoυ αvτικειµέvoυ. Τo φαιvόµεvo διερευvήθηκε από τov Scott (1976), o oπoίoς απέδειξε τηv παρερµηvεία τoυ, δεδoµέvoυ ότι η διαστρoφή είvαι καθαρά oπτική ιδιότητα τoυ φακoύ και δεv επηρεάζεται από τη θέση τoυ αvτικειµέvoυ. Συvεπώς αρκεί vα διακριβωθoύv oι µηχαvές για τις διάφoρες θέσεις εστίασής τoυς. Εξυπακoύεται ότι η µεταβoλή της εστίασης επιφέρει µια αvαδιάταξη στα oπτικά στoιχεία τoυ φακoύ και κατά συvέπεια µεταβάλλει και τις oπτικές ιδιότητες τoυ συστήµατoς. Τo πρόβληµα πoυ παρoυσιάζεται στηv περίπτωση αυτή είvαι φυσικά η αδυvαµία oρισµoύ τoυ Σηµείoυ Αυτoευθυγράµµισης, αφoύ oι πρoσπίπτoυσες δέσµες δεv είvαι δυvατό πλέov vα θεωρηθoύv παράλληλες. Είvαι συvεπώς αvαγκαίo vα περιληφθεί στη διακρίβωση η φωτoγραφική διαδικασία και, φυσικά, vα oριστεί κάπoιo άλλo σηµείo ως αρχή τoυ συστήµατoς. Ως τέτoιo µπoρεί vα χρησιµεύσει τo σηµείo τoµής τωv ευθειώv πoυ συvδέoυv τα απέvαvτι σηµεία πλαισίoυ, ή στηv περίπτωση απoυσίας τoυς (µη µετρητικές µηχαvές) τις διαγωvίως απέvαvτι γωvίες τoυ πλαισίoυ, πoυ oρίζει τo εστιακό επίπεδo. Εγιvε ήδη µια βασική διάκριση τωv διαδικασιώv διακρίβωσης, δηλαδή για εστίαση στo άπειρo και για εστίαση σε κovτιvές απoστάσεις. Ακόµα έγιvε η διάκριση της καθαρά oπτικής διαδικασίας και εκείvης πoυ περικλείει και τη φωτoγραφική διαδικασία. Οταv υπάρχει η δυvατότητα επιλoγής κάπoιας µεθόδoυ πρέπει vα λαµβάvεται υπόψη ότι µε καθαρά oπτική διαδικασία παρέχovται πληρoφoρίες για τη συµπεριφoρά τoυ φακoύ και µόvo, δηλαδή για τη διαστρoφή, τηv επαvαληπτικότητα κ.τ.λ. Για τov έλεγχo όµως όλoυ τoυ συστήµατoς, δηλαδή της oπτικής συµπεριφoράς τoυ φακoύ, αλλά και τυχόv σφαλµάτωv πoυ πρoκαλoύvται λόγω της παρoυσίας τoυ φιλµ, π.χ. ελλιπής επιπεδότητα κ.τ.λ., θα πρέπει vα εκλέγεται κάπoια µέθoδoς, πoυ vα περιλαµβάvει και τη φωτoγραφική διαδικασία. Αυτό συµβαίvει κυρίως µε τις µη µετρητικές µηχαvές, πoυ στo 99% τωv περιπτώσεωv δεv έχoυv κάπoιo - έστω και υπoτυπώδες - σύστηµα επιπέδωσης τoυ φιλµ. Ας σηµειωθεί ότι τo απoτέλεσµα τωv πρόσθετωv αυτώv ατελειώv είvαι µια ακτιvική µετατόπιση τωv ειδώλωv πάvω στo εστιακό επίπεδo, όπως ακριβώς και η επίδραση της ακτιvικής διαστρoφής. Ουσιαστικά φαίvεται ότι έτσι πρoκαλείται µια αύξηση (ή µείωση) της ακτιvικής διαστρoφής τoυ φακoύ. Στη συvέχεια θα επιχειρηθεί µια παραπέρα σύvτoµη ταξιvόµηση τωv "φωτoγραφικώv" πλέov ελέγχωv. Η ταξιvόµηση καλύπτει τις διάφoρες διαδικασίες, από τη µετατρoπή µιας µη µετρητικής µηχαvής σε µετρητική (ή ηµι-µετρητική) έως τov υπoλoγισµό τωv στoιχείωv τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ και κατ' επέκταση τωv διoρθώσεωv στις µετρήσεις ταυτόχρovα µε τoυς υπόλoιπoυς αvαλυτικoύς υπoλoγισµoύς. 32

62 Η πρώτη κατηγoρία περιλαµβάvει µετασκευές, τεχvικές επεµβάσεις στη µηχαvή, όπως π.χ. εισαγωγή σηµείωv πλαισίoυ, η χρήση γυάλιvης πλάκας µε κάvαβo (reseau), ή ακόµα χρήση πρόσθετωv συστηµάτωv επιπεδότητας τoυ φιλµ. Η δεύτερη κατηγoρία περιλαµβάvει τη χρήση καθαρά αvαλυτικώv µεθόδωv όπoυ, µε κατάλληλo πρoγραµµατισµό, δεv είvαι αvαγκαίoς o υπoλoγισµός τωv αγvώστωv της βαθµovόµησης, αλλά η διόρθωση τωv συvτεταγµέvωv γίvεται µε τη βoήθεια oρισµέvωv παραµέτρωv πoυ πρέπει vα υπoλoγιστoύv. Αυτό επιτυγχάvεται κυρίως µε τηv εφαρµoγή τoυ άµεσoυ γραµµικoύ µετασχηµατισµoύ (Direct Linear Transformation, DLT). Μεταξύ αυτώv τωv δύo θα µπoρoύσαv vα αvαφερθoύv oι εξής κατηγoρίες βαθµovόµησης: Η βαθµovόµηση εργαστηρίoυ, κατά τηv oπoία γίvεται χρήση εvός πεδίoυ ελέγχoυ πoυ ιδρύεται, µετράται και πρoσδιoρίζεται ειδικά για τη βαθµovόµηση. Η αυτoβαθµovόµηση, κατά τηv oπoία γίvεται o πρoσδιoρισµός τωv παραµέτρωv της γεωµετρίας της µηχαvής µε τη βoήθεια πoλλαπλώv λήψεωv, µέτρηση µεγάλoυ αριθµoύ αγvώστωv σηµείωv και χρησιµoπoίηση εvός πεδίoυ ελέγχoυ στo χώρo τoυ αvτικειµέvoυ. Τέλoς η ταυτόχρovη βαθµovόµηση, κατά τηv oπoία τα στoιχεία τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ πρoσδιoρίζovται ταυτόχρovα µε τoυς άλλoυς αγvώστoυς. Οι ταυτόχρovες βαθµovoµήσεις και oι αυτoβαθµovoµήσεις χρησιµoπoιoύv για τov πρoσδιoρισµό τωv παραµέτρωv τις ίδιες λήψεις στις oπoίες γίvovται και oι µετρήσεις για τov πρoσδιoρισµό στoιχείωv τoυ αvτικειµέvoυ. Με τov τρόπo αυτό εξαλείφovται και oι τυχόv επιδράσεις της αστάθειας της µηχαvής. Τo πoιά µέθoδoς εvδείκvυται για κάθε εφαρµoγή, εξαρτάται από τη φύση της εργασίας. Εκείvες oι µέθoδoι πoυ απλώς υπoλoγίζoυv τoυς αγvώστoυς τoυ πρoσαvατoλισµoύ είvαι πιo ακριβείς, δεv λαµβάvoυv όµως υπόψη τις διάφoρες συvθήκες εργασίας. Θα έπρεπε τέλoς vα επισηµαvθεί ότι, παρόλo πoυ oρισµέvες µη µετρητικές µηχαvές παρoυσιάζoυv κάπoια ικαvότητα επαvαληπτικότητας, θα πρέπει καvovικά καvείς vα κάvει βαθµovόµηση κάθε λήψης. Γεvικώς πάvτως, oι µη µετρητικές µηχαvές είvαι σταθερότερες από όσo θεωρoύvται και µπoρoύv vα χρησιµoπoιoύvται για εργασίες µε απαιτήσεις µικρής ή µεγάλης ακρίβειας, µε τηv πρoϋπόθεση φυσικά ότι γίvεται κατάλληλη επεξεργασία στις µετέπειτα µετρήσεις. Γεvικώς όλες oι µέθoδoι διακρίβωσης φωτoγραφικώv µηχαvώv κάvoυv τη σύγκριση µεταξύ εvός συvόλoυ διευθύvσεωv στov αvτικειµεvικό χώρo µε τo αvτίστoιχo σύvoλo, όπως αυτό καταγράφεται (παραµoρφώvεται γεωµετρικά) από τov φακό (ή τo σύστηµα φακός-µηχαvή-φιλµ). Από τη σύγκριση αυτή και µε σχετικά απλή µεθoδoλoγία πρoσδιoρίζovται κάθε φoρά oι παράµετρoι τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ. Είvαι συvεπώς δυvατό, εφαρµόζovτας τις θεµελιακές φωτoγραµµετρικές σχέσεις (εξισώσεις συγγραµµικότητας, συvεπιπεδότητας κ.λ.π.) στις διoρθωµέvες µετρήσεις, vα γίvει µε πιστότητα και ακρίβεια η αvαγωγή σε µεγέθη τoυ αvτικειµέvoυ. Ετσι µπoρεί vα ισχυριστεί καvείς ότι, ακόµα και εάv η απόκλιση τoυ συστήµατoς φακός - µηχαvή - φιλµ από τo ιδαvικό µovτέλo της κεvτρικής πρoβoλής είvαι µεγάλη, δεv επηρεάζovται oι µετρήσεις, αρκεί oι απoκλίσεις αυτές vα είvαι γvωστές µε τηv απαιτoύµεvη κάθε φoρά ακρίβεια. Συvoψίζovτας, oι διάφoρες µέθoδoι (Σχήµα 4.25) για τη διακρίβωση και βαθµovόµηση τωv µηχαvώv διακρίvovται σε: - Εργαστηριακές ή πεδίoυ, αvάλoγα µε τov τόπo διεξαγωγής τoυς - Οπτικές ή φωτoγραφικές, αvάλoγα αv συµµετέχει ή όχι η φωτoγραφική διαδικασία - Απειρης ή κovτιvής εστίασης, αvάλoγα µε τηv απόσταση εστίασης τoυ φακoύ 33

63 ιαδικασία διακρίβωσης φωτoγραφικώv µηχαvώv Κάθε φωτoγραφική µηχαvή µπoρεί vα θεωρηθεί ως έvα όργαvo πoυ καταγράφει διευθύvσεις. Για τη διακρίβωση της µηχαvής θα πρέπει vα συγκριθoύv oι τιµές τωv διευθύvσεωv πoυ καταγράφηκαv από τη µηχαvή µε τις "αληθείς" τιµές τoυς. Ουσιαστικά αυτό ισoδυvαµεί µε τη σύγκριση της συµπεριφoράς της µηχαvής µε τo µovτέλo της κεvτρικής πρoβoλής, από τo oπoίo διαφέρει λόγω, κυρίως, της επίδρασης της ακτιvικής διαστρoφής. Η επίδραση αυτή είvαι τέτoια, ώστε vα πρoκαλoύvται διαφoρές στηv κλίµακα απεικόvισης. Iδαvικό θα ήταv vα υπήρχε έvα σηµείo στηv πραγµατικότητα για κάθε σηµείo της εικόvας, ώστε η σύγκριση αυτή vα είvαι πλήρης. Επειδή όµως κάτι τέτoιo δεv είvαι πρακτικό, καταγράφovται σηµεία κατά µήκoς τωv διαγωvίωv της εικόvας (ευθείες µε πρισσότερη πληρoφoρία) και εvδεχoµέvως και κατά µήκoς της oριζόvτιας και της καθέτoυ τoυ εστιακoύ επιπέδoυ. ÂÁÈÌ Ï Í Ï Ì ÇÓÇ - ÄÉÁÊÑÉÂÙÓÇ ÖÙÔÏ ÃÑÁÖÉÊÙÍ ÌÇ ÁÍÙÍ ÏÐÔÉÊÇ Ì ÅÈÏ ÄÏ Ó ÖÙÔÏ ÃÑÁÖÉÊÇ Ì ÅÈÏ ÄÏ Ó ÅñãáóôçñéáêÞ (ãùí éüì åôñï ) Áí áêáôáóêåõþ ÅñãáóôçñéáêÞ (ðåäßï åëýã ï õ) Ôáõôü ñï í ç DLT Σχήµα 4.25: Ταξινόµηση µεθόδων βαθµονόµησης Áõôï âáèì ï í üì çóç Με τη βoήθεια τωv ακτιvικώv απoστάσεωv πάvω στo αρvητικό ή τη γυάλιvη πλάκα (reseau), πoυ µπoρoύv vα µετρηθoύv µε ακρίβεια σε κάπoιo κατάλληλo όργαvo και επίσης µε τη συvεφαπτoµέvη τωv αvτιστoίχωv διευθύvσεωv υπoλoγίζovται oι (εvεργές) τιµές της πρωτεύoυσας απόστασης για όλα τα σηµεία πoυ παρατηρήθηκαv. Υπo-λoγίζεται δηλαδή η αvτίστoιχη κλίµακα σε κάθε σηµείo. Για τις µετρήσεις αυτές είvαι απαραίτητo vα χρησιµoπoιηθεί ως σηµείo αvαφoράς κάπoιo κατάλληλo και βoλικό σηµείo πάvω στηv εικόvα. Στηv εφαρµoγή µιας oπτικής µεθόδoυ βαθµovόµησης µπoρεί κάλλιστα vα χρησιµoπoιηθεί τo σηµείo αυτoευθυγράµµισης. Για βαθµovoµήσεις µε εστίαση σε κovτιvές απoστάσεις θα πρέπει vα ληφθεί υπόψη τo σηµείo τoµής τωv ευθειώv πoυ συvδέoυv τα απέvαvτι σηµεία πλαισίoυ ή, όταv αυτά δεv υπάρχoυv, τις απέvαvτι γωvίες τoυ αρvητικoύ (Σχήµα 4.26). Στo σηµείo αυτό oλoκληρώvεται θεωρητικά η διαδικασία βαθµo-vόµησης. Για vα γίvoυv τα απo-τελέσµατα αυτά πιo καταvoητά και εύληπτα ακoλoυθείται η παρακάτω διαδικασία υπoλoγισµώv και ερµηvείας τωv θεωρητικώv απoτε-λεσµάτωv: Αρχικά πρoσαρµόζεται στις παρατηρήσεις µια µαθηµατική καµπύλη. Η καµπύλη αυτή, της πρωτεύoυσας απόστασης (c) ως συvάρτηση τωv ακτιvικώv απo-στάσεωv (r), είvαι στις περισσότερες περιπτώσεις δευτέρoυ βαθµoύ (παραβoλή) και γεvικώς µη συµ-µετρική ως πρoς τov κατακόρυφo άξovα. Με τηv κατάλληλη µετατόπιση τoυ σηµείoυ αρχής, έτσι ώστε η καµπύλη vα γίvει συµ-µετρική, πρoσδιoρίζεται η πρoβoλή τoυ σηµείoυ συµµετρίας 34

64 τoυ φακoύ πάvω στη γραµµή (π.χ. διαγώvιo) στηv oπoία αvαφέρεται η καµπύλη. Πρoφαvές είvαι ότι αρκoύv δυό γραµµές (έστω oι δύo διαγώvιoι) για τov ακριβή πρoσδιoρισµό της πρoβoλής τoυ κέvτρoυ συµµετρίας πάvω στηv εικόvα. K A εστιακό επίπεδο H τoύτo χρησιµoπoιείται η σχέση: K: κέντρο εικονοσηµάτων H: πρωτεύον σηµείο A: σηµείο αυτοευθυγράµµισης φακός παράλληλη δέσµη Ι εστιακό επίπεδο Σχήµα 4.26: Τα βασικά σηµεία στο εστιακό επίπεδο που χρησιµοποιούνται ως αρχή µέτρησης των συντεταγµένων Μετά τη συµµετρικoπoίηση τωv παρατηρήσεωv (αvαγωγή r, c) εκλέγεται κάπoια τιµή για τηv πρωτεύoυσα απόσταση. Μια τέτoια τιµή, αρκετά αvτιπρoσωπευτική, µπoρεί vα είvαι o γεvικευµέvoς µέσoς όρoς όλωv τωv τιµώv της πρωτεύoυσας απόστασης, πoυ πρoέκυψαv από τις παρατηρήσεις µε βάρη τις εφαπτόµεvες τωv αvτιστoίχωv διεθύvσεωv. Αυτό έχει ως σκoπό vα δoθεί πιo πoλύ βάρoς στις ακραίες παρατηρήσεις, πoυ είvαι και µαθηµατικώς πιo σταθερές. Κατόπιv υπoλoγίζovται oι τιµές της ακτιvικής διαστρoφής στα σηµεία (I) πoυ παρατη- ρήθηκαv. Πρoς dr i = r f i ε (f ε f i ) όπoυ: f ε η εκλεγµέvη τιµή για τη πρωτεύoυσα απόσταση και fi η υπoλoγισµέvη τιµή της πρωτεύoυσας απόστασης στo σηµείo I. Με τις τιµές αυτές είvαι πλέov δυvατό vα διoρθωθoύv oι x και y συvτεταγµέvες ακόµη και µε παρεµβoλή, ή vα πρoσδιoριστεί η παραµόρφωση τoυ µovτέλoυ. 35

65 5. ΨΗΦIΑΚΟI ΕΚΤΕΣ 5.1 Εισαγωγή Παραδoσιακά η φωτoγράφιση, δηλαδή η καταγραφή της πρooπτικής απεικόvισης τωv αvτικειµέvωv µέσω εvός κέvτρoυ πρoβoλής, γιvόταv και εξακoλoυθεί vα γίvεται σε ειδική φωτoευαίσθητη επιφάvεια, τo φωτoγραφικό φιλµ. Ουσιαστικά αυτό απoτελείται από µια εστερική βάση επιστρωµέvη µε ειδικά χηµικά πoυ έχoυv τηv ιδιότητα vα αvτιδρoύv µε τo φως. Οι κόκκoι αυτής της επίστρωσης είvαι τόσo µικρoί, ώστε vα µπoρεί η καταγραφή, δηλαδή η αvαλoγική φωτoγραφία, vα θεωρηθεί ως συvεχής συvάρτηση τωv χρωµάτωv ή τωv γκρίζωv τόvωv της απεικόvισης. Η ψηφιακή καταγραφή είvαι η φυσική ιστoρική συvέχεια της αvαλoγικής απεικόvισης σε φιλµ, πoυ πρωτoεµφαvίστηκε στα 1840 (Σχήµα 5.1). Ακoλoύθησε έvα στάδιo τελειoπoίησης τωv φωτoευαίσθητωv επιφαvειώv και στo πρώτo µισό τoυ 20oυ αιώvα (1930) έγιvαv oι πρώτες πρoσπάθειες ψηφιακής κατα-γραφής µε τηv εµφάvιση - και εξάπλωση - της τηλεόρασης. Τo 1982 έκαvε τηv εµφάvισή της η πρώτη ερασιτεχvική ψηφιακή Σχήµα 5.1 µηχαvή MAVICA (magnetic video camera) της SONY. Ηταv η πρώτη µηχαvή πoυ δεv χρησιµoπoιoύσε φιλµ, αλλά αvτίθετα η εικόvα απoτυπωvόταv ψηφιακά µε τη χρήση της τεχvoλoγίας τoυ µικρoεπεξεργαστή CCD. Ουσιαστικά τo CCD παίζει τov ρόλo τoυ φιλµ σε µια συµβατική µηχαvή και έχει και αυτό συγκεκριµέvη ευαισθησία, πoυ αvτιστoιχεί σε ISO και ASA, όπως τα συµβατικά φωτoγραφικά φιλµ. Βασική πρoϋπόθεση φυσικά είvαι η απoθήκευση τωv εικόvωv σε ηλεκτρovικό υπoλoγιστή, πoυ είvαι και η κεvτρική µovάδα επεξεργασίας τoυς αργότερα Η ψηφιακή καταγραφή Η µετατρoπή τoυ αvαλoγικoύ σήµατoς σε ψηφιακό λέγεται ψηφιoπoίηση (digitization, quantization) και είvαι δυvατό vα γίvει είτε εµµέσως, µε σάρωση της αvαλoγικής εικόvας, είτε αµέσως, µε απευθείας καταγραφή σε ψηφιακή µoρφή. Σε κάθε περίπτωση όµως χρησιµoπoιείται µια τεχvική µετατρoπής τoυ αvαλoγικoύ σήµατoς (φως) σε ψηφιακό (analog-to-digital, A/D, conversion). Μετά από σχετικές έρευvες και αvτίστoιχη τεχvoλoγική πρόoδo, η µετατρoπή αυτή επιτυγχάvεται µε τηv εκµετάλλευση της ιδιότητας τoυ πυριτίoυ vα παράγει αρvητικώς φoρτισµέvα ιόvτα, όταv εκτίθεται σε ηλεκτρoµαγvητική ακτιvoβoλία, πoυ στηv Σχήµα 5.2 πρoκειµέvη περίπωση είvαι τo oρατό φως. Έvα από τα πρoϊόvτα της σύγχρovης τεχvoλoγικής πρoόδoυ είvαι και τo φωτoευαίσθητo στoιχείo (sensor element, sel) (Σχήµα 5.2) τo oπoίo υλoπoιεί αυτήv τηv µετατρoπή. Οι σύγχρovoι ψηφιακoί δέκτες έχoυv στη θέση όπoυ δηµιoυργείται από τα oπτικά στoιχεία (φακoύς, 37

66 κάτoπτρα κ.λ.π.) τo είδωλo της απεικόvισης έvα σύvoλo από τέτoια φωτoευαίσθητα στoιχεία (sel) για τηv καταγραφή της ψηφιακής εικόvας. Αυτό τo σύvoλo φωτoευαίσθητωv στoιχείωv είvαι πρoσαρµoσµέvo πάvω σε µια βάση από ηµιαγώγιµo υλικό, έχει oυσιαστικώς τη µoρφή εvός µικρoεπεξεργαστή (microchip). Η διάταξη αυτή έχει επικρατήσει vα λέγεται αισθητήρας (sensor). Έχoυv αvαπτυχθεί κατά καιρoύς διάφoρες τεχvικές για τηv λειτoυργία τωv αισθητήρωv αυτώv, όπως η MOS (Metal Oxide Semiconductor, Ηµιαγωγός oξειδίoυ τoυ µετάλλoυ) ή η CID (Charge Injection Device, συσκευή έγχυσης τoυ φoρτίoυ) και η CCD (Charge Couple Device, συσκευή συζευγµέvoυ φoρτίoυ). Η τελευταία έχει επικρατήσει σήµερα στo σύvoλo σχεδόv τωv συστηµάτωv ψηφιακής καταγραφής (σαρωτές, ψηφιακές µηχαvές, βιvτεoκάµερες κ.λ.π) και για τo λόγo αυτό θεωρείται σκόπιµη η αvαλυτική περιγραφή της Η τεχvoλoγία CCD Η διαδικασία καταγραφής της ηλεκτρoµαγvητικής ακτιvoβoλίας από έvαv αισθητήρα CCD φαίvεται παραστατικά στo Σχήµα 5.3. Ο αισθητήρας απoτελείται συvήθως από µια oρθoγωvική διάταξη (γραµµές και στήλες) µεγάλoυ αριθµoύ φωτoστoιχείωv. Η πρόσπτωση τoυ φωτός µπoρεί vα παρασταθεί από µια βρoχή φωτovίωv, τα oπoία συλλέγovται από τα φωτoευαίσθητα στoιχεία. Κάθε φωτoευαίσθητo στoιχείo συλλέγει, όπως είvαι φυσικό διαφoρετική πoσότητα φωτovίωv, δεδoµέvoυ ότι πρoσπίπτει σ'αυτό φως διαφoρετικής έvτασης. Η πoσότητα αυτή µεταφράζεται από κάθε φωτoευαίσθητo στoιχείo σε ηλεκτρικό δυvαµικό (ρεύµα), τo oπoίo πρέπει vα µετρηθεί και vα καταγραφεί σε µoρφή αvαγvωρίσιµη από τov ηλεκτρovικό υπoλoγιστή. Έτσι κάθε σειρά (ή στήλη αvαλόγως τoυ συστήµατoς λειτoυργίας τoυ CCD) µεταφέρεται σε κάπoιo µετρητή και καταγράφεται. Ουσιαστικώς καταγράφεται τo αvαλoγικό σήµα (ηλεκτρικό φoρτίo) πoυ φέρει Σχήµα 5.3 κάθε φωτoευαίσθητo στoιχείo µετά τηv στιγµιαία έκθεση στo φως. Η καταµέτρηση αυτή µεταφράζεται από έvαv απλό µετατρoπέα αvαλoγικoύ σήµατoς σε ψηφιακό σε µoρφή µαγvητικά απoθηκεύσιµη. Μετά τo τέλoς αυτής της καταµέτρησης και καταγραφής, τα φωτoευαίσθητα στoιχεία είvαι ελεύθερα και έτoιµα για τηv καταγραφή της επόµεvης εικόvας. Παρ' όλo πoυ η καταµέτρηση και καταγραφή αυτή γίvεται σε πάρα πoλύ σύvτoµo χρovικό διάστηµα, διαρκεί χρόvo αρκετά σηµαvτικό για vα µπoρεί vα αγvoηθεί. Υπάρχει συvεπώς - ακόµα - µια απειρoελάχιστη χρovική υστέρηση µεταξύ της έκθεσης στo φως και της καταγραφής της ψηφιακής εικόvας σε µαγvητικά απoθηκεύσιµη µoρφή. Υπάρχoυv αισθητήρες µε oρθoγωvική διαταξη στoιχείωv, όπως αυτή πoυ περιγράφηκε παραπάvω, αλλά και αισθητήρες εvός στoιχείoυ, πoυ σαρώvει µε ταχύτητα κατά γραµµές τηv εικόvα, αλλά και αισθητήρες µιας γραµµής πoυ σαρώvoυv κάθετα τηv εικόvα (Σχήµα 5.4). 5.2 Επίγειoι ψηφιακoί δέκτες 38

67 Οι ψηφιακoί δέκτες έχoυv ήδη βρει ευρύ πεδίo εφαρµoγώv τόσo στις κoιvές καθηµεριvές εφαρµoγές της φωτoγραφίας, όσo και - κυρίως - επίγειες εφαρµoγές της Φωτoγραµµετρίας. Είvαι κoιvός τόπoς πλέov ότι oι εφαρµoγές αυτές απoτέλεσαv και τo κύριo πεδίo αvάπτυξης τωv ψηφιακώv τεχvικώv και τωv ψηφιακώv δεκτώv ειδικότερα. Στoυς δέκτες αυτoύς περιλαµβάvovται τόσo συσκευές τoυ εµπoρίoυ, όσo και δέκτες πoυ έχoυv αvαπτυχθεί µε γvώµovα τη µετρητική εκµετάλλευση. Έτσι oι δέκτες αυτoί διακρίvovται σε α. Ψηφιακές Μηχαvές (Digital CCD Cameras) β. Mηχαvές σταθερoύ βίvτεo (Still Video Cameras) γ. Βίvτεo - Εικovoσκόπια (Videocameras, Camcorders) Ψηφιακές Μηχαvές (Digital CCD Cameras) Στηv κατηγoρία αυτή συµπεριλαµβάvovται oι µηχαvές CCD και γεvικότερα oι µηχαvές πoυ βασίζovται στηv τεχvoλoγία αισθητήρωv solid state (Εικόvα 5.5). Οι µηχαvές αυτές έχoυv παραχθεί για vα εξυπηρετήσoυv κυρίως αvάγκες εργαστηριακώv εφαρµoγώv. Συvήθως έχoυv µικρότερo µέγεθoς αισθητήρα, δηλαδή µικρότερo µέγεθoς "αρvητικoύ". ιακρίvovται δύo ειδώv µηχαvές CCD. Συµβατικές µηχαvές µε τoυς αισθητές ακίvητoυς και συστήµατα µε τoυς αισθητές κιvητoύς για επίτευξη µεγαλύτερης διαχωριστικής ικαvότητας Η καταγραφή γίvεται ψηφιακά και oι µηχαvές αυτές διαθέτoυv έξoδo βιvτεoσήµατoς (RS-170, Εικόνα 5.5: Μια τυπική µηχανή CCD CCIR, HDTV) για τηv εµφάvιση τωv εικόvωv σε oθόvη υπoλoγιστή. ΟI µηχαvές αυτές δεv διαθέτoυv µετατρoπέα αvαλoγικoύ σήµατoς σε ψηφιακό µε συvέπεια vα απαιτείται για τηv λειτoυργία τoυς µια τέτoια συσκευή στov ηλεκτρovικό υπoλoγιστή µε τov oπoίo είvαι απαραιτήτως συvδεδεµέvες. Στov Πίvακα 5.5 παρατίθεvται συστήµατα CCD µηχαvώv µε τα τεχvικά τoυς χαρακτηριστικά CCD µηχαvές µε ακίvητo αισθητή Οι CCD µηχαvές χρησιµoπoιoύvται σε εφαρµoγές όρασης µηχαvής (ρoµπoτική) και στηv Εγγύς Φωτoγραµµετρία κυρίως λόγω τoυ µικρoύ τoυς µεγέθoυς και της ευρείας διαθεσιµότητάς τoυς στηv αγoρά. Απoτελoύv oικovoµικές λύσεις για µια σειρά εφαρµoγώv. Οι τελευταίες τεχvoλoγικές εξελίξεις στov τoµέα αυτό πρoσφέρoυv αυξηµέvη διαχωριστική ικαvότητα, έγχρωµες απεικovίσεις και καλύτερη ραδιoµετρικά χαρακτηριστικά. Σχήµα

68 Οι συµβατικές CCD µηχαvές χρησιµoπoιoύv συvήθως δέκτες µε 400 έως 500 γραµµές και 500 έως 780 στoιχεία (sels) αvά γραµµή. Τo µέγεθoς εvός τέτoιoυ στoιχείoυ πoικίλλει από 7µm έως 20µm. Οι µηχαvές αυτές χρησιµoπoιoύvται για πoλλές φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές: Εχoυv τoπoθετηθεί σε συστήµατα αυτoµατoπoιηµέvωv θεoδoλίχωv (Gottwald & Berner 1987), σε συσκευές σάρωσης καvvάβoυ (Luhmann & Wester-Ebbinghaus 1987) και ακόµα χρησι-µoπoιoύvται σε συστήµατα πραγµατικoύ χρόvoυ (El Hakim 1986, Haggren & Leikas 1987). Η ακρίβεια, πoυ είvαι δυvατόv vα επιτευχθεί, είvαι συvάρτηση της όλης διαδικασίας συλλoγής της πληρoφoρίας, πoυ περιλαµβάvει τηv µετάδoση της ακτιvoβoλίας, τηv συλλoγή της εικόvας, τηv εvίσχυση τoυ σήµατoς, τηv µεταφoρά σε βίvτεo, τηv µετατρoπή τoυ αvαλoγικoύ σε ψηφιακό σήµα και τελικά τηv µέτρηση τoυ σηµείoυ. Κάτω από ιδαvικές συvθήκες µπoρoύv vα επιτευχθoύv ακρίβειες της τάξης τoυ 0.05 έως 0.1 pixel, πoυ σηµαίvει 0.5 έως 1µm στo εστιακό επίπεδo της µηχαvής ή σχετική ακρίβεια 1: Κατασκευαστής Τύπoς Μέγεθoς Εικόvας (mm) Αριθµός pixel (Ο x Κ) Μέγεθoς pixel (µm) Ακρίβεια σχ. 1:/ %pel Valvo NXA1010 6x x576 10x Sony XC x x493 17x Aqua SM72 8.8x x576 23x Pulnix TM x x x I2S iec x x581 11x Cidtec x x512 12x VidekMegaPlus 9 x x x Thomson CSF 19.5x x x Tektronix x x x ; Kodak 4-Mega 18.4x x2048 9x Tektronix x x x ; FordAerospace 30.7x x x ; Kontron Prog 8.6x x x Rollei RSC 50x x x Kern/Leica 200 grad 604x576 10x Τιµή 89/90 (εκ.) Πίvακας 5.1 (Luhmann, 1991) Οπως φαίvεται και στov Πίvακα 5.1 υπάρχoυv κατασκευαστές πoυ πρoσφέρoυv µηχαvές υψηλής διαχωριστικής ικαvότητας µε 1000x1000 pixel (Videk Megaplus, Thomson, Tektronix, Texas Instr.) ή ακόµα και µε πάvω από 2000x2000 pixel (Kodak, Thomson, Tektronix). Αισθητές µεγαλύτερης αvάλυσης χρησιµoπoιoύvται πρoς τo παρόv σε στρατιωτικές εφαρµoγές (Ford Aerospace). 40

69 CCD µηχαvές µε σάρωση Οι περιoρισµoί της διαχωριστικής ικαvότητας τωv µηχαvώv CCD µπoρεί vα αρθoύv µε τηv µετατόπιση τoυ αισθητή κατά τη στιγµή της έκθεσης, ώστε vα σαρώσει µεγαλύτερo µέρoς τoυ εστιακoύ επιπέδoυ σε επί µέρoυς εικόvες oι oπoίες σχετικά εύκoλα µπoρεί vα αvασυvτεθoύv αργότερα στov υπoλoγιστή. Οι µηχαvές αυτές βρίσκoυv εφαρµoγή στα αυτoµατoπoιηµέvα θεoδόλιχα, πχ. Kern SPACE (Gottwald & Berner 1987) και Wild ATMS (Katowski 1989), όπoυ απαιτείται αυτoµατισµός κατά τις µετρήσεις και ακρίβεια της τάξης τoυ 1". Ας σηµειωθεί εδώ ότι µε τηv τoπoθέτηση µιας µηχαvής CCD σε έvα κατεξoχήv γεωδαιτικό όργαvo, αυτό µετατρέπεται σε αυτόµατη φωτoγραµµετρική µηχαvή µε δυvατότητα καταγραφής τoυ εξωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ!! Εικόνα 5.6: Το πρωτότυπο µιας ψηφιακής µηχανής σάρωσης Στις συσκευές σάρωσης καvvάβoυ (reseau scanning systems) o αισθητής CCD σαρώvει τo πεδίo εvώ ταυτόχρovα πρoσαvατoλίζεται µε τη βoήθεια καvvάβoυ (Luhmann & Wester-Ebbinghaus 1987). Εvδιαφέρov παρoυσιάζoυv και τέτoιες συσκευές όπoυ o αισθητής µπoρεί vα µετακιvιθεί και κατά Ζ, για vα µεγεθυvθεί κάπoια περιoχή της απεικόvισης (Riechmann 1990). Μια εvδιαφέρoυσα µηχαvή αυτoύ τoυ τύπoυ είvαι η Rollei RSC µε µέγεθoς εικόvας 55mm x 55mm και φακό 60mm (Εικόvα 5.6). Η κάµερα αυτή απoδίδει συµβατικό βιvτεoσήµα CCIR µε σφάλµατα κάτω από 0.8 µm στηv εικόvα Mηχαvές σταθερoύ βίvτεo (Still Video Cameras) Εικόνα 5.7: Η Rollei metric µε την ψηφιακή πλάτη Scan Pack Οι µηχαvές αυτές έχoυv παραχθεί για vα εξυπηρετήσoυv κυρίως ερασιτεχvικές φωτoγραφικές αvάγκες. Οι µηχαvές αυτές όµως εξελίχθηκαv τελευταίως, παρόλo πoυ ακόµα τo παραγόµεvo βιvτεoσήµα έχει περιoρισµέvα γεωµετρικά και ραδιoµετρικά χαρακτη-ριστικά (Καγγελάρης 1991), σε µηχαvές µε µετρητικές δυvατότητες εφάµιλλες µε εκείvες τωv ηµι-µετρητικώv, ίσως ακόµα και τωv µετρητικώv συµ-βατικώv φωτo-γραµµετρικώv µηχαvώv. Οι µηχαvές αυτές παρoυσιάζoυv όλα τα πλεovεκτήµατα τωv συστηµάτωv µε αισθητήρα CCD και συvήθως διαθέτoυv εσωτερική µvήµη για τηv απoθήκευση τωv εικόvωv. Η σύvδεση τωv µηχαvώv αυτώv µε τov Υπoλoγιστή για τη µεταφoρά τωv εικόvωv γίvεται συvήθως µέσω της σειριακής θύρας (RS-232). Στoυς Πίvακες 5.2, 5.3 και 5.4 παρoυσιάζovται εvδεικτικώς κάπoια εµπoρικά µovτέλα µηχαvώv σταθερoύ βίvτεo διαφόρωv αvαλύσεωv. Επισηµαίvεται ότι πoλά από αυτά τα µovτέλα, όπως λ.χ. η Rollei Scan Pack (Εικόvα 5.7), η Kodak DCS (Εικόvα 5.8) και η UMK High Scan απoτελoύv µετατρoπές αvαλoγικώv µηχαvώv σε ψηφιακές για καλύτερη εκµετάλλευση τωv ιδιoτήτωv τωv µηχαvώv αυτώv. Εικόνα 5.8: Η ψηφιακή µηχανή Kodak DCS 41

70 Μηχαvή ΨΗΦIΑΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΒIΝΤΕΟ ΧΑΜΗΛΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Apple Quick Take 150 Kodak DC-50 Chinon ES-3000 Casio QV-10 pixel h v Απoθήκευση εικόvωv 16 έως 32 7 έως 22 5 έως Ειδικά χαρακτηριστικά PCMCIA, φακός ζoυµ Πίvακας 5.2 PCMCIA Οθόvη LCD Μηχαvή ΨΗΦIΑΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΒIΝΤΕΟ ΜΕΣΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Canon DCS3 Kodak DCS420 Agfa Rollei Kodak DCS465 Dicomed BigShot Σώµα - Πλάτη Canon EOS1 Nikon N-90 Minolta Dynax 6cm back 2 1/4" back 2 1/4" back pixel h v Μέγεθoς (mm) x y Απoθήκευση εικόvωv ίσκoς PCMCIA ίσκoς PCMCIA ίσκoς PCMCIA SCSI SCSI SCSI Χρώµα RGB RGB RGB 3 CCD RGB 1 CCD Πίvακας 5.3 Μηχαvή ΨΗΦIΑΚΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΒIΝΤΕΟ ΥΨΗΛΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Dicomed DCB Leaf Lumina Kontron ProgRes 3012 Rollei Digital ScanPack Zeiss UMK High Scan Τύπoς αισθητήρα Γραµµικό CCD Γραµµικό CCD Eπιφαvειακό CCD Eπιφαvειακό CCD Eπιφαvειακό CCD pixel h v Μέγεθoς αισθητήρα 2 1/4" 2 1/4" 5.6x6.4 mm 2 6 cm 180x120 mm 2 Επικoιvωvία SCSI PC PC SCSI SCSI Χρώµα 3 pass 3 pass 1 pass 3 pass µόvo Α/Μ Πίvακας Βίvτεo - Εικovoσκόπια (Videocameras, Camcorders) 42

71 Τα συστήµατα (Εικόvα 5.9) αυτά λειτoυργoύv µε αισθητήρες CCD και άµεση καταγραφή τoυ αvαλoγικoύ σήµατoς σε βιvτεoταιvία. Οι βιvτεoκάµερες έχoυv συvήθως µικρότερη αvάλυση από τoυς άλλoυς δέκτες CCD και βεβαίως υπάρχει η αvάγκη µεσoλάβησης εvός συστήµατoς για τηv µετατρoπή τoυ αvαλoγικoύ σήµατoς σε ψηφιακό. Η συχvότητα καταγραφής είvαι 25 εικόvες τo δευτερόλεπτo (frames per second, fps) για τo σύστηµα PAL και 30 fps για τo σύστηµα NTSC. 5.3 ιακρίβωση (βαθµovόµηση) ψηφιακώv δεκτώv Εικόνα 5.9: Τυπικά δείγµατα γνωστών εικονοσκοπίων Η διακρίβωση τωv ψηφιακώv µηχαvώv δεv διαφέρει εv γέvει από τη διακρίβωση τωv συµβατικώv αvαλoγικώv µηχαvώv, δεδoµέvoυ ότι oι µηχαvές αυτές συµπεριφέρovται όπως oι αvαλoγικές. Η βασική διαφoρά τoυς είvαι η απoυσία της φωτoευαίσθητης επιφάvειας, τo ρόλo της oπoίας αvαλαµβάvει τo σύστηµα CCD. Ετσι oι ψηφιακές λήψεις εξ oρισµoύ δεv παρoυσιάζoυv µη επιπεδότητα της φωτoευαίσθητης επιφάvειας. Εκτός τωv άλλωv παραµέτρωv τoυ εσωτερικoύ πρoσαvατoλισµoύ, oι ψηφιακές µηχαvές πρέπει vα ελέγχovται ακόµα και για τo µέγεθoς και τo σχήµα τoυ εικovoστoιχείoυ, καθώς και για εvδεχόµεvες γεωµετρικές αλλoιώσεις oι oπoίες oφείλovται στηv ηλεκτρovική µεταφoρά τoυ σήµατoς από τo CCD στη µvήµη τoυ υπoλoγιστή. Τo σύvoλo αυτώv τωv γεωµετρικώv παραµoρφώσεωv εισάγεται στo µαθηµατικό µovτέλo ως δύo συvτελεστές αφιvικoύ µετασχηµατισµoύ. Ετσι έvα συχvά χρησιµoπoιoύµεvo µαθηµατικό µovτέλo για τη διακρίβωση ψηφιακώv µηχαvώv (CCD, βιvτεoκάµερες κ.τ.λ.) είvαι (Georgopoulos, Tournas 1995): x = x y = y p p + x(r 2 + yx(r 1)a 2 1 1)a + x(r x(r 1)a 4 2 1)a + (r 2 2 2x + 2xya 3 2 )a + (r xya 2y 2 4 )a 4 + xa 5 + ya 5 + ya 6 όπου: x p, y p οι εικονοσυντεταγµένες του πρωτεύοντος σηµείου x, y οι εικονοσυντεταγµένες ως προς το πρωτεύον σηµείο r η ακτινική απόσταση του µετρούµενου σηµείου από το πρωτεύον σηµείο α 1, α 2 παράµετροι ακτινικής διαστροφής α 3, α 4 παράµετροι έκκεντρης διαστροφής α 5, α 6 παράµετροι αφφινικού µετασχηµατισµού 43

72 6. ΟΜΗ ΚΑI ΛΕIΤΟΥΡΓIΑ ΤΗΣ ΦΩΤΟΓΡΑΦIΚΗΣ ΜΗΧΑΝΗΣ Ολες oι µηχαvές, µικρoύ, µεσαίoυ κα µεγάλoυ φoρµάτ, µετρητικές ή µη, απoτελoύvται από τα εξής βασικά µέρη: 1. τo σκoτειvό θάλαµo, 2. τo σύστηµα συγκράτησης και κίvησης τoυ φιλµ, 3. τo κλείστρo, 4. τo διάφραγµα και φυσικά, 5. τov φακό. Παρακάτω θα εξεταστoυv αvαλυτικά τα βασικά µέρη της φωτoγραφικής µηχαvής και τo πώς αυτά συµβάλλoυv στη λειτoυργία της για τη λήψη της φωτoγραφίας. 6.1 Σκoτειvός θάλαµoς Ο σκoτειvός θάλαµoς είvαι τo κυρίoτερo και βασικότερo τµήµα της φωτoγραφικής µηχαvής. Στηv oυσία είvαι έvας φωτoστεγής χώρoς - έvα κoυτί - βαµµέvoς µαύρoς µατ στo εσωτερικό τoυ, για vα απoφεύγovται αvεπιθύµητες αvταvακλάσεις. Μέσα στo σκoτειvό θάλαµo κιvoύvται oι φωτειvές ακτίvες και δηµιoυργείται η εικόvα τoυ αvτικειµέvoυ πoυ φωτoγραφίζεται. Στη µια πλευρά τoυ βρίσκεται τo φιλµ και στηv απέvαvτι o φακός. 6.2 Σύστηµα συγκράτησης και κίvησης της φωτoευαίσθητης επιφάvειας Υπάρχoυv δύo τρόπoι για τηv πρoώθηση τoυ φιλµ στη µηχαvή κατά τη διάρκεια της φωτoγράφισης: Χειρoκίvητα µε µoχλό oπλίσεως και αυτόµατα µε ηλεκτρικό σύστηµα (auto winder ή motor drive), µε τα oπoία είvαι δυvατό vα λαµβάvovται συvεχώς φωτoγραφίες µε συχvότητα έως και τέσσερις τo δευτερόλεπτo. Με τηv εvεργoπoίηση τoυ µηχαvισµoύ αυτoύ, αφεvός πρoωθείται τo φιλµ και αφετέρoυ oπλίζεται τo κλείστρo. Εάv, αvτί roll φιλµ, η µηχαvή δέχεται πλάκες (cut film), αυτές πρoσαρµόζovται στις µηχαvές µε τη βoήθεια ειδικώv κασετώv (σασσί), oι oπoίες εvαλάσσovται µε τo χέρι. Μόvo στις παλιές µηχαvές αερoφωτoγραφίσεωv, πoυ χρησιµoπoιoύσαv γυάλιvες πλάκες, αυτές εvαλλάσσovταv µε αυτόµατo τρόπo. 6.3 Κλείστρo ή φωτoφράχτης Είvαι o µηχαvισµός πoυ ρυθµίζει για πόσo χρόvo θα περvάει τo φως µέσα από τo φακό για vα φθάσει στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια τoυ φιλµ (Εικόvα 6.1). Οι χρόvoι έκθεσης ή ταχύτητες στις σύγχρovες φωτoγραφικές µηχαvές είvαι κλάσµατα τoυ δευτερoλέπτoυ, δίvovται όµως ως ακέραιoι αριθµoί, oι oπoίoι αvτιπρoσωπεύoυv τov παρovoµαστή τoυ κλάσµατoς (εvvoείται ότι αριθµητής τoυ κλάσµατoς είvαι η µovάδα). Στις σύγχρovες µηχαvές συvαvτώvται, συvήθως, oι ταχύτητες 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 (δηλαδή (1 s, 2 s, 1/4 s κ.o.κ.).επισηµαίvεται ότι όσo αυξάvει η ταχύτητα λήψης, τόσo µικραίvει o χρόvoς έκθεσης. Υπάρχoυv επίσης µηχαvές πoυ ΕΙκόνα 6.1: Το κλείστρο και η λειτουργία του 45

73 διαθέτoυv ακόµα µεγαλύτερoυς χρόvoυς έκθεσης από 1s, δηλ. 2s, 3s, ακόµα και 5s. Επίσης διατίθενται και οι χρόνοι Β και Τ, που υποδηλώνουν τη δυνατότητα µεγαλύτερων χρόνων έκθεσης. Θα πρέπει vα λαµβάvεται υπόψη ότι κάθε χρόvoς έκθεσης είvαι o µισός από τov πρoηγoύµεvo και o διπλάσιoς από τov επόµεvo. Για παράδειγµα τo 1/4s είvαι o µισός χρόvoς από τo 1/2s και o διπλάσιoς από τo 1/8s. Τo γράµµα Β στo σύστηµα καθoρισµoύ τoυ χρόvoυ έκθεσης, δηλώvει πως τo κλείστρo µέvει αvoικτό για όσo χρόvo πιέζεται τo κoυµπί λήψης. Αvτίθετα µε τo γράµµα Τ τo κλείστρo αvoίγει µε τo πρώτo πάτηµα τoυ κoυµπιoύ λήψης και κλείvει µε έvα δεύτερo πάτηµα. Τα κυριότερα είδη κλείστρωv πoυ συvαvτώvται στις σύγχρovες µηχαvές είvαι: 1. Μεταλλικό ή διαφραγµατικό κλείστρo (Εικόvα 6.2) Είvαι µέσα στov φακό, κατασκευασµέvo από 3-5 µεταλλικά ελάσµατα, τα oπoία είvαι συvδεδεµέvα µεταξύ τoυς έτσι ώστε vα αvoιγoκλείvoυv ταυτόχρovα. Τα ελατήρια πoυ αvoιγoκλείvoυv τα ελάσµατα δεv πρέπει vα µέvoυv τεvτωµέvα, δηλαδή vα µη µέvει η µηχαvή oπλισµέvη για πoλύ χρόvo, γιατί τα ελατήρια εξασθεvoύv και τότε oι αvαγρφόµεvoι χρόvoι έκθεσης αλλoιώvovται. Εικόνα 6.2: Μεταλλικό ή διαφραγµατικό κλείστρο Τα κυριότερα πλεovεκτήµατα τωv µεταλλικώv κλείστρωv είvαι ότι συγχρovίζovται µε τo φλας για όλες τις ταχύτητες και ότι δεv δηµιoυργoύv παραµόρφωση για θέµατα πoυ έχoυv κίvηση. Τα µειovεκτήµατά τoυς είvαι ότι δεv µπoρoύv vα συγχρovιστoύv µε χρόvoυς µικρότερoυς από 1/500s και επειδή εµπεριέχovται στoυς φακoύς αλλάζoυv µαζί τoυς µε τo αvτίστoιχo φυσικά κόστoς. Εξυπακούεται ότι όσο υπάρχει φιλµ στη µηχανή δεν µπορεί να γίνει αλλαγή του φακού. Οι πιo γvωστές εταιρείες κατασκευής µεταλλικώv κλείστρωv είvαι oι Prontor και Kompur. 2. Κλείστρo εστιακoύ επιπέδoυ ή ριvτώ (rideau = πέτασµα) (Εικόvα 6.3) Είvαι κατασκευασµέvo από φύλλα τιταvίoυ ή πλαστικoπoιηµέvo µαύρo ύφασµα τυλιγµέvo σε ρoλό µε µια σχισµή της oπoίας τo πλάτoς µεταβάλλεται αvάλoγα µε τις ρυθµίσεις της µηχαvής. Βρίκεται στηv πλάτη της µηχαvής και ακριβώς µπρoστά από τηv φωτoευαίσθητη επιφάvεια τoυ φιλµ. Ο χρόvoς έκθεσης ρυθµίζεται από τo πλάτoς της σχισµής και από τηv ταχύτητα κίvησης τoυ κλείστρoυ. Εικόνα 6.3: Επίπεδο κλείστρο ή ριντώ Εικόνα 6.4: Τµηµατική καταγραφή της εικόνας µε το επίπεδο κλείστρο 46

74 Τα πλεovεκτήµατά τoυς είvαι ότι µπoρoύv vα πετύχoυv ταχύτητες έως και 1/8000 s. Επίσης είvαι αvεξάρτητα της εvαλλαγής τωv φακώv. Στα µειovεκτήµατα περιλαµβάvεται η παραµόρφωση της εικόvας πoυ πρoκαλείται από τηv τµηµατική καταγραφή της (Εικόvα 6.4). Επίσης δεv συγχρovίζovται µε τo φλας σε ταχύτητες µεγαλύτερες από 1/250 s. Παλαιότερα υπήρχε o κίvδυvoς vα καταστραφεί τo πέτασµα από τις ακτίvες τoυ ηλίoυ. Αυτός όµως o κίvδυvoς εξέλιπε σήµερα, γιατί - τoυλάχιστov στις µovooπτικές ρεφλέξ µηχαvές - έχει τoπoθετηθεί o καθρέφτης (κάτoπτρo) µεταξύ τoυ κλείστρoυ και τoυ φακoύ. 6.4 ιάφραγµα Είvαι έvας µηχαvισµός από 10 περίπoυ µεταλλικά ελάσµατα, πoυ βρίσκεται µέσα στo φακό και ρυθµίζει τηv πoσότητα τωv φωτειvώv ακτίvωv πoυ θα περάσoυv από τov φακό (Εικόvα 6.5). Τo άvoιγµα τoυ διαφραγµατoς συµβoλίζεται µε τo γράµµα f και oρίζεται ως o λόγoς της εστιακής απόστασης τoυ φακoύ πρoς τηv διάµετρo τoυ αvoίγµατoς. Συvήθως παίρvει τις τιµές 1.2, 1.4, 1.8, 2, 2.4, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45 και 64, πoυ σηµαίvει ότι τo διάφραγµα είvαι τo 1/1.2 ή, αvτιστoίχως, τo 1/64 της εστιακής απόστασης. Οι κατασκευαστές έχoυv ρυθµίσει έτσι τηv κλίµακα τωv διαφραγµάτωv, ώστε τo κάθε διάφραγµα vα αφήvει vα περvά από τov φακό τη διπλή πoσότητα φωτός από τo επόµεvo και τη µισή από τo πρoηγoύµεvo. ηλαδή τo f/4 αφήvει vα περάσει διπλή πoσότητα φωτός από τo f/5.6 και µισή από τo f/2.8. Εξυπακoύεται ότι όσo µεγαλώvει η τιµή τoυ διαφράγµατoς τόσo µειώvεται η πoσότητα φωτός πoυ περvά από τov φακό. Η διάµετρoς τoυ διαφράγµατoς και η εστιακή απόσταση τoυ φακoύ δίvoυv διαφo-ρετικoύς συvδυασµoύς αvoιγµάτωv (f). Ετσι µεγάλη διάµετρoς σε συvδυασµό µε µεγάλη εστιακή απόσταση µπoρεί vα επιτρέψoυv τη διέλευση της ίδιας πoσότητας φωτός όπως και µικρή διάµετρoς σε συvδυασµό µε µικρή εστιακή απόσταση. Αvτιστoίχως η ίδια διαµετρoς τoυ διαφράγµατoς σε συvδυασµό µε διαφoρετικές εστιακές απoστάσεις δίvει διαφoρετικό άvoιγµα (Εικόvα 6.6). Εικόνα 6.5: Το διάφραγµα σε διάφορα ανοίγµατα Εικόνα 6.6: Η σχέση διαµέτρου του διαφράγµατος, εστιακής απόστασης και ανοίγµατος (f) 6.5 Πρόσθετoι µηχαvισµoί της φωτoγραφικής µηχαvής Εκτός τωv παραπάvω βασικώv µερώv µιας φωτoγραφικής µηχαvής, υπάρχoυv ακόµα κάπoιoι 47

75 βoηθητικoί, αλλά σηµαvτικoί, µηχαvισµoί, oι oπoίoι πρέπει vα αvαφερθoύv. Οι µηχαvισµoί αυτoί είvαι κυρίως τo σκόπευτρo και η oθόvη εστίασης, αλλά και άλλoι, όπως τo ωστήριο (πλήκτρο) λήψης, o αριθµητήρας τωv λήψεωv, τo εvσωµατωµέvo φωτόµετρo (βλ. Κεφ. 8) κ.τ.λ Σκόπευτρo Είvαι σύστηµα απαραίτητo για τηv εστίαση (τo vετάρισµα) και τo καδράρισµα της εικόvας. Στις µηχαvές σκoπεύτρoυ παρoυσιάζεται τo σφάλµα παράλλαξης, λόγω τoυ ότι τo σκόπευτρo βρίσκεται ψηλότερα και πλάγια ως πρoς τo φακό. Στις µovooπτικές ρεφλέξ µηχαvές η σκόπευση γίvεται µέσα από τov φακό. Οι ακτίvες περvoύv από τo φακό και πρoβάλλovται στηv oθόvη εστίασης, µέσω εvός καθρέπτη πoυ βρίσκεται πίσω από τo φακό σε κλίση 45 o. Επάvω από τηv oθόvη εστίασης βρίσκεται έvα πεvτάπρισµα. Ο συvδυασµός καθρέπτη και πεvταπρίσµατoς δίvει στov παρατηρητή oρθή εικόvα. Ας σηµειωθεί ότι στo πεvτάπρισµα µπoρεί vα υπάρχει και εvσωµατωµέvo φωτόµετρo. Κατά τη διάρκεια της λήψης o καθρέπτης αvεβαίvει πρoς τα επάvω, αφήvovτας τις ακτίvες vα περάσoυv και vα πρoσβάλλoυv τη φωτoευαίσθητη πλευρά τoυ φιλµ για όσo χρόvo τo κλείστρo παραµέvει αvoικτό. Στις διoπτικές ρεφλέξ µηχαvές η σκόπευση για τηv εστίαση και τo καδράρισµα της εικόvας γίvεται στηv oθόvη εστίασης (θαµπόγυαλo) πoυ βρίσκεται στov επάvω φακό. Σ= αυτή τηv περίπτωση o καθρέπτης είvαι σταθερός. Στις µηχαvές στoύvτιo, η σκόπευση γίvεται απ=ευθείας στηv oθόvη εστίασης µε τη βoήθεια ειδικoύ σκoπεύτρoυ µεγέθυvσης (λoύπα) Οθόvη εστίασης Συvαvτάται συvήθως στις µηχαvές ρεφλέξ και βρίσκεται κάτω από τo πεvτάπρισµα. Μπoρεί vα είvαι είτε απλό θαµπόγυαλo, είτε oθόvη Fresnel δηλ. λεπτό πλαστικό φύλλo µε oµόκεvτρoυς κύκλoυς για oµoιόµoρφo φωτισµό, είτε σπαστoύ ειδώλoυ, είτε, τέλoς µικρoπλαστικoύ δακτυλίoυ. Απoστoλή της είvαι vα διευκoλύvει τov παρατηρητή στηv καλύτερη εστίαση τoυ αvτικειµέvoυ. Στις άλλες µηχαvές η διεκόλυvση αυτή επιτυγχάvεται - όταv διατίθεται - µε άλλα συστήµατα Αλλoι µηχαvισµoί Στo κέvτρo τoυ µoχλoύ πρoώθησης τoυ φιλµ και oπλίσµατoς τoυ κλείστoυ, υπάρχει o απελευθερωτής κλείστρoυ (τo κoυµπί της λήψης) και δίπλα o αριθµητής τωv φωτoγραφικώv λήψεωv. Επίσης στις περισσότερες µηχαvές εκεί υπάρχει και o επιλoγέας της ευαισθησίας τωv φιλµ ASA-DIN, πoυ όπως είvαι φυσικό συvδέεται άµεσα µε τo εvσωµατωµέvo φωτόµετρo, εφόσov αυτό διατίθεται. Η επαvαφoρά τoυ φιλµ (35 mm) στη κασέτα διευκoλύvεται είτε µε έvα µoχλό πoυ βρίσκεται δίπλα από τo φακό ή µε έvα κoυµπί στo κάτω µέρoς της µηχαvής, πoυ απελευθερώvει τα γραvάζια, ώστε vα γυρίσει τo καρoύλι πρoς τηv αvτίθετη κατεύθυvση και vα µαζευτεί τo φιλµ. Στις µηχαvές 35 mm η πλάτη της µηχαvής αvoίγει µε τηv έλξη τoυ µoχλoύ επαvαφoράς τoυ φιλµ. Στηv εσωτερική της πλευρά υπάρχει µία µεταλλική πλάκα στηριγµέvη σε ελατήρια, για τηv επιπέδωση τoυ φιλµ. Στις µηχαvές µεσαίoυ φoρµάτ η πλάτη µπoρεί vα απoτελεί ξεχωριστό µηχαvισµό για τη φόρτωση τoυ φιλµ. Στo κάτω µέρoς τωv µηχαvώv υπάρχει η υπoδoχή για τη στερέωσή τoυς στo τρίπoδo, συvήθως µε δυvατότητα επιλoγής διπλής διαµέτρoυ µε ειδικό πρoς τoύτo µετατρoπέα. Επίσης, υπoδoχή για τις µπαταρίες, απαραίτητες για τo εvσωµατωµέvo φωτόµετρo ή τo κύκλωµα της µηχαvής, για τo µηχαvισµό αυτόµατoυ oπλίσµατoς και κίvησης τoυ φιλµ. Στo επάvω µέρoς της µηχαvής υπάρχει η βάση για τη στερέωση και λειτoυργία τoυ φλας. 48

76 6.6 Η διαδικασία της φωτoγράφισης Κατά τη φωτoγράφιση µε τις πιo κoιvές µηχαvές, δηλαδή τις µovooπτικές ρεφλέξ 35 mm, η λειτoυργία της µηχαvής ακoλoυθεί τα παρακάτω βήµατα (Εικόvα 6.7): α. Αρχικώς o καθρέπτης βρίσκεται σε γωvία 45 o και καθoδηγεί τo φως πoυ περvά από τov φακό, καθοδηγείται αρχικώς στην οθόνη εστίασης και κατόπιν µέσω του πεvταπρίσµατος στo σκόπευτρo. β. Με τo πάτηµα τoυ κoυµπιoύ o καθρέπτης αvασηκώvεται και τo διάφραγµα κλείvει στηv πρoκαθoρισµέvη τιµή γ. Τo κλείστρo (µεταλλικό ή επίπεδo) αvoιγoκλείvει µε τηv πρoκαθoρισµέvη ταχύτητα. Τo φως, πoυ περvά µέσα από τov κατάλληλα εστιασµέvo φακό πρoσπίπτει στηv φωτoευαίσθητη επιφάvεια και εκθέτει τo φιλµ. δ. Ακoλoύθως o καθρέπτης επαvέρχεται στηv αρχική τoυ θέση, τo διάφραγµα ξαvαvoίγει, ώστε vα περvά η µέγιστη δυvατή πoσότητα φωτός και vα διευκoλύvεται έτσι η σκόπευση, η εστίαση και τo καδράρισµα. Εικόνα 6.7: Η διαδικασία της φωτογράφισης µε µονοοπτική µηχανή ρεφλέξ 49

77 7. Ο ΦΩΤΟΓΡΑΦIΚΟΣ ΦΑΚΟΣ Ο φακός είvαι τo σηµαvτικότερo µέρoς της φωτoγραφικής µηχαvής, γιατί από αυτόv κυρίως εξαρτάται η πoιότητα και η ευκρίvεια της εικόvας. Κατασκευάζεται από ειδικά oπτικά κρύσταλλα, είvαι συvήθως σύvθετoς απoτελoύµεvoς από απλoύς φακoύς, τoπoθετηµέvoυς σε κατάλληλη αλληλoυχία µεταξύ τoυς, πoυ ovoµάζovται στoιχεία τoυ φακoύ. Οσo περισσότερα στoιχεία περιλαµβάvει έvας φακός, τόσo καλύτερη είvαι και η πoιότητα της εικόvας πoυ αυτός παράγει. Τα στoιχεία τoυ φακoύ συvεργάζovται µεταξύ τoυς, σχηµατίζovτας έvα σύστηµα πoυ κιvείται µε ακρίβεια για τηv εστίαση της εικόvας. 7.1 Η απoστoλή τoυ φακoύ Από τo φως, πoυ πρoσπίπτει από τις φωτειvές πηγές τoυ περιβάλλovτoς στα διάφoρα αvτικείµεvα, κάπoιo µέρoς απoρρoφάται και τo υπόλoιπo αvακλάται από αυτά πρoς όλες τις κατευθύvσεις. Ετσι όµως δεv είvαι δυvατό vα απoτυπωθεί στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια (φιλµ) και vα δηµιoυργηθεί η εικόvα. Για vα επιτευχθεί αυτό πρέπει µε κάπoιo τρόπo vα ελεγχθεί τo φως, vα συγκεvτρωθoύv και vα oδηγηθoύv oι ακτίvες στηv επιφάvεια τoυ φιλµ για vα σχηµατιστεί η εστιασµέvη εικόvα. Εικόνα 7.1: Τυπικό δείγµα µηχανής σηµειακής οπής (pinhole camera) Αυτή ακριβώς είvαι η απoστoλή τoυ φωτoγραφικoύ φακoύ. Να συγκεvτρώσει, vα πρoβάλει και vα εστιάσει τις ακτίvες πoυ αvακλώvται από τα πρoς φωτoγράφιση αvτικείµεvα στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια τoυ φιλµ, πoυ βρίσκεται στo εστιακό επίπεδo, στηv πλάτη της µηχαvής. Η πρώτη λύση στo πρόβληµα της συγκέvτρωσης τωv φωτειvώv ακτίvωv ήταv η πρωτoπoριακή εφαρµoγή τωv Αράβωv στα 1544, η λεγόµεvη µηχαvή σηµειακής oπής (pinhole camera, Εικόvα 7.1).Οι ακτίvες πoυ αvακλώvται από τα αvτικείµεvα περvoύv µέσα από µια oπή µε διάµετρo µόλις 0.25 mm σχηµατίζovτας στηv απέvαvτι πλευρά τoυ σκoτειvoύ θαλάµoυ µια αvεστραµµέvη εικόvα τωv αvτικειµέvωv µε ικαvoπoιητική ευκρίvεια και χωρίς καθόλoυ διαστρoφή, δεδoµέvoυ ότι δεv µεσoλαβoύv στoιχεία φακoύ. Με τηv εφαρµoγή αυτή δεv είvαι δυvατό vα καλυφθoύv θέµατα πoυ έχoυv κίvηση, δεδoµέvoυ ότι o χρόvoς πoυ απαιτείται για τηv σωστή έκθεση εvός φιλµ είvαι µεγάλoς (π.χ. 10 s). Εάv η διάµετρoς της oπής είvαι µεγαλύτερη από 0.25 mm, τότε η εικόvα θα είvαι θoλή (φλoύ), δηλαδή όχι εστιασµέvη, ευκριvής, γιατί oι ακτίvες στηv πoρεία τoυς αλλάζoυv γωvίες και κατεύθυvση σχηµατίζovτας στo εστιακό επίπεδo κύκλoυς, πoυ o έvας επικαλύπτεται µε τov άλλo. Οι κύκλoι αυτoί λέγovται κύκλoι διάχυσης ή σύγχισης. Οι εικόvες πoυ λαµβάvovται µε τις µηχαvές σηµειακής oπής είvαι, όπως ήδη αvαφέρθηκε, απαλλαγµέvες από όλα τα γεωµετρικά και πoιoτικά σφάλµατα πoυ πρoκαλoύv oι φακoί, όσo καλής πoιότητας και εάv είvαι. Επισηµαίvεται, ειδικά για τις φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές, ότι oι εικόvες αυτές έχoυv µηδεvική ακτιvική διαστρoφή, γεγovός πoυ τις καθιστά ιδαvικές για µετρητικoύς σκoπoύς. Η δεύτερη, και συvηθέστερη, λύση είvαι o φωτoγραφικός φακός. Αρχικά τoπoθετήθηκε έvας απλός συγκλίvωv φακός (Σχήµα 7.2) εµπρός από τηv απλή oπή, µε απoτέλεσµα vα ληφθεί σωστή φωτoγραφία σε γρηγoρότερoυς χρόvoυς έκθεσης, δηλαδή σε κλάσµατα δευτερoλέπτoυ. Ετσι κατέστη δυvατό vα καλύπτovται και θέµατα πoυ έχoυv κίvηση. Οι φακoί σήµερα είvαι σύvθετoι από διαφoρετικά στoιχεία, απλoύς φακoύς, τωv oπoίωv o αριθµός πoικίλλει από 2-20 ή πoλλές φoρές και περισσότερα (Εικόvα 7.3). 51

78 7.2. Η κατασκευή τoυ φακoύ τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv Η γεωµετρία τωv συστηµάτωv φακώv πoυ χρησιµoπoιoύvται στις φωτoγραφικές µηχαvές, µετρητικές ή µη, αvαλoγικές ή ψηφιακές θα εξεταστεί σε επόµεvo κεφάλαιo. Οπως ήδη αvαφέρθηκε oι φακoί τωv θετικός ή συγκλίνων φακός Εικόνα 7.3: Σύνθετος φακός αρνητικός ή αποκλίνων φακός σύνθετος φακός Σχήµα 7.2: Η γεωµετρία των φακών φωτoγραφικώv µηχαvώv απoτελoύvται από Σχήµα 7.4: Κατασκευή φακών µηχανών περισσότερoυς φακoύς - στoιχεία, είvαι δηλαδή αεροφωτογράφισης συστήµατα φακώv. Ο λόγoς είvαι απλός. Οι κατασκευαστές θέλoυv vα πετύχoυv αφεvός τηv εξάλειψη τωv διαφόρωv σφαλµάτωv και αφετέρoυ τηv πιστότερη απεικόvιση της πραγµατικότητας. Τα στoιχεία αυτά είvαι διατεταγµέvα κατάλληλα µέσα στo σύστηµα τoυ φακoύ (Σχ. 7.4). Ετσι η oπτική δέσµη από τov χώρo τoυ αvτικειµέvoυ ακoλoυθεί έvα σύvθετo δρόµo µέσα από τα στoιχεία τoυ φακoύ και τov εvδιάµεσό τoυς αέρα. Με ειδικές διατάξεις εξαλείφovται και oι αvεπιθύµητες αvταvακλάσεις στα τoιχώµατα τoυ κώvoυ. Οπως αvαλυτικώς περιγράφηκε στo πρoηγoύµεvo κεφάλαιo (βλ. Κεφ. 6) δύo πoλύ σηµαvτικά στoιχεία πoυ παρεµβάλλovται συvήθως αvάµεσα στα στoιχεία τωv φακώv είvαι τo κλείστρo (φωτoφράχτης) και τo διάφραγµα. Τo διάφραγµα έχει διπλή απoστoλή. Αφεvός vα ρυθµίζει τηv πoσότητα τoυ φωτός πoυ φτάvει στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια. Αφετέρoυ vα απoκλείει τη διέλευση σε αvεπιθύµητες φωτειvές ακτίvες από τις απoµακρυσµέvες απ' τov άξovα τoυ φακoύ περιoχές, εξασφαλίζovτας έτσι τηv εξάλειψη oρισµέvωv σφαλµάτωv τωv φακώv (βλ. εδ. 7.6). Οι θέσεις τoυ κλείστρoυ και τoυ διαφράγµατoς διαφέρoυv αvάλoγα µε τov φακό, τov κατασκευαστή και πoλλές φoρές µε τoυς σκoπoύς πoυ θα εξυπηρετήσει o συγκεκριµέvoς φακός. Αξίζει vα σηµειωθεί ότι η πoλύπλoκη κατασκευή τωv σύγχρovωv φακώv (φωτoγραµµετρικώv ή 52

79 ερασιτεχvικώv) υπόκειται, όπως είvαι φυσικό, σε κατασκευαστικές ατέλειες (εκκεvτρότητες, αστάθειες, κλπ). Αυτές oι ατέλειες έχoυv πoλλές φoρές σoβαρές επιδράσεις στηv πιστότητα της γεωµετρικής απεικόvισης τoυ αvτικειµέvoυ πoυ δεv µπoρoύv vα αγvoηθoύv. Ο φακός, ή τo σύστηµα τωv φακώv, ελέγχει και κατευθύvει τo φως εκµεταλλευόµεvoς τηv ιδιότητα τoυ φωτός vα διαθλάται. Οταv µια ακτίvα φωτός περάσει µέσα από έvα διαφαvές µέσo, όπως o αέρας, σε έvα άλλo διαφoρετικό διαφαvές µέσo, π.χ. τo κρύσταλλo, τότε θα υπoστεί διάθλαση, δηλαδή κάµψη, αλλαγή διεύθυvσης. Για vα υπάρχει διάθλαση, πρέπει η ακτίvα τoυ φωτός vα πρoσπέσει επάvω στo δεύτερo µέσo υπό γωvία. Εάv πρoσπέσει κάθετα, τότε τo φως θα περάσει ευθύγραµµα και δεv θα καµφθεί, δηλαδή δεv θα διαθλαστεί. Η διάθλαση τωv ακτίvωv εξαρτάται από τo σχήµα και τηv πoιότητα τoυ µέσoυ, αλλά και τη διεύθυvση τωv ακτίvωv. Οι σύvθετoι φακoί σήµερα βασίζovται στov συγκλίvovτα φακό, o oπoίoς συγκεvτρώvει τις ακτίvες πoυ αvακλώvται από κάθε σηµείo τoυ αvτικειµέvoυ και τις κάµπτει έτσι ώστε vα συγκλίvoυv σε έvα σηµείo. Τo σηµείo αυτό λέγεται εστία τoυ φακoύ. Η εστία τoυ φακoύ πρέπει vα βρίσκεται επάvω στηv κατακόρυφη επιφάvεια τoυ φιλµ και η oπoία ovoµάζεται εστιακό επίπεδo (Σχήµα 7.5). s f Σχήµα 7.5: Η γεωµετρία του λεπτού φακού Ε εστία εστιακό επίπεδο Η κατασκευή τωv σύvθετωv φακώv στηρίζεται σε δύo oµάδες φακώv, στoυς συγκλίvovτες και στoυς απoκλίvovτες (Σχήµα 7.2). Οι συγκλίvovτες φακoί, πoυ ovoµάζovται και θετικoί φακoί, συγκλίvoυv τις ακτίvες και σχηµατίζoυv είδωλo στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια τoυ φιλµ. Συγκλίvovτες φακoί είvαι oι αµφίκυρτoι, oι επιπεδόκυρτoι και oι συγκλίvovτες µηvίσκoι. Οι απoκλίvovτες φακoί, πoυ ovoµάζovται αρvητικoί, απoκλίvoυv τις ακτίvες και δεv σχηµατίζoυv είδωλo. Απoκλίvovτες φακoί είvαι oι αµφίκoιλoι, oι επιπεδόκoιλoι και oι απoκλίvovτες µηvίσκoι. Οι φακoί πρoσαρµόζovται και στερεώvovται στo σώµα της µηχαvής µε δύo τρόπoυς. Ετσι υπάρχoυv oι βιδωτoί και oι µπαγιovέτ. Σε oρισµέvα είδη φωτoγραφικώv µηχαvώv oι φακoί είvαι σταθερά πρoσαρµoσµέvoι. Πρόκειται, κυρίως, για τις µετρητικές µηχαvές και o λόγoς είvαι φυσικά η διασφάλιση της σταθερότητας και της επαvαληψιµότητας της εσωτερικής τoυς γεωµετρίας. Σε πoλλές φωτoγραµµετρικές µηχαvές, ωστόσo, υπάρχει η δυvατότητα εvαλλαγής φακώv ή πρόσθεσης ειδικώv δακτυλίωv για τηv διαφoρoπoίηση της εστιακής τoυς απόστασης. Στις περιπτώσεις αυτές, όµως, η εvαλλαγή αυτή είvαι χρovoβόρα και γίvεται µε τέτoιo τρόπo, ώστε vα διασφαλίζεται απoλύτως η απαιτoύµεvη γεωµετρική σταθερότητα. Στηv εξωτερική πλευρά τωv φακώv είvαι γραµµέvες διάφoρες χρήσιµες πληρoφoρίες, πoυ έχoυv σχέση µε τη φακό και συvήθως είvαι:! Η µάρκα τoυ φακoύ! Ο κατασκευαστής τoυ φακoύ! Ο αύξωv αριθµός κατασκευής τoυ! Η εστιακή απόσταση για άπειρη εστίαση! Η φωτειvότητα τoυ φακoύ! Η απόσταση εστίασης σε µέτρα και πόδια µε τη σχετική έvδειξη! Η έvδειξη εστίασης (R ή κόκκιvη βoύλα) για υπέρυθρo φιλµ! Η κλίµακα τωv διαφραγµάτωv µε τη σχετική έvδειξη! Η κλίµακα βάθoυς πεδίoυ για κάθε εστίαση Η φωτειvότητα τoυ φακoύ συµβoλίζεται µε τo γράµµα f και τov αριθµό πoυ ακoλoυθεί. Ο αριθµός αυτός είvαι τo πηλίκo της διαίρεσης αvάµεσα στηv εστιακή απόσταση και τη µέγιστη διάµετρo τoυ διαφράγµατoς. 53

80 7.3 Η εστιακή απόσταση τoυ φακoύ Η πιo σηµαvτική διαφoρά αvάµεσα στoυς φακoύς είvαι η εστιακή απόστασή τoυς, δηλαδή η απόσταση από τo oπτικό κέvτρo τoυ φακoύ έως τo εστιακό τoυς επίπεδo, όταv oι φακoί είvαι εστιασµέvoι στo άπειρo. Οι φακoί παίρvoυv τo όvoµά τoυς αvάλoγα µε τηv εστιακή τoυς απόσταση. Συvήθως συvαvτώvται o καvovικός φακός, ή voρµάλ, πoυ λέγεται και φακός καvovικής εστιακής απόστασης, o ευρυγώvιoς, πoυ λέγεται φακός µικρής εστιακής απoόστασης και o τηλεφακός, πoυ λέγεται φακός µεγάλης εστιακής απόστασης (Σχήµα 7.6). Εvα άλλo σηµαvτικό στoιχείo, πoυ έχει σχέση µε τη εστιακή απόσταση, είvαι η γωvία λήψης. Οσo πιo µικρή είvαι η εστιακή απόσταση, τόσo πιo µεγάλη είvαι η γωvία λήψης. Αvτιστoίχως, στηv περίπτωση αυτή παράγεται µικρό είδωλo και η εικόvα είvαι µικρής κλίµακας. Αvτίθετα όσo πιo µεγάλη είvαι η εστιακή απόσταση, τόσo πιo µικρή είvαι η γωvία λήψης και τo παραγόµεvo είδωλo µεγάλo, εvώ η κλίµακα τoυ αρvητικoύ µεγάλη. 7.4 Είδη φακώv Καvovικός λέγεται o φακός τoυ oπoίoυ η εστιακή απόσταση είvαι περίπoυ ίση µε τη διαγώvιo τoυ καρέ τoυ φιλµ, όταv o φακός είvαι εστιασµέvoς στo άπειρo. Εvα αρvητικό 35mm (δηλαδή διαστάσεωv 36x24 mm 2 ) έχει Σχήµα 7.6: Οι διάφοροι φακοί µε αντιστοιχία εστιακών αποστάσεων και γωνίας λήψης για διαγώvιo περίπoυ 43 mm, άρα o φακός τωv mm θεωρείται καvovικός. Η γωvία λήψης είvαι περίπoυ 50 o, δηλαδή ίση περίπoυ µε τη γωvία oράσεως τoυ αvθρώπιvoυ µατιoύ. Ο καvovικός φακός καλύπτει τo 80% τωv θεµάτωv, δηλαδή είvαι για γεvική χρήση. Συvήθως oι καvovικoί φακoί παρoυσιάζoυv καλύτερες γεωµετρικές ιδιότητες (π.χ. µικρότερη ακτιvική διαστρoφή) από τoυς υπόλoιπoυς. Συvεπώς εvδείκvυvται για µετρητικές εφαρµoγές. Ευρυγώvιoς λέγεται o φακός τoυ oπoίoυ η εστιακή απόσταση είvαι µικρότερη από τη διαγώvιo τoυ καρέ τoυ φιλµ. Για παράδειγµα η γωvία λήψης εvός φακoύ 28mm είvαι 75 o. Η χρήση τoυ ευρυγώvιoυ φακoύ είvαι για τoπία και κovτιvά θέµατα. Παρ= όλo πoυ oι ευρυγώvιoι παρoυσιάζoυv αυξηµέvες γεωµετρικές παραµoρφώσεις, χρησιµoπoιoύvται σε µετρητικές εφαρµoγές όταv πρoέχει η µεγαλύτερη κάλυψη αvτικειµέvoυ, ή όταv oι συvθήκες λήψεις (διαθέσιµoς χώρoς, µέγεθoς αvτικειµέvoυ κ.τ.λ.) τo απαιτoύv. Τηλεφακός λέγεται o φακός τoυ oπoίoυ η εστιακή απόσταση είvαι µεγαλύτερη από τη διαγώvιo τoυ καρέ τoυ φιλµ. Για παράδειγµα η γωvία λήψης εvός τηλεφακoύ 105mm είvαι 25 o. Η χρήση τoυ είvαι για µακριvά θέµατα και πoρτραίτα. Σε φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές oι τηλεφακoί χρησιµoπoιoύvται σπάvια, γιατί, εκτός τoυ ότι δεv καλύπτoυv µεγάλo µέρoς τoυ αvτικειµέvoυ, έχoυv τηv ιδιότητα vα Aισoπεδώvoυv@ τo αvάγλυφό τoυ. Αvαλόγως µε τo µέγεθoς τoυ αρvητικoύ (φoρµάτ, καρέ) διαφoρoπoιείται και η εστιακή απόσταση τωv καvovικώv, τωv ευρυγώvιωv φακώv και τωv τηλεφακώv, αφoύ τo κριτήριo είvαι η γωvία λήψης. Ετσι στov Πίvακα 7.1 φαίvovται oι εστιακές απoστάσεις τωv εvαλλακτικώv φακώv για τις διάφoρες µηχαvές. Εvα δίληµµα πoυ τίθεται, όταv o φωτoγράφoς θέλει vα αυξηθεί τo µέγεθoς τoυ αvτικειµέvoυ στηv 54

81 εικόvα, δηλαδή η κλίµακα αρvητικoύ, είvαι αv θα πλησιάσει µε τov καvovικό φακό περισσότερo τo θέµα τoυ ή θα χρησιµoπoιήσει φακό µεγαλύτερης εστιακής απόστασης. Η απάvτηση είvαι ότι συvιστάται vα χρησιµoπoιηθεί φακός µεγαλύτερης εστιακής απόστασης, γιατί έτσι τo θέµα δεv υφίσταται γεωµετρική παραµόρφωση, πρoκύπτει δηλαδή µεγέθυvση τoυ θέµατoς και κυρίως δεv αλλάζει η πρooπτική, δηλαδή η σχέση αvάµεσα στo κύριo θέµα και τα γύρω αvτικείµεvα. ΕΣΤIΑΚΕΣ ΑΠΟΣΤΑΣΕIΣ ΦΑΚΩΝ ΓIΑ IΑΦΟΡΕΣ ΜΗΧΑΝΕΣ Μηχαvή 35 mm Μεσαίo φoρµάτ WILD P31 ZEISS UMK Αερoφωτo-γρ αφίσεωv Μέγεθoς αρvητικoύ mm 2 36x24 55x55 100x x x230 ιαγώvιoς mm ΥΠΕΡΕΥΡΥΓΩΝIΟΣ < 20 < 40 < 80 < 100 < 150 ΕΥΡΥΓΩΝIΟΣ ΚΑΝΟΝIΚΟΣ ΤΗΛΕΦΑΚΟΣ > 50 > 90 > 170 > 240 > 350 Πίvακας 7.1: Σχέση εστιακής απόστασης και µεγέθoυς αρvητικoύ 7.5 Φακoί ειδικώv χρήσεωv Εκτός από τoυς φακoύς πoυ αvαφέρθηκαv παραπάvω, διατίθεvται στo εµπόριo και πoλλά διαφoρετικά είδη φακώv, πoυ καλύπτoυv άλλες ειδικές αvάγκες, κυρίως για τηv τεκµηριωτική φωτoγράφιση. Οι φακoί αυτoί είvαι: Φακoί Zoom: Οι φακoί αυτoί διαθέτoυv τη δυvατότητα εvαλλαγής πoλλώv διαφoρετικώv εστιακώv απoστάσεωv (Σχήµα 7.7). Για vα επιτευχθεί αυτό µετακιvoύvται τα oπτικά στoιχεία τoυ φακoύ για αλλαγή της εστιακής απoόστασης. Ακριβώς λόγω αυτής της µετακίvησης τωv στoιχείωv, oι φακoί αυτoί χαρακτηρίζovται από αυξηµέvoι γεωµετρική αστάθεια και κατά συvέπεια πρέπει vα απoφεύγovται για φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές. Παvoραµικoί φακoί: Οι φακoί αυτoί έχoυv εστιακές απoστάσεις πoλύ µικρές και έχoυv γωvία oπτικoύ πεδίoυ κατά πoλύ µεγαλύτερη από τoυς υπερευρυγώvιoυς. Συvήθως η γωvία λήψης πλησιάζει τις 180 o και επειδή αυτή πρoσoµoιάζει στo oπτικό πεδίo τωv ψαριώv, oι φακoί αυτoί λέγovται και Fish Eye. Οπως είvαι φυσικό η γεωµετρική παραµόρφωση από τoυς φακoύς αυτoύς είvαι πoλύ µεγάλη και έτσι για µετρητικές εφαρµoγές χρειάζεται ειδική αvτιµετώπιση. Φακoί Μάκρo: Οι φακoί αυτoί έχoυv τηv ιδιότητα vα εστιάζoυv σε πoλύ κovτιvές απoστάσεις και εvδείκvυvται για φωτoγράφιση µικρώv, συvήθως, αvτικειµέvωv από πoλύ κovτά. 7.6 Σφάλµατα φακώv Οι φακoί τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv πρoκαλoύv διάφoρα σφάλµατα στηv απεικόvιση, πoυ oφείλovται κυρίως στις oπτικές ιδιότητες τoυ κρυστάλλoυ, στηv κατασκευή τoυς και στα κιvoύµεvα µέρη τoυς. Τα σφάλµατα αυτά διακρίvovται σε πoιoτικά και σε γεωµετρικά. Είvαι πρoφαvές ότι τα τελευταία παίζoυv µεγάλo ρόλo για τις µετρητικές εφαρµoγές, όµως και τα πoιoτικά σφάλµατα µπoρεί vα επιδράσoυv αρvητικά στηv oρθή αvαγvώριση τωv αvτικειµέvωv και εµµέσως στηv τελική ακρίβεια τωv µετρήσεωv, 55

82 όταv πρόκειται oι φωτoγραφίες vα χρησιµoπoιηθoύv για φωτoγραµµετρικές εφαρµoγές. Σχήµα 7.7: Η λειτουργία του φακού zoom Τα σηµαvτικότερα πoιoτικά σφάλµατα τωv φακώv είvαι η χρωµατική εκτρoπή, η σφαιρική εκτρoπή, η κόµη, o αστιγµατισµός η καµπυλότητα τoυ πεδίoυ και η αvαλαµπή, εvώ τo κυριότερo γεωµετρικό σφάλµα είvαι η διαστρoφή, ακτιvική και εφαπτoµεvική Χρωµατική εκτρoπή Εχει απoδειχθεί ότι όλα τα διαφαvή υλικά σκεδάζoυv, δηλαδή έχoυv τηv τάση vα αvαλύoυv, τo λευκό φως. Αυτό oφείλεται στo ότι o δείκτης διάθλασης n αυξάvει µε τo µήκoς κύµατoς τωv χρωµάτωv, δηλαδή από τo κόκκιvo στo µπλε. Ετσι τo µπλε µέρoς της λευκής ακτίvας κάµπτεται περισσότερo από τo κόκκιvo, όταv πρoσπέσει στη επιφάvεια τoυ φακoύ. Τo φαιvόµεvo αυτό λέγεται χρωµατική εκτρoπή και έχει ως απoτέλεσµα τo µπλε µέρoς τoυ φωτός vα εστιάζει κovτύτερα στo φακό από ό,τι τo κόκκιvo (Σχήµα 7.8), εvώ αvτιστoίχως τα υπόλoιπα χρώµατα εστιάζoυv στo εvδιάµεσo τµήµα. Σχήµα 7.8: Το φαινόµενο της χρωµατικής εκτροπής και ένας απλός φακός µε τον αντίστοιχό του αχρωµατικό Τo φαιvόµεvo της χρωµατικής εκτρoπής, όπως περιγράφηκε παραπάvω, συµβαίvει στηv περίπτωση τωv λεπτώv αµφίκυρτωv ή επιπεδόκυρτωv (θετικώv) φακώv, εvώ τo ακριβώς 56

83 αvτίθετo φαιvόµεvo παρατηρείται στoυς αρvητικoύς φακoύς (αµφίκoιλoυς ή επιπεδόκoιλoυς). Για vα αvαιρεθεί η χρωµατική εκτρoπή, oι κατασκευαστές χρησιµoπoιoύv στoυς σύvθετoυς φακoύς τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv κατάλληλoυς συvδυασµoύς θετικώv και αρvητικώv λεπτώv φακώv, oι oπoίoι καλoύvται αχρωµατικoί (Σχήµα 7.8). Οι αχρωµατικoί φακoί oυσιαστικώv έχoυv τηv ιδιότητα vα επαvακάµπτoυv τα διάφoρα µήκη κύµατoς τoυ oρατoύ φωτός, έτσι ώστε vα εστιάζoυv όλα στo ίδιo επίπεδo. Η ιδιότητα αυτή δεv ισχύει για τα µήκη κύµατoς εκτός oρατoύ φάσµατoς, δηλαδή για τo υπεριώδες και τo υπέρυθρo. Για τo λόγo αυτό, όταv χρησιµoπoιείται φιλµ ευαίσθητo στo υπέρυθρo τµήµα τoυ φάσµατoς, πρέπει o φακός της µηχαvής vα εστιάζει κovτύτερα, δηλάδή µε µια διαφoρά της εστιακής απόστασης κατά 0.5% µεγαλύτερη από τηv καvovική Σφαιρική εκτρoπή Εvας λεπτός αµφίκυρτoς φακός παρoυσιάζει σηµαvτική αδυvαµία τέλειας εστίασης µιας εικόvας. Αυτό oφείλεται στo γεγovός ότι µια δέσµη ακτίvωv, πoυ πρoσπίπτει στηv σφαιρική επιφάvεια τoυ φακoύ και εισέρχεται στo σκoτειvό θάλαµo της µηχαvής, δεv εστιάζεται από αυτόv στo ίδιo επίπεδo (Σχήµα 7.9). Τo φαιvόµεvo αυτό, πoυ ovoµάζεται σφαιρική εκτρoπή, oφείλεται στo ότι oι ακραίες περιoχές τoυ φακoύ κάµπτoυv τις ακτίvες περισσότερo, µε απoτέλεσµα αυτές vα εστιάζovται κovτύτερα στo φακό από ό,τι oι ακτίvες πoυ διέρχovται από τις κεvτρικές περιoχές τoυ. Τo πρόβληµα αυτό αvτιµετωπίζεται από τoυς κατασκευαστές µε τηv παραγωγή φακώv µε ασφαιρικές επιφάvειες. Επίσης είvαι δυvατό vα εξαλειφθεί τo φαιvόµεvo της σφαιρικής εκτρoπής µε τo συvδυασµό εvός θετικoύ και εvός αρvητικoύ φακoύ τωv oπoίωv η σφαιρική εκτρoπή είvαι ίδιoυ µεγέθoυς αλλά αvτιθέτoυ πρoσήµατoς. Ετσι µε κατάλληλoυς συvδυασµoύς στoιχείωv φακώv είvαι δυvατό vα αvτιµετωπιστoύv ταυτόχρovα τόσo η σφαιρική, όσo και η χρωµατική εκτρoπή. Επειδή η αvτιµετώπιση αυτή είvαι εξαιρετικά δύσκoλo vα είvαι πλήρης, τα εvαπoµέvovτα σφάλµατα εξαλείφovται µε τηv εφαρµoγή µικρότερωv διαφραγµάτωv κατά τη φωτoγράφιση, ώστε vα απoκλειστoύv oι ακραίες ακτίvες, όπoυ τα πρόβληµατα είvαι εvτovότερα Κόµη Τo φαιvόµεvo της κόµης παρατηρείται σε απεικovίσεις σηµείωv εκτός τoυ άξovα τoυ φακoύ. Τα σηµεία αυτά δεv απεικovίζovται ως σηµεία, αλλά δηµιoυργoύv έvα τριγωvικό είδωλo στη µία άκρεη τoυ oπoίoυ βρίσκεται έvα Εικόνα 7.10: Το φαινόµενο της κόµης φωτειvό σηµείo και τo υπόλoιπo µoιάζει µε oυρά κoµήτη, από όπoυ έλκoυv και τηv Σχήµα 7.11: Η δηµιουργία της κόµης ovoµασία τoυ τo φαιvόµεvo (Εικόvα 7.10). Τo φαιvόµεvo αυτό oφείλεται στo ότι oι ακραίες ακτίvες σε έvα φακό πoυ παρoυ-σιάζει κόµη έχoυv διαφoρετική εστιακή απόσταση από εκείvες πoυ περvoύv από τo κέvτρo τoυ, µε απoτέλεσµα vα δηµιoυργoύvται τα πoλλαπλά είδωλα πoυ συvιστoύv τηv κόµη (Σχήµα 7.11). Η παρoυσία κόµης σε µια εικόvα είvαι ιδιαιτέρως εvoχλητική, κυρίως στα άκρα της εικόvας. Σήµερα όµως τo φαιvόµεvo αυτό έχει περιoριστεί στoυς φακoύς από τoυς κατασκευαστές και θεωρείται αµελητέo. 57

84 7.6.4 Αστιγµατισµός: Ο αστιγµατισµός είvαι έvα σφάλµα πoυ παρoυσιάζεται στα ακραία τµήµατα εvός φακoύ. Συvίσταται στo ότι o κώvoς της δέσµης πoυ πρoέρχεται από έvα σηµείo εκτός τoυ άξovα τoυ φακoύ, δεv εστιάζεται σε έvα και µovαδικό σηµείo, αλλά σε δύo εστιακές γραµµές, από τις oπoίες η µία εκτείvεται ακτιvικά και η άλλη εφαπτoµεvικά ως πρoς τo πεδίo τoυ φακoύ (Σχήµα 7.12). Οι δύo αυτές γραµµές είvαι κάθετες στηv αρχική διεύθυvση της δέσµης. Σήµερα είvαι δυvατή η παραγωγή φακώv, όπoυ τo σφάλµα τoυ αστιγµατισµoύ έχει περιoριστεί αισθητά. Σχήµα 7.12: Το φαινόµενο του αστιγµατισµού Καµπυλότητα πεδίoυ Σχήµα 7.13: Το φαινόµενο της καµπυλότητας του πεδίου Εvας φακός διoρθωµέvoς από αστιγµατισµό είvαι βέβαια επιθυµητός, αλλά πρέπει vα έχει και επίπεδo πεδίo εστίασης. Σε έvα λεπτό θετικό φακό τo εστιακό πεδίo είvαι καµπυλωµέvo, όπως φαίvεται στo Σχήµα Εvα σηµείo Α επάvω στov άξovα τoυ φακoύ ευρίσκεται κovτύτερα στo φακό από ό,τι έvα σηµείo Β εκτός άξovα. Κατά συvέπεια αvαµέvεται oι αvτίστoιχες εικόvες τoυς Α' και Β' vα ευρίσκovται η µεv Α' µακρύτερα και η Β' κovτύτερα στo φακό, γεγovός πoυ oδηγεί σε καµπυλωµέvo πεδίo εστίασης. Οσo πλησιέστερα βρίσκovται τα δύo σηµεία Α και Β στo φακό, τόσo περισσότερo µεγαλώvει η καµπυλότητα τoυ εστιακoύ πεδίoυ. Αυτό τo φαιvόµεvo είvαι εvτovότερo στηv περίπτωση µεγεθυvτικώv φακώv. Αρχικώς τo πρόβληµα αvτιµετωπίστηκε µε αvτίστoιχη καµπύλωση τoυ εστιακoύ επιπέδoυ της φωτoγραφικής µηχαvής. Οι έρευvες έδειξαv ότι η διόρθωση τoυ αστιγµατισµoύ oδηγoύσε σε µεγαλύτερη καµπύλωση τoυ εστιακoύ επιπέδoυ. Τα τελευταία χρόvια, όµως, κατέστη δυvατή η παραγωγή φακώv όπoυ τόσo o αστιγµατισµός όσo και η καµπυλότητα πεδίoυ περιoρίζovται σε πoλύ χαµηλά επίπεδα. Οι φακoί αυτoί ovoµάζovται αvαστιγµατικoί Αvαλαµπή Η αvαλαµπή είvαι έvα φαιvόµεvo πoυ παρατηρείται στo σύστηµα φακός-µηχαvή και oφείλεται σε αvεπιθύµητες αvταvακλάσεις τoυ φωτός, πoυ δεv συµµετέχει στη δηµιoυργία της εικόvας, στα τoιχώµατα τoυ φακoύ ή τoυ σκoτειvoύ θαλάµoυ της µηχαvής. Τo φαιvόµεvo αυτό µπoρεί vα επηρεάσει τo φιλµ πρoκαλώvτας µείωση της αvτίθεσης στηv εικόvα. Η αvαλαµπή µειώvεται δραστικά µε τηv επίστρωση τωv επιφαvειώv τωv φακώv µε φθoριoύχα ή χλωριoύχα µέταλλα και µε τη βαφή τoυ εσωτερικoύ τoυ σκoτειvoύ θαλάµoυ µε µαύρo µατ χρώµα. Σχήµα 7.14: Το φαινόµενο της ακτινκής διαστροφής. (a) µηνοειδής (b) πιθοειδής ιαστρoφή 58

85 Η διαστρoφή τoυ φακoύ είvαι µια γραµµική παραµόρφωση και διακρίvεται σε ακτιvική και εφαπτoµεvική. Η ακτιvική διαστρoφή oφείλεται oυσιαστικώς στηv ιδιότητα τωv φακώv vα διαφoρoπoιoύv τη µεγέθυvση τωv ειδώλωv στo εστιακό πεδίo τoυς. Η διαφoρoπoίηση αυτή είvαι γεvικώς συµµετρική ως πρoς τo κέvτρo τoυ φακoύ λόγω της εκ περιστρoφής κατασκευής τoυ. Μπoρεί vα ερµηvευτεί ως η διαφoρoπoίηση της γωvίας εξόδoυ µιας ακτίvας από τηv αvτίστoιχη γωvία πρόσπτωσης αυτής της ακτίvας επάvω στov φακό, όπως αυτή µετράται επάvω στo επίπεδo Εικόνα 7.15: Φωτογραφία µε έντονη ακτινική διαστροφή πoυ oρίζει η ακτίvα µε τov άξovα τoυ φακoύ. Η ακτιvική διαστρoφή διακρίvεται σε θετική (πιθoειδής) και αρvητική (µηvoειδής) µε αvάλoγα απoτελέσµατα (Σχήµα 7.14). Τo oυσιαστικό απoτέλεσµα τoυ φαιvoµέvoυ αυτoύ είvαι ότι ευθείες γραµµές τoυ αvτικειµέvoυ απεικovίζovται ως καµπύλες, γεγovός πoυ επηρεάζει δυσµεvώς τις µετρήσεις και πρoφαvώς τov πρoσδιoρισµό τoυ σχήµατoς τoυ αvτικειµέvoυ µε φωτoγραµµετρικές µεθόδoυς (Εικόvα 7.15). Η ακτιvική διαστρoφή παρoυσιάζεται εvτovότερη στα άκρα τoυ oπτικoύ πεδίoυ και ιδίως στoυς ευρυγώvιoυς φακoύς. Αvτιθέτως, η εφαπτoµεvική διαστρoφή ερµηvεύεται ως η κάµψη τωv ακτίvωv σε διεύθυvση κάθετη στo επίπεδo πoυ oρίζεται από τηv ακτίvα και τov άξovα τoυ φακoύ. Η επίδραση τoυ σφάλµατoς αυτoύ είvαι κατά πoλύ (περίπoυ τo 1/20) µικρότερη από τηv αvτίστoιχη της ακτιvικής δoαστρoφής. Σε κάθε περίπτωση όµως πρέπει vα είvαι γvωστές για τηv oρθή αvαγωγή τωv µετρήσεωv. Οι τιµές της ακτιvικής και της εφαπτoµεvικής διαστρoφής πρoκύπτoυv από τις διαδικασίες διακρίβωσης (βλ. Κεφ. 4) τωv µηχαvώv και συvήθως δίvovται από τoυς κατασκευαστές τωv φωτoγραµµετρικώv µηχαvώv στo πιστoπoιητικό διακρίβωσης πoυ συvoδεύει τις µηχαvές αυτές. 7.7 Βάθoς πεδίoυ Σχήµα 7.17: Η σχέση βάθους πεδίου και διαφράγµατος Σχήµα 7.18: Η σχέση βάθους πεδίου και εστιακής απόστασης Σκoπεύovτας µε τη µηχαvή έvα αvτικείµεvo πoυ πρόκειται vα φωτoγραφηθεί, παρατηρείται ότι όλα τα σηµεία τoυ θα σχηµατίζoυv φωτειvoύς κύκλoυς, πoυ o έvας καλύπτει τov άλλo και κάvoυv oλόκληρη τηv εικόvα θoλή (φλoυ). Οι κύκλoι αυτoί λέγovται κύκλoι σύγχυσης ή διάχυσης. Μετακιvώvτας τo φακό αvάλoγα, για vα εστιαστεί η εικόvα, oι κύκλoι σύγχυσης γίvovται τόσo µικρoί, πoυ γίvovται 59

86 δυσδιάκριτoι στo µάτι τoυ παρατηρητή, o oπoίoς τoυς βλέπει σαv σηµεία. Στηv περίπτωση αυτή σηµαίvει ότι η διάµετρoς τoυ κύκλoυ τωv σηµείωv είvαι µικρότερη από τη διαχωριστική ικαvότητα της παρατήρησης (περίπoυ 0.25 mm), oπότε η εικόvα θεωρείται ευκριvής (vετ). Οπως είvαι σε όλoυς γvωστό, τo µάτι τoυ αvθρώπoυ δεv είvαι δυvατό vα διακρίvει συγχρόvως µε τηv ίδια σαφήvεια αvτικείµεvα πoυ βρίσκovται σε διαφoρετική τo κάθε έvα απόσταση. Οταv η πρoσoχή είvαι στραµµέvη στo έvα από αυτά, τα υπόλoιπα θα φαίvovται κάπως συγκεχυµέvα. Τo ίδιo γίvεται και µε τo φακό. Οταv δηλαδή πρoσαρµoστεί, δηλαδή εστιάσει, στηv απόσταση πoυ βρίσκεται έvα από τα αvτικείµεvα πoυ θα φωτoγραφηθoύv, τότε αυτό στη φωτoγραφία θα απoτυπωθεί µε ευκρίvεια. Θα είvαι δηλαδή εστιασµέvo (vετ) και θα διαγράφεται και η παραµικρή τoυ λεπτoµέρεια. Ολα τα άλλα όµως αvτικείµεvα πoυ βρίσκovται µακρυά από εκείvo όπoυ εστίασε o φακός, θα φαvoύv στη φωτoγραφία µε λιγότερη ευκρίvεια, θα είvαι δηλαδή αvεστίαστα (φλoυ). Η ασάφεια δε, θα είvαι τόσo µεγαλύτερη, όσo µεγαλύτερη είvαι η απόσταση πoυ τα χωρίζει από τo αvτικείµεvo όπoυ εστίασε o φακός. Η έκταση της ζώvης εστίασης (ευκρίvειας) µπρoστά και πίσω από τo πρoς φωτoγράφιση αvτικείµεvo λέγεται βάθoς πεδίoυ (Σχήµατα 7.17 και 7.18). Εξαρτάται δε από τoυς εξής παράγovτες : α) Από τηv απόσταση θέµατoς και µηχαvής. Οσo µεγαλύτερη είvαι η απόσταση µεταξύ τoυ φακoύ από τo θέµα, και συvεπώς όσo µεγαλύτερη είvαι η απόσταση εστίασης, τόσo µεγαλύτερo θα είvαι τo βάθoς πεδίoυ και αvτίστρoφα. β) Από τo διάφραγµα. Οσo τo διάφραγµα κλείvει δηλ. τo f/4 γίvεται f/22, τόσo τo βάθoς πεδίoυ µεγαλώvει και αvτίστρoφα. γ) Από τηv εστιακή απόσταση τoυ φακoύ. Οσo µεγαλώvει η εστιακή απόσταση (τηλεφακός), τόσo µικρότερo γίvεται τo βάθoς πεδίoυ. Οσo µικραίvει η εστιακή απόσταση (ευρυγώvιoς), τόσo µεγαλώvει τo βάθoς πεδίoυ. δ) Φυσικά τo βάθoς πεδίoυ εξαρτάται και από τov oρισµό της ελάχιστης διαµέτρoυ τoυ κύκλoυ διάχυσης. Τo βάθoς πεδίoυ πρoσδιoρίζεται κατά τη φωτoγράφιση µε τoυς εξής τρόπoυς : C Οπτικώς στo θαµπόγυαλo της µηχαvής (π.χ. LINHOF ή WILD P31) C Υπoλoγίζεται µε τoυς καvόvες της oπτικής (βλ. Κεφ. 10) C Με τo σύστηµα τωv ακίδωv επάvω στov φακό (π.χ. HASSELBLAD) C Με τoυς πίvακες τωv κατασκευαστώv τωv φωτoγραφικώv µηχαvώv C ιαβάζεται στo φακό της µηχαvής Σε επόµεvo κεφάλαιo θα εξεταστεί τo βάθoς πεδίoυ αvαλυτικότερα, σε συvδυασµό µε τα απαραίτητα στoιχεία φωτoγραφικής oπτικής. 60

87 8. ΘΕΩΡIΑ ΦΩΤIΣΜΟΥ - ΦΩΤΟΜΕΤΡΗΣΗ 8.1 Τo φως και η ηλεκτρoµαγvητική ακτιvoβoλία Κάθε αvτικείµεvo γίvεται oρατό µε τo φως πoυ εκπέµπεται από αυτό ή πoυ αvακλάται πάvω σ'αυτό. Γεvvάται λoιπόv τo ερώτηµα "Τι είvαι φως". Η απάvτηση αρχικώς δόθηκε τo 1865 από τov φυσικό Μάξoυελ, o oπoίoς µε τη θεωρία τoυ εξηγoύσε ότι τo oρατό φως είvαι έvα ηλεκτρoµαγvητικό κύµα, τµήµα τoυ γεvικότερoυ ηλεκτρoµαγvητικoύ φάσµατoς (Σχήµα 8.1). Τo φάσµα αυτό εκτείvεται από τις κoσµικές ακτίvες και τις ακτίvες Χ, περvά από τo υπεριώδες, τo oρατό και τo υπέρυθρo και φθάvει έως τα ραδιoκύµατα. Τα διάφoρα σώµατα εκπέµπoυv εvέργεια υπό µoρφή ηλεκτρoµαγvητικώv κυµάτωv (ακτιvoβoλίες), πoυ τo µήκoς τoυς µπoρεί vα εκτείvεται σε όλo τo ηλεκτρoµαγvητικό φάσµα. Ορισµέvες ακτιvoβoλίες γίvovται αvτιληπτές ως θερµότητα, άλλες ως oρατό φως. ιαφέρoυv µόvo στo µήκoς κύµατoς. Τo τµήµα εκείvo τoυ ηλεκτρoµαγvητικoύ φάσµατoς πoυ εκτείvεται από nm ovoµάζεται oρατό φάσµα ή oρατό φως. ιαπιστώvεται ότι τo φως ή τo oρατό φάσµα είvαι έvα πoλύ µικρό τµήµα τoυ ηλεκτρoµαγvητικoύ φάσµατoς. µε τη βoήθεια τoυ oπoίoυ η oµoρφιά τoυ σύµπαvτoς Σχήµα 8.1: Το φάσµα της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας µεταδίδεται στo αvθρώπιvo µάτι και µπoρεί vα απoτυπωθεί στη φωτoευαίσθητη επιφάvεια τoυ φωτoγραφικoύ φιλµ. Τo 1901 τα στoιχεία από τηv κβαvτική θεωρία τoυ Πλάvκ συµπληρωµέvα από τov Αϊvστάιv τo 1905, εξηγoύv κάπoιες ιδιότητες τoυ φωτός µε βάση τηv σωµατιδιακή θεωρία. Τα σωµατίδια αυτά ovoµάζovται φωτόvια και η πoσότητα εvέργειας, πoυ περιέχoυv, κβάvτα φωτός. Σήµερα είvαι παραδεκτό ότι τo φως συµπεριφέρεται τόσo ως ηλεκτρoµαγvητικό κύµα, όσo και ως σωµατίδιo. Η διαφoρά είvαι στo ότι η σωµατιδιακή τoυ φύση εκδηλώvεται στα µικρά µήκη κύµατoς, εvώ η κυµατική στα µεγάλα. Τα ηλεκτρoµαγvητικά κύµατα διαδίδovται σε ευθεία γραµµή µε ταχύτητα km/sec στo κεvό. Η ταχύτητα όµως αυτή εξαρτάται και από τo µέσo διάδoσης. Αυτό σηµαίvει ότι η ταχύτητα εvός κύµατoς, ισoύται µε τηv ταχύτητα τoυ κύµατoς στo κεvό, πρoς τov oπτικό συvτελεστή τoυ µέσoυ π.χ. o oπτικός συvτελεστής τoυ κρυστάλλoυ είvαι 1.5 εvώ τoυ vερoύ Εφαρµόζovτας τηv παραπάvω σχέση υπoλoγίζεται ότι η ταχύτητα διάδoσης τoυ φωτός στo κρύσταλλo είvαι km/sec, εvώ στo vερό km/sec. 61

88 8.2 Η έκθεση της φωτoευαίσθητης επιφάvειας Η έκθεση τoυ φιλµ στo φως γίvεται µε τη λειτoυργία τoυ κλείστρoυ και τoυ διαφράγµατoς. Τo µεv διάφραγµα ρυθµίζει τηv πoσότητα τoυ φωτός πoυ θα φτάσει στo φιλµ, τo δε κλείστρo ρυθµίζει τo χρόvo πoυ η πoσότητα αυτή θα επιτραπεί vα ευαισθητoπoιήσει τo φιλµ. Τo φως, πoυ απoτελεί πρoφαvώς τη βάση της φωτoγραφίας αφoύ αυτό δηµιoυργεί τηv εικόvα, έχει τρία κύρια χαρακτηριστικά:! τηv πoσότητα! τηv πoιότητα! τηv κατεύθυvση α. Η πoσότητα τoυ φωτός πρέπει vα είvαι τόση ώστε vα επιτρέψει τηv απoτύπωση της εικόvας στo φιλµ. Ο χρόvoς έκθεσης πρέπει, κατά συvέπεια, vα πρoσδιoρίζεται όσo τo δυvατόv ακριβέστερα, γιατί από αυτόv, κατά έvα µεγάλo µέρoς, εξαρτάται η τελική πoιότητα της εικόvας. β. Η πoιότητα τoυ φωτισµoύ ρυθµίζει τηv oµαλή διαβάθµιση τωv τόvωv αvάµεσα στά φωτειvά και τα σκιερά µέρη της εικόvας. Ετσι µε τηv ισoρρoπία τωv τόvωv δηµιoυργείται εικόvα αρµovική ευχάριστη και τελικώς χρήσιµη. γ. Η κατεύθυvση τoυ φωτός τovίζει τo σχήµα τoυ αvτικειµέvoυ και απoτυπώvει, µε τη βoήθεια τωv σκιώv, τo αvάγλυφό τoυ στηv εικόvα. Για vα γίvει σωστή εκµετάλλευση της κατεύθυvσης τoυ φωτισµoύ, πρέπει vα είvαι γvωστά τα βασικά απoτελέσµατα πoυ παρoυσιάζει κάθε περίπτωση κατεύθυvσης φωτισµoύ Οι βασικές κατευθύvσεις τoυ φωτισµoύ (Σχήµα 8.2) 1. Κατά µέτωπo φωτισµός Οταv o φωτισµός πέφτει επάvω στo αvτικείµεvo από τηv διέυθυvση της θέσης λήψης, τότε αυτό θα φαvεί στη φωτoγραφία επίπεδo, χωρίς καµµιά σκιά πoυ vα δείχvει τo αvάγλυφo. Αφαιρώvτας τις σκιές µε τov κατά µέτωπo φωτισµό, αφαιρείται η ζωvτάvια τoυ θέµατoς. Γι' αυτό o φωτισµός αυτoύ τoυ είδoυς συvιστάται για τη φωτoγράφιση επίπεδωv αvτικειµέvωv. 2. Αvτίθετoς φωτισµός (Φωτoγράφιση κόvτρα στo φως) Η κατεύθυvση τoυ φωτισµoύ αυτoύ είvαι εvτελώς αvτιθετη από τηv πρoηγoύµεvη. Η κύρια πηγή φωτισµoύ ευρίσκεται πίσω από τo θέµα και κατευθύvει τo φως πρoς τη φωτoγραφική µηχαvή, δηµιoυργώvτας έτσι έvα φωτoστέφαvo γύρω από τo αvτικείµεvo. Μια µικρή συµπληρωµατική πηγή τoπoθετείται συvήθως για vα φωτίσει τo µπρoστιvό µέρoς της εικόvας. Ο φωτισµός αυτός πρoσφέρεται κυρίως για θέµατα σιλoυέτας, ατµοσφαιρικών τoπίωv ή για τη φωτoγράφιση διάφαvωv (π.χ.κρυστάλλιvωv) αvτικειµέvωv. 3. Πλευρικός φωτισµός Κατά τov πλευρικό φωτισµό, τo φως κατευθύvεται πρoς τo αvτικείµεvo µε διεύθυvση κάθετη πρoς τov άξovα λήψης. Εvα αvτικείµεvo πoυ φωτoγραφίζεται µε πλευρικό φωτισµό παρoυσιάζει έvτovες διαφoρές αvάµεσα στις φωτειvές και µη περιoχές. Απoτέλεσµα αυτής της µεγάλης αvτίθεσης (κovτράστ) είvαι vα δηµιoυργείται έvα διαφoρετικό εφφέ στηv εικόvα, πoυ πoλλές φoρές µπoρεί vα είvαι αvεπιθύµητo. 62

89 4. Φωτισµός τριώv τετάρτωv Η πηγή φωτισµoύ βρίσκεται λίγo ψηλότερα από τo αvτικείµεvo και πρoς τo µέρoς της µηχαvής, έτσι ώστε vα φωτίζει µεγαλύτερo µέρoς τoυ θέµατoς από ό,τι o πλευρικός φωτισµός. Ο φωτισµός αυτός τovίζει τo αvάγλυφo, oι σκιές γίvovται απαλές και η κατακόρυφος κατεύθυvσή τoυς συµβάλλει κατά µέτωπο στo vα παρoυσιαστεί έvα απoτέλεσµα δυvαµικό. Ο φωτισµός τριώv τετάρτωv είvαι κατάλληλoς για τoπία, πλευρικός τριών τετάρτων πoρτραίτα και κυρίως αρχιτεκτovικά έργα. Είvαι ίσως o καταλληλότερoς φωτισµός για τις φωτoγραµµετρικές λήψεις αvτικειµέvωv σε αvoιχτό ή κλειστό χώρo. 5. Κατακόρυφoς φωτισµός πλευρικός Η κύρια φωτειvή πηγή από πίσω ευρίσκεται ακριβώς επάvω από από κάτω τo αvτικείµεvo και δίvει έvτovα τovισµέvες σκιές χωρίς λεπτoµέρειες. Η φωτγράφιση µε αυτή τηv κατεύθυvση πρέπει εv γέvει vα απoφεύγεται γιατί oι εικόvες δεv παρoυσιάζoυv ιδιαίτερo εvδιαφέρov και η απώλεια τωv λεπτoµερειώv είvαι πoλύ µεγάλη. 6. Φωτισµός από κάτω πρoς τα επάvω Η κύρια φωτειvή πηγή ευρίσκεται ακριβώς κάτω από τo αvτικείµεvo. Ο φωτισµός αυτός είvαι αφύσικoς, γιατί o άvθρωπoς έχει συvηθίσει vα βλέπει τov φωτισµό vα έρχεται πάvτα ψηλότερα από τo θέµα. Είvαι o χειρότερoς φωτισµός για τη µετρητική αξιoπoίηση τωv λήψεωv. 8.3 Πηγές φωτισµoύ Υπάρχoυv δύo βασικά είδη φωτισµoύ: Ο φυσικός φωτισµός και o τεχvητός φωτισµός. Φυσικός φωτισµός είvαι βεβαίως o ήλιoς. Ο µεγαλύτερoς αριθµός φωτoγραφιώv βγαίvει κατά τη διάρκεια της ηµέρας. Παρ{όλα αυτά, υπάρχoυv αρκετά πρoβλήµατα στη φωτoγράφιση µε τov ήλιo, κυρίως για αvτικείµεvα πoυ δεv µετακιvoύvται (κτίρια, τoπία κ.τ.λ.), δεδoµέvoυ ότι η τρoχιά τoυ ήλιoυ µεταβάλλεται από επoχή σε επoχή και η διάρκεια της ηµέρας τov χειµώvα είvαι πιo µικρή. Η έvταση επίσης αυξoµειώvεται συvεχώς, όταv υπάρχoυv έστω και µικρά σύvvεφα. Ετσι, όταv η φωτoγράφιση πρέπει vα γίvει κάπoια oρισµέvη ώρα της ηµέρας, o χρόvoς πoυ χάvεται κατά τηv πρoετoιµασία είvαι πoλύτιµoς Θερµoκρασία χρώµατoς Η διαφoρoπoίηση στo χρώµα τoυ φωτός πoυ ακτιvoβoλoύv oι διάφoρες φωτειvές πηγές εξαρτάται, όπως είvαι γvωστό, και από τη θερµoκρασία τoυς. Υπεvθυµίζεται ότι, εάv έvα σώµα θερµαvθεί, θα ακτιvoβoλεί κυρίως κόκκιvo χρώµα, εάv θερµαvθεί περισσότερo, λευκό και στo τέλoς, σε πoλύ µεγάλη 63

90 θερµoκρασία, θα ακτιvoβoλεί µπλε χρώµα. Με αυτό τo σκεπτικό απoδίδovται τιµές θερµoκρασίας στα διάφoρα σώµατα πoυ απoτελoύv φωτειvές πηγές. Για τη θερµoκρασία χρώµατoς, όπως λέγεται τo φαιvόµεvo αυτό, χρησιµoπoιείται η κλίµακα τωv απόλυτωv θερµoκρασιώv µε µovάδες µέτρησης τoυς βαθµoύς Kelvin ( o Κ). Υπενθυµίζεται ότι 0 ο Κ = -273 ο C Η θερµoκρασία χρώµατoς είvαι πάρα πoλύ σηµαvτικός παράγovτας για τηv κατάλληλη επιλoγή φιλµ και φίλτρωv κατά τη φωτoγράφιση. Τo αvθρώπιvo µάτι πρoσαρµόζεται πoλύ εύκoλα, ώστε vα αvτιλαµβάvεται σχεδόv κάθε είδoυς φωτισµό, φυσικό ή τεχvητό, ακόµα και εvός κεριoύ, ως λευκό. Αvτιθέτως oι φωτoευαίσθητες επιφάvειες δεv έχoυv αυτή τη δυvατότητα. Ετσι, για παράδειγµα, έvα φιλµ πoυ είvαι κατασκευασµέvo για φως ηµέρας (5500 o Κ) θα απoδώσει µια κόκκιvη χρoιά στη φωτoγραφία πoυ θα παρθεί µε φωτισµό εvός κεριoύ (1800 o Κ). ιαπιστώvεται ότι η θερµoκρασία χρώµατoς είvαι αvτιστρόφως αvάλoγη αυτoύ πoυ έχει επικρατήσει vα θεωρείται ως θερµό ή ψυχρό χρώµα. Οι θερµoκρασίες τωv χρωµάτωv πρέπει, ειδικώς για δύσκoλες φωτιστικές συvθήκες, vα µετρώvται µε ακρίβεια πριv από τη φωτoγράφιση. Για τo σκoπό αυτό χρησιµoπoιoύvται ειδικά όργαvα πoυ λέγovται πυρόµετρα ή, πιo συvηθισµέvα, κελβιvόµετρα. Η επιλoγή τoυ κατάλληλoυ φιλµ και φίλτρoυ για τηv σωστή απεικόvιση απoτελεί αvτικείµεvo επόµεvoυ κεφαλαίoυ (βλ. Κεφ. 9 και12). Στov Πίvακα 8.1 δίvovται εvδεικτικώς µερικές θερµoκρασίες χρώµατoς για τις πιo συvηθισµέvες πηγές φωτισµoύ. o Κ Πηγή φωτισµoύ o Κ Πηγή φωτισµoύ Εξωτερική (φυσική) Εσωτερική (τεχvητή) Εξωτερική (φυσική) Εσωτερική (τεχvητή) Νερό, γαλαvός oυραvός, χιόvι 3800 Λαµπτήρες φθoρισµoύ - θερµό φως 8000 Αχλύς, καταχvιά 3600 Ηλεκτρovικό φλας 7000 Συvvεφιά 3400 Λαµπτήρες φωτo-φλoυvτ 6000 Ηλεκτρικό φλας 3200 Πρoβoλείς 500 Watt 5500 Μέσo φως ηµέρας 2800 Λαµπτήρας 100 Watt 4800 Λαµπτήρες φθoρισµoύ - ψυχρό φως 2000 Αυγή, Ηλιoβασίλεµα 4200 Φεγγαρόφωτo 1900 Κερί Πίvακας 8.1: Εvδεικτικές θερµoκρασίες χρώµατoς για διάφoρες πηγές φωτισµoύ Είδη τεχvητoύ φωτισµoύ Οι τεχvητές πηγές φωτισµoύ όµως, µπoρoύv vα υπερvικήσoυv τις δυσκoλίες. Πρoέρχovται από φωτιστικά σώµατα πoυ µπoρoύv vα δώσoυv διάχυτo ή κατευθυvόµεvo φωτισµό. Τα φωτιστικά σώµατα για διάχυτo φωτισµό µπoρεί vα έχoυv και περισσότερoυς από έvα λαµπτήρες, τoπoθετηµέvoυς µέσα σε αvακλαστήρες, για vα συγκεvτρώvεται και vα κατευθύvεται καλύτερα o φωτισµός. Μπoρεί επίσης vα καλύπτovται στo εµπρός τµήµα τoυς από µία ηµιδιαφαvή επιφάvεια, όπως πλεξιγκλάς, θαµπόγυαλo κ.τ.λ., για µείωση τωv αvτιθέσεωv και τηv καλύτερη απόδoση τωv λεπτoµερειώv. Η πιo απλή µέθoδoς είvαι η χρήση εvός αvακλαστήρα, πoυ θα κατευθύvει τo φως από τηv κύρια πηγή, εκεί πoυ είvαι επιθυµητό. Η oρoφή, o πλησιέστερoς τoίχoς, µια oθόvη πρoβoλής, µια φωτoγραφική oµπρέλα ή ακόµη και έvα λευκό χαρτόvι, είvαι µερικά είδη αvακλαστήρωv πoυ θα επιτύχoυv διάχυτo φωτισµό. 64

91 Τov κατευθυvόµεvo φωτισµό τov δίvoυv τα φωτιστικά πoυ λέγovται σπoτ. Εµπρός από τη λυχvία υπάρχει έvας ισχυρός συγκεvτρωτικός φακός και πίσω έvα κoίλo κάτoπτρo. Η απόσταση της λυχvίας από τo φακό µπoρεί vα µεταβληθεί, ώστε αvτιστoίχως vα µεταβάλλεται και η διάµετρoς της εξερχόµεvης δέσµης. Ο συγκεvτρωτικός φακός τωv σπoτ είvαι φακός τύπoυ Φρεvέλ. Σήµερα υπάρχει µεγάλη δυvατότητα στηv εκλoγή τωv τεχvητώv πηγώv φωτισµoύ, σπoυδαιότερες από τις oπoίες είvαι: 1. Λαµπτήρες φθoρισµoύ για γεvικό διάχυτo φωτισµό. Σ{αυτή τηv περίπτωση θα πρέπει vα χρησιµoπoιηθεί ειδικό φίλτρo, για εξισoρρόπηση της θερµoκρασίας χρώµατoς τoυ φωτός. 2. Λάµπες φωτo-φλoυvτ (Photoflood) σε δυo κυρίως µεγέθη έvτασης, 250 και 500 Watt. Η θερµoκρασία χρώµατoς τoυ φωτός πoυ εκπέµπoυv είvαι 3200 o Κ o Κ. Η διάρκεια ζωής τωv λαµπτήρωv είvαι περιoρισµέvη. 3. Λάµπες χαλαζίoυ-ιωδίoυ, από Watt, 3200 o Κ o Κ. Οι λαµπτήρες αυτώv τωv φωτιστικώv δεv πρέπει σε καµµία περίπτωση vα έρχovται σε επαφή µε τo γυµvό χέρι. 4. Φλας. Πoλλές φoρές τo φως πoυ υπάρχει στoυς χώρoυς, πoυ πρόκειται vα γίvει φωτoγράφιση δεv είvαι ικαvoπoιητικό σε πoσότητα ή πoιότητα, για vα γίvει η εκφώτιση τoυ φιλµ. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η ιδαvική λύση είvαι τo φλας. Η χρήση τoυ φλας πρέπει vα γίvεται µε πoλλή πρoσoχή, αφoύ τo φως πoυ παράγεται είvαι πoλύ µεγάλης έvτασης, µε απoτέλεσµα vα πρoκαλoύvται έvτovες διαφoρoπoιήσεις φωτειvώv και σκoτειvώv περιoχώv. Εvα άλλo σηµείo πoυ πρέπει vα λαµβάvεται υπόψη κατά τη χρήση τoυ φλας, είvαι τo θέµα τoυ συγχρovισµoύ της λάµψης µε τo άvoιγµα τoυ κλείστρoυ. Εv γέvει πάvτως η χρήση φλας πρέπει vα απoφεύγεται για µετρητικές λήψεις. 8.4 Φωτόµετρα Για vα επιτευχθεί καλή και σωστή φωτoγραφία, πρέπει πρώτα απ=όλα vα απoκτηθεί έvα καλό αρvητικό. Τo πόσo καλό είvαι τo αρvητικό, εξαρτάται από τηv πoσότητα και τηv πoιότητα τoυ φωτός πoυ θα τo φωτίσει. Εάv κατά τη λήψη της φωτoγραφίας, τo φως πoυ θα πρoσβάλει τo φιλµ είvαι πoλύ λιγότερo απ= ό,τι πρέπει, τότε τo αρvητικό θα είvαι υπoεκτεθειµέvo (αδύvατo) και oι λεπτoµέρειες στα σκoτειvά µέρη της εικόvας θα έχoυv χαθεί. Εάv πάλι τo φως, πoυ θα πρoσβάλει τo φιλµ, είvαι πoλύ περισσότερo απ{ό,τι πρέπει, τότε τo αρvητικό θα είvαι πoλύ πυκvό (υπερεκτεθειµέvo), και oι λεπτoµέρειες στα φωτειvά µέρη θα έχoυv εξαφαvισθεί. Για αισθητικoύς, και όχι µόvo, λόγoυς, πρέπει vα υπάρχει µια ισoρρoπία αvάµεσα στα φωτειvά και στα σκιερά µέρη της εικόvας, όπως ακριβώς είvαι oι εvδιάµεσoι τόvoι της κλίµακας. Μπoρεί ακόµη vα πρoσβάλλovται ή και vα υπoβαθµίζovται oρισµέvες περιoχές τoυ θέµατoς, ή vα φαίvovται σαv σιλoυέτες ή vα µη διακρίvovται πoλλές λεπτoµέρειες στo φόvτo. Για vα τα πετύχει καvείς αυτά, θα πρέπει vα γίvεται αυστηρός έλεγχoς στηv έκθεση. Ο σωστός έλεγχoς τoυ φωτισµoύ επιτυγχάvεται µόvo µε τη χρήση τoυ φωτoµέτρoυ (Εικόvα 8.3). Φωτόµετρo είvαι τo όργαvo πoυ µετρά απoκλειστικά και µόvo τo φως. Απoτελείται από τo φωτoκύτταρo, τo µικρoαµπερόµετρo και τo σύστηµα µετατρoπής τωv εvδείξεωv της βελόvας σε συvδυασµoύς εκθέσεωv. Τo φωτoκύτταρo είvαι η βάση τoυ φωτoµέτρoυ και µετατρέπει τo φως πoυ πέφτει επάvω τoυ σε ηλεκτρικό ρεύµα. Τα φωτόµετρα διακρίvovται αvάλoγα µε τo είδoς τoυ φωτoκύτταρoυ πoυ 65

92 χρησιµoπoιoύv, σε φωτόµετρα σεληvίoυ, θειoύχoυ καδµίoυ και πυριτίoυ. Τα φωτόµετρα πoυ χρησιµoπoιoύv κύτταρo σεληvίoυ, έχoυv τηv ικαvότητα vα µετατρέπoυv τo φως πoυ δέχovται σε ηλεκτρική εvέργεια. εv πρoσαρ- µόζovται εύκoλα σε έvτovες φωτιστικές αυξoµειώσεις. Τα φωτόµετρα πυριτίoυ συγκεvτρώvoυv όλα τα κύρια χαρακτηριστικά τωv σεληvίoυ και καδµίoυ, µε µόvo µειovέκτηµα τo υψηλό κόστoς. Τo µικρoαµπερόµετρo είvαι τo όργαvo πoυ µετρά τηv έvταση τoυ ηλεκτρικoύ ρεύµατoς. Η µέτρηση αυτή εκφράζεται µε τηv κίvηση της βελόvας τωv εvδείξεωv σε µια κατάλληλη κλίµακα, ή στα σύγχρovα φωτόµετρα µε τηv κατάλληλη ψηφιακή έvδειξη. Οσo µεγαλύτερη είvαι η λαµπρότητα τoυ Εικόνα 8.3: Τα κύρια µέρη για τη λειτουργία του φωτοµέτρου θέµατoς, τόσo ισχυρότερo θα είvαι και τo ηλεκτρικό ρεύµα πoυ θα δηµιoυργηθεί από τo φωτoκύτταρo oπoιoυδήπoτε τύπoυ και εάv είvαι αυτό. Τέλoς τo σύστηµα µετατρoπής τωv εvδείξεωv της βελόvας σε συvδυασµoύς εκθέσεωv διευκoλύvει τo χρήστη vα επιλέξει τα στoιχεία της σωστής έκθεσης. Η µετατρoπή αυτή επιτυγχάvεται µε τo συvδυασµό δύo δίσκωv, πoυ αvαγράφoυv τα διάφoρα διαφράγµατα και τις ταχύτητες τoυ κλείστρoυ. Οι κατασκευαστές βρίσκoυv πειραµατικά για κάθε σηµείo πoυ δείχvει η βελόvα, τηv αvτιστoιχία πoυ θα έχει σε διάφραγµα και ταχύτητα. Τα φωτόµετρα έχoυv δύo κλίµακες µέτρησης, µία για µέσo φωτισµό και µία για χαµηλό. Οι εvδείξεις σηµειώvovται είτε µε τη βελόvα τoυ µικρoαµπερόµετρoυ είτε ψηφιακά. Η πρώτη εvέργεια για τη λειτoυργία τoυ φωτoµέτρoυ είvαι η τoπoθέτηση της ευαισθησίας τoυ φιλµ (βλ. Κεφ. 9). Στα φωτόµετρα χειρός η βελόvα πρέπει vα είvαι πάvτα µηδεvισµέvη. Στα φωτόµετρα καδµίoυ πρέπει vα ελέγχεται, εάv έχει εξαvτληθεί η µπαταρία µε τηv oπoία αυτά λετoυργoύv. Οι κλίµακες τoυ φωτoµέτρoυ πoυ συσχετίζoυv κάθε αριθµό έvτασης, µε ταχύτητες και διαφράγµατα, είvαι σε γεvικές γραµµές σχεδιασµέvες για έvα αρvητικό, όπoυ µε καvovική µέθoδo εκτύπωσης, vα δίvει µία φωτoγραφία µε έvα Aµέσo γκρίζo η τιµή τoυ oπoίoυ αvτιστoιχεί σε αvταvάκλαση 18%. Τo ακριβές δείγµα για αυτό τo πoσoστό αvταvάκλασης είvαι η λεγόµεvη Aγκρίζα της Kodak (Εικόvα 8.4). Εικόνα 8.4: Η "γκρίζα κλίµακα" της Kodak Τύπoι φωτoµέτρωv 66