1. Особенности построения визуально-оптических средств разведки.

         Средства наблюдения в видимом и ИК диапазонах имеют общую структуру(рис.1):


 Рис.1 Структурная схема оптического приемника.

 

В зависи­мости от вида светочувствительного элемента различают: визуально-оптические, фотографические и оптико-электронные средства ОР. В визуально-оптических средствах на­блюдения светочувствительным элементом является сетчатка глаза человека, в традицион­ных фото- и киноаппаратах - фотопленка, а в оптико-электронных - электронный светочув­ствительный элемент.

Оптическая система или объектив проецирует световой поток от объекта наблюдения на поверхность светочувствительного элемента (сетчатку глаза, фотопленку, фотокатод, ми­шень оптико-электронного преобразователя). Светочувствительный элемент преобразует оп­тическое изображение в эквивалентное распределение плотности химического вещества или электронное изображение, количество «свободных» электронов каждой точки которого про­порционально яркости соответствующей точки оптического изображения.

Характеристики средств наблюдения определяются, прежде всего, параметрами опти­ческой системы и светоэлектрического элемента, а также они зависят от способов обработки электрических сигналов и формирования изображения при индикации.

Основу оптической системы представляет объектив, отображающий объект в плоскости светочувствительного элемента. Объективы строятся на основе комбинации линз и зеркал. Принцип получения изображения в выпуклой линзе показан на рис.2

 

                              

Рис.2 Принцип получения изображения в выпуклой линзе.

 

Здесь  А - объект, В - его изображение, D - диафрагма, f - фокусное расстояние, d-действующее отверстие. Если g>2*f, то изображение действительное уменьшенное перевернутое. Основная формула линзы имеет вид:

                                    1/f = 1/g +1/b                                         (1)

                                                                          

Параметры объектива: действующее отверстие - d, относительное отверстие, светосила, угол поля и глубина резкости, разрешающая способность.

Действующее отверстие-наименьшее отверстие, через которое проходят все лучи, вошедшие в объектив.

Относительное отверстие-отношение диаметра действующего отверстия к фокусному расстоянию, выраженное в виде дроби с числителем 1:

                                                     d/f = 1/n                                              (2)

Здесь n-целое число. ( сверхсветосильные с d/f > 1/2)

Светосила-способность создавать определенную освещенность в плоскости изображения. Численно равна квадрату относительного отверстия.

     Геометрическая светосила: Sг = (d/f)^2; фактическая светосила: Sф = k*(d/f)^2/, k=0.92..0.999.   Sф< Sг из за потерь света за счет отражения и поглощения при прохождении через систему линз. Для снижения потерь за счет отражения используют метод «просветления» оптики с помощью тонких плёнок(явление интерференции) ( сверхсветосильные с d/f > 1/2).                                             

      Угол поля –угол, под которым в плоскости экрана наблюдается изображение  из оптического центра(рис.3). Объектив считается широкоугольным, если значение угла более 60^0

                                                

                                  Рис.3 К понятию «угол поля».

Глубина резкости - расстояние вдоль оптической оси, в пределах которого изображение обладает удовлетворительной резкостью(рис.5).

 

                           

                         Рис.5 К понятию «глубина резкости».

 

         При ведении ВЗОР широко используются оптические приборы наблюдения (бинокли, стереотрубы, перископы). Они обеспечивают увеличение видимых угловых размеров удалённых объектов. Поскольку при этом пороговые контрасты обнаружения уменьшаются, видимость объектов повышается. Поэтому основной характеристикой приборов наблюдения, которую нужно принимать в расчет при маскировке объектов, является увеличение прибора или его кратность Г.

Угловые размеры предметов, наблюдаемых через оптический прибор, имеют значение (угл. мин)

,                               (3)

где lmin - проекция меньшей стороны объекта на плоскость, перпендикулярную линии зрения; D - дальность наблюдения.

Определив угловой размер предмета dпр, находят для него по графику пороговый контраст обнаружения e и затем по известной формуле – видимость V. Значение контраста при наблюдении через оптические приборы днем практически то же, что и при наблюдении без приборов.

Возможность различения отдельных деталей объектов определяется разрешающей способностью приборов наблюдения. Эта величина характеризует тот наименьший угловой размер dmin деталей объекта или промежутков между ними, при котором они еще отображаются прибором отдельно, не сливаясь один с другим.

Таким образом, независимо от кратности прибора детали объекта не обнаруживаются, если их угловые размеры меньше разрешающей способности прибора наблюдения: δ  <  δmin.

Выражая δmin в угловых секундах, запишем условие скрытия деталей объекта:

.                                      (4)

Наконец, следует иметь в виду, что бинокли, стереотрубы и другие бинокулярные приборы увеличивают возможности оценки взаимного расположения объектов и маскировочных конструкций по дальности. В частности, они позволяют при наземном наблюдении легче отличить замаскированные объекты от вертикальных фонов. Основные характеристики оптических приборов наблюдения приведены в табл. 1.

 

Таблица 1- Характеристики приборов наблюдения

Наименование приборов

Увеличение

(Г)

Разреш. способность

 dmin, угл. мин.

Пластика

(П)

Бинокли

7-12

8-5

12-25

Стереотрубы

10-20

6-4

25 – 100

Перископы

10-30

3-2

-

Оптич. прицелы

2-4

15

-

 

 

2. Особенности построения фотографических средств разведки

 

Фоторазведка имеет существенные преимущества перед другими способами разведки, поскольку она позволяет получать оптические изображения объектов наиболее высокого качества..

Средства фотографической разведки широко используют при ведении космической, воздушной, морской и наземной разведок.

Основными характеристиками средств фоторазведки служат масштаб фотографического изображения, спектральная чувствительность системы, контрастность получаемого изображения, разрешающая способность.

Масштаб фотографического изображения характеризует степень уменьшения изображаемых на снимке объектов и определяется соотношением

.                                      (5)

 

 

Здесь l- линейный размер объекта, а l'- его изображения (рис. 6).

Рис. 6 Определение масштаба фотографического изображения

 

Практически масштаб фотографирования выбирается с таким расчетом, чтобы не только получить достаточную детализацию изображения, но и обеспечить необходимую полосу захвата местности, отображаемой на одном снимке. Ширина захвата lЗАХВ зависит от размера кадра фотоаппарата l'к и масштаба изображения:

.                                          (7)

Чем меньше масштаб, тем больше полоса захвата.

Воздушное площадное фотографирование при тактической разведке проводится обычно в масштабе 1:20 000 - 1:10 000. Отдельные объекты могут фотографироваться в масштабе от 1: 5 000 до 1: 2 000.

Спектральная чувствительность фотоматериалов определяет участок спектра, используемый для разведки. Все светочувствительные материалы, применяемые для фотографической разведки, имеют неодинаковую чувствительность к излучениям разных длин волн. Поэтому противник может вести разведку в различных зонах оптического спектра и выявлять такие различия в спектральной отражательной способности объектов и фонов, которые визуально не воспринимаются.

В соответствии с цветностью получаемого изображения светочувствительные материалы делятся на две группы: черно-белые и цветные.

Кривые спектральной чувствительности черно-белых фотопленок, применяемых для фоторазведки в армии США, показаны на рис. 7. Самый распространенный черно-белый фотоматериал - панхроматическая фотопленка - имеет два максимума чувствительности в областях 0,44...0,45 мкм и 0,6...0,65 мкм, затем чувствительность резко снижается. Поэтому пределом используемой длинноволновой зоны будет 0,67...0,68 мкм.

Рис. 7 Спектральная чувствительность черно-белых фотоматериалов:

1 - панхроматических; 2 - изохроматических; 3 - инфрахроматических

 

Съемка на пленке панхром ведется с желтым, оранжевым или красным светофильтрами, которые повышают контрастность изображения вследствие того, что они непрозрачны в коротковолновой области и существенно уменьшают влияние излучений световоздушной дымки. Кривые спектрального пропускания  светофильтров показаны на рис. 8.

Рис. 8- Спектральная прозрачность аэросъемочных фильтров:

1 - желтого; 2 - оранжевого; 3 - красного; 4 - темно-красного

 

Изохроматическая черно-белая пленка по сравнению с панхроматической имеет добавочный максимум, который приходится на 0,6 мкм, а ее спектральная чувствительность распространяется до 0,7 мкм. Съемка на изохроматическую пленку производится с желтым и оранжевым светофильтрами.

Для съемки в ближней инфракрасной части спектра применяется черно-белая инфрахроматическая пленка, имеющая также два максимума чувствительности: один - в видимой области, второй - в инфракрасной. Съемка на пленку инфрахром ведется только с красными светофильтрами и ее чувствительность в видимой области не используется.

Цветная фотопленка используется при разведке весьма ограниченно, так как при съемке с больших высот цветовые различия объекта с фоном нивелируются, и потому дешифровочные свойства цветных снимков хуже черно-белых.

Спектрозональное фотографирование применяется специально для обнаружения замаскированных объектов. Сущность его заключается в одновременном фотографировании объектов в двух различных зонах спектра на двуслойную фотопленку.

На спектрозональных снимках легко обнаруживаются любые нарушения растительного покрова, дороги, мосты, фортификационные и другие инженерные сооружения; лиственные породы леса отличаются от хвойных. Последнее обстоятельство нужно иметь в виду при маскировке объектов растительностью.

Контраст фотографического изображения определяется соотношением эффективных яркостей объекта, фона, атмосферной дымки и коэффициентом контрастности фотографирующей системы g. Его находят по формуле

.                        (8)

Эффективные яркости объекта, фона и дымки определяют с учетом спектральных характеристик применяемых фотопленок и светофильтров. Коэффициент контрастности фотографирующей системы зависит от типа используемой фотопленки и условий ее обработки. Применяемые за рубежом фотопленки имеют коэффициент контрастности от 1,5 до 2,5. Крупные объекты можно обнаружить на фотоснимке при условии, что визуально воспринимаемый контраст между изображениями фона и объекта больше порогового контраста зрения, т.е.

.                                   (9)

Напомним, что пороговый контраст человеческого зрения зависит от угловых размеров d и формы рассматриваемых объектов. Линейный размер изображения l' объекта на фотоснимке, выраженный через его натуральный размер l и масштаб фотографирования:

.                                      (10)

Фотоснимок при дешифрировании рассматривается с расстояния наилучшего зрения (около 250 мм), поэтому угловой размер изображения будет

,                              (11)

где l' - размер изображения на снимке, мм.

При дешифрировании с лупой, имеющей кратность Г, угловой размер изображения увеличивается в Г раз:

.                                (12)

Разрешающая способность (РС) фотографирующей системы характеризует способность фотослоя воспроизводить мелкие детали объектов фотографирования. Она определяет требования к приемам и средствам маскировки, при использовании которых затрудняется опознавание объектов.

РС фотоснимка выражается максимальным числом раздельно передаваемых фотослоем параллельных штрихов на белом фоне, приходящихся на 1 мм снимка. Для ее определения используют специальный тест-объект, или миру, состоящую из нескольких групп черных линий (штрихов) и белых промежутков между ними. Промежутки между штрихами равны ширине штрихов. Для каждой группы ширина штрихов различна.

При определении РС миру соответствующего размера фотографируют. Рассматривая в лупу изображение миры на фотоснимке, находят ту группу, на которой еще можно различить отдельные штрихи. Количество R предельно различимых штрихов (линий), приходящихся на 1 мм снимка, является численной характеристикой разрешающей способности и выражается в лин/мм.

Разрешающая способность фотографирующей системы определяется качеством применяемого объектива, зернистостью фотопленки и условиями фотографирования. Она всегда будет в 2-4 раза меньше, чем разрешающая способность фотопленки или объектива.

Опытным путем установлена следующая зависимость для разрешающей способности фотографирующей системы при воспроизведении деталей малого контраста:

,                                (13)

где RK=1 — разрешающая способность при контрасте деталей К=1; К - контраст деталей по эффективным яркостям.

На рис. 9 показана зависимость разрешающей способности от контраста фотографируемых деталей.

Рис. 9 Зависимость разрешающей способности от контраста

 

Используя понятие разрешающей способности, определяем наименьшие натурные размеры объекта или его деталей, которые еще воспроизводятся на фотоснимке.

Найдем вначале минимальную ширину линии штриховой миры, при которой она еще видна на снимке. Если разрешающая способность фотографирующей системы при контрасте К равна RK, то на одном миллиметре фотоснимка изображаются раздельно, не сливаясь одна с другой, RK темных линий и столько же промежутков между ними (рис. 10). Ширина изображения одной линии на снимке будет

.

Рис.10 К определению размера минимальной детали фотографического изображения

 

При масштабе фотографирования М ширина линии миры на местности составит

.                       (14)

Эта величина называется линейной разрешающей способностью фотографирующей системы на местности.

Исходя из практики в (14) вводится коэффициент С, учитывающий форму детали или объекта. Тогда наименьший размер объекта (или его детали), при котором еще воспроизводится его изображение на снимке, будет

 

,                                      (15)

где Н - высота (дальность) фотографирования, м; R - разрешающая способность, 1/мм; fОБ_ фокусное расстояние, мм.

 

Коэффициент С имеет следующие значения:

0,1-0,2 - обнаружение протяженных линейных объектов (например, грунтовых дорог);

0,2-0,6 - обнаружение протяженных деталей с соотношением сторон 1:10 и более;

0,6-1,5 - обнаружение компактных деталей и объектов с соотношением сторон 1:1 и более;

1,5-4,0 - опознавание геометрических форм простых компактных объектов (квадрат, круг, треугольник, прямоугольник).

 

 

Hosted by uCoz