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航空摄影

航空摄影(aerial photography),又称航拍,是指在飞机或其他航空飞行器上利用航空摄影机摄取地面景物像片的技术。现在除从飞机拍摄的航空照之外,从人造卫星拍摄的宇宙照片,从气球拍摄的气球照片等都统称为空中摄影。航空摄影一般选在上午或下午,因为上午或下午地面上的景物比较清晰,有足够的照度,容易收到较好的影调效果。如果地面上有雾,那么拍摄时要使用适当的滤光器,以增强画面的反差。 

  航空摄影

  

 

 

 

航空摄影的基本介绍

  航空摄影始于19世纪50年代,当时从气球上用摄影机拍摄的城市照片,虽只有观赏价值,却开创了从空中观察地球的历史。1909年美国的莱特(W.Wright)第一次从飞机上对地面拍摄像片。此后,随着飞机和飞行技术,以及摄影机和感光材等的飞速发展,航空摄影像片的质量有了很大提高,用途日益广泛。它不仅大量用于地图测绘方面,而且在国民经济建设、军事和科学研究等许多领域中得到广泛应用。

 

 

 

航空摄影的基本分类

  根据用途的不同,航空摄影可选用不同的方式和感光材料,从而得到功能不同的航空像。

 

  (一)按像片倾斜角分类

 

  按像片倾斜角分类(像片倾斜角是航空摄影机主光轴与通过透镜中心的地面铅垂线(主垂线)间的夹角),可分为垂直摄影和倾斜摄影。

 

  倾斜角等于0°的,是垂直摄影,这时主光轴垂直于地面(与主垂线重合),感光胶片与地面平行。但由于飞行中的各种原因,倾斜角不可能绝对等于0°,一般凡倾斜角小于3°的称垂直摄影。由垂直摄影获得的像片称为水平像片。水平像片上地物的影像,一般与地面物体顶部的形状基本相似,像片各部分的比例尺大致相同。水平像片能够用来判断各目标的位置关系和量测距离。

 

  倾斜角大于3°的,称为倾斜摄影,所获得的像片称为倾斜像片。这种像片可单独使用,也可以与水平像片配合使用。

 

  (二)按摄影的实施方式分类

 

  按摄影的实施方式分类,可分为单片摄影、航线摄影和面积摄影。

 

  单片摄影:为拍摄单独固定目标而进行的摄影称为单片摄影,一般只摄取一张(或一对)像片。

 

  

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航线摄影:沿一条航线,对地面狭长地区或沿线状地物(铁路、公路等)进行的连续摄影,称为航线摄影。为了使相邻像片的地物能互相衔接以及满足立体观察的需要,相邻像片间需要有一定的重叠,称为航向重叠。航向重叠一般应达到60%,至少不小于53%。

 

  面积摄影:沿数条航线对较大区域进行连续摄影,称为面积摄影(或区域摄影)。面积摄影要求各航线互相平行。在同一条航线上相邻像片间的航向重叠为60—53%。相邻航线间的像片也要有一定的重叠,这种重叠称为旁向重叠,一般应为30—15%。实施面积摄影时,通常要求航线与纬线平行,即按东西方向飞行。但有时也按照设计航线飞行。由于在飞行中难免出现一定的偏差,故需要限制航线长度。一般为60—120km,以保证不偏航,而产生漏摄。

 

  (三)按感光材料分类

 

  可分为全色黑白摄影、黑白红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄影和多光谱摄影等。

 

  全色黑白摄影:采用全色黑白感光材料进行的摄影。它对可见光波段(0.4—0.76μm)内的各种色光都能感光,是目前应用广,又易收集到的航空遥感资料之一。如我国为测制国家基本地形图摄制的航空像片即属此类。

 

  黑白红外摄影:采用黑白红外感光材料进行的摄影。它能对可见光、近红外光(0.4—1.3μm)波段感光,尤其对水体植被反应灵敏,所摄像片具有较高的反差和分辨率。

 

  彩色摄影:彩色像片虽然也是感受可见光波段内的各种色光,但由于它能将物体的自然色彩、明暗度以及深浅表现出来,因此与全色黑白像片相比,影像更为清晰,分辨能力高。

 

  彩色红外摄影:彩色红外摄影虽然也是感受可见光和近红外波段(0.4—1.3μm),但却使绿光感光之后变为蓝色,红光感光之后变为绿色,近红外感光后成为红色,这种彩色红外片与彩色片相比,在色别、明暗度和饱合度上都有很大的不同。例如在彩色片上绿色植物呈绿色,在彩色红外片上却呈红色。由于红外线的波长比可见光的波长长,受大气分子的散射影响小,穿透力强,因此,其彩色红外片色彩要鲜艳得多。

 

  多光谱摄影:多光谱摄影是利用摄影镜头与滤光片的组合,同时对一地区进行不同波段的摄影,取得不同的分波段像片。例如通常采用的四波段摄影,可同时得到蓝、绿、红及近红外波段四张不同的黑白像片,或合成为彩色像片;或将绿、红、近红外三个波段的黑白像片,合成假彩色像片。

 

航空摄影的影像形成

  航空摄影机在空中对地面摄影成像,其成像过程与一般摄影(照相)是一样的。即通过快门瞬间曝光将镜头收集到的地物反射光线(可见光)直接在感光胶片上感光,形成负像潜影,然后经显影,定影技术处理,得到像片底片;再经底片接触晒印以及显影、定影处理,获得与地面地物亮度一致的(正像)像片,即航空像片。

 

  航空像片上的影像是由于地物各部分反射的光线强度不同,使感光材料上感光程度不同,形成各部分的(黑、白)色调不同所致。感光材料(不论是感光片或印像纸)主要是由感光乳剂层和片基构成。感光乳剂层由卤化银、明胶和增感染料组成。普通摄影用的黑白胶片一般是全色片,它能感受全部可见光(但对绿光感受较差)。黑白红外胶片的感光层中含有感受红外光的物质,能直接记录人眼看不见的近红外光。彩色胶片是由对蓝、绿、红三种波长分别敏感的三层乳剂组成,能感受全部可见光,经过曝光显影后,形成与地物颜色成互补色的负片,和彩色印像纸接触晒印后,还原成天然彩色像片。

 

  航空摄影时需要选择感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。以获得影像清晰、层次丰富的高质量航空像片。

 

航空摄影的基本准备

  1、起飞前,摄影者要与飞行员、领航员地面指挥员到现场观察地形,对要拍摄的景物作详尽了解。有条件者可先试拍一次,将照片放大,使空勤人员了解拍摄意图,确立拍摄方案。

 

  2、掌握天气动态,随时与气象台(站)保持联系,对风向、风速、能见度都要做到心中有数。

 

  3、重视航拍时的通信联络。飞机在航行中,噪音大,除了按地面协同、规定的航线外,要改变角度时,就要及时与飞行员沟通联系。如果有报话机、对讲机最理想,还可以采用写纸条、标牌的方法来代替。

  4、在飞机上拍摄,紧张而又忙乱,乘坐直升机时,经常是打开舱门拍照,风力随着飞机的速度不断加大。在南方盛夏季节还会遇到气流使飞机颠簸。摄影者必须系好安全带,摄影器材要分类固定好,确保人身、器材的安全。

  5、航拍时,摄影者身体不能紧靠在飞机上,应与发动机保持一定的距离,以免震动过大影响照片的清晰度。

  6、在升空前,用酒精棉球把飞机窗玻璃擦拭干净,以免影响照片的清晰度。

 
航空摄影的拍摄技巧

  一、运用大气的光学特征

 

  进行航空摄影,首先要对大气的光学特征进行了解。大气是由氮、氧和少量的二氧化碳、氢、臭氧等气体并含有悬浮着的水气和尘埃杂质组成,包围着整个地球。大气对光具有折射、吸收和散射作用。大气对光的折射能使光在大气层中传播的路线由直线变成曲线,能使生成的影像产生位移与变形。尤其在拍摄高度较高、倾斜角度较大时,影像位移和变形更为明显。大气介质能吸收光的能量,因而使光传播的速度变得缓慢而引起亮度减弱。大气能使太阳光变为散射中心点向四面八方传播。光是摄影的生命。光学影像是由景物反射的光线通过镜头使底片感光进行化学反应而生成的。大气对光的折射、吸收和散射直接影响着影像的色差、反差、影调和清晰度。

 

  二、注意线条透视在航拍中的变化

 

  从空中鸟瞰大地,一幅幅画面美不胜收。作为摄影者,要在瞬间按下快门,必须很好地调动造型手段,发挥影调、线条、色彩的作用,增强作品的形式美。升空拍摄之前,对地面进行观察和分析,并把要表现的对象通过感官的提炼,使它更整体化,形成连贯的结构。空中拍摄时,要注意线条的透视规律和画面线形的远近、大小、粗细、线条的扩散与聚集随着飞机的高低变化而变化的情况。因此,拍照时根据光线的不同变化,借助于景物线条透视原理,使画面产生纵深感和空间感。从空中拍摄一般采用侧逆光,在线条的运用上竖线条较多,因为竖线给人一种气势大、坚实、庄严、高耸的感觉,并会使被摄体产生强烈的冲击力。航拍中,采用斜线也较为广泛。在飞机转弯压坡度时,可利用这个机会拍摄,使景物在光影中形成坡形线条,产生运动感。曲线常常是摄影者十分喜欢运用的。如梯田、码头、海湾的曲线变化,会给人一种活泼欢快的感觉。

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  三、快门时间的控制与选择

 

  在空中拍摄飞机编队时,乘坐的飞机与拍摄编队的飞机是同一机种,一般用 1/125秒就可以了;如不是同一机种,快门时间要加快1~2倍。在拍摄地面景物时,需要较快的快门时间,飞机离地面距离越近,快门时间要越快。喷气式客机飞行高度较高,地面景物相对移动较慢,当飞机高度在500米以上,快门时间1/250 秒就可以了。倘若乘坐直升机,一般高度在200米为宜。飞机本身速度慢,又具有垂直升降、低速、悬停、俯冲等,其快门时间在1/125秒至1/250秒就够了。在客机和战斗机起落超低空拍摄地貌时,快门时间必须在1/500秒以上。拍摄空中战斗机的“特技表演”,摄影者要有顽强的毅力,要时刻保持清醒的头脑,不失时机地拍下高难度动作。特技飞行,一般都在万米之上,乘坐同一机种拍摄一般在1/ 250秒至1/1000秒之间。

 

  四、滤色镜在航拍中的运用

 

  滤色镜是一种能够改变光谱成分的附加镜。在航空摄影中主要是减少大气烟雾的影响。其中有一种青色烟雾,含有较多的蓝、紫等短波光线;另一种是灰白色烟雾,由水气、尘埃组成。它们能使物体产生色差、灰雾,从而降低影像的反差和色彩还原。从高空拍摄城市建筑、农村田野、牧区草原等黑白照片,适合选用黄色滤色镜或橙色滤色镜来减少烟雾的影响。拍摄彩色照片偏光镜用处最多。航拍海上舰艇编队加用偏光镜会消除舰艇表面与阳光照射水面形成的光斑所产生的光晕现象。渐变镜是一种由深颜色逐渐变为浅颜色的变密镜。它由于颜色深浅不同,其吸收光谱范围和光量也不同。航拍时,视角内远景和近景的光线路程相差很大,烟雾高度会引起像面照度不均的现象。选用渐变镜,既可减小不同程度的烟雾影响,又能补偿像面照度不均的现象。

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