Luftbildkamera für Reihenaufnahmen sowie Verfahren zum Betrieb derselben zur Aufnahme von Luftbildreihen hoher Bildfrequenz Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftbild kamera für Reihenaufnahmen auf Rollfilm, mit einem unmittelbar vor der Bildfläche angeordneten Ver schluss, der zwei mit sektorförmigen Belichtungsöff- nungen versehene, um eine zur optischen Achse par allele, gemeinsame Achse mit unterschiedlichen Dreh zahlen kontinuierlich drehbare Scheiben aufweist, wo bei die Belichtungsöffnungen periodisch die Bildfläche für eine Belichtung freigeben.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Ver fahren zum Betrieb dieser Luftbildkamera, zur Auf nahme von Luftbildreihen hoher Bildfrequenz.
Es ist bereits: eine Luftbildkamera der eingangs erwähnten Art bekanntgeworden, bei der ein inter- mittierender Filmtransport verwendet wird, das heisst, dass während jeder Aufnahme der zu belichtende Teil des Rollfilms im Bildfenster stillsteht und dass in den Zeitspannen zwischen den Belichtungen der Film mit grosser Geschwindigkeit durchgezogen wird, um einen noch unbelichteten Teil des Films in. das Bildfenster zu bringen.
Dadurch, d'ass der Abstand, um welchen der Film jeweils transportiert wird, grösser als die entsprechende Abmessung des Bildfensters ist, wer den die aufeinanderfolgenden Aufnahmen durch un belichtete Streifen voneinander getrennt.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Luftbild- kamera einfacher Konstruktion und Handhabung zu schaffen, die den von den modernen Methoden der Luftaufklärung gestellten Forderungen gerecht wird. Diese Forderungen haben sich bekanntlich sehr er schwert durch die zunehmende Geschwindigkeit der Luftfahrzeuge und durch den Umstand, dass man Auf klärungsflüge aus Sicherheitsgründen auf geringster Höhe ausführen will.
Dabei treten, wie es nachste- hend noch im einzelnen erläutert werden wird, wäh- rend der Belichtung so schnelle Bewegungen des Bil des relativ zum stillstehenden Film auf, dass eine be friedigende Schärfe de;r Aufnahme mit der oben er wähnten bekannten Kamera nicht länger zu .erreichen ist.
Zur Behebung dieses Nachteiles wird die Bild bewegung vielfach dadurch kompensiert, dass man den Film während der Belichtung ebenfalls durch zieht, und zwar mit derselben Geschwindigkeit und in dieselbe Richtung wie das Bild. Zu diesem Zweck sind aber eine vorzugsweise dauernde und genaue Messung der Flughöhe und Geschwindigkeit und eine entsprechende Regelung der Filmgeschwindigkeit not wendig, was die Gesamtanlage aufwendig oder schwierig in der Handhabung macht.
Die Luftb.ildkamera gemäss der Erfindung, welche die genannten Nachteile nicht oder in geringerem Mass besitzt, ist durch eine Transporteinrichtung für den Rollfilm gekennzeichnet, die den Film während einer Reihe von Aufnahmen ununterbrochen mit kon stanter Geschwindigkeit durch die Bildfläche führt und in so:lchex Weise mit den Verschlussscheiben ge koppelt ist, dass in den Zeitspannen zwischen zwei Belichtungen der Film jeweils um einen Abstand grö sser als die Bildhöhe verschoben wird.
In der normalen Anwendung der erfindungsgemä ssen Luftbildkamera kann der Film schneller ablau fen als es der Bildgeschwindigkeit entspricht, damit bei dieser Kamera wie bei der eingangs erwähnten bekannten Kamera die aufeinanderfolgenden Bilder durch unbelichtete Streifen voneinander getrennt sind.
Da man aber selbstverständlich den Wunsch hat, das überflogene Gelände wenigstens lückenlos zu photo graphieren, bedeutet dies, dass der Film das be wegende Bild dauernd überholen muss, damit, wenn das belichtete Filmstück durch das nächste zu belich tende Filmstück ersetzt worden ist, das Bild gerade ,um die Bildhöhe aufgeschoben ist.
Dies gilt in verstärktem Mass, wenn man zur Er leichterung des Vergleiches der :nacheinander folgen den Bilder und zur Erhöhung der Sicherheit den Wunsch hat, dass die abgebildeten Geländeteile ein ander von Bild zu Bild überlappen.
Daher ist das er findungsgemässe Verfahren zum Betrieb der Luftbild kamera zur Aufnahme von Luftbildreihen hoher Bild frequenz dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera im Luftfahrzeug derart gehalten wird, d'ass die Film antriebsrichtung im wesentlichen übereinstimmt mit der Bewegungsrichtung des Bildes infolge der Ge schwindigkeit des Luftfahrzeuges relativ zum über flogenen Gelände, und dass die Filmgeschwindigkeit so hoch gewählt wird, d'ass aufei;nanderfolgende Bilder Geländeabschnitte wiedergeben, welche einander überlappen.
Im Verfahren gemäss der Erfindung wird somit eine neuartige Technik der Bildbewegungskompen- sation verwirklicht, die mit dem Begriff der über- kompensation angedeutet werden kann.
Dabei wird im Vergleich zur bekannten Kamera mit intermittie- rend durchgezogenem Film der Einfluss der relativen Vorwärtsbewegung verringert, und zwar dadurch, dass der Film mit einer Geschwindigkeit bewegt wirrt, die zwar höher ist als jene des Bildes, jedoch nur so viel höher, als es der gegebenen Separation sowie dem gewünschten Überlappungsgrad der Aufnahmen ent spricht. Beträgt z.
B. die Separation in einem be stimmten Fall 1019/o des Bildformates und wünscht man eine übe:rlappung von ebenfalls 10%, so stellt sich die relative Bildgeschwindigkeit nur noch auf 1,f5 von der mit stillstehendem Film. Die Notwendigkeit einer genauen Regelung der Filmgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Flughöhe und Fluggeschwindigkeit kann damit entfallen, da Abweichungen des über lappungsgrades innerhalb weiter Grenzen nicht stören.
Die restliche relative Bildbewegung kann mittels des Scheibenverschlusses, der genügende kurze Belich tungszeiten liefern kann, in solcher Weise beherrscht werden, dass keine merkliche Unschärfe in den Auf nahmen auftritt. Die bei Anwendung der überkom- pensierung erforderlichen Belichtungszeiten sind einerseits genügend kurz, um ausser der restlichen Vorwärtsbewegung auch viele andere Unschärfequel- len, wie die unregelmässigen Bewegungen des Luft fahrzeuges, auszuschalten, sie sind aber anderseits genügend lang, um auf den derzeit zur Verfügung stehenden Filmmaterialien ausreichend geschwärzte Aufnahmen machen zu können.
Die Kamera gemäss der Erfindung kann so aus gebildet sein, dass sie nur kontinuierlich bewegte Teile enthält; dadurch ist eine hohe Aufnahmefrequenz ohne weiteres erreichbar und sind Schwingungen aus geschlossen. Ein weiterer wichtiger Vorteil der über- kompensationstechnik ist der, dass im Bilde auftre- te@nde, erhebliche Unterschiede in örtlicher Geschwin digkeit, sowohl nach Richtung wie nach Grösse, nicht zu merklicher Unschärfe führen, so dass die Kamera, ausser zu rein vertikalen Aufnahmen, auch zu Schief aufnahmen geeignet ist,
während weiter Höhenunter schiede im Gelände wenig oder gar keinen nachteili gen Einfluss haben.
Kameras, bei denen ein Rollfilm während einer aufnahme mit konstanter Geschwindigkeit durch gezogen wird, sind zwar an sich schon bekannt ge wesen, sie sind aber niemals in Verbindung mit einem Verschlussmitzwei B:elichtungsöffnungenaufwesenden Scheiben als Luftbild'kamera für Reihenaufnahmen zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems herangezogen worden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Kamera gemäss der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigen: Fig. l eine Vorderansicht eines Doppelscheiben verschl'usses für eine Luftbildkamera, Fig. 2 einen Längsschnitt einer solchen Luftbild kamera, Fig. 3 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, nach der Linie 111-11I in Fig. 2, Fig. 4 eine Verschlussanordnung als Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform mit drei umlaufenden Scheiben.
Gemäss der Zeichnung, in welcher gleichartige Teile dieselben Überweisungszahlen haben, besitzt eine Scheibe 1 (Fig. l.) mit einem Durchmesser von beispielsweise<B>186</B> mm, eine sektorförmige Belich- tungsöffnu,ng 2 von solcher rad'ia'ler Länge, dass ein Bildfenster 3 belichtet werden kann. Die Öffnung 2 ist durch einen Winkel von. 3 begrenzt.
Wenn daher die Scheibe 1 mit einer Geschwindigkeit von beispiels weise 10 000 Umdrehungen in der Minute um eine Achse 6 gedreht wird, wird eine Belichtungszeit von 50 Mikrosekundene:rhalten. Eine Belichtungszeit von 171000 sec verlangt eine Drehzahl von nur 500 U/min. Es ist somit ersichtlich, dass Belichtungszeiten von der Grössenordnung von 1000 , sec bis hinunter zu un gefähr 50 psec oder sogar noch weniger mit dieser Anordnung erzielbar sind, da konstante Drehzahlen bis zu 10000 U:min in der Praxis leicht erreichbar sind.
Um zu verhindern, dass der Film bei jeder Um drehung der Scheibe 1 belichtet wird, ist eine zweite Scheibe 41n axialem Abstand von der Scheibe 1 vor derselben angeordnet. Die Scheibe 4 ist um dieselbe Achse wie die Scheibe 1 drehbar und wird mit einer Drehzahl angetrieben, welche höher oder niedriger als der Scheibe 1 ist. In der Scheibe 4 ist eine sektorförmige Öffnung 5 vorgesehen, die durch einen Winkel begrenzt ist, welcher grösser ist als der jenige der Öffnung 2 in der Scheibe 1.
Wenn an genommen wird, die Scheibe 1 laufe mit 9000 U,min um und die Scheibe 4 mit 8100 U/min, so ist es klar, dass einmal für zehn Umdrehungen der Scheibe 1 die Öffnung 2 mit der Öffnung 5 in der Scheibe 4 über einstimmt. Wenn die Scheiben 1 und 4 richtig ein gestellt sind, wird diese Übereinstimmung während der Zeit eintreten, während welcher die Öffnung 2 mit dem Bildfenster übereinstimmt oder auf dasselbe ausgerichtet ist, und entsprechend erfolgt eine Belich tung.
Beim beschriebenen Beispiel muss die Öffnung 5 in der Scheibe 4 einen Winkel von etwa 12 bedek- ken, um sicherzustellen, dass die Öffnung 2, weiche die Belichtungszeit bestimmt, während der ganzen Belichtungszeit frei ist, während beim nächsten Um lauf die Öffnung 2 wieder ganz von der Scheibe 4 überdeckt ist.
Nach den Fig. 2 und 3 trägt der Linsentubus 7 der Kamera das Linsensystem 7'. Der Linsentubus 7 wird vom Kameragehäuse 8 getragen, in welchem Film spulen 9 und 10 und der Antriebsmechanismus für den Film und die Verschlussscheiben 1 und 4 unter gebracht sind.
Wenn angenommen wird, dass mit dem Verschl:uss mit den oben angegebenen Daten der Film mit einer. Geschwindigkeit von 90 cm/sec bewegt wird, so wer den die aufeinand'erfolgenden Belichtungen auf dem Film durch unbelichtete, vier Millimeter breite Strei fen getrennt sein. Wenn zudem das Flugzeug auf einer Höhe von beispielsweise 50 Metern und mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 m/sec fliegt und das Objektiv der Kamera eine Brennweite von zehn. Zenti meter besitzt, wird sich das Bild mit einer Geschwin digkeit von etwa 60 cm/sec durch die Bildebene be wegen.
Da die Belichtungszeit etwa 50 ,usec beträgt, liegt die sich aus der Relativbewegung ergebende Un- schärfe in der Grössenordnung von 50. 10-<B>6</B> - 30 - 40,1 = 15<B><I>lt,</I></B> was für den beabsichtigten Zweck völlig ausreicht. Die aufeinand'erfolgenden Bilder zeigen Geländeteile, die sich gegenseitig etwa<B>2504</B> überlappen.
Zurückkommend auf die Fig.2 und 3, ist die Scheibe 1 dicht bei der Bildebene auf einer hohlen Welle 11 gelagert. In dieser Welle ist eine Welle 12 für die Scheibe 4 vorgesehen. Der Antriebsmechanis mus, der schematisch dargestellt ist, weist einen Elek tromotor 13 auf, der mit einem Kraftvertellgehäuse 14 gekuppelt ist, von dem aus die Wellen 11 und 12 der Verschlussscheiben 1 und 4 und eine Antriebs welle 15 für eine Film:sprossenrolle 16 angetrieben werden. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle 15 und der Rolle 16 erfolgt über ein Winkelgetriebe 17.
Zwischen der Filmgeschwindigkeit und den Ge schwindigkeiten der Verschlussscheiben 1 und 4 kann im allgemeinen ein konstantes Verhältnis aufrecht erhalten werden. Wenn angenommen wird, dass bei einer Änderung der Fluggeschwindigkeit v oder der Flughöhe h oder beider, die Geschwindigkeit
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(worin f die Brennweite dar Kamera ist) des Bildes in der Bildebene mit einem Faktor k > 1 multipli ziert werde, so müssen die Filmgeschwindigkeit und die Wiederholfrequenz mit demselben Faktor k mul tipliziert werden,
wenn der überlappungsfaktor und die Zwischenräume zwischen aufeinanderfolgenden Bildern gleich bleiben sollen. Entsprechend wird auch die Differenz der Ge schwindigkeiten von Bild und Film ebenfalls mit dem Faktor k multipliziert. Es ist offensichtlich, dass, um eine Erhöhung der sich ergebenden Unschärfe zu ver meiden, die Belichtungszeit vorzugsweise durch den Faktor k geteilt wird, was bed'e'utet, dass die Dreh geschwindigkeit und die Wiederholfrequenz multipli ziert werden sollte.
Auf diese Weise kann die Konstruktion des An triebsmechanismus sehr einfach sein zufolge der Tat sache, dass alle angetriebenen Teile eine feste Kupp lung mit diesem Mechanismus haben können, und dass keine Notwendigkeit besteht, dieselben einzeln zu steuern. Die Steuerung der Kamera besteht nur noch in der Änderung, durch übliche Mittel, der Drehzahl des Elektromotors 13, proportional zum Quotienten der Fluggeschwindigkeit v und der Flug höhe h.
Ausserdem .besteht keine Notwendigkeit einer genauen Messung des tatsächlichen Wertes dieser Quotienten, wie im Falle der gebräuchlichen Kameras mit Bildbewegungskompensation, zufolge der Tat sache, dass wegen der extrem kurzen Belichtung die durch eine mögliche Ungenauigkeit verursachte zu- slätzliche Unschärfe innerhalb weiter Grenzen die Bildqualität nicht beeinträchtigt.
Es ist klar, dass ;im Falle fester Beziehungen zwi schen den verschiedenen betreffenden Geschwindig keiten, die Anpassung der Kamera an die herrschen den Lichtbedingungen mit Hilfe einer Objektivblend'e zu erreichen ist.
Die kürzeste Belichtungszeit wird daher so ge wählt, dass bei vergleichsweise ungünstigen Lichtver hältnissen und dem, in Betracht kommenden Film brauchbare Bilder hergestellt werden können, wenn die Blende auf maximaler Öffnung steht. Dadurch wird für eine gegebene maximale Bildgeschwindigkeit und einen gegebenen überlappungsfaktor die Un schärfe, die sich aus der Bild- und Filmgeschwindig- keit ergibt, bestimmt.
Mit abnehmendem
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-Ver hältnis nehmen Verschluss- und Filmgeschwindigkeit proportional zur Bildgeschwindigkeit ab, wodurch der übenlappungsfaktor und die Unschärfe konstant blei ben. Die Objektivblendenöffnung wird gleichzeitig verkleinert, um die zunehmende Belichtungszeit zu korrigieren.
Der Film 18 (Fig. 2 und 3) wird in der Längs richtung von der Vorratsrolle 9 über eine Führungs rolle 19 zum Bildfenster gefördert. Hier wird der Film zwischen .einer planparallelen Glasplatte 20 und einer Platte 21 hindurchgezogen, die sich von der Glasplatte 20 meinem solchen Abstand befindet, dass der Film an allen Stellen des Bildfeldes im Tiefen schärfenbereich des Objektivs liegt.
Der Film wird mittels einer Sprossenrolle 16, die mit Gegenrollen 23 zusammenarbeitet, über eine Führungsrolle 22 trans portiert und von der Aufnahmespule aufgenommen.
Wie in Fig.2 schematisch dargestellt, .ist das Objektiv 7' mit einem Verschluss 24 von beliebiger, bekannter Art versehen, durch welchen eine Reihe aufeinanderfolgender Belichtungen begonnen und ab geschlossen werden kann.
Der Verschluss kann geöffnet werden, wenn der Antriebsmechanismus und die damit gekuppelten Teile die erforderliche Geschwindigkeit erreicht ha ben und, sobald genügend Belichtungen erfolgt sind, durch bekannte, nicht dargestellte Mechanismen wie der geschlossen.
Vorzugsweise kann eine (nicht dar gestellte) elektromagnetische Kupplung zwischen der Filmantriebswelle 15 und den übrigen Teilen des An triebsmechanismus vorgesehen sein, wodurch die Filmbewegung sofort, nachdem der Motor 13 und die Verschlussscheiben 1 und 4 die erforderliche Ge schwindigkeit erreicht haben, eingeschaltet werden kann. Auf diese Weise wird :ein Verlust an Film ver mieden.
Es ist leicht verständlich, dass die Aufgabe des Zentralverschlusses 24 auch durch ein Element erfüllt werden könnte, das zusätzlich zum Paar Ver- schlussscheiben vor der Bildebene angeordnet ist und angehoben, gedreht oder anderswie aus dem Bündel der Lichtstrahlen bewegt werden kann, während einer Reihe von Belichtungen.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 kann leicht dar gelegt werden, dass durch Zusatzeiner dritten Scheibe zu den beiden Scheiben 1 und 4, wie in bezug auf Fig. 1 beschrieben, die Wiederholfrequenz des Ver schlusses auf jeden gewünschten Wert herabgesetzt werden kann. Die drei Scheiben 1, 4 und 25 besitzen die Öffnungen 2, 5 und 26.
Die Scheiben sind auf koaxialen Wellen angeord net und werden durch einen nicht dargestellten Mechanismus mit Geschwindigkeiten von 9000, 8100 und 8250 U/min gedreht. Wie in bezug auf Fig. 1 auseinandergesetzt, wird die Öffnung 5 bei jeder zehnten Umdrehung der Scheibe 1 mit der Öffnung 2 in Deckung gelangen. Bei der Anordnung .nach Fig. 4 wird aber :nur jedes sechste Auftreten dieses Zustandes eine Belichtung ergeben, da die Öffnung 26 mit der Öffnung 2 bei jeder zwölften Umdrehung zur Deckung kommt.
Es sind daher 60 Umdrehungen der Scheibe 1 erforderlich, bevor die Deckung der drei Öffnungen wiederholt wird, und die Wiederholfrequenz beträgt 150 Belichtungen in der Minute. Die Öffnung 26 kann sich über einen Winkel von 10,5 erstrecken, mit Rücksicht auf die leicht höhere Geschwindigkeit der Scheibe 25 verglichen mit der Scheibe 4.