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Verfahren zur Aufnahme von Luftbildreihen hoher Bildfrequenz mittels
einer Rollfilmkamera Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufnahme von
Luftbildreihen hoher Bildfrequenz mittels einer Rollfilmkamera, in welcher der Rollfilm
während der Aufnahmereihe ununterbrochen in Längsrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit
durch die Bildfläche des Kameraobjektivs geführt und die Kamera im Luftfahrzeug
derart .gehalten wird, daß die Filmantriebsrichtung im wesentlichen übereinstimmt
mit der Bewegungsrichtung des Bildes infolge der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges
relativ zum überflogenen Gelände, und wobei ferner die Bildfläche mittels eines
periodisch arbeitenden Verschlusses in solchen Zeitabständen belichtet wird, daß
der Film jeweils einen Abstand mindestens gleich der Bildabmessung in Längsrichtung
des Films zurücklegt.
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Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird die Wanderungsgeschwindigkeit
des vom Kameraobjektiv entworfenen Bildes gemessen oder aus der jeweiligen Flughöhe
und Fluggeschwindigkeit berechnet und :die Ablaufgeschwindigkeit des Rollfilms durch
das Bildfenster der Bildgeschwindigkeit möglichst genau angepaßt, damit während
der Aufnahme keine Relativbewegung des Bildes zum Film auftreten kann und scharfe
Bilder entstehen. Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß es nicht die Aufnahme
überlappender Geländeteile während einer Aufnahmereihe erlaubt, wie es zum Zwecke
der stereoskopischen Auswertung der Bilder oder nur zur Erleichterung der Orientierung
fast immer gewünscht wird.
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Es sind zwar bereits Vorschläge zur Beseitigung dieses Nachteils bekanntgeworden,
nach welchen der Film mit wechselnder anstatt konstanter Geschwindigkeit durchgezogen
wird, und zwar läuft der Film während der Belichtung mit der zur Kompensierung der
Bildwanderung erforderlichen Geschwindigkeit ab und wird in den Zeitspannen zwischen
den Belichtungen zunächst beschleunigt und dann wieder abgebremst. Dadurch erfährt
der Film vor jeder Aufnahme eine gewisse Voreilung im Vergleich zum vorangehenden
Bild, so daß ein Teil des in letzterem bereits aufgenommenen Geländes auch wieder
im folgenden Bild erscheint. Dieses Verfahren weist jedoch gegenüber einem solchen
mit konstantem Filmablauf den Nachteil auf, daß die im Takt der Aufnahmen stattfindende
Beschleunigung und Verzögerung -des Rollfilmes zu störenden mechanischen Schwingungen
führen können und die Anwendung sehr hoher Bildfrequenzen erschweren, wie sie durch
die gegenwärtig bevorzugte Luftaufklärung aus geringster Höhe und mit größter Fluggeschwindigkeit
gefordert werden. Die Erfindung schlägt unter Beibehaltung einer konstanten Filmgeschwindigkeit'
einen anderen Weg ein und ist .dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Filmgeschwindigkeit
derart hoch gewählt wird, daß aufeinanderfolgende Bilder Geländeabschnitte wiedergeben,
welche einander zu einem wesentlichen Teil überlappen, und daß ein Verschluß verwendet
wird, der aus zwei mit sektorförmigen Belichtungsöffnungen in Höhe der Bildfläche
versehenen Scheiben besteht, ,die unmittelbar vor der Bildfläche um eine zur optischen
Achse parallele, gemeinsame Achse mit unterschiedlichen, in einem festen Verhältnis
zueinander und zur Filmgeschwindigkeit stehenden Drehzahlen angetrieben werden.
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Beidem Verfahren nach der Erfindung wird somit von der üblichen möglichst
genauen Anpassung der Filmgeschwindigkeit an die Bildwanderungsgeschwindigkeit abgesehen,
und die dadurch auftretenden Differenzen werden durch die Anwendung eines vor der
Bildfläche angeordneten Drehscheibenverschlusses, welcher sehr kurze Belichtungszeiten
liefert, ausgeschaltet.
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Die Vorteile des Verfahrens sind folgende: Das Verfahren vermeidet
periodisch arbeitende mechanische Teile für den Kameraverschluß und den Filmtransport,
so daß vollkommene Erschütterungsfreiheit gewährleistet ist und sehr hohe Bildfrequenzen
einwandfrei zu erreichen' sind: Zur Ausübung des
Verfahrens genügt
eine Kamera, die sich insbesondere hinsichtlich ihres Antriebs und ihrer Regulierung
durch einen sehr einfachen Aufbau und einfache Handhabung auszeichnet. Die Transportgeschwindigkeit
des Films wird beim Verfahren nach der Erfindung nur zur teilweisen Kompensation
der Bildwanderung ausgenutzt. Da somit eine genaue Kompensation nicht angestrebt
wird, kann auf spezielle Vorrichtungen zur Messung der Bildwandergeschwindigkeit
und zur Steuerung des Films verzichtet werden. Durch die kurze Belichtungszeit werden
aber nicht nur die Differenzen zwischen Eilm-und Bildgeschwindigkeit innerhalb weiter
Grenzen unschädlich gemacht, sondern auch die seitlichen Bildbewegungen infolge
des Rolleis des Luftfahrzeuges und die Unterschiede in der Bildgeschwindigkeit von
einem Bildpunkt zum anderen durch Schieflage der Kamera oder durch Höhenunterschiede
im Gelände. Beim Verfahren nach der Erfindung ist darum eine kostspielige Stabilisierung
der Kamera überflüssig. Dadurch öffnet sich ein ausgedehnteres Anwendungsgebiet
als bei den bekannten Verfahren, die mit Kompensation der Bildwanderung und mit
Kameraverschlüssen der üblichen Bauart arbeiten. Alle diese Vorteile wirken sich
im praktischen Betrieb so aus, daß bei dem vorgeschlagenen Verfahren tiefer und
schneller als bisher geflogen werden kann, daß sowohl bei senkrechter Kameralage
als auch in Schieflage einwandfrei gearbeitet werden kann, und daß wegen des einfachen
Aufbaues der benötigten Kamera und des wenigen Zubehörs das Verfahren raumsparend
und verbilligend wirkt.
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Kameraverschlüsse mit mindestens zwei mit Belichtungsöffnungen versehenen
Drehscheiben sind zwar schon bekanntgewesen, sie sind aber niemals in Verbindung
mit einem konstant ablaufenden Film zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems
herangezogen worden.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt F i g. l eine Vorderansicht eines Doppelscheibenverschlusses
für eine im Verfahren nach der Erfindung zu verwendende Luftbildkamera, F i g. 2
eine Ansicht im Aufriß und im Schnitt einer solchen Luftbildkamera, F i g. 3 eine
Draufsicht, teilweise im Schnitt, nach der Linie 111-11I der F i g. 2 und F i g.
4 eine Verschlußanordnung als Abwandlung der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform
mit drei umlaufenden Scheiben.
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Eine Scheibe 1 in F i g. 1 mit einem Durchmesser von beispielsweise
186 mm hat eine sektorförmige Belichtungsöffnung 2, die von einer solchen radialen
Länge ist, daß das Bildfenster 3 belichtet werden kann. Die Öffnung erstreckt sich
auf einen Winkel von 3°. Wenn daher die Scheibe 1 mit einer Geschwindigkeit von
beispielsweise 10 000 U/min um eine Achse 6 gedreht wind, wird eine Belichtungszeit
von 50 Mikrosekunden erreicht. Eine Belichtungszeit von einer Tausendstelsekunde
erfordert eine Umlaufgeschwindigkeit von nur 500 U/min. Hieraus ergibt sich, daß
Belichtungszeiten .im Bereich von ungefähr 1000 Mikrosekunden bis herunter zu ungefähr
50 Mikrosekunden oder sogar weniger mit dieser Anordnung erreicht werden können.
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Um zu verhindern; daß der Film bei jeder Umdrehung der Scheibe 1 belichtet
wird, ist eine Zweite Scheibe 4 in einem axialen Abstand von der Scheibe 1 vor dieser
angeordnet. Die Scheibe 4 ist um die gleiche Achse wie .die Scheibe l drehbar
und wird mit einer abweichenden Geschwindigkeit angetrieben, die höher und niedriger
sein kann als die der Scheibe 1. In der Scheibe 4 ist eine sektorförmige Öffnung
5 vorgesehen, die sich über einen Winlael er-. streckt, der größer ist als der des
Sektors 2 in der Scheibe 1. Wenn beispielsweise die Scheibe 1 mit 9000 U/min zur
Drehung angetrieben wird und die Scheibe 4 mit 8100 U/min, kommt bei zehn
Umdrehungen der Scheibe 1 der Sektor 2 einmal in Überdeckung mit dem Sektor 5 in
der Scheibe 4. Wenn die Scheiben 1 und 4 richtig eingestellt sind, erfolgt
diese überdeckung während der Zeit, in der die Belichtungsöffnung 2 sich vor dem
Bildfenster 3 befindet, so daß eine Belichtung stattfindet. In dem beschriebenen
Falle muß die Öffnung 5 in der Scheibe 4 einen Winkel von etwa 12° bestreichen,
um sicherzustellen, daß die Öffnung 2, die die Belichtungszeit bestimmt, während
der vollen Belichtungszeit freiliegt, während bei der nächsten Umdrehung die öffnung
2 wieder vollständig von der Scheibe 4 abgedeckt ist.
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In F i g. 2 und 3 trägt ein Tubus 7 ein Linsensystem 7'. Dieser Tubus
ist -an einem Kamerakörper 8 angebracht, in dem Filmspulen 9 und 10 und der Antriebsmechanismus
für den Film und die Verschlußscheiben 1 und 4 untergebracht sind.
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Wenn beispielsweise bei den erwähnten Verschlußwerten der Film mit
einer Geschwindigkeit von 90 cm/sec transportiert wird, dann werden die aufeinanderfolgenden
Bilder auf dem Film durch unbelichtete Streifen von einer Breite von 4 mm getrennt.
Wenn ferner das Flugzeug in einer Höhe von beispielsweise 50 m und mit einer Geschwindigkeit
von ungefähr 300 m/sec fliegt und das Kameraobjektiv eine Brennweite von 10 cm hat,
bewegt sich das Bild mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 60 cm/sec durch die
Brennebene. Da die Belichtungszeit ungefähr 50 Mikrosekunden ist, beträgt die sich
aus der Relativbewegung ergebende Unschärfe etwa 50,10-e-30,104 = 15m, was für den
beabsichtigten Zweck völlig ausreicht. Die aufeinanderfolgenden Bilder zeigen dann
die Geländeteile, die einander für einen wesentlichen Teil übergreifen.
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In F i g. 2 und 3 ist gezeigt, daß die Scheibe 1
drehbar in
der Nähe der Bildfläche auf einer Hohlwelle 11 angeordnet ist. Innerhalb dieser
Welle ist eine Spindel 12 für die Scheibe 4 vorgesehen. Der Antrieb ist schematisch
gezeigt und umfaßt einen Elektromotor 13, der mit einem Getriebe 14 gekupgelt ist,
von dem aus die Wellen 11 und 12 der Verschlußscheiben und eine Antriebsspindel
15 für eine Filmtransportrolle 16 angetrieben werden. Die Verbindung zwischen der
Antriebswelle 15 und der Filmtransportrolle 16 wird durch ein Kegelraid 17 hergestallt.
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Daß zwischen der Filmgeschwindigkeit und den Geschwindigkeiten der
Verschlußscheiben im allgemeinen ein konstantes Verhältnis aufrechterhalten werden
kann, geht aus folgendem hervor. Wenn angenommen wird, -daß durch eine Veränderung
in der Fluggeschwindigkeit v oder der Höhe h öder von beiden die Geschwindigkeit
(vlh) f (wobei f die Brennweite der Kamera ist) des Bildes .in der Brennebene
mit einem Faktor k> 1 multipliziert wird; dann müssen die Filmgeschwindigkeit und
die Bildfrequenz mit dem gleichen Faktor k multipliziert werden, wenn der überschneidunqsfaktor
und die Zwischenräume
zwischen aufeinanderfolgenden Bildern Bleichbleiben
sollen.
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Demgemäß wird der Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen dem
Bild und dem Film ebenfalls mit dem Faktor k multipliziert. Es ist klar, daß, um
eine Erhöhung der sich ergebenden Unschärfe zu verhüten, die Belichtungszeit vorzugsweise
durch den Faktor k geteilt werden soll, was bedeutet, daß die Drehgeschwindigkeit
der Scheibe 1 mit dem gleichen Faktor k wie die Filmgeschwindigkeit und die Folgefrequenz
multipliziert werden muß.
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Auf diese Weise kann der Aufbau des Antriebs infolge des Umstandes
sehr einfach sein, daß alle angetriebenen Teile eine feste mechanische Kupplung
mit dem Antrieb haben und daß keine Notwendigkeit vorhanden ist, daß sie einzeln
gesteuert werden müssen. Die Steuerung der Kamera besteht lediglich darin, daß die
Drehzahl des Elektromotors in an sich bekannter Weise proportional mit dem Quotienten
aus der Fluggeschwindigkeit v und der Flughöhe h verändert wird. Es besteht aber
keine Notwendigkeit für ein sehr genaues Messen des tatsächlichen Wertes dieses
Quotienten wie bei den üblichen Verfahren mit Bildbewegungskompensation, da die
äußerst kurzen Belichtungszeiten die zusätzliche Unschärfe innerhalb weiter Grenzen
daran hindern, die Bildgüte wesentlich zu beeinträchtigen.
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Hierbei ist zu erwähnen, daß, wenn ein festes Verhältnis zwischen
den verschiedenen Geschwin digkenten besteht, die Anpassung der Kamera an die bestehenden
Lichtbedingungen mit Hilfe der ObjektivbIende bewirkt werden muß. Es wird die kürzeste
Belichtungszeit .daher so gewählt, daß unter verhältnismäßig ungünstigen Lichtbedingungen
bei dem jeweils verwendeten Film brauchbare Bilder gemacht werden können, wenn das
Objektiv auf seine maximale Öffnung eingestellt ist. Dadurch wird für eine gegebene
maximale Bildgeschwindigkeit und einen überschneidungsfaktor die Unschärfe, die
sich aus der Bild- und Filmgeschwindigkeit ergibt, bestimmt. Mit abnehmendem v/h-Verhältnis
werden die Verschluß- und die Filmgeschwindigkeit proportional zur Bildgeschwindigkeit
verringert, wodurch der überschneidungsfakto.r und die Unschärfe konstant bleiben.
Die Objektivöffnung wird zur gleichen Zeit verkleinert, um die verlängerte Belichtungszeit
zu korrigieren.
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Der Film 18 in F i g. 2 und 3 wird in Längsrichtung von ,der Vorratsspule
9 über eine Führungsrolle 19 zu dem Bildfenster geführt. Hier wird der Film zwischen
einer planparallelen Glasplatte 20 und einer Auflageplatte 21 hindurchgezogpen,
die von der Glasplatte 20 in einer solchen Entfernung liegt, daß der Film an allen
Punkten des Bildbereichs innerhalb des Scharfeinstellbereichs des Objektivs liegt.
Der Film wird über eine Führungsrolle 22 durch eine Filmtransportrolle 16 transportiert,
die mit der Gegenrolle 23 zusammenarbeitet, und wird auf der Aufnahmespule 10 aufgenommen.
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Wie schematisch in F i g. 2 .dargestellt, ist das Linsensystem 7'
mit einem Verschluß 24 an sich bekannter Art versehen, durch den eine Reihe aufeinanderfolgender
Belichtungen begonnen und abgeschlossen werden kann.
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Dieser Verschluß kann geöffnet werden, wenn der Antrieb und die mit
diesem gekuppelten Elemente die erforderliche Geschwindigkeit erreicht haben, und
kann wieder durch einen nicht gezeigten bekannten Mechanismus geschlossen werden,
sobald genügend Aufnahmen gemacht worden sind. Vorzugsweise kann eine (nicht gezeigte)
elektromagnetische Kupplung zwischen der ,Filmantriebswelle 15 und dem übrigen Antriebsmechanismus
vorgesehen werden, so daß die Filmbewegung sofort beginnen kann, nachdem der Motor
13 und die Verschlüßscheiben 1 und 4 ihre erforderliche Geschwindigkeit erreicht
.haben. Auf diese Art und Weise wird der Film bestmöglich ausgenutzt. Die Aufgabe
des Zentralverschlusses 24 kann auch durch ein Element erfüllt werden, das zusätzlich
zu den beiden Verschlußscheiben vor der Brennebene angeordnet ist und während einer
Reihe von Belichtungen aus dem Lichtbündel geschoben, gedreht oder in anderer Weise
bewegt werden kann.
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Bei der Anordnung nach Fi.g. 4 wird durch eine dritte Scheibe zusätzlich
zu den beiden .in F i g. 1 gezeigten Scheiben die Bildfrequenz des Verschlusses
auf einen gewünschten Wert verringert. Die drei Scheiben sind mit 1, 4 und 25 bezeichnet
und haben Öffnungen 2, 5 und 26.
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Die Scheiben sind auf gleichachsigen Wellen angeordnet und werden
durch einen geeigneten (nicht gezeigten) Mechanismus z. B. mit Drehzahlen von 9000,
8100 bzw. 8250 U/min zur Drehung angetrieben. Wie in Verbindung mit F i g. 1 beschrieben,
läuft an .der Öffnung 5 die Öffnung 2 bei jeder zehnten Umdrehung der Scheibe 1
vorbei. Bei der Anordnung nach Fi g. 4 führt jedoch nur jede sechste überdeckung
zu einer Belichtung, was dadurch bedingt ist, daß an der Öffnung 26 die Öffnung
2 bei jeder zwölften Umdrehung vorbeiläuft. Daher sind sechzig Umdrehungen der Scheibe
1 notwendig, bevor sich die überdeckung der drei Öffnungen wiederholt, so daß sich
eine Wiederholungsfrequenz von hundertfünfzig Belichtungen je Minute ergibt. Die
Öffnung 26 kann sich wegen der etwas höherem Drehzahl der Scheibe 25 im Vergleich
zur Scheibe 4 über einen Winkel von etwa 10,5° erstrecken.