Торокин А. А. Основы инженерно-технической защиты информации. Факультет защиты информации кафедра инжернернотехнической защиты информации
 Скачать 1.98 Mb.
|
  , к=1/  - амплитудная модуляция;к=1 - частотная модуляция; к= - фазовая модуляция. Точность измерения признаков оценивается среднеквадратичным отклонением, равным величине: =  , где хср = 1/n Кроме показателей количества и качества информации на этапе поиска и обнаружения объектов для оценки возможностей средств добывания используют такие критерии как вероятность обнаружения (выявления на фоне помех) объектов и их распознавания, определение по измеренным признакам принадлежности объекта, его назначения, функций и свойств. Вероятность обнаружения объектов определяется в результате идентификации текущей признаковой структуры, полученной при наблюдении объекта, с эталонной. Чем больше признаков текущей структуры совпадает с признаками эталонной и чем выше их информативность, тем выше вероятность обнаружения объекта. При распознавании объектов используется тот же механизм. Для достаточно достоверной оценки величины угроз безопасности информации необходимо определение возможностей и путей попадания информации к злоумышленнику. 3. Способы и средства добывания информации 3.1. Способы и средства наблюдения 3.1.1. Способы и средства наблюдения в оптическом диапазоне В оптическом (видимом и инфракрасном) диапазоне информация разведкой добывается путем визуального, визуально-оптического, фото- и киносъемки, телевизионного наблюдения, наблюдения с использованием приборов ночного видения и тепловизоров. Наибольшее количество признаков добывается в видимом диапазоне. Однако видимый свет как носитель информации характеризуется следующими свойствами: - наблюдение возможно, как правило, днем или при наличии мощного внешнего источника света; - сильная зависимость условий наблюдения от состояния атмосферы, климатических и погодных условий; - малая проникающая способность световых лучей в видимом диапазоне, что облегчает задачу защиты информации о видовых признаках объекта. ИК-лучи как носители информации обладают большей проникающей способности, позволяют наблюдать объекты при малой освещенности. Но при их преобразовании в видимый свет для обеспечения возможности наблюдения объекта человеком происходит значительная потеря информации об объекте. Эффективность обнаружения и распознавания объектов наблюдения зависит от следующих факторов [9]: - яркости объекта; - контраста объект/фон; - угловых размеров объекта; - угловых размеров поля обзора; - времени наблюдения объекта; - скорости движения объекта. Яркость объекта на входе приемника определяет мощность носителя, превышение которой над мощностью помех является необходимым условием обнаружения и распознавания объекта наблюдения. Современные приемники имеют чувствительность, соответствующие мощности нескольких фотонов. Контрастность объекта с окружающим фоном является необходимым условием выделения демаскирующих признаков объекта и его распознавания. Контраст К определяют как отношение разности яркости объекта и фона к яркости объекта или фона: К= (Во - Вф)/Во, Во Вф или К= (Вф - Во)/Bф, Вф Во, где Во и Вф — яркости объекта и фона соответственно. Контраст, определяемый по этой формуле, называется визуальным или физиологическим. В видимом и ближнем диапазонах световых волн контраст на входе оптической системы средства добывания несколько снижается за счет яркости дымки, которую можно рассматривать как помеху. В дальних зонах инфракрасного излучения яркость дымки не оказывает существенного влияния на изменении контраста. Значения контраста колеблется в довольно широких пределах. При К=0.08-0.1 объект почти сливается с фоном и плохо различается на фоне. При поиске объекта его форма не играет большой роли, а имеет значение только его площадь в пределах соотношения сторон от 1:1 до 1:10. Увеличение угловых размеров объекта в 2 раза сокращает время, необходимое для его обнаружения, в 8 раз. Время, необходимое для обнаружения объектов светлее и темнее фона при одинаковых абсолютных значениях контраста примерно одинаковое. С увеличением яркости фона время поиска объекта наблюдателем уменьшается, так как увеличивается разрешающая способность и контрастная чувствительность глаза. Если яркость фона чрезмерно велика, то возникает дискомфорт и ослепление, ухудшающие разрешение и контрастную чувствительность глаза. С увеличением поля обзора увеличивается и время, необходимое для поиска объекта: двукратное увеличение поля обзора повышает время поиска в 4 раза, при этом время поиска определяется не формой поля, а его угловой площадью. Поиск движущихся объектов имеет свои особенности: движение ухудшает видимый контраст объекта, величина которого зависит не только от угловой скорости, но и от угловой размеров объекта наблюдения. Чем меньше угловой размер объекта, тем больше влияние скорости на время и вероятность обнаружения объекта. Объекты, движущиеся с малой скоростью, обнаруживаются легче, чем неподвижные, а движущиеся с большой скоростью - труднее из-за ухудшения видимого контраста. Так как физическая природа носителя информации в оптическом диапазоне одинакова, то различные средства наблюдения, применяемые для добывания информации в этом диапазоне, имею достаточно общую структуру. Ее можно представить в виде, приведенной на рис. 3.1.  Рис. 3.1. Типовая структура средства наблюдения. Любое средство наблюдения содержит оптический приемник, включающий оптическую систему, светоэлектрический преобразователь, усилитель и индикатор. Оптическая система или объектив проецирует световой поток с информацией от объекта наблюдения на экран светоэлектрического преобразователя. Последний преобразует изображение на своем экране (входе) в параллельный или последовательный поток электрических сигналов, параметры которых соответствуют яркости и цвету каждой точке изображения. Размеры точки определяют разрешающую способность оптического приемника. Изменение вида носителя на выходе оптического приемника вызвано тем, что только электрические сигналы в качестве носителей информации обеспечивают возможность выполнения необходимых процедур с сигналами (усиления, обработки, регистрации и т. д.) для представления информации в форме, доступной человеку. Возможности средств наблюдения определяются следующими характеристиками средств наблюдения: - диапазоном частот и спектром световых лучей, воспринимаемых светоэлектрическим преобразователем; - чувствительностью; - разрешающей способностью; - полем (углом) зрения. Средства наблюдения в зависимости от назначения создаются для видимого диапазона в целом или его отдельных зон, а также для различных участков инфракрасного диапазона. Чувствительность средства оценивается минимальным уровнем энергии светового луча, при котором обеспечивается съем информации с требуемым качеством. Применительно к свету в качестве помехи отношения сигнал/помеха выступает яркость фона на поверхности светоэлектрического преобразователя. Качество изображения зависит как от яркости света, так и контрастности принимаемого изображения. Помехи могут создавать также лучи света, попадающие на вход от других источников света, искажающие изображение или уменьшающие его контрастность. На экране светоэлектрического преобразователя при посторонней внешней засветке наблюдается ухудшение качества изображение, аналогичное варианту прямого попадания на экран телевизионного приемника яркого солнечного света. Разрешающая способность характеризуется минимальными линейными или угловыми размерами между двумя соседними точками изображения, которые рассматриваются как отдельные. Так как изображение формируется из точек, размеры которой определяются минимальными угловыми размерами, то вероятность обнаружения и распознавания объекта возрастает с повышением разрешающей способности средства наблюдения (увеличением количества точек изображения объекта). Поле зрения это то, что проецируется на экране оптического приемника. Угол, под которым средство «видит» предметное пространство, называется углом поля зрения. Часть поля зрения, удовлетворяющего требованиям к качеству изображения по его резкости, называется полем или соответственно углом поля изображения. Параметры средств наблюдения определяются, прежде всего, параметрами оптической системы и оптического приемника. Но на них оказывают влияние также способы обработки. Наиболее совершенным средством наблюдения в видимом диапазоне является зрительная система человека, включающая глаза и области мозга, осуществляющие обработку сигналов, поступающих с сетчатки глаз. Возможности зрения человека характеризуются следующими показателями: - глаз воспринимает световые лучи в диапазоне 0.4 - 0.76 мкм, причем максимум его спектральной чувствительности в светлое время суток приходится на голубой цвет (0.51 мкм), в темноте - на зеленый (0.55 мкм); - порог угловых размеров, которые глаз различает как две раздельные точки на объекте наблюдения, составляют днем - 0.5-1 угл. мин., ночью - 30 угл. мин.; - порог контрастности различимого объекта по отношению к фону составляет днем - 0.01- 0.03, ночью - 0.6; - диапазон освещенности объектов наблюдения, к которым адаптируется глаз, чрезвычайно широк - 60-70 дБ; - при освещенности менее 0.1 лк (в безоблачную лунную ночь) глаз перестает различать цвет. Уникальные возможности глаз человека достигаются, в том числе благодаря совершенству его оптической системы-хрусталика, выполняющей функции объектива. Совершенство хрусталика проявляется, прежде всего, тем, что его кривизна с помощью специальных глазных мышц изменяется таким образом, чтобы обеспечить на сетчатке глаза максимально четкое изображения объектов, расположенных на различных расстояниях от наблюдателя. Хотя ведутся исследования по созданию подобных искусственных объективов, но приблизиться к возможностям хрусталика глаза пока не удается. а). Объективы Объектив в силу постоянства кривизны поверхностей линз и оптической плотности стекла объективы проецируют изображения с различного рода погрешностями. Наиболее заметными из них являются следующие: - сферическая аберрация, проявляющаяся в отсутствии резкости изображения на всем поле зрения (оно резко в центре или по краям); - астигматизм - отсутствие одновременной резкости на краях поля изображения для вертикальных и горизонтальных линий; - дисторсия - искривление прямых линий; - хроматическая аберрация - появление цветных окантовок на границах световых переходах, вызванных различными коэффициентами преломления линз объектива спектральных составляющих световых лучей. С целью уменьшения погрешностей объективов они выполняются из большого (до 10 и более) количества линз с различной кривизной поверхностей. Все или отдельные группы линз склеиваются между собой. Качество объективов описываются большим количеством параметров. Для целей оценки возможностей средств наблюдения основными из них являются: фокусное расстояние, угол поля зрения и изображения, светосила, разрешение, частотно-контрастная характеристика. По величине фокусного расстояния объективы делятся на короткофокусные, с фокусным расстоянием F, меньшим длины диагонали кадра поля изображения d, нормальные или среднефокусные (F d), длиннофокусные и телеобъективы с F>d, а также c переменным фокусным расстоянием. Объектив с переменным фокусным расстоянием (панкратический) представляют собой сложную оптическую систему, в которой предусмотрена возможность смещения оптических компонентов, за счет чего изменяется величина фокусного расстояния. Величину фокусного расстояния изменяют дискретно или плавно. Дискретное изменение фокусного расстояния достигается применением афокальных насадок, уменьшающих или увеличивающих фокусное расстояние в два раза. Плавное изменение величины фокусного расстояния осуществляется перемещением отдельных компонент вдоль оптической оси по линейному или нелинейному закону. В зависимости от способа коррекции аббераций их подразделяют на вариообъективы и трансфокаторы. Вариообъективы представляют собой единую оптическую схему, в которой изменение фокусного расстояния осуществляется непрырывным перемещением одного или нескольких компонентов вдоль оптической оси. Трансфокаторы состоят из афокальной насадки с переменным, плавным увеличением и объектива с постоянным фокусным расстоянием. Сложность оптической конструкции объективов с переменным фокусным расстоянием вызвана, прежде всего, тем, что при изменении фокусного расстояния должно автоматически сохраняться положение плоскости резкого изображения наблюдаемого объекта. Добиваются этого путем оптической компенсации (при линейном перемещении компонентов) и механической (при нелинейном). В первом случае достигают кратности изменения фокусных расстояний не более 3, во втором - 6-7. По углу поля зрения (изображения) различают узкоугольные объективы, у которых величина угла не превышает 30 град., среднеугольные (угол в пределах 30 - 60 град.), широкоугольные с углом более 60 град. и, наконец, - с переменным углом изображения у объективов с переменным фокусным расстоянием. Чем больше фокусное расстояние F объектива, тем больше деталей объекта можно рассмотреть на его изображении, но тем меньше угол поля зрения. Поэтому для обнаружения объекта используют короткофокусные объективы, а для распознавания - длиннофокусные. Размеры объекта h на изображении определяются в зависимости от размеров реального объекта H, расстояния от него до объектива L и фокусного расстояния объектива F по соотношению h=F.H / L. Светосила характеризует способность объектива создавать освещенность в поле кадра в соответствии с яркостью объекта. На светосилу объектива влияют следующие факторы: - относительное отверстие объектива; - прозрачность (коэффициенты пропускания, поглощения, отражения) линз; - коэффициент увеличения (масштаб получаемого изображения); - коэффициент падения освещенности к краю кадра. Светосила без учета реальных потерь света в линзах оценивается величиной геометрического относительного отверстия, равного к=D/F, где D‑диаметр входного отверстия объектива (апертура), F‑фокусное расстояние, и обозначается в виде 1: к. Эффективное относительное отверстие объектива меньше геометрического на величину потерь света в его линзах. По величине относительного отверстия объективы делятся на сверхсветосильные, у которых 1: к>1:2, светосильные (1: к=1.28-1.4) и малосветосильные с 1: к>1.4. Чем больше светосила объектива, тем выше чувствительность средства наблюдения. Однако при этом растут искажения изображения и для их уменьшения усложняют конструкцию светосильных объективов, что естественно приводит к их удорожанию. Свет, падающий на линзу и проходящий через нее, отражается и поглощается. Количество поглощенного света зависит от толщины стекла (в среднем 1-2% на 1 см толщины). Чем больше отражающих поверхностей имеет объектив, тем больше потери света. В объективах из 5-7 линз потери света на отражение могут составлять 40-50%. Уменьшают потери света просветлением линз. Просветлением называются способы уменьшения отражения света от поверхности стекла путем нанесения на него тонкой пленки с коэффициентом преломления меньше преломления стекла линзы. Толщина просветляющей пленки должна составлять 1/4 длины волны падающего на линзу света. В этом случае отраженные лучи света в силу противоположности фаз с падающими компенсируются и, следовательно, отражение света отсутствует. Первоначально объективы просветляли для желто-зеленой части спектра, к которой наиболее чувствителен глаз человека. Просветленный объектив в отраженном свете приобретал сине-фиолетовый оттенок и назывался «голубой» оптикой. Современные технологии просветления оптики позволяют наносить на поверхность линзы 12-14 слоев просветляющих пленок и перекрывать тем самым весь спектр видимого диапазона света. Такую оптику маркируют индексами МС - многослойное покрытие. Объективы МС в отраженном свете не меняют цвет. В настоящее время все объективы просветляются. Способность объектива передавать мелкие детали изображения оценивается разрешающей силой. Она выражается максимальным числом N штрихов и промежутков между ними на 1 мм поля изображения в его центре и по краю. Наиболее высокую разрешающую силу имеют объективы для микрофотографирования в микроэлектронике. Она достигает 280-440 линий на мм по центру и 260-400 линий на мм по краю кадра. Так как одним из основных факторов, определяющих вероятность обнаружения и распознавания объектов, является контрастность его изображения по отношению к фону, то важной характеристикой объектива как элемента средства наблюдения является его частотно-контрастная характеристика. Она служит мерой способности объектива передавать контраст деталей объекта и измеряется отношением контрастности деталей определенных размеров на изображении и на объекте. Уменьшение контраста мелких деталей на изображении вызвано тем, что в результате различных аберраций объектива на изображении размываются границы деталей наблюдаемых объектов. Для количественной оценки частотно-контрастной характеристики в качестве исходного объекта используется эталонный объект наблюдения - мира в виде черно-белых линий с уменьшающейся шириной, нанесенных, например, тушью на белой бумаге. По результатам измерений контрастности линий на проецируемом объективом изображении строится зависимость контраста К=f(n) количества линий в 1 мм. Эта зависимость определяет частотно-контрастную характеристику объектива. В связи с большими техническими проблемами создания универсальных объективов с высокими значениями показателей, оптическая промышленность выпускает широкий набор специализированных объективов: для фото и киносъемки, портретные, репродукционные, проекционные, для микрофотографирования и т. д. Для добывания информации применяются в основном объективы трех видов: для аэрофотосъемки, широкого применения (фото, кино и видеосъемки с использованием бытовых и профессиональных камер) и для скрытой съемки. Объективы широкого применения разделяются в соответствии с размерами фотоаппаратов: для малоформатных и миниатюрных, среднеформатных и крупноформатных камер. Для скрытого наблюдения используются: - телеобъективы с большим фокусным расстоянием (300-4800 мм) для фотографирования на большом удалении от объекта наблюдения, например, из окна противоположного дома и далее; - так называемые точечные объективы для фотографирования из портфеля, часов, зажигалки, через щели и отверстия. Они имеют очень малые габариты и фокусное расстояние, но большой угол поля зрения. Например, объектив фотоаппарата, вмонтированного в корпус наручных часов, имеет размеры 7.5 мм с апертурой 2.8 мм. В миникамерах фирм Hitachi, Sony, Philips, Ockar используются объективы диаметром 1-4 мм и длиной до 15 мм. б). Визуально-оптические приборы Для визуально-оптического наблюдения применяются оптические приборы, увеличивающие размеры изображения на сетчатке глаза. В результате этого повышается дальность наблюдения, вероятность обнаружения и распознавания мелких объектов. К визуально-оптическим приборам относятся бинокли, зрительные трубы, перископы, стереотрубы, теодолиты. Для наблюдения за объектами наиболее распространены бинокли. Бинокль (от лат. bini-пара и oculus - глаз) - оптический прибор из двух параллельных соединенных между собой зрительных труб. В зависимости от оптической схемы зрительной трубы бинокли разделяются на обыкновенные (галилеевские) и призменные. Зрительная труба призменного бинокля состоит из объектива, обращенного в сторону объекта наблюдения, системы призм, оборачивающей изображение, и окуляра - объектива, обращенного к зрачку глаза. В обыкновенном бинокле призмы отсутствуют, оптические оси объектива и окуляра трубы совпадают, расстояние между центрами объективов и центрами окуляров зрительных труб одинаково и равно 65 мм (среднее расстояние между зрачками глаз наблюдателя). Бинокли этого типа просты по устройству, дают прямое изображение предметов, обладают высокой светосилой, однако имеют малое поле зрения и не позволяют устанавливать углоизмерительную сетку. Наиболее распространены призменные бинокли. Они обладают сравнительно большим полем зрения и повышенной стереоскопичностью за счет увеличения расстояния между центрами объективов труб. В призменных биноклях устанавливают углоизмерительную сетку в фокальной плоскости объектива и окуляра. Зрительные трубы у призменных биноклей шарнирно закреплены на общей оси, что позволяет подбирать расстояние между окулярами по базе глаз наблюдателя (от 54 до 74 мм). Объективы и призмы оборачивающей системы закреплены в зрительных трубах неподвижно, а окуляры могут выдвигаться для установки по силе зрения наблюдателя. Для этого на окулярных трубах наносятся диоптрийные шкалы. По увеличению (кратности) наиболее совершенные бинокли военного назначения условно разделяются на две группы: среднего увеличения (6-8 кратные, поле зрения 8-5) и большого увеличения (кратность более 10, поле зрения 5-2). Например, бинокль Б‑6 имеет увеличение 6 при угле поля зрения 8.5 градусов, БП‑8 - увеличение 8 при угле поля зрения‑7 град., Б‑15 - увеличение 15, угол поля зрения - 4 град.. Созданы широкоугольные бинокли с углом зрения до 70 и более градусов. Чтобы улучшить наблюдение при тумане, ярком солнечном освещении или зимой на фоне снега, на окуляры бинокля надеваются желто-зеленые светофильтры. В некоторых биноклях для обнаружения действующих инфракрасных приборов ночью применяют специальный экран, чувствительный к инфракрасным лучам. В последнее время применяются так называемые панкратические бинокли, плавно изменяющиеся увеличение в значительных пределах (от 4 до 20 и более). При этом в обратно пропорциональной зависимости изменяется величина поля зрения. Такие бинокли наиболее удобны для наблюдения: позволяют производить поиск объектов при большом поле зрения, но малом увеличении, и изучение объекта - при большом увеличении. Например, панкратический бинокль фирмы Tasko (США) имеет увеличение 8-15, угол зрения 6.0-3.6 градусов и диаметр входного зрачка 5-2.3 мм. У панкратических зрительных труб увеличение может изменяться в еще больших пределах. Например, кратность увеличения зрительной трубы фирмы Swiff (Великобритания) составляет 6-30 при угле зрения 7.5-1.3 градусов. На базе волоконно-оптических световодов созданы разнообразные типы технических эндоскопов для наблюдения через малые отверстия диаметром 6-10 мм. Типовой технический эндоскоп состоит: из окулярной части, через которую проводится наблюдение, рабочей части в виде волоконно-оптического кабеля длиной 600-1500 мм, дистальной части, содержащей объектив, и осветительного жгута для подсветки объекта наблюдения. Эндоскопы комплектуются сетевыми или аккумуляторными осветителями с источниками света - галогенными лампами мощностью 20-150 Вт. В эндоскопе обеспечивается возможность отклонения дистальной части на 180 градусов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Угол поля зрения объектива составляет 40-600, фокусировка объектива обеспечивает наблюдение как вблизи (от 1 мм и далее), так и “ в бесконечности” (на расстоянии более 5 м). в). Фото- и киноаппараты Визуально-оптическое наблюдение, использующее такой совершенный оптический прибор, как глаз, является одним из наиболее эффективных способов добывания, прежде всего, видовой информации. Однако оно не позволяет регистрировать изображение для последующего изучения или документирования результатов наблюдения. Для этих целей применяют фотографирование и киносъемку с помощью фото и киноаппаратов. Фотографический аппарат представляет собой оптико-механический прибор для получения оптического изображения фотографируемого объекта на светочувствительном слое фотоматериала. Все фотоаппараты состоят из светонепроницаемого корпуса с закрепленным на его передней стенке объективом, устройства для размещения или фиксации светочувствительного материала, расположенного у задней стенки корпуса, и затвора. Так как светочувствительный материал обеспечивает получение качественного фотографии при строго дозированной световой энергии, проецируемой на светочувствительный материал, то затвор пропускает в течение определенного времени (времени экспозиции или выдержки) световой поток от фотографируемого объекта. Указанные части фотоаппарата являются основными. По мере конструктивного развития фотоаппарат “обрастал” различными узлами и механизмами, которые облегчали и автоматизировали процесс съемки, позволяли расширить возможности применения фотоаппарата, улучшить его технические параметры. Эти узлы и механизмы называют вспомогательными. К ним относятся: - видоискатель для определения границ поля изображения; - дальномер для ручного или автоматического определения расстояния до объекта съемки; - фокусировочный механизм для совмещения фокальной плоскости объектива с плоскостью расположения светочувствительного материала; - механизм, транспортирующий фотопленку на один кадр и точной установки ее против кадрового окна фотоаппарата; - экспонометрический узел, предназначенный для определения экспозиционных параметров (выдержки и диафрагмы) в соответствии со светочувствительностью используемого фотоматериала и яркостью объекта. Профессиональные фотоаппараты известных фирм (Nicon, Canon, Коdак, Contax, Pentax, Зенит) представляют собой сложнейшие оптико-электо-механические устройства, автоматически учитывающие все изменения в освещенности объекта во время фотосъемки. Размер используемого в них светочувствительных материалов положен в основу условного деления всех фотоаппаратов на несколько групп. В настоящее время по этому признаку (по размерам получаемых негативов) выделяют пять групп: микроформатные, полуформатные, мало, средне и круноформатные. Фотоаппараты применяют различные типы светочувствительных материалов: фотопластинки, плоские и рулонные фотопленки. Другим важным признаком классификации является назначение фотоаппарата. По этому признаку они делятся на общие и специальные. От способов обеспечения резкого изображения на светочувствительном материале (наводки на резкость) зависит конструктивное решение почти всего фотоаппарата. По этому признаку модели, используемые для добывания информации, можно разделить на следующие группы: - с наводкой на резкость по изображению на экране, которое проецируется объективом фотоаппарат с помощью встроенных в него подвижному и неподвижному зеркал (у так называемых зеркальных или SLR- фотоаппаратов); - с наводкой по монокулярному дальномерному устройству (у дальномерных фотоаппаратов), механически связанному с объективом фотоаппарата; - с неподвижным жестковстроенным объективом, сфокусированным на гиперфокальное расстояние; - автофокусирующие (с помощью устройства автоматической фокусировки). По технической оснащенности фотоаппараты можно разделить на следующие классы: простой, средний, высокий. По показателям оснащенности фотоаппарата встроенными экспонометрами, а также по степени автоматизации установки экспозиционных параметров фотоаппараты делят на три группы: с ручной установки, с полуавтоматической и с автоматической установкой экспозиции. Повышение технической оснащенности расширяет возможности фотоаппаратов, но усложняет возможность их миниатюризации. Микроформатные фотоаппараты имеют более простую конструкцию и заряжаются узкой пленкой шириной 8-16 мм. Одна из особенностей ряда ранних микроформатных фотоаппаратов - горизонтальная компоновка аппарата с объективом, утопленным в корпусе. Корпус таких моделей состоит из двух частей, одна из которых подвижная. Перед съемкой фотоаппарат телескопически раздвигается, открывая объектив и видоискатель. Одновременно производится транспортирование пленки и взвод затвора. Таким образом, выдвижная часть корпуса является одновременно защитным кожухом, рычагом взвода и протяжки пленки для следующего кадра (“Минокс”, “Агфаматик‑4008”, “Киев‑30”). Более новые модели имеют традиционную форму. Мировыми лидерами среди производителей таких фотоаппаратов являются АО “Красногорский завод” и немецкая фирма “Robot” [72]. Например, фотоаппарат “МФ-1” (Красногорский завод) представляет полуавтомат с пружинным приводом, имеет светосильный объектив с F=2.8, размер кадра 18х24 мм. Конструкция фотоаппарата предполагает дистанционное управление, а пружинный привод дает возможность работать в любых климатических условиях. Недостаток - относительно большой шум при перемотке. Фотоаппарат “Robot-SC electronic” менее шумящий и при небольших габаритах работает с использованием стандартной пленки 35 мм. Параметры некоторых микроформатных фотоаппаратов приведены в табл. 3.2. Таблица 3.2.
Возможности добывания информации путем фотографирования определяются, как параметрами фотоаппаратов, так характеристиками (спектральным диапазоном, чувствительностью, разрешающей способностью) светочувствительных материалов, на которые проецируется объективом изображение наблюдаемого объекта. Светочувствительные материалы (фотокинопленка, фотопластины, фотобумага) представляют собой тонкую желатиновую пленку, содержащую светочувствительные вещества на целлулоидной пленке, стеклянной пластине или плотной бумаге. Для фотосъемки наиболее широко применяются материалы, у которых в качестве светочувствительного слоя используются мельчайшие кристаллы галгенида серебра (AgBr, AgCl, AgI), взвешенные в растворе желатины. Этот раствор, называемый эмульсией и нанесенный тонким слоем на подложку, после высыхания образует тонкий, сравнительно твердый и гибкий слой. Галоидное серебро является непосредственным приемником световых лучей. Поэтому от особенностей строения, размеров, количества и пространственного распределения в слое зерен галоидного серебра существенно зависит качество получаемого изображения. В момент экспонирования под действием квантов света в микрокристаллах галогенида серебра происходит образование металлического серебра, которое осаждается на центрах светочувствительности (центрах скрытого изображения), увеличивая их размер. Таким образом, в результате фотографирования в светочувствительном слое возникает скрытое изображение. Для превращения его в видимое изображение необходима химическая обработка светочувствительного слоя, включающего проявление, фиксирование, промывку и сушку. При проявлении происходит превращение невидимого изображения в видимое путем воздействия на микрокристаллы галогенидов серебра со следами скрытого изображения химическими веществами проявителя. В результате этого воздействия экспонированные микрокристаллы галогенидов серебра восстанавливаются до металлического серебра, образуя видимое изображение. Кристаллы, не подвергшиеся действию света, остаются в светочувствительном слое. Для удаления из эмульсионного слоя неэкспонированных и соответственно невостановленных в процессе проявления кристаллов галогенида серебра производится фиксирование, в ходе которого галогенид серебра под действием некоторых химических веществ превращается в несветочувствительное, прозрачное, легко растворимое соединение. После промывки с целью удаления из светочувствительного слоя продуктов реакции проявления и фиксирования и последующей сушки получается негативное изображение. В негативном изображении степень почернения его элемента пропорциональна яркости исходного изображения на светочувствительном слое. Для получения позитивного (прямого) изображения необходимо провести позитивный процесс, включающий фотопечать, проявление, фиксирование и сушку. Позитивная фотопечать проводится путем экспонирования фотоматериала через негатив. При проявлении позитивного фотоматериала на нем получается изображение, обратное по яркости изображению негативу. Так как энергия фотонов снижается с увеличением длины волны, то для формирования спектрального диапазона светочувствительного материала в слой вводят добавки-сенсибилизаторы. Черно-белые фотопленки по спектральной чувствительности делятся на категории, указанные в табл. 3.3. Таблица 3.3.
В настоящее время широко применяется, в особенности из космоса, «многозональная съемка», которая предусматривает одновременное (синхронное) фотографирование одного и того же участка земной поверхности или объекта в различных (обычно 4-6) узких (0.04-0.10 мкм) зонах спектра на фотопленки с различными спектральными характеристиками. Информативность многозональных снимков зависит от информативности зон спектра, в которых производят съемку. Но в любом случае она выше, чем черно-белых цветных фотографий. В современных способах цветной фотосъемки цветовыделение осуществляется использованием многослойных фотоматериалов, имеющих на одной подложке три эмульсионных слоя. Каждый из слоев чувствителен к лучам одного из основных цветов: синего, зеленого и красного. При съемке в каждом из трех эмульсионных слоев образуется скрытое изображение. Фотохимическая обработка цветных материалов сложнее, чем черно-белых и состоит из следующих операций: проявление, отбеливание, фиксирование, промывка, сушка и ряда промежуточных операций, способствующих повышению качества цветного изображения. Отбеливание, отсутствующее при обработке черно-белых материалов, предназначено для перевода металлического серебра в центрах скрытого изображения, снижающего яркость красителей слоев, в его комплексную соль. Многослойные цветные фотопленки существенно уступают черно-белым по разрешающей способности, что усугубляется также значительным влиянием воздушной дымки в атмосфере на контраст изображения в сине-фиолетовой зоне спектра. Поэтому цветная фотосъемка применяется при невысоких требованиях по разрешению и большой информативности такого демаскирующего признака как цвет. В интересах разведки цветная космическая и воздушная съемка широко не применяется. Для этих целей более распространена фотосъемка на основе спектрозональных аэрофотопленок, имеющих 2-3 эмульсионных светочувствительных слоя. В отличии от цветных пленок, к которым предъявляются требования по идентичности в калориметрическом отношении изображения и оригинала, на спектрозональных аэрофотопленках объекты отображаются в условных цветах, не соответствующих привычному цвету объектов. Технология съемки и фотохимической обработки спектрозональной пленки не отличается от цветной. Но информативность спектрозональных снимков значительно выше, чем цветных по следующим причинам: - используются наиболее информативные с точки зрения возможностей обнаружения и распознавания объектов зоны спектра; - зоны смещены в область больших значений длин волн, вследствие чего уменьшается отрицательное влияние воздушной дымки на контраст оптического изображения; - двухслойные спектрозональные аэрофотопленки имеют более высокую (примерно в 2 раза) разрешающую способность, чем многослойные цветные пленки. Чувствительность фотоматериалов измеряется в России в условных единицах ISO (до недавнего времени в единицац ГОСТа), в США и многих других странах- в единицах ASA, в Германии - в DINах. Перерасчет чисел светочувствительности, определенных по разным сенсиметрическим системам, сложен, так как в каждой системе используются разные критерии светочувствительности. Ситема ISO практически идентична системе ASA. В единицах DIN чувствительность приблизительно равны десятикратному значению десятичного логарифма значений светочувствительности в единицах ISO. Например, широко применяемая для бытовой съемки пленка имеет чувствительность 100, 200 и 400 ед. ISO соответствует чувствительности 21, 24 и 27 ед. DIN. В зависимости от назначения чувствительность фотоматериалов колеблется в широком диапазоне - от единичных значений до тысяч. Фирма «Кодак» выпускает специальную фотопленку, значения чувствительности которой достигают 10 тысяч единиц. Такая пленка позволяет проводить фотосъемку при освещенности, оцениваемой человеком как темнота. Однако она требует специальной обработки за 10-12 часов перед фотосъемкой. Разработана монохроматическая пленка переменной чувствительности, величина которой зависит от длительности ее проявления. Разрешающая способность, так же как для объективов, оценивается в линиях на один мм и достигает для специальных пленок, используемых для микрофотографирования, значений в 200-300 линий/мм. Способность фотоматериала раздельно с заданным контрастом воспроизводить мелкие близко расположенные детали изображения определяется структурными свойствами фотографических материалов. Зернистая структура фотографической эмульсии вызывает рассеяние света в слое при экспонировании и ограничивает возможность воспроизведения мелких деталей и резкость изображения. Причем чем выше чувствительность фотоматериала, тем больше зернистость эмульсии. Разрешающая способность аэрофотопленок достигает 200 и более лин/мм, пленки широкого применения имеют разрешение менее 100 лин/мм. В настоящее время в результате достижений в микроэлектронике развивается принципиально новое направление в фотографировании - цифровое электронное фотографирование. Цифровой фотоаппарат представляет собой малогабаритную цветную телевизионную камеру на ПЗС, электрические сигналы с выхода которой записываются не на магнитную ленту, как в видеокамере, а преобразуются в цифровой вид и запоминаются полупроводниковой памятью фотоаппарата. Информация, содержащаяся в памяти, может просматриваться на экране телевизора, цветное изображение регистрируется на бумаге с помощью специального принтера. Цифровой фотоаппарат также сопрягается с ПЭВМ. Отснятое изображение может отображаться на экране дисплея, редактироваться с помощью графических редакторов и выводиться на печать принтером. Сравнительные характеристики цифровых фотоаппаратов приведены в табл 3.4 Таблица 3.4
Примечание. В столбцах 2 и 4 в числителе указаны максимальные значения, в знаменателе - минимальные. Отснятые кадры могут просматриваться на экране телевизора, записываться на видеомагнитофон, передаваться на IBM-совместимые компьютеры. В процессе просмотра изображения на ПЭВМ можно увеличивать отдельные части кадра, одновременно наблюдать на дисплее 1, 4 или 9 кадров изображения с целью выбора лучшего для вывода на печать. Разрешение изображения цифрового фотоаппарата определяется разрешением его светоэлектрического преобразователя. Но с увеличением разрешения уменьшается при ограниченном объеме памяти количество кадров. Компромисс между разрешением и количеством кадров достигается введением возможности изменения оператором показателей разрешения запоминаемого кадра. Если использовать карты памяти стандарта PCVIA, то количество кадров может существенно увеличено. Для дополнительной памяти объемом 16 Мб количество кадров пропорционально возрастает и составляет сотни снимков. Изображение с разрешением 640х480 соответствует качеству телевизионного изображения, но уступает возможностям фотопленок. Однако цифровое фотографирование не связано с химической обработкой светочувствительных материалов, что резко улучшает потребительские свойства цифровых фотоаппаратов, обладает большой оперативности просмотра изображений и гибкостью редактирования изображения на ПЭВМ. Учитывая перспективы миниатюризации радиоэлектронных элементов, прежде всего «памяти», и повышения разрешения ПЗС, у цифровых фотоаппаратов большое будущее. Информация о движущихся объектах добывается путем кино и видеосъемки с помощью киноаппаратов и видеокамер. При киносъемке изображение фиксируется на светочувствительной кинопленке, при видеозаписи - на магнитной пленке. Под киносъемкой понимают процесс фиксации серии последовательных изображений (кадров) объекта наблюдения через заданные промежутки времени, определяемые частотой кадров в секунду. Каждый кадр кинофильма содержит единичный изображение объекта и соответствует состоянию объекта в момент съемки. Число кадров колеблется от единиц кадров в минуту и даже часов для съемки медленно текущих процессов до сотен тысяч в секунду для сверхскоростной специальной съемки, например, для наблюдения электрического разряда или полета пули. Устройство кинокамеры близко к устройству фотоаппарата с той принципиальной разницей, что в процессе киносъемки пленка скачкообразно продвигается с помощью грейферного механизма перед кинообъективом на один кадр. Закрытие объектива на время продвижения кинопленки осуществляется заслонкой (обтюратором), вращение которой перед объективом синхронизировано с работой грейфера. Внутри и вне помещений киносъемка движущихся людей производится на 8 и 16‑мм пленку с частотой 8-32 кадра в секунду. г). Средства телевизионного наблюдения Видеокамера является средством регистрации движущихся изображений с помощью средств телевизионного наблюдения. Схема средств телевизионного наблюдения показана на рис. 3.4. |