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云间谍眼——精益求精的航空相机（上）

2014-10-16 17:26阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1784185330

击败过拿破仑的英国名将惠灵顿公爵曾说，自己戎马一生都在猜测“山那边发生了什么”。就在他去世7年后的1858年，第一张从空中拍摄的照片诞生了。自此，照相机被带到各种航空器上，从云雾之间指向敌方的领地。这种不冒烟、不喷火的武器只会发出轻微的“咔嚓”声，但事实证明它的作用决不亚于隆隆爆响的重磅炸弹。随着航空和摄影技术的飞速发展，这只“谍眼”变得愈发雪亮，日以继夜地窥探着“山那边”的动静。


云间谍眼——精益求精的航空相机（上）

“魔匣”初升空
19世纪中叶，将“针孔成像”原理和化学显影方法合二为一的摄影术开始流行，不明就里的人还以为照相机会摄去人的灵魂而避之不及，但那些更有创新精神的探索者已迫不及待要把这种“魔法匣子”升到半空，居高临下拍摄地面景观。起初，摄影师只是把普通的手动相机随身搬到载人气球上，使用的还是玻璃质地的硬式感光底片，每拍一次就要更换一块。而挂在无人气球或风筝下的相机更不能太笨重，还得用上特殊的操控装置。如1906年美国人乔治·劳伦斯发明了供军舰用的小型侦察气球，可悬挂一部半米见方的相机上升到900米高拍摄各个方位的海面。操作人员在甲板上通过长长的导线控制电磁快门曝光，再回收相机查看是否拍到远处有可疑目标，这比放出载人气球更为便
捷和安全。1910年，德国蔡司公司的Model 18/1318气球用相机就配备了专门的固定吊架，既能保持相机平衡，又能灵活地调整拍摄角度。
飞机的出现促进了航空摄影器材的变革，相机的手拨快门改为机械快门、单镜头变成多镜头组合、光圈可多档调节以及增加稳定底座等。为了提高空中拍摄的效率，能自动更换硬式底片的相机很快应运而生，而美国伊斯曼·柯达公司推出的软式胶片更适应在较快的飞行速度下连续拍摄大量照片的需要。1911年，俄国军官V.F.波特设计出第一种半自动胶片型航空专用相机，每个暗盒装有10米长的胶卷，可拍摄50张13×18厘米像幅的照片，除卷片是自动的外，其它操作仍需手动进行。次年蔡司公司也生产出带有握把和瞄准具的手持式照相机，便于飞行员使用。
第一次世界大战中，各国新组建的航空部队担当起侦察对方动向和绘制战场地图的重任。1915年英国飞机开始装备实用型航空相机，柯达公司也为美国海军研制了多种航空相机，3年后推出了第一种全自动航空相机K-1型，快门可在时间间隔控制器作用下按规定时间自动曝光。其它国家也相继采用以电和机械配合工作的同类产品。当时还出现了特殊的“鸽子相机”，即把轻巧的小型相机绑在受过训练的信鸽胸前，让信鸽从低空飞过敌方阵地，由相机内的气动定时器控制快门开启。不过鸽子的飞行路线、拍摄时机和照片质量都难以掌握，因此这种航拍手段并未得到普及。


云间谍眼——精益求精的航空相机（上） 一战中的航空相机需要由后座观察员手持操作，或固定在机身侧面进行垂直拍摄，
在大型飞机上才能装入机舱内。
一战结束后，航空摄影转而在地理勘察和测绘制图等民用领域得到广泛应用。美国人谢尔曼·费尔柴尔德改进了相机结构，把快门设在镜片之间，大幅提高了快门速度和照片清晰度，并成为行业标准。他在1920年成立自己的公司，推出一系列高性能的航空相机，后来还扩展到自行研制专用飞机作为空中摄影平台。到1930年代，费尔柴尔德公司生产出当时世界上最大的长焦距航空相机，带有电加热装置，可在近万米高空的低温环境下进行全自动拍摄。同一时期，蔡司公司开发出多种RMK型自动航空相机，不仅镜头质量高，电机驱动的内部机件运作起来也更为精确。
二战的爆发让配备航空相机的飞机再度成为战场上空的急先锋，交战各方在航拍技术上展开新的竞争。德国空军主要使用固定在飞机内部的Rb系列侦察相机，以及乘员携带的HK系列手持相机，也有把小型相机架设在座舱内拍摄前向视野。英国空军在初期采用的是皇家航空研究院设计的F.24型航空相机，后来换成幅面更大的F.52型，内置底片也从250张增加到500张。美国陆海军航空兵大量装备费尔柴尔德的K-17、K-22、F-56等型号的航空相机，配有多种规格的镜头从不同高度进行拍摄，夜间用自动相机可依靠照明弹的光芒触发感光元件来开启快门。美军同时研制了机载快速冲洗设备，在大中型侦察机上不到5分钟就可将一张拍好的底片处理成照片，缩短了情报获取和传递的时间。


云间谍眼——精益求精的航空相机（上） 美军在二战中使用的各种航空相机，通常配用15到60厘米焦距的镜头，最长可达152厘米。


壮大的家族
伴随着喷气飞行时代的到来，冷战也拉开了序幕，探察对方底细的需要继续推动着航空摄影的进步。在性能不断提升的同时，航空相机也因为用途和构造等方面的差别衍生出许多类型。其中按用途可分为侦察型与测绘型两大类，前者拍摄的影像主要用于目标判读，后者主要用于精密测量，对相机内部参数的要求更为严格。航空相机也可按照片像幅的大小、镜头焦距的长短或视角的宽窄来分类。而依据结构和工作方式的不同，还可分为画幅式、航线式和全景式三种：
画幅式相机－也称框幅式相机，是最常见的类型。与普通相机每开启一次快门就拍到一张照片的方式相同，画幅式相机无论在在垂直拍摄或倾斜拍摄时镜头指向都不变，直接将景物影像聚焦在底片上。这样得到的一幅幅照片分辨率高，各处几何关系也保持一致，只是幅面较小，多用于详查特定地区的目标。
航线式相机－也称缝隙式相机，是在相机焦平面处设置一个宽度可调的狭缝来代替快门，并使胶片与进入镜头的目标影像同步卷动，通过狭缝进行连续曝光，从而不间断地记录下目标区域的影像，适用于进行有重叠度要求的航空摄影。
全景式相机－是利用镜头中心具有较高分辨率的部分进行活动扫描，将较宽的目标区域拍摄下来的一种航空相机。其扫描方式分为通过转动镜头进行的直接扫描、让光线经过转动的反射棱镜进入固定镜头的旋转扫描、转动整个相机的整体旋转扫描三种。全景相机可以一次拍摄到左右地平线之间180°范围内的景物，但拍下的照片存在图像畸变、比例不一的缺陷，因此多用于大面积普查和目标搜索。


云间谍眼——精益求精的航空相机（上） 用悬挂吊架固定在L-4轻型观测机内的K-20低空侦察相机。
根据这些不同的特点，通常在低空高速侦察时采用航线式和全景式相机，在高空时采用画幅式或全景式长焦距相机，进行航空测绘的话就要选择畸变小、焦距短的广角相机。为了获取更丰富的目标信息和揭示复杂的伪装，二战期间就已出现的彩色和红外摄影技术在航空相机上得到进一步的发展，可同时在可见光、红外光和紫外光波段上拍摄物体影像的多光谱相机也日趋成熟，所拍出的图像经过处理和对比，能够更准确地识别目标的性质和细节。
航空相机安装到飞机上时，根据飞机的承载能力和任务的需要会有不同的安装布局。在空间有限的机型上，通常将小型相机独立装入机身的不同部位或外挂吊舱内。如前苏联用米格-25截击机改装的照相型战术侦察机在机头下方装有5部画幅相机，一部镜头垂直向下，两部左右倾斜15°，两部左右倾斜45°。对于专用侦察机或大型飞机，航空相机则与其它侦察设备构成情报搜集系统。美国的U-2高空侦察机在前机身下装有3部并列的HR-732相机，分别用于垂直拍摄和左右倾斜拍摄，进行测绘航拍时则换装一台焦距更长且镜头可左右摆动的HR-73B相机。改进后的U-2R既加装了合成孔径雷达，也有包含全景相机在内的多波段情报侦察成像系统(IRIS)，增强了综合侦察能力。在SR-71战略侦察机上除雷达外同样少不了多种航空相机，包括拍摄指定区域的HR-308高分辨率技术目标相机、全程记录所飞航线的F-489中等分辨率地形目标相机和进行大角度拍摄的全景相机等。


云间谍眼——精益求精的航空相机（上） U-2侦察机的前机身下可装入3部HR-732相机，镜头指向不同角度。


云间谍眼——精益求精的航空相机（上）U-2从高空拍到的苏联机场照片。
本文刊登于《航空知识》2011年第2期

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