（江西省測(cè)繪地理信息局后勤保障服務(wù)中心 江西南昌 330209）

1 引言

眾所周知，航空測(cè)繪相機(jī)在獲取地理遙感信息輔助環(huán)境保護(hù)、生態(tài)資源調(diào)查、國(guó)土資源管理、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、氣候影響、GIS 建設(shè)等諸多領(lǐng)域起到了不可替代的作用。

航空測(cè)繪相機(jī)比星載光學(xué)測(cè)繪系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于前者無論是在空間分辨率和信噪比還是成本和靈活性上都具有天然的優(yōu)勢(shì)。隨著社會(huì)發(fā)展的不斷需求，航空測(cè)繪市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，涉及到的行業(yè)也越來越廣，縱向上，地理信息、國(guó)土監(jiān)測(cè)、土地管理等要求不斷加深，不單單滿足于傳統(tǒng)的面上的需求，更要求內(nèi)部功能的完善；橫向上，不斷擴(kuò)充到其他領(lǐng)域，比如，電力行業(yè)、水利行業(yè)、森林和礦產(chǎn)等。對(duì)于航空測(cè)繪產(chǎn)業(yè)來講，這是一個(gè)機(jī)遇，所以，我們?cè)诎l(fā)展航空測(cè)繪行業(yè)的時(shí)候?qū)娇赵O(shè)備的要求也越來越高。

經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，航空測(cè)繪相機(jī)裝備從一開始的膠片式發(fā)展到如今的數(shù)字式面陣/線陣探測(cè)器和多光譜相機(jī)，無論是在對(duì)地理信息的獲取能力上還是在數(shù)據(jù)的豐富上都明顯提高。在這個(gè)領(lǐng)域，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家無疑走在前面，領(lǐng)銜技術(shù)的發(fā)展和方向，產(chǎn)生了多個(gè)世界級(jí)的大廠商，比如LH、Z/I Imaging、VexCel、Applanix 等公司，他們也生產(chǎn)了一批知名的航空測(cè)繪相機(jī)裝備，比如U1traCam、DSS、DMC、ADS等產(chǎn)品。

2 航空測(cè)繪相機(jī)發(fā)展概述

在上個(gè)世紀(jì)20年代就出現(xiàn)了在航空測(cè)繪相機(jī)方面的研究，1925年，Leica 應(yīng)該是這方面的先驅(qū)，直到上世紀(jì)中葉，隨著膠片的廣泛應(yīng)用，膠片型航空測(cè)繪相機(jī)也隨之流行開來，在接下來的幾十年里，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，CCD (charge coupled device)技術(shù)給航空測(cè)繪相機(jī)發(fā)展帶來了巨大的機(jī)遇，在七十年代，有德國(guó)公司DASA (daimler benz aerospace)創(chuàng)造了世界上第一臺(tái)CCD 成像系統(tǒng)EOS，CCD 在作為航空測(cè)繪相機(jī)成像介質(zhì)，是當(dāng)時(shí)的航空測(cè)繪相機(jī)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在80年代后期，線陣CCD的出現(xiàn)為數(shù)字航空測(cè)繪相機(jī)的發(fā)展提供了技術(shù)支撐，所以在1995年數(shù)字航空攝影相機(jī)DPA （digital photogrammetry assembly）一經(jīng)問世就引起了轟動(dòng)。DPA的探測(cè)器由六條FairChild 公司生產(chǎn)的10 μm 線陣CCD 組成，像元12K，80mm 焦距，采用三線陣機(jī)制實(shí)現(xiàn)多光譜和立體測(cè)繪功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)大比例尺的測(cè)繪需求。

到本世紀(jì)初，線陣數(shù)字式航空測(cè)繪相機(jī)技術(shù)越來越成熟以及相關(guān)產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)的占有度的提升，對(duì)傳統(tǒng)膠片測(cè)繪相機(jī)帶來了巨大打擊，線陣數(shù)字式航空測(cè)繪相機(jī)由于其在獲取數(shù)據(jù)的效率、數(shù)據(jù)處理的能力、系統(tǒng)的穩(wěn)定性等方面的優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外測(cè)繪領(lǐng)域得到了非常有力的支持，同時(shí)，在線陣數(shù)字航空測(cè)繪相機(jī)的不斷發(fā)展的時(shí)候，面陣CCD 探測(cè)器的研發(fā)成功給數(shù)字航空測(cè)繪相機(jī)在性能上更加卓越，也為航空測(cè)繪領(lǐng)域注入新鮮血液。

3 航空測(cè)繪相機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀

數(shù)字式航空測(cè)繪相機(jī)技術(shù)經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)十分成熟可靠，如今的膠片式相機(jī)基本離開了主流市場(chǎng)。由于國(guó)外在航空測(cè)繪相機(jī)領(lǐng)域研究的優(yōu)勢(shì)，早期發(fā) 展 起 來的Z/I Imaging、Optech、Applanix、LH、VexCel 等公司已經(jīng)形成了一個(gè)團(tuán)體壟斷了該市場(chǎng)全球的9 成份額。這些公司的主要代表產(chǎn)品如圖1所示。

圖1 典型商用航空面陣測(cè)繪相機(jī)性能指

上個(gè)世紀(jì)90年代，DLR 研發(fā)出了WAOSS (wide angle optical stereo sensor)、HRSC (high resolution stereo camera)、WAAC (wide angle airborne camera) 等一批極具代表性的三線陣立體測(cè)繪相機(jī)，該批產(chǎn)品被用于美國(guó)宇航局的火星探測(cè)計(jì)劃。

嚴(yán)格意義來講，由于LH 與DLR的在技術(shù)方面的合作關(guān)系，而DLR 又具有在三線陣立體測(cè)繪相機(jī)的領(lǐng)先技術(shù)，所以LH 在航空測(cè)繪相機(jī)的技術(shù)源自Leica。2000年Leica 推出ADS40 數(shù)字測(cè)繪相機(jī)，之后的ADS 系列產(chǎn)品沿用三線陣的設(shè)計(jì)理念，線陣規(guī)模不斷擴(kuò)大，性能也得到了巨大的提升。在圖2中，我們可以看到ADS 測(cè)繪相機(jī)的分光方法，它通過分光元件將光線分為3 路，再將這3 路分路分別投射在對(duì)應(yīng)的探測(cè)器線列上。采用CCD 疊加和半像元錯(cuò)位技術(shù)可以提高系統(tǒng)分辨力。LH的強(qiáng)大技術(shù)實(shí)力讓其產(chǎn)品在航空測(cè)繪相機(jī)市場(chǎng)中占得重要一席，而且具有重大的影響力。

圖2 LH的三線陣立體測(cè)繪相機(jī)

另外，DMC（圖3）和DSS 等航空測(cè)繪相機(jī)系列大都采用了用面陣探測(cè)器，其中，面陣規(guī)模最大的可達(dá)2.6億像元，尺寸5-6μm，具備多光譜成像功能。面陣數(shù)字相機(jī)焦面一般為矩形，這樣可以減少起飛次數(shù)和增加飛行覆蓋寬度，還可以得到不同的視場(chǎng)角。為了應(yīng)對(duì)系統(tǒng)對(duì)性能的要求，大部分鏡頭方案采取圖3所示的方案。隨著技術(shù)的不斷完善和提升，像元尺寸可以比以前做小很多，如此一來，在同等面積下可以加大面陣規(guī)模。

圖3 多鏡頭拼接的大面陣測(cè)繪相機(jī)(DMC)

上述研究表明，大面陣數(shù)字式多光譜測(cè)繪相機(jī)時(shí)代已經(jīng)到來，我們有理由相信隨著技術(shù)、裝備的而不斷成熟和完善，面陣數(shù)字式多光譜測(cè)繪相機(jī)將深深影響到航空測(cè)繪領(lǐng)域?qū)ぷ餍?、裝備性能、適用性、數(shù)據(jù)傳輸、加工和存儲(chǔ)等方面的構(gòu)成。

3 發(fā)展趨勢(shì)

航空測(cè)繪相機(jī)行業(yè)的發(fā)展是需要測(cè)繪產(chǎn)業(yè)的支持，測(cè)繪產(chǎn)業(yè)越成熟，航空測(cè)繪相機(jī)行業(yè)的發(fā)展就越深入和多樣化。所以，用戶需求才是航空測(cè)繪相機(jī)行業(yè)的第一生產(chǎn)動(dòng)力，伴隨著測(cè)繪領(lǐng)域市場(chǎng)規(guī)模的不斷加大，我們相信測(cè)繪相機(jī)裝備的研發(fā)和適用范圍將提升到一個(gè)更高的層次。

另外，以測(cè)繪相機(jī)為主，機(jī)載LiDAR（light detection and ranging，激光雷達(dá)）等其他光學(xué)測(cè)繪裝備相結(jié)合的多傳感器航空光學(xué)測(cè)繪平臺(tái)，在未來將會(huì)具有更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，基于多光譜或高光譜的遙感測(cè)繪技術(shù)將是未來的重要發(fā)展趨勢(shì)。

總之，精度已經(jīng)不是當(dāng)前航空測(cè)繪相機(jī)最求的主要目標(biāo)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性、適用的廣泛性、工作的效率、處理流程的自動(dòng)化等方面才是未來航空測(cè)繪相機(jī)領(lǐng)域需要解決的主要問題。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文著眼于當(dāng)前國(guó)外航空測(cè)繪相機(jī)的發(fā)展，通過對(duì)國(guó)外在這一領(lǐng)域發(fā)展的研究，不僅讓我們的測(cè)繪工作者了解當(dāng)前的先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，也意在激勵(lì)國(guó)內(nèi)廠商對(duì)世界級(jí)廠商的追趕。當(dāng)前，航空測(cè)繪系統(tǒng)多以數(shù)字測(cè)繪相機(jī)為主，機(jī)載LiDAR、高光譜儀等其他光學(xué)測(cè)繪裝備，這樣的集成可以獲得更加有效的遙感數(shù)據(jù)，也是未來發(fā)展的主流方向。我們也更加確信大面陣、多光譜測(cè)繪技術(shù)的出現(xiàn)將領(lǐng)銜下一個(gè)測(cè)繪相機(jī)發(fā)展的時(shí)代。

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