■吳會軍 何柯達

(武漢市測繪研究院湖北武漢430000)

航空數(shù)碼相機選型的相關指標分析

■吳會軍 何柯達

(武漢市測繪研究院湖北武漢430000)

在航空攝影領域，正在醞釀著一場由膠片向數(shù)碼過渡的變革，膠片攝影被數(shù)字攝影所取代已成為必然趨勢，數(shù)字航空攝影測量系統(tǒng)的研究已成為當前航空攝影領域的研究熱點和發(fā)展方向，新型數(shù)字航空攝影儀的應用必將為航空攝影測量技術帶來一次變革，并把我國航空攝影測量技術推向數(shù)字航空攝影時代。然而，相對于膠片攝影，數(shù)字航空攝影最關鍵的環(huán)節(jié)就是數(shù)碼相機的選型，相機的選型與所要執(zhí)行的任務緊密相關，數(shù)碼航攝的推廣在國內已經展開，但是也有不少失敗的例子，究其原因都是由于數(shù)碼相機選型不當造成的，所以要普及數(shù)碼相機的相關知識以供參考，從而打消用戶對數(shù)碼相機的誤解和疑惑。

航空攝影焦距高程精度GSD

0 前言

選擇合適的航空數(shù)碼相機能高效的完成國家下達的航空攝影測量任務,數(shù)碼相機選擇不當不但會降低攝影效率,而且在影像質量上也會存在一定的缺陷,本文將從以下6個方面討論如何選擇數(shù)碼相機。

1 焦距

目前數(shù)碼相機上的標稱焦距不能等價理解為膠片相機的焦距，在進行攝影作業(yè)時，數(shù)碼相機與膠片相機的等效焦距=數(shù)碼相機的標稱焦距*膠片像元大小/數(shù)碼相機像元大小。

2 像幅

很多人會擔心數(shù)碼相機的物理像元小，焦平面尺寸也小，由此會造成像幅過小，從而同樣條件下耗費比較多的像對數(shù)。實際上按照公式：像幅面積=M*N*（1-航向重疊度）*（1-旁向重疊度）（其中M為X方向像元數(shù)，N為Y方向像元數(shù)）計算。通過這樣的計算可知在同樣的地面分辨率時，數(shù)碼相機的相幅和傳統(tǒng)相機基本相當。

3 像元地面尺寸（GSD）

傳統(tǒng)的膠片相機進行作業(yè)時都使用攝影比例尺，所謂攝影比例尺，是由H/f得來，而對于數(shù)碼相機，其標稱焦距相對于膠片相機要小的多，所以用H/f計算的攝影比例尺往往非常小，與膠片沒有可比性，經常誤導。而且由數(shù)碼相機得到的攝影比例尺在成圖時的放大倍數(shù)比膠片相機的2-3倍，這是由于相機像元尺寸間的比例關系引起的（9μ對25μ或21μ），膠片相機一般以3~6倍成圖，數(shù)碼相機以6~15倍成圖。故而，為了防止混淆，在數(shù)碼時代統(tǒng)一都使用GSD（Ground Sample Distance）概念。航攝設計要以GSD為出發(fā)點，先由成圖比例尺確定的GSD，進而確定航高。這樣在選擇數(shù)碼相機時我們應該根據(jù)任務要求,結合使用的飛機型號,選擇適當分辨率的數(shù)碼相機,以滿足影象質量和飛機的飛行高度.

4 高程精度

目前，有些航攝數(shù)碼相機只面向城區(qū)正射影像的制作目的，所以只考慮平面精度，而由于我們的使用場合不對造成了高程精度不能滿足要求，所以在數(shù)碼相機選型時一定要慎重高程精度。實際上，數(shù)碼相機與膠片相機一樣，他們的高程精度都是由基高比（攝影基線與航高的比值）決定的，因為在全數(shù)字攝影測量工作站下，用一倍核線影像觀察，旋轉腳盤，屏幕上漸變，但立體鏡下的測標未移動，只有高程變化達到高程最小格值時，影像才會移動一個像元，數(shù)碼相機的影像最小高程格值為一倍GSD除以基高比。數(shù)碼相機的高程精度與高程最小格值相當或略高，為一倍GSD除以基高比，故而數(shù)碼相機的高程精度取決于基高比。

當數(shù)碼相機高程精度不能滿足要求時，只有采用降低航高，擴大GSD的方法進行補救，這樣便會增大工作量，所以選擇數(shù)碼相機時一定慎重考慮高程精度。

5 像元角

像元角δ″是指半導體感光區(qū)的CCD尺寸除以焦距所得的弧度值，其作用是可以很方便的計算出航高H=GSD/δ″。在膠片相機時代，航高由攝影比例尺來確定，攝影比例尺=H/f。在數(shù)碼相機時代，航高通過GSD來確定，H=GSD/δ。從上式可以看出，像元角大的數(shù)碼相機，在相同GSD條件下，所需的航高較低，對天氣條件要求比較寬松，反之，像元角小的所需航高較高，對天氣條件要求比較苛刻。數(shù)碼相機由于受航高的限制，不能進行大GSD的攝影作業(yè)，只能局限于大比例尺圖的制作，如果要進行小比例尺的制作，那么只好大幅增加內業(yè)工作量，而像元角大的數(shù)碼相機不會有這種限制，其較大的像元角使其飛行小比例尺圖時需要相對較低的航高，在輕霧天也可獲得合格的彩色影像。

6 航向、旁向視場角

傳統(tǒng)的膠片相機影像是正方型的，而數(shù)碼影像是長方形的，因而隨之出現(xiàn)了航向視場角與旁向視場角。航向視場角：2ωx=2·tgˉ1(Nδ/2f)，旁向視場角：2ωy=2·tgˉ1(Mδ/2f)（M-影像行數(shù)，N-每行像元個數(shù)，δ-單個像元尺寸，f-焦距），其中，基高比由航向視場角決定，從而決定高程精度，寬高比由旁向視場角決定，從而決定航攝效率，大的寬高比可以在同等條件下減少航線條數(shù)，提高航攝效率。

7 小結

人類航空攝影由膠片時代走向數(shù)碼時代的趨勢是毫無疑問的，航攝領域終將步入數(shù)碼時代，因為對比膠片相機，數(shù)碼相機具有CCD幾何尺寸穩(wěn)定，精度高，色彩豐富，對天氣條件要求寬松，成圖周期短等優(yōu)勢。膠片時代向數(shù)碼時代的過渡才剛剛開始，還遠未結束。

[1]李紹新.遙感物理.武漢：武漢測繪科技大學出版社，1994

[2]張祖勛.航空數(shù)碼相機及其有關問題 [J].測繪工程,2004,(6):1-5.

[3]馮文灝.數(shù)碼相機實施攝影測量的幾個問題 [J].測繪信息與工程,2002,(3):3-5.

[4] Curtis D.Mobley Estimation of the remote-sensing reflectance from above-surface measurements

[5]Gao,B.-C.and A.F.H.Goetz(1990)Column atmospheric water vapor retrievals from airborne imaging spectrometer data

[6]Kevin George Ruddick,Herman J.Gons,Machteld Rijkeboer,and Gavin Tilstone.Optical remote sensing of chlorophyll a in case 2 waters by use of an adaptive two-band algorithm with optimal error properties

TB8[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-484-1