当代摄影测量新技术发展

当代摄影测量新技术发展本章内容概述数字航摄仪简介机载POS系统对地定位概述当代摄影测量新技术的发展具有两个明显的特点，一是传感器位置与姿态定位系统的发展，二是新型传感器的发展。高精度惯性姿态测量系统（IMU）和差分GPS测量系统可以精确测定摄站外方位元素，以便减少地面控制点甚至无地面控制点的摄影测量，减少外业控制工作量，调高作业效率和成图的周期。应用于摄影测量与遥感的新型航空传感器主要有数字航摄仪、激光扫描仪、合成孔径雷达等。数字航摄仪简介航空测量是国家基础测绘数据源获取的重要手段。在摄影测量经历了模拟摄影、解析摄影测量两个阶段，正处在数字摄影测量阶段，随着摄影技术从传统胶片摄影到数字摄影的转变，航空摄影也开始走入了数字时代。目前国内外比较流行的几款数字航摄仪有：DMC、ADS40、UltraCam-D和SWDC。数字航摄仪简介数字航摄仪可分为框幅式（面阵CCD）和推扫式（线阵CCD）两种。目前由于受到CCD制作工艺的限制，目前很难生产出相当于传统胶片像幅大小的面阵CCD。为了提高飞行效率，一般通过多镜头并行操作的办法来解决大范围地面覆盖需求与面阵CCD尺寸较小之间的矛盾。线阵CCD的制造相对简单，较容易制造出大扫描宽度的数字航摄仪。1、DMC数字航摄仪DMC（DigitalMappingCamera）数字航摄仪由Z/IImaging公司研制开发，它是基于面阵CCD技术的大像幅测量型数字航摄仪。图1DMC数字航摄仪图2DMC数字航摄仪镜头组DMC镜头系统由8个镜头组合而成，位于中间的为4个全色镜头，位于周围的是4个多光谱镜头（红、绿、蓝及近红外）。每个单独镜头配有大面阵的CCD传感器，4个全色镜头为7K×4K的CCD传感器，像素大小为12um×12um，提供了大于12bit的线性高动态范围；4个多光谱镜头为3k×2k的CCD。在航摄飞行中，DMC数字航摄仪的8个镜头同时曝光，一次飞行可获取黑白、真彩色和彩红外像片数据。图3DMC数字航摄仪成像原理图图4DMC相机主要性能参数2、ADS40数字航摄仪2000年在第19届ISPRS大会上Leica公司推出了ADS40(AirborneDigitalSensor)数字航摄仪，ADS40采用三行（前视、下视、后视）线阵CCD传感器获取全色影像，另外4条线阵CCD传感器可获得蓝、绿、红和彩红外影像。该航摄仪必须与IMU/DGPS系统集成来对每行数据进行校正。典型的ADS40使用了10条CCD线阵，其中4条用于R、G、B和NIR的多光谱感光，全色波段使用了三对CCD线阵分别对前视、后视和下视三个方向感光，用于获取立体影像。图5ADS40数字航摄仪GPSsatellitesGPSgroundreferencestationADS40system图6ADS40工作原理图6ADS40成像示意图全色波段后视近红外波段全色波段下视蓝色波段绿色波段红色波段全色波段前视图7Three-linepushbroomscannercomposedofbackwardviewlinescomposedofnadirviewlinescomposedofforwardviewlinesBackwardsceneNadirsceneForwardsceneBackwardNadirForward图8ADS40彩色合成ADS40colorcomposite-Adria,ItalyDate:20June2001Flyingheight:1,500m/4,900ftGroundsampledistance:GSD15cm/1/2ftFlightdirection:ADS40的成像方式不同于传统航摄仪的中心投影构像，传统的航摄是在航线上了按着设计的重叠度拍摄像片，每张像片是中心投影。ADS40得到的是线中心投影的条带影像，每条扫描线具有独立的摄影中心，拍摄的得到的是一整条带状无缝隙的影像。3、UltraCam-D数字航摄仪UltraCam-D（简称UCD）数字航摄仪是由奥地利Vexcel公司开发生产的，也是属于多镜头组成的框幅式数字航摄仪，一次摄影可以同时获取黑白、彩色和彩红外影像。Fourf=100mmlensesforpanchromaticimagesVexcelUltraCamFourf=28mmlensesforspectralimages4、国产SWDC系列数字航空摄影仪该数字航摄仪系列产品包括SWDC-1（单镜头）、SWDC-2（双镜头）、SWDC-4（四镜头）,其中四镜头数字航摄仪最适合航测生产使用。SWDC系列产品的制作原理是基于多台非量测相机，经过精密相机检校和拼接，集成测量型GPS接收机、数字罗盘、航空摄影控制系统、地面后处理系统，经多相机高精度拼接生成虚拟影像，以提供数字摄影测量数据源。图9SWDC-1（单镜头）图10SWDC-2（双镜头）图11SWDC-4（四镜头）拼接图图12SWDC-4（四镜头）二、数字航摄仪与胶片航空相机的比较目前航空摄影采用的航摄仪仍然是以传统胶片摄影相机为主，通过获取地面影像信息，然后经过一系列过程获得各种数字产品。传统胶片摄像机对天气要求较严格。1、影像获取方式胶片航摄仪利用胶片感光获取负片，数字航摄仪采用CCD直接获取数字影像。一台数字航摄仪可同时获取全色、真彩色及彩红外影像；而胶片航摄仪只能获取一种影像。2、像移补偿（FMC，ForwardMationCompensation）3、像幅大小总体而言，数字航空摄影比胶片航空摄影有明显的优势，主要表现在:数字航摄仪直接以数字方式记录和后续处理，不需暗室和扫描操作，有利于数字化处理流程；数字传感器可以以12位或16位的辐射量进行存储，影像信息更加丰富；数字传感器能够一次飞行可以获取多光谱影像，而光学胶片相机则需要多次飞行；数字航摄仪与POS的集成设计，有利于测图过程中减少地面控制点的要求，具有更好的几何要求。机载POS系统对地定位定位定向系统（Position&OrientationSystem，简称POS），可获取移动物体的空间位置和三轴姿态信息，广泛用于飞机、轮船和导弹的导航定位。