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航空数码相机的种类与发展

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  随着CCD传感器技术的发展,数字航空摄影已呈现明显的优势,航空数码相机面临前所未有的发展机遇,2000年ISPRS阿姆斯特丹大会,航空数码相机开始出现,2004年的伊斯坦布尔大会上航空数码相机成为一个热点。国外已经出现相关产品,我国对航空数码相机的研制也已初见端倪。航空数码相机主要以两种方式发展,一种是基于线阵(Linear Array)的传感器方式,代表产品有ADS40;另一种是基于面阵(Plane Array)的传感器方式,代表产品有DMC、UCD、SWDC等;

  1、ADS40

  ADS40(Airborne Digital Sensor)航空数码相机由Leica公司2000年推出,能够同时获取立体影像和彩色多光谱影像,如图1所示。它采用线阵列推扫成像原理,能同时提供3个全色与4个多光谱波段数字影像。该相机全色波段的前视、下视和后视影像可以构成3个立体像对。彩色成像部分由R、G、B和近红外4个波段,经融合处理获得真彩色影像和彩红外多光谱影像。ADS40集成了POS系统(GPS和惯性测量装置(IMU)),其主要技术参数见表1。

  


  2、DMC

  DMC(Digital Mapping Camera)是Z/I公司推出的面阵航空数码相机,如图2所示。DMC由4台黑白影像的全色相机和4台多光谱相机组成,摄影时相机同时曝光。4台全色相机倾斜安装,互成一定的角度,影像间有1%的重叠度,提供用户的是经过辐射与几何纠正的、拼接成的有效(Virtual)影像,DMC的主要技术指标见表2。

  


  3、UCD

  UCD(UltraCAM-D)是Vexcel公司2003年推出的面阵航空相机,见图3。UCD相机由8个独立的相机构成,类同DMC,4台黑白影像的全色相机和4台多光谱相机组成,但摄影时,是先后顺序曝光,UCD的主要技术指标见表3。

  


  4、SWDC

  4.1 SWDC简介

  SWDC(Si Wei Digital Camera)航空相机是我国自主知识产权的科研产品,作为航空遥感的重要技术手段,填补了国内空白,SWDC已进行了多次生产性科研试验。SWDC主体由四个高档民用相机(单机像素数为3900万,像元大小6.8μm)经外视场拼接而成(见图4和图5),系统中集成了GPS和自动控制等关键技术,SWDC的相关技术指标见表4。

  


  


  4.2 SWDC北京郊区试验情况

  试验测区位于北京郊区八达岭境内,测区面积约30平方公里,于2006年12月使用蜜蜂-3C超轻型飞机进行航摄试验,地面布设了42个地标控制点,其中有24个控制点相隔很近,作为密集区像对检查点,航摄的相关指标见表5。

  


  采用JX-4C数字摄影测量系统进行了单像对模型定向,经过单模型测量,高程中误差几乎与影像重叠度成正比,且高程精度只与基高比有关,四个像对的高程中误差达到H/10000左右,比预期的高程精度高很多,单像对量测的具体精度见表6和表7。

  


  采用武汉大学的DPGrid软件、中国测绘科学研究院的PBBA软件、以及PTAB等软件对测区进行空中三角测量,得到的空三精度比较一致,具体空三加密区见图6,空三精度情况见表8统计结果。

  


  4.3 SWDC拉萨试验情况

  试验测区位于北纬29°10′~29°50′,东经91°30′~91°45′范围内,测区总面积约5500平方公里,涵盖整个拉萨市区及周边县城,主要地形为高山地,测区平均海拔约5000米,平均高差近1500米,测区四角布有4个平高控制点,采用单点定位GPS辅助空中三角测量方案,共计布设了12条航线,具体航摄参数见表9,具体航摄时间为2007年10月25日(采用浆状飞机在拉萨贡嘎机场起飞,航摄共计飞行了一架次4个小时)。

  表9 航摄参数

  


  测区空中三角测量采用了几种不同加密软件分别进行,主要有海拉瓦公司的Match-T软件、武汉大学的WuCAPS软件和DPGrid软件、Map-AT1.0软件等。加密平差区域有10条东西基本航线,每条航线共计29条基线,2条南北构架航线,影像共计360张,涉及近5500平方公里范围,区域网分布情况见图7。空三平差的精度情况见表10和表11。

  


  


  通过上述统计结果可得:在无地面GPS差分基站、无IMU、无地面控制点、有构架航线的情况下,摄影测量的平面精度和高程精度均达到2个像元左右;若增加一个控制点,摄影测量的平面和高程精度可减小到半个像元。

  5、结语

  随着计算机和CCD技术的发展,航空数码相机必将成为高分辨率、高精度航空遥感以及无控制航测的主要技术手段,航空数字影像也必将成为大比例尺地理空间信息获取的重要数据源,随着数字航空遥感的进一步发展,航空数码相机必将在信息化测绘中发挥重要作用。(中国测绘科学研究院 张建霞 刘先林)


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