UCD 数码航摄仪的特点与应用*

马春丽，杨红艳

(四川省地质测绘院，四川 成都 610017)

UCD 数码航摄仪的特点与应用*

马春丽，杨红艳

(四川省地质测绘院，四川 成都 610017)

介绍了UCD数码航摄仪的特点，以某城市0.2 m地面分辨率航摄影像资料为例，探讨了数字正射影像图(DOM，Digital Orthography Map)的成图精度与像元大小之间的关系，并得出了一些有益的结论。

UCD;数字正射影像(DOM);像元;精度

0 引言

目前，国内外主要的大面阵数码航空相机有瑞士Leica公司的ADS40、奥地利 Vexcel Imaging公司推出的 UltraCAM D(UCD)、美国Z/I Imaging公司推出的DMC以及2006年四维远见公司推出的SWDC。其中ADS40为线阵相机，是严格的中心投影，但飞行条件要求较高、覆盖范围小、后续处理复杂。其余3 款为面阵相机，影像质量好、平面精度高[1，2]。

数码航摄相机在影像质量、色彩、分辨率等方面均优于传统胶片相机，同时对天气条件要求较低，消除了胶片处理所带来的几何精度损失(如影像压平、影像扫描、胶片质量等)，实现了全数字航空摄影测量。然而，由于目前生产大面阵的CCD还有一定难度，数码航摄影像覆盖范围小、基高比小，高程精度低[3]。

为此，本文以某地区高分辨率UCD数码航摄资料为例，介绍了UCD数码航摄仪特点，并对成图精度进行了详细的分析。

1 UCD数码航摄仪

UCD数码航摄仪由4个黑白影像的全色波段(Pan)镜头，并沿航向方向等间隔排列(间隔约8 cm)，3个彩色镜头(即RGB镜头)和1个近红外镜头(Near InfraRed，NIR)位于其两侧(见图1)。UCD相机全色镜头焦距f约为100 mm，像素大小分别为7 500×11 500 pixel(即67.5 mm ×103.5 mm，传统胶片相机像幅大小为230 mm×230 mm)，物理分辨率为9 μm。

4个全色镜头共有9个CCD面阵，每个镜头承载的CCD个数不同，中心1个，4角上各1个，前后各1个，左右各1个，CCD分布及成图过程，见图2。

图1 UCD镜头示意图Fig.1 UCD camera lens schematic

图2 UCD成像过程示意图Fig.2 UCD imaging process schematic

UCD相机每个镜头的曝光时间不严格同步，其航摄过程如下[4]:

1)航摄时，第一个镜头到达目标上空，正中心的1个CCD被曝光(图2中的“1”);

2)随飞机的飞行，第二个镜头(主镜头，Master Cone)到达相同位置，四角的4个CCD以及R、B镜头对应的2个CCD曝光(图2中的“2”);

3)第3个镜头到达同一位置时，上下2个CCD以及G和NIR镜头对应的2个CCD曝光(图2中的“3”);

4)第4个镜头到达时，左右2个CCD曝光(图2中的“4”)。至此，整个像幅内所有CCD的曝光操作全部完成。

UCD相机使用的13个 CCD面阵尺寸均为4 008×2 672 pixel，其中形成全色影像的9个 CCD之间存在一定程度的重叠(航向为258像素，旁向为262像素)。CCD获取的全色影像数据通过以主镜头获取的影像为准，通过公共点将从镜头(Slave Cone)影像精确配准到主镜头上，生成一个完整的中心投影影像，以消除曝光时间误差。全色影像通过与同步获取的RGB和彩红外影像进行融合、配准等处理，生成高分辨率的真彩色和彩红外影像产品。

2 应用实例

2.1 测区概况

航摄区域位于西南地区某城市境内，测区平均海拔约500 m，UCD航摄仪焦距为f=105 mm，相对行高ΔH=2 200 m，比例尺约为1/21 000，地面分辨率约为0.2 m，航向与旁向重叠度分别大于65%和30%。影像包括彩色、近红外和全色3种数据。图3为完整的一幅近红外和彩色影像示意图，图4显示的是近红外、彩色与全色实际影像大小。

2.2 DOM的制作与精度分析

DOM制作的主要过程包括航空摄影、像片控制测量、解析空中三角测量(简称空三加密)、DEM数据采集与编辑、影像纠正、编辑、接边、分幅等主要流程(见图5)。

图3 近红外和彩色影像Fig.3 Near infrared and colour image

图4 近红外、彩色全色与全色影像图Fig.4 Near infrared，colour full-color and full-color image

图5 DOM生产技术路线图Fig.5 DOM production technique route map

像控点布设方案为[5]:基线间隔数6～8条，航线跨度2条，全部布设为平高点，即保证每一航线均有一排控制点，并适当增加部分像控点作为空三加密的检查点。像控点的布设方案，见图6。

图6 像控点布设示意图Fig.6 Image control points layout schematic

像控点测量采用GPS静态和网络RTK作业测量模式，高程采用该地区的厘米量级似大地水准面精化模型进行转换，其平面精度约为±0.05 m，高程精度优于0.1 m。

空三加密为光束法区域网整体平差方法，使用软件为JX－4摄影测量工作站。加密点残差统计结果如下:

平面位置及高程中误差均为±0.12 m左右。检查点中误差:平面位置为 ±0.22 m(最大为 0.44)，高程中误差为±0.35 m(最大为0.74 m)。

实测1∶2 000 DOM图(见图7)上明显地面点100余个，如道路、花台、水池、草坪、围墙等特征地物点，并于DOM图上的同名地物点坐标进行比较，按照式(1)计算平面位置中误差。

式中:MS为平面中误差;Xi、Yi为第i个DOM图上地物点坐标;X′i、Y′i为第 i个点的实测坐标，单位为 m。

检测结果表明:该地区DOM的平面位置中误差为±0.4 m(最大误差为1.0 m，最小为0.07 m)，达到了1∶1 000地形图的平面位置中误差(即±0.6 m)的要求。

图7 DOM影像图Fig.7 DOM image map

3 结束语

通过UCD数码航摄相机在西南地区某城市的应用试验得出:采用基线间隔数8条、航线跨度2条的像控点(平高点)布设方案，其空三加密平面位置(检查点)精度约0.2 m(即一个像元大小)，DOM同名地物点外业检测其平面位置中误差为0.4 m(即两个像元大小)。

以上结果说明数码航摄相机的制图精度(平面)取决于航摄资料的实际像元大小，其航摄比例尺完全可以放宽至10～20倍(传统光学胶片航摄比例尺与成图比例尺之间的关系一般为6～8倍)。

[1]李健，刘先林，刘凤德，等.SWDC－4大面阵数码航空相机拼接模型与立体测图精度分析[J].测绘科学，2008，33(2):104 －106.

[2]戴腾，张勇，杨华先，等.UCD数码相机影像在武汉测区的应用[J].地理空间信息，2008，6(3):130 －132.

[3]张祖勋.航空数码相机及其有关问题[J].测绘工程，2004，13(4):1－4.

[4]余咏胜，游宁君.数码航摄像机——传统胶片航摄像机的替代者[J].测绘通报，2005(3):6 －10.

[5]邓芳，张俊，刘怡，等.基于UCD/UCX航摄影像的像控点布设方案研究[J].测绘通报，2011(8):8 －12.

Characteristic and Application of UCD Digital Aerial Camera

MA Chun-li，YANG Hong-yan
(Sichuan Institute of Geological Surveying and Mapping，Chengdu Sichuan 610017，China)

Based on the characters of UCD digital aerial camera and the aerial images with 0.2 m ground resolution about a city，the relationship between the accuracy of the digital orthographic map and the size of pixel is discussed.

UCD;DOM;pixel;accuracy

P 231;P 204

B

1007－9394(2012)02－0043－02

2012－03－21

马春丽(1971～)，女，新疆石河子人，工程师，现主要从事航测遥感等方面的应用与研究。