航天相机的数字化应用与发展

徐伯青

【摘要】近年来，遥感成像技术以及计算机技术得到了飞速的发展，从而推动了数字化技术的发展，而航天相机作为航天遥感器中最重要的遥感器，其数字化的应用也日趋成熟。本文首先从航天相机的概述以及分类对航天相机作了简单叙述，其次从基于线阵CCD的数字成像技术以及基于面阵CCD的数字成像技术两方面介绍了航天相机的数字化的应用于发展。

【关键词】航天相机；数字化；应用与发展

一、航天相机简介

（一）航天相机概述

航天相机包括很多种类型，其中有航天侦查相机、航天测绘相机、航天光谱相机以及成像光谱仪。而航天相机作为航天遥感器中最重要的遥感器，其应用也是十分广泛的。航天相机应用于民用方面，可用于城市规划、土地利用、采矿、资源管理、环境监测、农业调查以及地理信息服务等多方面领域，航天相机利用在军事上，可以用作国防监测、情报搜集、精确测图以及目标指引等多方面，航天相机也可以用于跟踪机场跑道、导弹并射井以及防御设施等目标的施工进展状况等等。由于航天相机的大量应用，近年来世界很多国家都在积极努力的研制航天相机，以期进行航天遥感工作。

（二）航天飞机分类

航天相机一般是装在航天器上的，是一种对天体、地球以及各种宇宙现象进行摄影的精密的光学仪器，一般情况下，其以人造卫星为主，其中包括航天飞机、载人飞船、太空站以及各种行星探测器等等。航天相机可以按照成像方式进行分类，一般分为以下几种：

（1）全景式

全景式的航天相机在摄影时只会应用镜头视场中心中具有比较高分辨率的部分，会在垂直于飞行方向进行扫描，从而实现宽摄影覆盖要求，但通过其进行摄影的照片经常会出现全景畸变的现象，因而这一方式经常会用于发现、侦查以及识别目标，还可以为地形测绘完成一些大比例尺地图的高程以及平面测量。

（2）画幅式

画幅式航天相机在摄影时一般光轴指向不会发生变化，它可以利用启闭快门从而将镜头视场内的地物影像在感光胶片上进行聚焦，画幅式航天相机一般摄得的照片的几何关系严格，其一般会用于建立地形控制网以及目标定位。

（3）航线式

线阵相机就属于航线式航天相机，其在近些年来已经获得了飞速的发展，一般情况下航天摄影会采用多台不同功能的相机从而组成一定的相机系统，而画幅式航天相机一般会用于进行地物影像定位，而一般在进行地物影像识别时会利用全景式航天相机。

二、航天相机的数字化应用与发展

近年来，随着计算机技术以及遥感成像技术的不断发展，其中基于面阵CCD或者是基于线阵CCD的数字成像技术已经日趋成熟，使得航天相机从传统的胶片记录方式逐渐跨越到了数字化的记录方式，从而使得遥感测绘流程的全数字化得以逐渐实现。

（一）基于线阵CCD的数字成像技术

迄今为止，基于线阵CCD的数字成像技术的航天相机的研发已经相对成熟，它已经在星载系统得到了十分广泛的应用，它比较容易实现较高的分辨率以及较宽的覆盖面，但是其对平台要求相对来说比较高，需要一些跟高精度的测姿定位的设备支持，而且其数据的后处理也比较复杂。

（二）基于面阵CCD的数字成像技术

21世纪之后，基于面阵CCD的数字成像技术得到了较快的发展，并且有了大幅度的提高，而能够应用于工程的单个面阵的器件元总数也大大增加。同时，面阵CCD拼接技术也有一定程度的突破，已经广泛应用于工程实践。而大面阵的相机技术也已经逐渐成为了对地观测信息获取领域的一个新的研究热点。而大面阵航天相机可以分为以下几种模式：

（1）高分辨率交向立体摄影测量模式

高分辨率交向立体摄影测量模式是在对地进行高分辨率的观测的条件的基础上，从而满足经典的摄影测量条件从而对地观测进行改进的一种观测模式。其一般是通过单台相机的快速侧摆从而进行立体成像或者是两台或几台相机固定交会角从而进行立体成像的。这一成像技术能够在分辨率相等的条件下从而获得较高的高程的测量精度。一般在采用单台相机从而实现交向立体摄影时会对卫星平台支持的快速机动侧视观测能力有一定的高球。而大面阵的航天相机一般对卫星平台的稳定度要求较低、测绘应用处理的论较为严密以及内部的几何精度也比较高，而在这一情况下采用这一模式可以更容易实现高精度以及高分辨率的观测。这一模式是以传统的测量模式为基础的，但是在高分辨交向摄影的条件下也有一些缺陷，比如说其遮挡较为严重，当分辨率越高时，地形的起伏也越剧烈情况下，立体成像的盲区也就越大，而且其自动化处理的成功率也很低，大多数情况下会使用人工交互，而且立体像对辐射以及几何的差异也较为明显。

（2）小基线立体摄影测量模式

小基线立体摄影测量模式是为地表高程变化剧烈的一些地区从而设计的一种观测模式。其能够在高分辨率的条件下使得成像盲区大大减小，自动化处理的成功率也较高，通常情况下可以实现完全的自动化。因为其为单台相机进行垂直摄影，因此对卫星系统的要求比前面所叙述的模式的要求相对来说较低，而且影像的分辨率也很高。小基线立体摄影观测理论也为高精度的对地观测系统提供了一创新性的思路，而且通过单台相机的连续摄影也可实现城市地区大比例尺立体的测图。但是其要求传感器的几何关系精密检校，要能够从离散的数字图像中进行连续图像的重建。但其在实际应用中也存在着一些不足，其立体图像并不适合人眼观测。

三、结束语

随着遥感成像技术以及计算机技术的不断发展，数字化技术对传统技术进行全面改造是大势所趋，而数字化技术也正处于蓬勃发展的过程当中，这便造成了航天相机中数字化的应用是一个一边规划、一边实施、一边进行改进的一个循序渐进的过程。尽管目前基于面阵CCD以及基于线阵CCD的数字成像技术已经开始日趋成熟，其也使得航天相机由传统的胶片记录方式全面进入了数字记录方式，使得航天相机的全数字化也开始逐渐实现，但是其在发展过程中也存在着种种的不足，应该立足于这些不足，使得航天相机的数字化得到更为深刻的发展。