航空数码相机选型的相关指标分析

■吴会军 何柯达

(武汉市测绘研究院湖北武汉430000)

航空数码相机选型的相关指标分析

■吴会军 何柯达

(武汉市测绘研究院湖北武汉430000)

在航空摄影领域，正在酝酿着一场由胶片向数码过渡的变革，胶片摄影被数字摄影所取代已成为必然趋势，数字航空摄影测量系统的研究已成为当前航空摄影领域的研究热点和发展方向，新型数字航空摄影仪的应用必将为航空摄影测量技术带来一次变革，并把我国航空摄影测量技术推向数字航空摄影时代。然而，相对于胶片摄影，数字航空摄影最关键的环节就是数码相机的选型，相机的选型与所要执行的任务紧密相关，数码航摄的推广在国内已经展开，但是也有不少失败的例子，究其原因都是由于数码相机选型不当造成的，所以要普及数码相机的相关知识以供参考，从而打消用户对数码相机的误解和疑惑。

航空摄影焦距高程精度GSD

0 前言

选择合适的航空数码相机能高效的完成国家下达的航空摄影测量任务,数码相机选择不当不但会降低摄影效率,而且在影像质量上也会存在一定的缺陷,本文将从以下6个方面讨论如何选择数码相机。

1 焦距

目前数码相机上的标称焦距不能等价理解为胶片相机的焦距，在进行摄影作业时，数码相机与胶片相机的等效焦距=数码相机的标称焦距*胶片像元大小/数码相机像元大小。

2 像幅

很多人会担心数码相机的物理像元小，焦平面尺寸也小，由此会造成像幅过小，从而同样条件下耗费比较多的像对数。实际上按照公式：像幅面积=M*N*（1-航向重叠度）*（1-旁向重叠度）（其中M为X方向像元数，N为Y方向像元数）计算。通过这样的计算可知在同样的地面分辨率时，数码相机的相幅和传统相机基本相当。

3 像元地面尺寸（GSD）

传统的胶片相机进行作业时都使用摄影比例尺，所谓摄影比例尺，是由H/f得来，而对于数码相机，其标称焦距相对于胶片相机要小的多，所以用H/f计算的摄影比例尺往往非常小，与胶片没有可比性，经常误导。而且由数码相机得到的摄影比例尺在成图时的放大倍数比胶片相机的2-3倍，这是由于相机像元尺寸间的比例关系引起的（9μ对25μ或21μ），胶片相机一般以3~6倍成图，数码相机以6~15倍成图。故而，为了防止混淆，在数码时代统一都使用GSD（Ground Sample Distance）概念。航摄设计要以GSD为出发点，先由成图比例尺确定的GSD，进而确定航高。这样在选择数码相机时我们应该根据任务要求,结合使用的飞机型号,选择适当分辨率的数码相机,以满足影象质量和飞机的飞行高度.

4 高程精度

目前，有些航摄数码相机只面向城区正射影像的制作目的，所以只考虑平面精度，而由于我们的使用场合不对造成了高程精度不能满足要求，所以在数码相机选型时一定要慎重高程精度。实际上，数码相机与胶片相机一样，他们的高程精度都是由基高比（摄影基线与航高的比值）决定的，因为在全数字摄影测量工作站下，用一倍核线影像观察，旋转脚盘，屏幕上渐变，但立体镜下的测标未移动，只有高程变化达到高程最小格值时，影像才会移动一个像元，数码相机的影像最小高程格值为一倍GSD除以基高比。数码相机的高程精度与高程最小格值相当或略高，为一倍GSD除以基高比，故而数码相机的高程精度取决于基高比。

当数码相机高程精度不能满足要求时，只有采用降低航高，扩大GSD的方法进行补救，这样便会增大工作量，所以选择数码相机时一定慎重考虑高程精度。

5 像元角

像元角δ″是指半导体感光区的CCD尺寸除以焦距所得的弧度值，其作用是可以很方便的计算出航高H=GSD/δ″。在胶片相机时代，航高由摄影比例尺来确定，摄影比例尺=H/f。在数码相机时代，航高通过GSD来确定，H=GSD/δ。从上式可以看出，像元角大的数码相机，在相同GSD条件下，所需的航高较低，对天气条件要求比较宽松，反之，像元角小的所需航高较高，对天气条件要求比较苛刻。数码相机由于受航高的限制，不能进行大GSD的摄影作业，只能局限于大比例尺图的制作，如果要进行小比例尺的制作，那么只好大幅增加内业工作量，而像元角大的数码相机不会有这种限制，其较大的像元角使其飞行小比例尺图时需要相对较低的航高，在轻雾天也可获得合格的彩色影像。

6 航向、旁向视场角

传统的胶片相机影像是正方型的，而数码影像是长方形的，因而随之出现了航向视场角与旁向视场角。航向视场角：2ωx=2·tgˉ1(Nδ/2f)，旁向视场角：2ωy=2·tgˉ1(Mδ/2f)（M-影像行数，N-每行像元个数，δ-单个像元尺寸，f-焦距），其中，基高比由航向视场角决定，从而决定高程精度，宽高比由旁向视场角决定，从而决定航摄效率，大的宽高比可以在同等条件下减少航线条数，提高航摄效率。

7 小结

人类航空摄影由胶片时代走向数码时代的趋势是毫无疑问的，航摄领域终将步入数码时代，因为对比胶片相机，数码相机具有CCD几何尺寸稳定，精度高，色彩丰富，对天气条件要求宽松，成图周期短等优势。胶片时代向数码时代的过渡才刚刚开始，还远未结束。

[1]李绍新.遥感物理.武汉：武汉测绘科技大学出版社，1994

[2]张祖勋.航空数码相机及其有关问题 [J].测绘工程,2004,(6):1-5.

[3]冯文灏.数码相机实施摄影测量的几个问题 [J].测绘信息与工程,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[文献码]B

1000-405X（2016）-6-484-1