第5章 航空遥感.ppt

1 第五章航空遥感 定义 航空遥感是以中低空遥感平台为基础进行摄影 或扫描 成像的遥感方式 优点 空间分辨率高 灵活性大 适合于微观研究 不足 费用昂贵 5 1航空遥感系统一 航空遥感平台 一 气球 二 飞机 二 航空摄影方式摄影前准备工作 空中摄影的实施 2 一 按摄影机主光轴与铅垂线的关系分主光轴 通过物镜中心并与主平面 或焦平面 垂直的直线称为主光轴 像主点 主光轴与感光片的交点称为像主点 航摄倾角与像点倾角 主光轴与铅垂线的夹角a 1 垂直航空摄影 a 3 2 倾斜航空摄影 a 3 二 按摄影所用的波段分1 普通黑白摄影 2 天然彩色摄影 3 黑白红外摄影 4 彩色红外摄影 5 多光谱摄影 6 机载侧视雷达 3 三 按摄影实施方式分1 单片摄影为特定目标或小块地区进行的摄影 一般获得一张 一对或数张不连续的像片 2 单航线摄影沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物 如铁路 公路 河流 管道等 进行的连续摄影 航向重叠 60 不得小于53 3 多航线摄影 面积摄影 沿数条互相平行的直线航线对一个广大区域进行的连续的 布满区的摄影 航向重叠 60 旁向重叠 15 30 4 5 四 按航摄比例尺分1 大比例尺航空摄影 1 1万 2 中比例尺航空摄影 1 1万 1 3万 3 小比例尺航空摄影 1 3万 1 1 10万 4 超小比例尺航空摄影 像片比例尺1 10万 1 25万 三 航空遥感特点1 航空遥感空间分辨率高 信息量大 2 航空遥感灵活 适用于一些专题遥感研究 3 航空遥感作为实验性技术系统 是各种星载遥感仪器的先行检验者 4 信息获取方便 6 四 航片上的标志像幅规格 18 18cm2 23 23cm2 7 5 2航空像片的几何特征与物理特性一 航空像片的投影原理 一 中心投影 定义 凡空间任意点A 物点 与一固定点S 投影中心 连成的直线或延长线 即中心光线 被一个平面 像平面 所截 则此直线与平面的交点a 像点 称为A点的中心投影 8 从投影上而言 航空像片 正片 的位置 等于以投影中心为圆心 以焦距f为半径 将P旋转至P 下图 P 即为正像的位置 9 二 航空像片的比例尺 一 定义 航空像片上某一线段长度与地面相应线段长度之比 称为像片比例尺 用1 M表示 并有下式 式中 f为焦距 H为飞行器相对航高 10 1 与焦距和航高的关系 航空像片的比例尺与物镜焦距成正比 与相对航空成反比 若焦距固定不变 相对航高越高 比例尺就越小 2 受地形因素的影响 1 平坦地区 摄像时像片处于水平位置 则像片的比例尺可以近似看成处处一致 如 f 70mm H 3500mm 则像片比例尺为1 50000一般在航空摄影时 焦距是固定的 比例尺主要随着航高而变化 二 影响航空像片比例尺的因素 11 2 地形复杂地区由于地形起伏使得每一地物点的航高不同 实际比例尺与不一样 如 在用RC 5拍摄的像片 已知航高2600m 焦距210mm 红松K36号样地的海拔高为500m 红松K40号样地海拔高为290m 则K36的比例尺分母为 12 三 航空像片上特殊的点线 S为投影中心 E为地面 P为像面 E与P所夹两面角a 即为摄影时的倾角 1 像主点 主光轴OS与像平面垂直的交点o 地面上的相应点称为地主点O 2 像底点 通过镜头中心S的铅垂线 NSn 与像面的交点n 13 3 等角点 主光轴SO与主垂线NSn夹角a 即像片倾角 的二等分线与像平面及地面的交点 都称等角点 用c和C表示 4 主纵线 包括主光轴与铅垂线的平面 W 与像平面的交线 vv 为主纵线 地面上为VV 主纵线 14 5 主横线 在像片上凡与主纵线垂直的线 称为像水平线hh 通过像主点的像水平线为主横线hoh o 6 等比线 像平面上通过等角点c的像水平线 称为等比线hch c 7 真水平线 通过镜头中心S所作的水平面与像片面的交线hih i 15 8 主合点 主纵线与真水平线的交点I 9 透视轴 延长像片面与地平面相交的直线的透视轴TT 主合点 16 二 特殊点 线间的关系 17 四 航空像片的物理特性 一 基本概念1 色调 地物电磁辐射能量在像片上的模拟记录 在黑白像片上表现为灰度 在彩色像上表现为色彩 2 色彩 彩色像上某一部分的颜色称为此部分的色彩 3 灰阶 灰度分成若干个等级 每一等级称为一级灰阶 一般用2n n是正整数 表示灰阶序号0 1 2 3 2n 1 4 亮度系数 在相同照度下 某物体表面亮度与绝对白色的理想物体表面亮度之比 表示地物发射 或反射 光的能力 其中 L 为某物体表面亮度 L0 为绝对白色物体表面亮度 18 二 影响航空像片色调的因素1 地物表面亮度 其取决于摄影时照度和地物自身的亮度系数 1 照度 太阳辐射到地表的强度 即像片上的灰度色调 2 地物亮度系数 当照度一定时 地物亮度系数决定着地物在黑白航空像片上的相应影像的色调 亮度系数越大 色调越浅 2 感光材料 感光度3摄影技术 曝光量的选择 感光片的冲洗及印像 放大技术等 19 一 视差产生原因与纠正像点位移 根据中心投影的原理 无论是带有起伏的地形 还是高出地面的任何物体 反映到航空像上的像点与其平面位置相比 一般都会产生位置的移动 这种像点位置的移动 叫做像点位移 主要由像片倾斜 地面点相对于基准面的高差和物理因素等产生的 5 3像片视差和立体观测 20 一 像片倾斜引起的像点移位 P为倾斜像片 P0为水平像片 a a0为同一面点在P和P0上的任意点位 c为等角点 2020 2 16 21 将倾斜像片绕等比线hch c旋转到与水平像片重合形成叠合图形 Ca和Ca0共线 但长度不等 22 二 地形起伏引起的像点位移 投影差 由于地面起伏变化 投影在像片上的像点产生的直线移位 其与地形起伏和像片倾斜都有关系 23 根据相似三角形原理 可得投影差的公式 其中 r为像点a到像主点的距离 H为摄影航高 h为地面离差 作业 24 1 投影差分布规律 1 对相对高差相等的点 h也相等 r 0时 h 0 像主点无像点移动 2 h与h成正比 h 0 像点背离像主点方向移位 h 0 h 0 像点朝向像主点方向移位 h 0 3 h与航高H成反比 25 2 投影差的改正 1 像片上改正 投影差在像片上的改正是指从含有投影差的像点a向a0改正 改正方向 h 0 像点a朝向像主点方向改正 h0 图上点A0背朝底点方向改正 h 0 反之 26 3 根据像点位移值测量目标的高度根据公式 可得 例如 一张航空像片 已知摄影高度为400m 在航空像片上量出目标顶点至像点的距离为2 8cm 目标的像点位移值为0 15cm 则目标高度为 h 400 0 15 2 8 21 43 m 27 2020 2 16 28 二 航空像片的立体观察 一 航空像片立体观察的原理 瞳孔如同光圈 视网膜如同底片 接受物体的影像信息 交会角 29 生理视差的形成 人们是从眼基线的两个端点来观察物体 右眼从右边观察物体 左眼从左边观察物体 因此两眼的观察角度就不同 在两眼网膜上所产生的物体影像就有差别 即形成了生理视差 30 生理视差是产生立体视觉和判断景物远近的原因 立体观察是根据立体视觉原理进行的 实施立体观察 必须是在连续拍摄的两张空中照片的重叠部分上进行的 31 人造立体视觉 空间景物在感光材料上构像 再用人眼观察构像的像片产生生理视差 重建空间景物的立体视觉 所看的空间景物称为立体影像 产生的立体视觉称为人造立体视觉 人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件 1 两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对 2 两只眼睛必须只能分别观察像对的一张像片 3 两像片上相同景物 同名像点 的连线与眼基线应大致平行 4 两像片的比例尺相近 差别 15 32 二 航空像片的立体观察立体观察方法 1 人眼观察法2 仪器法 透镜式立体镜 反光式立体镜 扫描式立体观测仪和主体显微镜等 33 2020 2 16 34 35 3 光电设备观察目前图像判读的先进设备 它具有分辨率高 适用性强 目标测量定位快等特点 其功能包括放大观察 立体观察 图像处理 图像信息整编和图像存储等 配有大容量计算机和多种外围设备 立体观察效果 1 正立体效果 立体观察时所得到的立体效应与实地情况相同 2 反立体效果 立体观察时所得到的立体效应与实地情况相反 3 零立体效果 观察时所看到的物体影像没有高低的差别 4 双影 观察时航空像片上相同物体影像不能完全重合 36 37 三 航空像片的立体测量测量起伏地形的高差 根据像点左右视差来确定 左右视差 高低不同的地面点 在两张重叠的航空像片所呈现的相应点横坐标之差 横坐标以像主点为原点 右边为正 左边为负 38 A C两点的左右视差为 39 B为