航空摄影机.ppt

1、航摄仪（航空摄影机）,一、航摄仪概述 二、模拟航摄仪（胶片航摄仪） 三、 数字航摄仪 竖直航空摄影 倾斜航空摄影：面阵,线阵数字航摄仪,面阵数字航摄仪,航摄仪及其基本性能,航摄仪：安装在航空平台上能对地面自动进行连续摄影的相机。 摄影测量对航摄仪的要求： 镜头分解力高、畸变小、透光力强、焦面照度分布均匀。 几何精度好、具有精确的内方位元素 快门具有较宽的曝光时间变更范围 有精密的胶片压平装置(仅对模拟相机) 有精密框标标志(仅对模拟相机) 安放航摄仪的座架应具有良好的减震作用，以防止在航空摄影过程中内方位元素发生漂移。 有一套自动控制装置（曝光、航线、姿态等自动控制装置）,操纵简便 在航空摄影

2、之前，航摄仪要进行严格检校，具有精确的相机参数。,框标及框标坐标系 航摄仪镜箱上物镜筒和暗盒的衔接处有一贴附框，框的四边严格地处于同一平面内，每边的中点或四个角隅各设有一个标志，即为框标。四角为四个光学框标，四边中央为四个机械框标。 四个机械框标的连线的交点为原点，航线方向的框标连线为X轴，垂直于航线方向的框标连线为Y轴建立的坐标系为框标坐标系。 框标的作用：建立框标坐标系，确定扫描坐标系和以像主点为原点的像平面坐标系的关系，改正像片变形。,航摄仪的检定,（一）按精度 1、量测型：专用相机，物镜光学特性良好，畸变差小，分辨力高，透光率强，摄影机机械结构稳定，几何精度精密。 (内方位元素已知；像

3、平面金属框架有框标记号（针对模拟航摄仪）) 2、非量测型：普通相机，没有框标标志（针对模拟航摄仪），物镜畸变差大，内方位元素未知 （二）按成像和记录介质 1、模拟航摄仪：以胶片成像与记录 2、数字航摄仪：以CCD成像并用电子介质存贮,航摄仪的分类,内方位元素 确定投影中心(镜头后节点)和像平面位置关系的元素。 由航摄仪主距 和像主点坐标 组成,o,SO：主光轴,模拟航空摄影机,外壳 镜筒 物镜 滤光片 暗匣 压片机构 卷片轴 操纵器（控制器） 座架 减震器 11吸气管,(一)基本结构,12 检影望远镜,检影望远镜，它与镜箱相连，操纵它可整平航摄仪，改正航偏角。检影望远镜中还设有重叠度调整器，以

4、控制像片的重叠度。,胶片航摄仪,座架,暗箱,镜筒,操纵器,我国目前使用的有 RC型 RMK型,框幅式航空摄影机,航空摄影,辅助设备,滤光片：消除空中蒙雾亮度的影响 像移补偿装置：减少影像的模糊 自动曝光系统：自动调整光圈或曝光时间,胶片航摄仪,当代航空摄影相机,共同特点： 像幅较大（23cmX23cm）、镜头分解力高、畸变差小、自动化程度高。 1、RC系列（瑞士徕卡公司） RC10：23cmX23cm、四种焦距、自动测光、检影器 RC20：RC10的基础上加了像移补偿装置FMC（64mm/s) RC30：RC20的基础上加了ASCOT（基于GPS的航测飞行管理系统 ） 2、RMK系列（德国Op

5、ton厂） RMK：23cmx23cm、5种焦距、像移补偿装置FMC（30mm/s）、自动测光、检影器,(二)摄影测量中常用的模拟航摄仪,3、MRB/LMK（德国蔡司厂） MRB（奥普托） 22.6cmx22.6cm 、三种焦距、 像移补偿装置FMC （30mm/s）、自动测光、GPS导航 LMK：22.8cmx22.8cm、三种焦距、像移补偿装置FMC（32mm/s）、自动测光、检影器 LMK1000： 22.8cmx22.8cm、四种焦距、像移补偿装置FMC（64mm/s）、自动测光、GPS导航、检影器 LMK2000： 在LMK1000的基础上增加了陀螺稳定装置,(二)摄影测量中常用的模

6、拟航摄仪,RC30航空摄影仪是瑞士徕卡公司90年代生产的高精度光学测量型航空相机。 它所配备的UAG-S型光学镜头分解力很高（平均为115，中心为147），径向畸变差小（小于0.005 mm）,色差消除理想(防晕效果好)，可以获得理想的影像质量。 它带有像移补偿装置，能有效消除由于成像瞬间摄影仪和被摄物体间高速运动造成的像点位移，从而提高影像的清晰度和量测精度。 它还配有自动置平陀螺座架，可以保证摄影瞬间像平面保持水平。 另外它还带有先进的EDI数据接口，可以与ASCOT、CCNS4、TRACKAIR等先进的飞行管理控制系统连接，实现全自动作业过程。 它的EDI数据接口可以输出曝光瞬间的脉冲信

7、号，与机载传感器定位定姿系统和机载高精度GPS接收机相连，可以执行基于IMU/GPS的航空摄影项目。,(三)重叠度调整器,摄影基线：两相邻摄站的连线。 航向重叠度：同一条航线相邻像片之间的重叠度 旁向重叠度：相邻航线两像片之间的重叠度 航向重叠度：qP/L lx / L=f/H=1/m BLPlx m（1q） B=Wt 摄影时间间隔 t (W飞机相对于地面的速度，地速) 1、H/w越大即飞得越慢，摄影时间间隔 t 越长。（H/W为地物在影像上的显示速度） 2、重叠度q越大，t 越短 3、摄影时间间隔 t 与焦距成反比,l,f,H,像点移位：飞机的高速运动使胶片上的地物构像沿航向方向产生移位。

8、aa/SS=f/H aa= SS=Wt 与W、t、f、1/m成正比，与航高H成反比 为一变数 最大不得超过0.05mm 最大许可曝光时间：t 最大H最小/(wf) 最大摄影比例尺：(1/m)最大= 最大/(wt)=V/W V是最大像移补偿速度。 消除像点移位的方法： 根据f、t和H/w来计算像移值，在曝光时将该值传给暗匣中的数字司服马达，然后由曝光触发脉冲推动压平板和胶片在曝光时间内沿摄影航线方向移动该像移值。,(四)像移补偿装置（FMC）,f,H,FMC作用： 能有效消除像点位移，从而提高影像的清晰度和量测精度。,H,数字航摄仪采用TDI(Time Delay and Integration

9、 )技术。 TDI CCD时间延迟积分CCD器件通常适用于对一些高速移动的物体来成像。,(五)自动测光系统,通过安装在摄影物镜旁的光敏探测元件测定景物的亮度，并根据安置的航摄胶片感光度，由微处理机计算出曝光时间。 基本要求 1）测光表的光谱敏感范围与航摄仪的色差校正范围一致，为400900nm; 2）程序控制 自动测光的类型 按结构：光圈优先 快门优先,四、ADS40线阵数字航摄仪,ADS40 多波段机载数据获取系统,GPS 卫星,GPS 地面参考站,ADS40 系统,1,2,3,4,5,6,ADS40 - 传感器系统构成,4.OI40 成像系统的 操作界面,1.SH40传感头 集成IMU,3

10、.MM40存贮器,DO64,2.CU40 控制单元 集成GPS 和后处理 软件,IMU集成在 SH40传感头 - DO64数字成像系统 GPS集成在 CU40控制单元 POS 位置及姿态计算机集成在CU40 FCMS飞行控制管理系统（软件） 6.PAV30陀螺稳定平台，不包括在标准配置中 5. PI40飞行员操作界面,6.底座PAV30,2,4,1,3,2,5,视场角 (FOV)/宽度角: 64 广角 焦距: 62.77 mm 420-900 nm 光谱范围 分辨率 150 Lp/mm,光学成像器 DO64,SH40探头,成像面,SH40探头,特性 集成IMU 3个全色线阵CCD，每个为 2

11、x 12000 象元, 交错3.25 m 4个多光谱线阵CCD，每个 12,000 象元 立体角: 前视与下视夹角28.4, 后视与下视夹角14.2, 前视与后视夹角42.6,交错的线阵 CCD,交错的 CCD 线阵,CCD 单线阵,两个 12KCCD 线阵，交错 1/2 象素,一个 12K CCD线阵,20 cm bars,50 cm bars,Siemens Star diameter 8 m,20 cm bars,50 cm bars,Siemens Star diameter 8 m,校正影像 1级高分辨率,校正影像 1级,No aliasing effects,Aliasing ef

12、fects,ADS40-全色及多光谱波段一次成像,后视全色,近红外波段,直视全色,蓝波段,绿波段,红波段,前视全色,三线阵推扫式扫描,ADS 存贮系统MM40存贮器,影像数据 管理数据,飞行数据 工程数据,IMU 数据 GPS 数据,FCMS 记录数据 错误信息,存贮器,MM40,硬盘 CU40,定位定姿系统是IMU/DGPS组合的高精度位置与姿态测量系统,利用装在飞机上的GPS接收机和设在地面上的一个或多个基站上的GPS接收机同步而连续地观测GPS卫星信号，精密定位主要采用差分GPS定位（DGPS）技术，而姿态测量主要是利用惯性测量装置（IMU）来感测飞机或其他载体的加速度，经过积分运算，获

13、取载体的速度和姿态等信息。 POS主要由惯性测量单元IMU（集成在 SH40传感头）、GPS模块（集成在 CU40控制单元）和数据后处理软件（POS 位置及姿态计算机集成在CU40）组成。,POS（position and orientation system）集成在控制单元CU40,FCMS （OI40）集成在控制单元CU40,飞行及传感器控制管理系统 飞行引导 传感器控制,飞行管理系统，提供航空摄影从飞行设计、飞行导航、飞行中相机控制和管理、GPS原始数据记录、飞行后数据处理全程的控制与质量保证。 LCD会实时显示并监视飞机起飞、转弯以及沿航线飞行的全程状态。,成像系统的操作界面 - OI

14、40,操作界面 高反差, LCD 彩色触摸屏 1024 x 768 象素 人体力学设计 防震 可移动 适于 RC30 平台,ADS40推扫原理 与 框幅式成像方式的对比,成像方式,重叠航空相片,前视,直视,后视,连续推扫式成像,不连续框幅式成像,机载数字传感器 ADS40,航空相机 RC30,同一 GSD 下得到不同的覆盖宽度,扫描宽度,4K面阵相机的宽度,ADS40宽度 2x12k 交错的 CCD 线阵,线阵数字相机,面阵数字相机,GSD: 20cm 宽度: 2.4 km 航线数: 1 作业效率：高,GSD: 20cm 宽度: 0.9 km 航线数: 3 作业效率：低,机载数字传感器 ADS

15、40,航空相机 RC30,影像重叠,所有目标记录三次,对于60%重叠度的飞行只有60%的目标在三张照片上,不是所有目标记录三次,相片暗室处理,彩红外,彩色,黑白,立体观测,相片选择,多光谱通道同时,GIS,DEM 正射影像 制图 修测 可视化 影像分析 分类,数字工作站,地面处理,直接完全的数字化处理流程,基于RC30相片的工作流程,ADS40直接数字化工作流程,打印机,彩色,多光谱,黑白,存贮系统,彩色,彩红外,黑白,DSW500 扫描仪,相片,存贮器,ADS40获取的航空影像,ADS 图像 - 柏林-Alexanderplatz 1: 70000,ADS图像 - 柏林-Alexanderp

16、latz 1: 35000,ADS图像 - 柏林-Alexanderplatz 1: 17500,ADS图像 - 柏林-Alexanderplatz 1: 8000,ADS图像 - 柏林-Alexanderplatz 1: 4000,ADS图像 - 柏林-Alexanderplatz 1: 2000,ADS图像 - 柏林-Alexanderplatz 1: 1000,ADS图像 - 柏林-Alexanderplatz 1: 500,ADS40 - 纠正的 RGB 影像 (Fast Level 1),日期: 2000.6.7,飞行高度: 6,080 英尺 1,850 米,地面采样距离: GSD

17、20 cm,面阵数字航摄仪 美国Z/I公司的DMC相机,DMC（digital mapping camera）是美国Z/I公司推出的面阵航空数码相机（图2.7）。DMC基于面阵CCD的设计，由4台全色CCD传感器和4台多光谱传感器组成，摄影时相机同时曝光。4台全色相机倾斜安装，互成一定角度，影像间有1%的重叠度，提供给用户的是经过辐射与几何纠正的、拼接成的有效影像。它还具有电子FMC（自动像移补偿）和每像素12bit的灰度量级，影像质量好。,Z/I DMC 面阵数码相机,DMC 是由4台分离的倾斜摄影小面阵影像经过纠正、拼接而成虚拟的单中心投影大幅面影像。,数码航摄仪,飞行方向,F/R飞行方向

18、的右侧 B/R后方的右侧 F/L飞行方向的左侧 B/L后方的左侧,全色影像包括了重叠部分 虚线是有效影像,外拼，后期用外部软件合成。,3.UCD/UCX 面阵数字航摄仪,UltraCAM是美国Vexcel集团公司发明、奥地利Wild（威特）厂生产制造的面阵航空相机，包括UltraCAM-D（UCD）和UltraCAM-X（UCX）两种型号，其中UCX是UCD的升级型号。UltraCAM采用面阵CCD传感器件。,内拼，自带软件，直接获取拼接好的全色影像，不需要后期软件合成。,由于每个像机镜头之间的距离很短，所以相邻镜头之间的曝光时间也很短（大约1ms），因此所有镜头几乎都是在同一位置、同一姿态下

19、曝光，这样就能将9 个CCD 面阵拼接，得到一个完整的中心投影大幅面全色影像。,4.SWDC系列数字航摄仪,2006,2008,2010,4.SWDC系列面阵数字航摄仪,SWDC（Siwei digital camera）航空相机是北京四维远见信息技术有限公司与河南理工大学共同研制的一套具有自主知识产权的国产全数字航摄仪，作为航空遥感的重要技术手段，填补了国内空白，其代表产品是SWDC-4。SWDC-4由4个交向摄影的小面阵普通数码相机构成，每个单机像素数为3900万，像元大小为6.8m，摄影后采用外视场拼接技术，将4个小面阵影像拼接为具有单一投影中心的1450011000像素的大面阵影像。系

20、统中集成了GPS和自动控制等关键技术。,国产SWDC相机的拼接四镜头,SWDC-4的显著特点是：(1)可根据摄影区域的海拔和气候条件随意更换35mm、50mm或80mm镜头的任一种；(2)视场角大；基高比大，高程精度高，高程精度可达0.51GSD；(3)内置双频GPS接收机，可实现高精度定点曝光，并记录投影中心精确坐标；(4)获取影像为可进行立体测量的真彩色数字影像。SWDC-4的相关技术参数见表2-10。,SWDC4,倾斜航空摄影,相比于垂直航空摄影，利用倾斜航空摄影获取影像时，垂直相机正对地面垂直拍摄，而另外的4台相机按照一定的角度（相机倾角指倾斜放置相机主光轴与垂直放置相机主光轴在它们所

21、确定的平面内所形成的夹角，TOPDC-5相机倾角为45）放置进行拍摄，从而每一次曝光可以同时得到目标物前、后、左、右及下视图五个方向的影像，每次飞行获取的影像数是垂直摄影测量获取数据量的5倍，其中垂直影像提供建筑物的顶部信息，主要用于数字正射影像图、数字线划图的制作，大比例尺测图等，而倾斜影像为建筑物提供更为丰富的侧面纹理信息，主要用于纹理提取、建筑物高度量测等。,图2,图1 国内自主研制的倾斜航摄相机TOPDC-5,倾斜相机 ,4000多万像素,2000多万像素,2000多万像素,六、小型数码相机,小型数码相机主要搭载在无人机或小型飞机上，从而组成低空或超低空摄影系统。这种系统飞行灵活，成本低廉，因此在灾害监测、应急测绘和小区域摄影测量中被广泛应用。,1.哈苏 哈苏H5D-60是一款高端的中画幅小型单反数码相机。拥有6000万有效像素，采用电子图像处理引擎，文件质量得以更好的提升。 2.佳能 佳能5D Mark III套机是一款高端的全画幅（36*24mm）小型单反数码相机。拥有2230万有效像素；3倍光学变焦；镜头型号：佳能 EF 24-70