当代摄影测量新技术发展.ppt

当代摄影测量新技术发展 本章内容 概述 数字航摄仪简介 机载POS系统对地定位 概述 当代摄影测量新技术的发展具有两个明显的特点， 一是传感器位置与姿态定位系统的发展，二是新型传 感器的发展。 高精度惯性姿态测量系统（IMU）和差分GPS测量系 统可以精确测定摄站外方位元素，以便减少地面控制 点甚至无地面控制点的摄影测量，减少外业控制工作 量，调高作业效率和成图的周期。 应用于摄影测量与遥感的新型航空传感器主要有数 字航摄仪、激光扫描仪、合成孔径雷达等。 数字航摄仪简介 航空测量是国家基础测绘数据源获取的重要 手段。在摄影测量经历了模拟摄影、解析摄影 测量两个阶段，正处在数字摄影测量阶段，随 着摄影技术从传统胶片摄影到数字摄影的转变 ，航空摄影也开始走入了数字时代。目前国内 外比较流行的几款数字航摄仪有：DMC、 ADS40、UltraCam-D和SWDC。 数字航摄仪简介 数字航摄仪可分为框幅式（面阵CCD）和 推扫式（线阵CCD）两种。目前由于受到CCD 制作工艺的限制，目前很难生产出相当于传统 胶片像幅大小的面阵CCD。为了提高飞行效率 ，一般通过多镜头并行操作的办法来解决大范 围地面覆盖需求与面阵CCD尺寸较小之间的矛 盾。线阵CCD的制造相对简单，较容易制造出 大扫描宽度的数字航摄仪。 1、DMC数字航摄仪 DMC（Digital Mapping Camera）数字航 摄仪由Z/I Imaging公司研制开发，它是基于面 阵CCD技术的大像幅测量型数字航摄仪。 图1 DMC数字航摄仪 图2 DMC数字航摄仪镜头组 DMC镜头系统由8个镜头组合而成，位 于中间的为4个全色镜头，位于周围的是4个多 光谱镜头（ 红、绿、蓝及近红外）。每个单独 镜头配有大面阵的CCD传感器，4个全色镜头 为7K4K的CCD传感器，像素大小为12um 12um，提供了大于12bit的线性高动态范围；4 个多光谱镜头为3k2k的CCD。 在航摄飞行中，DMC数字航摄仪的8个 镜头同时曝光，一次飞行可获取黑白、真彩色 和彩红外像片数据。 图3 DMC数字航摄仪成像原理图 图4 DMC相机主要性能参数 2、ADS40数字航摄仪 2000年在第19届ISPRS大会上Leica公司推出了 ADS40(Airborne Digital Sensor)数字航摄仪，ADS40 采用三行（前视、下视、后视）线阵CCD传感器获取 全色影像，另外4条线阵CCD传感器可获得蓝、绿、 红和彩红外影像。该航摄仪必须与IMU/DGPS系统集 成来对每行数据进行校正。 典型的ADS40使用了10条CCD线阵，其中4条用 于R、G、B和NIR的多光谱感光，全色波段使用了三 对CCD线阵分别对前视、后视和下视三个方向感光， 用于获取立体影像。 图5 ADS40数字航摄仪 GPS satellites GPS ground reference station ADS40 system 图6 ADS40工作原理 图6 ADS40成像示意图 全色波段后视 近红外波段 全色波段下视 蓝色波段 绿色波段 红色波段 全色波段前视 图7 Three-line pushbroom scanner composed of backward view lines composed of nadir view lines composed of forward view lines Backward scene Nadir sceneForward scene Backward Nadir Forward 图8 ADS40 彩色合成 ADS40 color composite - Adria, Italy Date: 20 June 2001 Flying height: 1,500 m / 4,900 ft Ground sample distance: GSD 15 cm / 1/2 ft Flight direction: ADS40的成像方式不同于传统航摄仪的中心 投影构像，传统的航摄是在航线上了按着设计 的重叠度拍摄像片，每张像片是中心投影。 ADS40得到的是线中心投影的条带影像，每条扫 描线具有独立的摄影中心，拍摄的得到的是一 整条带状无缝隙的影像。 3、UltraCam-D数字航摄仪 UltraCam-D（简称UCD ）数字航摄仪是由奥地利 Vexcel公司开发生产的，也 是属于多镜头组成的框幅式 数字航摄仪，一次摄影可以 同时获取黑白、彩色和彩红 外影像。 Four f = 100 mm lenses for panchromatic images Vexcel UltraCam Four f = 28 mm lenses for spectral images 4、国产SWDC系列数字航空摄影仪 该数字航摄仪系列产品包括SWDC-1（单镜头 ）、 SWDC-2（双镜头） 、 SWDC-4（四镜头） ,其中四镜头数字航摄仪最适合航测生产使用。 SWDC系列产品的制作原理是基于多台非量 测相机，经过精密相机检校和拼接，集成测量 型GPS接收机、数字罗盘、航空摄影控制系统、 地面后处理系统，经多相机高精度拼接生成虚 拟影像，以提供数字摄影测量数据源。 图9 SWDC-1（单镜头） 图10 SWDC-2（双镜头） 图11 SWDC-4（四镜头）拼接图 图12 SWDC-4（四镜头） 二、数字航摄仪与胶片航空相机的比较 目前航空摄影采用的航摄仪仍然是以传统 胶片摄影相机为主，通过获取地面影像信息， 然后经过一系列过程获得各种数字产品。 传统胶片摄像机对天气要求较严格。 1、影像获取方式 胶片航摄仪利用胶片感光获取负片，数字航 摄仪采用CCD直接获取数字影像。一台数字航 摄仪可同时获取全色、真彩色及彩红外影像； 而胶片航摄仪只能获取一种影像。 2、像移补偿（FMC，Forward Mation Compensation） 3、像幅大小 总体而言，数字航空摄影比胶片航空摄影有明显的 优势，主要表现在: 数字航摄仪直接以数字方式记录和后续处理，不需 暗室和扫描操作，有利于数字化处理流程； 数字传感器可以以12位或16位的辐射量进行存储， 影像信息更加丰富； 数字传感器能够一次飞行可以获取多光谱影像，而 光学胶片相机则需要多次飞行； 数字