[科普中国]-测图相机

测图相机(surveying camera)在空中平台上拍摄摄影测量和制图所需照片的一种遥感相机。通常是自动化程度较高的使用中心快门的画幅相机，有的还配有像移补偿装置。测图相机的承片面上设置有精确检定的框标，相机曝光时，这些框标与被摄景物同时被记录在每张照片上，并以此来确定像坐标系:坐标原点O和光标轴O’X、O’Y。

简介测图相机(surveying camera)在空中平台上拍摄摄影测量和制图所需照片的一种遥感相机。通常是自动化程度较高的使用中心快门的画幅相机，有的还配有像移补偿装置。测图相机的承片面上设置有精确检定的框标，相机曝光时，这些框标与被摄景物同时被记录在每张照片上，并以此来确定像坐标系:坐标原点O和光标轴O’X、O’Y。测图相机交付使用前和使用过程中，都要对摄影测量参数(如内方位元素与畸变差)进行精确测定，并保证使用过坐标改正数δX和δY，就可以恢复对地物摄影瞬间所存在的外投影光束，以便进行测量和制图作业。在不能使用地面控制点时，航天测图相机摄影时刻的绝对姿态要靠与之配合使用的恒星相机的照片才能获得。

美国航天飞机对地摄影用的大幅面相机(LFC)是一种有代表性的测图相机，中国与俄罗斯也有各自的航天测图相机1。

CCD 框幅式面阵成像技术航空数字成图相机系统(digital mapping camera system , 简称DMC)基于面阵CCD 设计, 具有类似于框幅式胶片成像相同的几何精度, 其数字图像比胶片影像具有更好的成像品质, 图像的地面分辨率可达厘米级。其技术特点是在CCD 单元的二维焦平面上提供了几百万个高精度的框标, 每一个CCD 像元都可被认为是一个独立的框标, 图像数据在x 、y 方向具有经典的中心投影关系, 减少了像元几何关系的复杂性, 提高了工作效率;DMC 可以将8 块独立的CCD 面阵集成到一起构成一个完整的成像系统, 解决了面阵CCD 对成像尺寸的限制;系统采用最新的IEEE-1394 总线接口和Came ra Link 接口技术。DMC 图像数据为标准的、开放式的数据格式, 其数据产品能通用于流行的航空影像处理软件2。

电子自动像元补偿(FMC)技术FMC 技术可使CCD 面阵传感器的电路能根据景物亮度设定曝光时间, 比机械方式的FMC 更适用于较高的速高比(v/h), 提高了DMC 在低空和高速状态下的成像性能。DMC 相机的曝光时间与飞行速度无关, 其CCD像元的几何关系与像元边界条件也不受影响3。

惯性测量(IMU)与数字GPS 技术系统DMC 系统中的惯性测量器(IMU)和全球定位系统(GPS)器件配置在相机内部, 可以在没有地面控制站或减少地面控制情况下完成DMC 相机的姿态控制与各类测量记录。IMU/DGPS 被称为辅助航空摄影测量技术系统, 能实现直接获取航摄仪曝光时刻外方位元素数据, 使航空摄影测量可大量减少或完全免除地面控制点, 甚至无需空中三角测量即可进行内业测图作业, 从而大大缩短作业周期、提高生产效率、降低遥感测图成本。陀螺自稳装置(T-AS)用于补偿和修正飞行中侧滚、俯仰、偏航角度2。

DMC 的机载数字处理系统DMC 系统提供了一个完整的数字图像获取与数据处理系统及其技术解决方案, 它包括相机, 在线存储、飞行管理系统和后处理硬件、软件, 是一个完整的航空摄影数据获取系统;还包括所有的摄影测量工作流程, 如自动空中三角测量、平台与相机特征参数采集、高程数据生成和正射处理数据生成等3。

摄影测量学科发展研究现状（1）轻小型低空遥感平台日趋成熟

轻小型低空遥感平台的发展历史较短, 但由于具有机动灵活、经济便捷等优势, 在近年来受到摄影测量与遥感等领域的广泛关注, 并得到了飞速发展。低空遥感平台能够方便地实现低空数码影像获取, 可以满足大比例尺测图、高精度的城市三维建模以及各种工程应用的需要。

（2）高分辨率卫星遥感影像在西部测图中发挥重要作用

近年来又有多颗高分辨率遥感卫星被成功发射, 如印度于2005 年发射的Cartosat-1 (又称为IRSP5)卫星和2007 年发射的Cartosat-2 (又称为IRSP7)卫星, 2006 年日本发射的ALOS 卫星和韩国发射的KOMPSAT-2 卫星, 其全色波段的地面分辨率均达到1 ～ 2.5m , 而美国于2008 年9 月发射的GeoEye-1 卫星的地面分辨率则高达0.41m。除影像分辨率的不断提高之外, 遥感卫星传感器的成像方式也向多样化的方向发展, 单线阵推扫式成像方式逐渐发展到多线阵推扫成像, 立体模型的构建方式也随之多样化, 更加合理的基高比和多像交会方式可进一步提高立体成图的精度。

（3）航空数码相机成为摄影测量数据获取的重要手段

二十世纪末全世界用于摄影测量生产的胶片式航测相机超过2500 台, 而只有大约600 台仍在服役, 与此同时, 自2001 年以来已有300 台左右的大型航空数码相机被售出。可以预见, 随着传统胶片式航测相机的相继停产, 航空数码相机有望取代传统的胶片型航测相机成为大比例尺地理空间信息获取的主要手段。

（4）新一代数字摄影测量处理平台进入实用化阶段

随着航空数码相机、机载激光雷达等新型传感器的迅猛发展, 摄影测量系统的数据获取能力有了空前的提高, 也给空间数据的处理与存储管理技术带来了新的挑战。国内的摄影测量数据处理流程中, 还延续着传统基于单机模式的数据处理方法, 无法满足超大范围摄影测量数据快速处理的需要。

为有效解决海量遥感数据处理技术的瓶颈问题, 武汉大学将计算机网络技术、并行处理技术、高性能计算技术与数字摄影测量技术相结合, 研究开发了新一代航空航天数字摄影测量数据处理平台——数字摄影测量网格(Digital Photogrammetric Grid , DPGrid) 。

（5）机载激光雷达技术得到广泛应用

机载激光雷达(Airborne LiDAR) 集激光扫描仪、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术于一体, 通过主动发射激光, 接收目标对激光光束的反射及散射回波来测量目标的方位、距离及目标表面特性, 能够直接得到高精度的三维坐标信息。与传统的航空摄影测量方法相比, 使用机载激光雷达技术可部分地穿透树林遮挡, 直接获取地面点的高精度三维坐标数据, 且具有外业成本低、内业处理简单等优点, 成为摄影测量领域的热点研究方向之一, 受到各国研究人员的广泛关注。

（6）地面激光雷达成功应用于三维建模

采用地面激光雷达技术可以直接获取待测地物高密度、高精度的三维坐标信息, 为几何模型的快速建立提供理想的解决方案。经过发展, 地面激光雷达的测量速度已有明显的提高, 测距精度可以达到毫米级, 并能获取一定的回波强度信息。在地面激光雷达系统的硬件组成中, 除包括激光扫描仪之外, 通常都会装配有小型数码相机,同时也可集成位置与姿态测量装置。将激光扫描仪测量得到的点云数据与数码影像进行融合, 则能够快速完成三维模型的纹理映射, 由于省去了近景摄影测量中复杂的影像匹配步骤, 可以显著地提高工作效率。

（7）移动测图系统的数据获取与应用受到重视

移动测图系统是指在移动载体平台上集成多种传感器, 通过定位、定姿和成像等传感器在移动状态下自动采集各种定位定姿数据、影像数据和激光扫描数据, 通过统一的地理参考和摄影测量解析处理, 实现无控制的空间地理信息采集与建库。移动测图系统主要指基于机动车辆的移动道路测量系统, 同时也包括不太常见的铁路机车及人工便携式的移动测图系统1。

遥感学科发展研究现状（1）高空间分辨率的测图卫星正极大地影响着传统的测绘技术体系；

（2）小卫星编队飞行或小卫星星座预示其强大的应用价值；

（3）智能传感器是传感器研制的发展方向1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所