[科普中国]-多谱段摄影机

基本概念简介

为多谱段摄影而设计的摄影机的发展，在许多年内已走过三条道路：1

(1)多摄影机装置；

(2)多镜头摄影机；

(3)分光摄影机。

多摄影机装置曾经在三十年代用来摄取三张分色底片—蓝、绿、红底片，以实现彩色航空摄影。稍后，又增加了第四台摄影机来记录红外影像。多镜头式多谱段摄影机在六十年代初期投入使用。这种摄影机中，每个被摄光谱段都有一个镜头和一个滤光片。所有镜头都安装在摄影机的整体机身中。

分光式多谱段摄影机是在七十年代初期发展起来的。蓝、绿、红和红外四个影像共用一个镜头拍摄，但是，利用一个棱镜系统可以把各个光谱段的影像分离开来。

工作方式（1）多摄影机装置

把三台或更多台只有精选镜头的摄影机安装在一个库架中。各摄影机均经过视轴校准，以便覆盖同一视场。触发脉冲送往每台摄影机，通过机电装置尽可能使各个快门同时开闭。每台摄影机的镜头上加一个滤光片，让需要的光谱段通过。根据各自的“胶片—滤光片”组合，将每台摄影机的快门速度和光圈数调整在适当曝光量上。每台摄影机的暗盒单装着相应光谱段所要求的胶片。

（2）多镜头摄影机

多镜头摄影机由四个镜头及其相应滤光片组成，安装在单一机体内。在早期，摄影机暗盒一次只能装载一种胶片，因此四种影像被记录在同一张胶片上。后来，暗盒发展成可以装载两种胶卷，所以各个影像可以分别记录在适合本光谱段的胶片上。这类摄影机可以使用影像位移补偿暗盒，以改善低空拍摄的影像质量。摄影机使用的快门为以下三种之一：

a. 单缝隙焦平面快门，各个镜头的曝光不是同时进行；

b. 多缝隙焦平面快门，每个镜头幅面有一个单独开孔，因此各个幅面同时曝光；

c. 镜间快门，由同一个脉冲触发。

每个镜头上都使用滤光片，使镜头透过需要的光谱段。胶片的光谱灵敏度的差异，可通过调节每个镜头的光圈宋修正，以便获得适当曝光量。

（3）分光摄影机

单镜头、四通道多谱段摄影机有一组分光棱镜·，分别安装在镜头和各个光谱影像的焦面之间。入射光线通过单镜头后，由分光棱镜组按光谱分离开来。该棱镜组表面涂有宽带双色滤光层。由镜头投射进来的影像被青色反射镜所分光，把蓝色和绿色影像反射回去，而让红色和红外影像通过。蓝、绿影像又被蓝色反射镜分开，而红和红外影像则被红色反射镜分开。

要求使用四个胶片暗盒，每种光谱影像各自记录在单独的胶片上。感光乳剂可以按照光谱灵敏度选择，可以显影到胶片速度与每个光谱通道的“镜头—棱镜’’系统光谱透射率相互平衡为止。

多谱段摄影像片多波段摄影的物理基础是用与摄影分光光度法大致相同的方法，将被摄地物的辐射反射光能量，分波段地用感光胶片记录下来，然后应用加色法彩色合成技术，以一定的颜色将被摄地物的辐射反射能量按原来的各波段光能间的相关关系再现出来。光谱段的划分和选择直接关系到多波段摄影像片的分析应用。用于多波段摄影的光谱区域为350~900纳米。一般多波段摄影的分光方法是：用4个透过不同波段的带通滤光镜，并配以光学机械质量一致、符合几何精度要求的4台同规格性能的镜箱，就能把与滤光镜相应波段的地物电磁波的反射能量记录下来。在摄取普通4波段影像时，选择蓝、绿、红和近红外波段的4个滤光镜，使用的感光胶片是黑自红外胶片。此称为“多镜一片法”多波段摄影。若要把近红外区和可见光区分开，可使用截止滤光镜；当要获得只有某个特定波段的数据时，可采用带通滤光镜，取得与各目的相对应的特定波段的影像。例如，国产和进口摄影机组装的4波段摄影机，蓝色波段镜头前套0.4~0.6微米的带通蓝（B）滤光镜，绿色波段镜头前套0.5~0.微米的带通绿（G）滤光镜，红色波段镜头前套0.6~0.7微米的带通红（R）滤光镜，红外波段镜头前套0.7~0.10微米带通红外（IR）滤光镜，同时曝光成像，经过摄影处理制作后，可分别获得分色负片和透明正片。2

我国已研制出多种多波段摄影机和多波段摄影胶片。近年来，我国还成功地进行了大像幅多波段摄影技术研究。在彩色合成时，变更滤光镜和分波段黑自负片组合，就可得到与实际天然色不同的各种颜色的彩色像片，例如，在绿光分波段的黑自负片用蓝滤光镜，红光分波段的黑自负片用绿滤光镜，近红外分波段的黑自负片用红滤光镜，在合成仪上组合经对光重叠在彩色印像纸上，就可获得与彩色红外摄影效果大致相同的假彩色像片。根据应用需要，也可以任取两个分波段的黑白分色透明正片进行合成。如：

红外（IR）+红（R）；红外（IR）+绿（G）；

红外（IR）+蓝（B）；红（R）+绿（G）；

红（R）+蓝（B）；绿（G）+蓝（B）；

这种形式的合成技术，可实现突出某些地物要素的影像，大大提高分析应用的效果。