全數字航測影像質量探討

　　摘要：文章介紹了CCD成像原理；通過介紹Z/I公司全數字航空攝影（DMC）影像及其與中心投影的關系并與傳統的航空影像相比，分析了數碼航空影像與常規的航空攝影影像的不同的特征，并對這些差異所造成的問題提出了一些建議。
　　關鍵詞：DMC；影像質量；數碼航空影像
　　隨著科學技術發展，測繪手段逐步實現從模擬測繪到數字化測繪和信息化測繪的過渡，數碼航攝儀的產生，真正意義上實現了全數字攝影測量的“全數字”。目前基于光學影像為基礎的“4D”數字產品的生產，已形成了一整套科學的生產模式。與傳統的航空影像相比，對數字航空影像質量的分析與研究還有待完善。本文分析了數碼航空影像除了在覆蓋范圍、測圖精度等方面與常規航空影像的差別外，在影像的色彩、亮度、飽和度等方面也與常規的航空攝影影像有著不同的特征。
　　
　　一、CCD數字成像技術
　　
　　自1970年提出利用CCD作為模擬移位寄存器構成固體成像系統新概念以來，隨著新型半導體材料的出現和微加工技術的日益完善，CCD器件在成像領域得到了廣泛的應用。CCD（Charge Coupled Devices），即電荷藕和器件，使一種高性能微型圖像傳感器。這種新型光電成像器件具有靈敏度高、光譜響應寬、集成度高、維護方便、成本低廉等一系列優點，在國防、公安、醫學、工業、生物、天文、地質、宇航等科學和技術各領域有著廣泛的應用，是現代最重要的圖像傳感器之一。
　　數字成像是基于電子技術，瞬間捕獲并再現人眼可視的全息光信息的電子裝置。顯然，人眼對于靜態圖片分辨率的靈敏度遠遠高于視頻動態圖像分辨率的靈敏度，這是由于人眼對動態圖像的視覺暫留現象作用。從技術上，數字相機注重瞬間捕獲圖像的絕對分辨率，即圖像靜態指標高；而數字攝像機在保證瞬間捕獲圖像的分辨率達到視頻要求的條件下，更注重各幀圖像之間的動態鏈連。因此，兩種系統在技術上各有側重，不能簡單取代。
　　
　　二、DMC的幾何結構與中心投影的關系
　　
　　從理論上而言，用戶使用的有效影像不是一個嚴格的中心投影。縱然，傳統的航空攝影機，由于壓平誤差、畸變差等因素，也不可能是嚴格的中心投影，最重要的是研究它是否是一個實際的中心投影，即考慮它所產生的誤差是否小于量測誤差。為了便于理解，先將糾正分為兩步：
　　1、保持攝影中心不動，將傾斜攝影糾正成水平影像如圖1所示。由于攝影中心不動，將傾斜像片（圖中用虛線表示）糾正為水平像片（圖中用實線表示），它（水平影像）與直接攝取的“水平像片”完全一樣，因此，這一過程在理論上不會產生糾正誤差。但是，由于將傾斜影像（傾角分別為10°/20°）上的影像段（圖中用l表示）糾正為水平影像上的影像段（圖中用l表示），即在影像邊緣l＞l，說明它將降低影像分辨率（即采用高次多項式進行重采樣）。
　　
　　2、將糾正的水平影像平移到有效影像，由于有效影像位于4個相機的中心，因此，平移距離為40/85mm。這一糾正過程將產生中心投影誤差。而且，它與地面高差有關，若將S與S視為兩個攝影中心，dX視為攝影基線B，則平移產生的中心投影誤差，事實上就是由高差產生的左右視差
　　
　　
　　三、DMC的影像質量分析
　　
　　由于CCD的感光度不高，DMC的原始影像在肉眼看來是極暗的，要經過圖像處理才能用于生產。DMC有自帶的軟件用于影像的處理，也可以用其他的圖像處理軟件來處理。DMC的影像是由四張相片拼接而成，盡管我們最后得到的原始影像是拼接后且經過勻光、勻色處理的一幅大幅面CCD影像，但是也會因地物、天氣等條件的不同而使影像出現不同的質量問題。
　　1、由于地物的原因使得拼接后影像的勻光、勻色效果不好，四張影像的過渡區域有明顯的色彩、色調不統一，特別是在有大面積水域的時候，這種時候就需要挑出這種影像，進行后期處理。
　　2、DMC的影像與傳統的航攝影像一樣，伸入水域的陸地部分（形似半島）也會出現曝光過度的現象，影像的信息會有嚴重的丟失。
　　3、由于CCD采用的彩色還原能力較好的原色濾鏡，每一種濾鏡都是4個一組，覆蓋在像素上。RGB原色分色法濾鏡每組包括1個紅（R）、2個綠（G）和1個藍（B）。其中綠色素多一點，是因為人類眼睛對綠色的敏感性和對其他顏色不一樣。最后在記錄圖像時，每個像素的真實色彩就是它與周圍像素相混合的平均值。因此DMC的影像普遍偏綠，雖然顏色銳利但是對于有些地物則有失真實，在后期的處理中要適當的減少綠色分量的比例。
　　4、在制作大比例尺地形圖時，DMC影像較常規航空影像更容易受到云層的影響。
　　5、DMC影像的色彩飽和度比較大，在制作正攝影像圖時，要對影像做適當調整，否則不利于反映地物的真實信息。
　　6、DMC影像的像幅是95mm×168mm，不像常規的航攝影像是正方形，而是旁向為長邊的矩形，因此在航飛時要加大旁向重疊度以彌補懸偏角對相鄰影像重疊度的影響。如圖2所示，傳統航片的幅面是230×230mm的，按照航向60%的重疊度，重疊面積比較大，并且因為是正方形的緣故，存在較小的航偏角時對重疊度的影響也不是很大。但是DMC影像的幅面是長方形的，并且短邊與航向平行，這就使得即使存在很小的航偏角也會對航向重疊度造成比較大的影響。同時，由于每幅DMC影像的絕對面積小于傳統的航空影像，這使得對于同樣大的作業區，所需要的影像數量增加，增加了接邊的工作量。
　　
　　
　　四、結論
　　
　　1、在理論上DMC不是中心投影，但是在一定條件下兩者是等價的；
　　2、在考慮數碼相機優點的同時，要充分理解數碼相機存在的明顯問題：模型接邊工作量增加、受云層影響幾率增加，影像的飽和度難以控制等。
　　總之數碼相機較之傳統的航空攝影機有其優點，但是也存在很多傳統相機所沒有的問題，因此要對這些新的問題進行深入研究，使數碼航空相機能更好的發揮其作用。
　　
　　參考文獻：
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