航空數碼相機選型的相關指標分析

■吳會軍 何柯達

(武漢市測繪研究院湖北武漢430000)

航空數碼相機選型的相關指標分析

■吳會軍 何柯達

(武漢市測繪研究院湖北武漢430000)

在航空攝影領域，正在醞釀著一場由膠片向數碼過渡的變革，膠片攝影被數字攝影所取代已成為必然趨勢，數字航空攝影測量系統的研究已成為當前航空攝影領域的研究熱點和發展方向，新型數字航空攝影儀的應用必將為航空攝影測量技術帶來一次變革，并把我國航空攝影測量技術推向數字航空攝影時代。然而，相對于膠片攝影，數字航空攝影最關鍵的環節就是數碼相機的選型，相機的選型與所要執行的任務緊密相關，數碼航攝的推廣在國內已經展開，但是也有不少失敗的例子，究其原因都是由于數碼相機選型不當造成的，所以要普及數碼相機的相關知識以供參考，從而打消用戶對數碼相機的誤解和疑惑。

航空攝影焦距高程精度GSD

0 前言

選擇合適的航空數碼相機能高效的完成國家下達的航空攝影測量任務,數碼相機選擇不當不但會降低攝影效率,而且在影像質量上也會存在一定的缺陷,本文將從以下6個方面討論如何選擇數碼相機。

1 焦距

目前數碼相機上的標稱焦距不能等價理解為膠片相機的焦距，在進行攝影作業時，數碼相機與膠片相機的等效焦距=數碼相機的標稱焦距*膠片像元大小/數碼相機像元大小。

2 像幅

很多人會擔心數碼相機的物理像元小，焦平面尺寸也小，由此會造成像幅過小，從而同樣條件下耗費比較多的像對數。實際上按照公式：像幅面積=M*N*（1-航向重疊度）*（1-旁向重疊度）（其中M為X方向像元數，N為Y方向像元數）計算。通過這樣的計算可知在同樣的地面分辨率時，數碼相機的相幅和傳統相機基本相當。

3 像元地面尺寸（GSD）

傳統的膠片相機進行作業時都使用攝影比例尺，所謂攝影比例尺，是由H/f得來，而對于數碼相機，其標稱焦距相對于膠片相機要小的多，所以用H/f計算的攝影比例尺往往非常小，與膠片沒有可比性，經常誤導。而且由數碼相機得到的攝影比例尺在成圖時的放大倍數比膠片相機的2-3倍，這是由于相機像元尺寸間的比例關系引起的（9μ對25μ或21μ），膠片相機一般以3~6倍成圖，數碼相機以6~15倍成圖。故而，為了防止混淆，在數碼時代統一都使用GSD（Ground Sample Distance）概念。航攝設計要以GSD為出發點，先由成圖比例尺確定的GSD，進而確定航高。這樣在選擇數碼相機時我們應該根據任務要求,結合使用的飛機型號,選擇適當分辨率的數碼相機,以滿足影象質量和飛機的飛行高度.

4 高程精度

目前，有些航攝數碼相機只面向城區正射影像的制作目的，所以只考慮平面精度，而由于我們的使用場合不對造成了高程精度不能滿足要求，所以在數碼相機選型時一定要慎重高程精度。實際上，數碼相機與膠片相機一樣，他們的高程精度都是由基高比（攝影基線與航高的比值）決定的，因為在全數字攝影測量工作站下，用一倍核線影像觀察，旋轉腳盤，屏幕上漸變，但立體鏡下的測標未移動，只有高程變化達到高程最小格值時，影像才會移動一個像元，數碼相機的影像最小高程格值為一倍GSD除以基高比。數碼相機的高程精度與高程最小格值相當或略高，為一倍GSD除以基高比，故而數碼相機的高程精度取決于基高比。

當數碼相機高程精度不能滿足要求時，只有采用降低航高，擴大GSD的方法進行補救，這樣便會增大工作量，所以選擇數碼相機時一定慎重考慮高程精度。

5 像元角

像元角δ″是指半導體感光區的CCD尺寸除以焦距所得的弧度值，其作用是可以很方便的計算出航高H=GSD/δ″。在膠片相機時代，航高由攝影比例尺來確定，攝影比例尺=H/f。在數碼相機時代，航高通過GSD來確定，H=GSD/δ。從上式可以看出，像元角大的數碼相機，在相同GSD條件下，所需的航高較低，對天氣條件要求比較寬松，反之，像元角小的所需航高較高，對天氣條件要求比較苛刻。數碼相機由于受航高的限制，不能進行大GSD的攝影作業，只能局限于大比例尺圖的制作，如果要進行小比例尺的制作，那么只好大幅增加內業工作量，而像元角大的數碼相機不會有這種限制，其較大的像元角使其飛行小比例尺圖時需要相對較低的航高，在輕霧天也可獲得合格的彩色影像。

6 航向、旁向視場角

傳統的膠片相機影像是正方型的，而數碼影像是長方形的，因而隨之出現了航向視場角與旁向視場角。航向視場角：2ωx=2·tgˉ1(Nδ/2f)，旁向視場角：2ωy=2·tgˉ1(Mδ/2f)（M-影像行數，N-每行像元個數，δ-單個像元尺寸，f-焦距），其中，基高比由航向視場角決定，從而決定高程精度，寬高比由旁向視場角決定，從而決定航攝效率，大的寬高比可以在同等條件下減少航線條數，提高航攝效率。

7 小結

人類航空攝影由膠片時代走向數碼時代的趨勢是毫無疑問的，航攝領域終將步入數碼時代，因為對比膠片相機，數碼相機具有CCD幾何尺寸穩定，精度高，色彩豐富，對天氣條件要求寬松，成圖周期短等優勢。膠片時代向數碼時代的過渡才剛剛開始，還遠未結束。

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TB8[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-484-1