新型航空数字相机DMC与光学相机RC30比较:光学相机
时间：2019-05-28 03:25:45 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘 要：随着航空摄影的发展，传统航摄仪已明显表现出其局限性，以DMC为代表的数字航摄仪在影像质量及效率等多方面的优势已愈见明显。本文首先介绍了DMC航摄仪和RC30的原理及数据处理流程，然后分别从航摄飞行、数据后处理、外业像控测量及内业测图几方面，对DMC航摄仪航摄的效率进行了详细分析，阐述了DMC航摄仪在航空摄影测量中的优劣势，最后对DMC航摄仪的应用前景进行展望。
Abstract: along with the development of the aerial photography, the traditional aerial photography has obviously is showing its limits, DMC, as a representative of the digital aerial photography in image is the quality and efficiency of many aspects such as the more obvious advantage has seen. This paper first introduced the DMC aerial photography RC30 instrument and the principle and data processing flow, and then separately from the aerial photography flight, data post-processing, sounding like control measurement and in the industry mapping several aspect, to the DMC aerial photography instrument of aerial photography efficiency on detailed analysis, this paper expounds the DMC aerial photography in the measurement of the aerial photography is the advantages and disadvantages, finally to DMC aerial photography of the instrument prospects were discussed.
关键词：DMC航摄仪，RC30航摄仪，效率
Keywords: DMC aerial photography device, instrument RC30 aerial photography, efficiency
中图分类号：TB852.1 文献标识码：A文章编号：
0引言
随着全国数字城市、城市地理信息系统的建立和推进，对彩色影像的需求越来越多，传统航空摄影对天气的苛刻要求，胶片色彩还原能力等局限越来越明显，成为制约我国航空摄影测图的瓶颈。计算机和CCD技术的发展促使国际上出现了直接获取数码影像的测量型数字航摄仪，可同时获取黑白、彩色及彩红外信息，无须胶片、冲洗、扫描，影像质量更稳定，具有高自动匹配成功率、更好的影像解译能力、有更多的飞行天气，全数字化作业，缩短生产周期等优点，成为一种重要的遥感数据获取手段。
1 DMC技术及其应用
DMC（Digital Mapping Camera），是目前世界上最先进的航摄相机，由德国蔡司（ZEISS）公司和美国Intergraph公司共同研制，综合了ZEISS公司世界上最先进的光学技术和Intergraph公司在数字摄影测量软件领域的领先技术，是数字摄影测量技术的一次技术革命。
1.1DMC主要技术参数如下：
相机焦距：120mm；CCD像素大小：12μm × 12μm；旁向幅面：13824 像素；航向幅面：7 680 像素；旁向视场角：69.3º（全色）、72.8 º（多光谱）；航向视场角：42 º（全色）、52.35 º（多光谱）。
1.2 DMC数据具有如下特点：
（1）多源性：一次拍摄，可同时获得全色数据、RGB多光谱彩红外数据、真彩色数据，全色和多光谱数据的覆盖范围相同，三种数据可以满足不同的需要。
（2）数据获取效率高：使用DMC相机，获得影像数据，无需冲洗、扫描，航摄飞行当天就能拿到数据产品，通过完成飞行质量检查，来决定是否需要及时补飞。
（3）可以获得更好品质的图像，DMC相机的几何精度和辐射分辨率优于或等于基于胶片的胶摄相机，胶片经过扫描仪得到的数字影像8bit为256个灰阶，而DMC相机12bit的分辨率具有1024个灰阶，因此细部层次和阴影部分可以获得更好的表现。
（4）大幅度提高了数据应用的时效性，节约了大量的后期成图的成本。
2RC30航摄仪原理
RC30镜头的特殊特性是高分辨率，可忽略的镜头畸变和高的透光率（f/4）。在可见和红外光谱范围内最佳的色差校正，允许使用全色，红外，彩色和彩色红外胶片。
表2-1 可使用的不同焦距的高性能镜头系统（像幅228mm*228mm）
3航空摄影测量工作流程
采用RC30航摄仪、DMC进行航空摄影测量的工作流程如图3.1 所示：
图3.1 航空摄影流程图
从图3.1看出，数字航摄仪航摄一次飞行可同时获取彩色和黑白影像，而采用RC30航摄仪则无法做到。同时，采用数字航摄仪航摄比RC30航摄省略了冲洗扫描步骤，且无需使用胶片。
4效率分析
本文主要通过飞行效率、冲洗扫描/ 数据预处理、外业像控测量、内业测图效率4个方面进行分析。
4.1 DMC 数字航摄仪效率分析
4.1.1 飞行效率
飞行效率分析数字航摄中，飞行高度（h）、影像地面分辨率（GSD）、航摄仪焦距（f）的关系可由公式表示：a/GSD = f/h 即h =（ f*GSD）/a，式中字母含义为：h—飞行高度，f—镜头焦距，a—像元尺寸，GSD—地面分辨率。
幅面宽与地面分辨率的关系为：幅面宽= 幅面像素数× 地面分辨率。
4.1.2 冲洗扫描及数据后处理效率分析
与数字航摄相比，采用RC30航摄仪获得的资料是航摄底片，想要获得用于测图的数字影像需经过冲洗、打号和扫描工序。冲洗和打号工序需要大量人力和设备，一般在飞行完成后10 ～ 30h完成。扫描工序十分耗时，采用25μm进行彩色底片扫描，每张需15 ～ 17min左右，即每小时扫描3 ～4片，若一架次飞行1000张航片，则需250 ～334h（昼夜不停扫描需11 ～14d）。
而数字航摄过程中，数字影像直接存储在磁盘阵列中，飞行完成后进行自动预处理，一般RC30航摄飞行1000张航片的区域进行自动预处理仅需要15 ～ 20h。可见，从飞行获取资料到生产出可供内业加密测图使用的数字影像方面的工序上，数字航摄更具越势。
4.1.3 外业像控测量效率分析
传统航摄区域网空三布点计算平高点及高程点间基线数可参考公式，计算后适当放宽。
Ms = ± 0. 28K•mQ（n3 + 2n + 46）1/2
Mh = ± 0. 88 H/b•mQ （n3 + 23n + 100）1/2
式中：Ms—加密点的平面中误差/ mm；Mh—加密点的高程中误差/ m；K—像片放大成图的倍数；H—相对航高/m；b—像片基线长度/ mm；mq—视差量测的单位权中误差/ mm；n—航线方向相邻控制点的间隔基线数/ 条。
由公式可见，放大倍数和间隔基线数相同，加密点平面中误差与视差量测单位权中误差成正比。
结合飞行获得的像片数分析，在航线数基本相当的情况下，采用DMC 相机航摄的摄区布设像片控制点数与采用RC30相机航摄的摄区布设像片控制点数相当或略多10 ～ 20%。
4.1.4 内业测图效率分析
对于框幅式相机而言，内业测图效率主要与所获取的相片数量有关，具体分析见表4-1传统航摄以扫描分辨率23μm为例）：
对表4-1 进行分析：在同样区域面积的飞行中，DMC相机与RC30航摄仪效率（ 主要看航线条数及飞行时间）基本持平或DMC 相机略优；而采用DMC相机获得的相片数量要多，约增加14 ～ 50% 的内业测图工作量，但随着计算机性能的提高和全数字摄影测量工作站的普及应用，内业工作量的增加对整体航空摄影测量效率和经费影响不大。而数字相机带来的优质图像、高清晰度、自动匹配程度高、影像调节、镶嵌自动化程度高等优点也能加快测图的进度。因此，总体而言二者效率基本相当。
表4-1业工作量分析表
表4-2 飞行效率分析表
①均采用常用航高的情况
分析结果如表4-2.均采用常用航高的情况下，大比例尺航摄中，地面分辨率DMC航摄仪最优，RC30航摄仪稍逊；旁向幅面宽度方面，1 : 500、1 : 1000、1 : 2000 比例尺航摄中DMC具一定优势，1 : 5000 比例尺中DMC 略逊色。
②均采用相同航高的情况
数字航摄中，地面分辨率取决于焦距与像元尺寸，旁向幅面宽度则取决于旁向像素数和地面分辨率，通过计算发现，在相同航高前提下，采用上述2种航摄仪的地面分辨率和旁向幅面宽度变化情况不随航高改变而改变，即数字航摄在地面分辨率方面有一定优势，但飞行航线数较常规有所增加。
4.2.2 冲洗扫描及数据后处理效率分析
作为数字航摄的一种，DMC航摄与RC30航摄相比，同样省去了冲洗扫描及打号工序，且飞行所获取的数据后处理的自动化较强。但是，也需要考虑到DMC作为一种新兴的数字航摄仪，其后处理软件还不太成熟，对数据后处理的效率也会造成一些影响。
5结论
以上分析表明，数字航摄仪在航摄效率方面明显优于传统航空摄影，同时，随着技术的进步，数字航摄仪技术也越来越成熟，不再只局限于小比例尺航摄，在大比例尺航空摄影中同样显示了其优势所在。同时，框幅式数字航摄仪与GPS/ IMU 的集成使用，会大大减少地面控制，从而提高航空摄影测量的效率。随着软件技术的进一步发展，数字摄影测量后处理也将逐步实现全自动化，这为数字摄影测量开辟了更加广泛的应用领域和应用前景。
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
