面阵与线阵数字航空摄影机的区别

【摘 要】目前，数字航空摄影机已经取代胶片航空摄影机成为获取航空影像数据的主要传感器，当前国际主流的数字航空摄影机分为面阵和线阵两种。文中着重阐述从面阵与线阵数字航空摄影机的成像方式、影像特征等方面分析两者的不同之处。

【关键词】数字航空摄影机；线阵相机；面阵相机

1 引言

全国数字城市和城市地理信息系统的快步推进，作为获取基础地理信息数据主要手段的航空摄影测量应用前景广泛，但是传统胶片式摄影测量生产周期较长，生产效率较低，无法满足当前对基础地理信息数据的大量需求。源于CCD或CMOS等感光元件技术的成熟，出现了替代传统胶片成像的数字成像传感器，避免了胶片冲洗、晒印等多道工序，提高了获取数字影像的效率，降低了生产成本，数字航空摄影机已经取代光学航空摄影机成为获取航空影像数据的主要传感器。

根据CCD在成像平面上的分布不同，数字相机可以分为面阵CCD相机和线阵CCD相机。由于线阵CCD相机与面阵相机在构造上存在着差异，文中就两者在成像方式、影像特征、像片定向方法等方面上存在的不同进行阐述分析

2 成像方式

3 影像特征

由于面阵相机和三线阵CCD相机成像方式的巨大差异，也就带来了两者影像特征方面的差异。在面阵相机所获取的影像上，整幅影像的构像几何关系都遵从中心投影，像片上的任一像点都具有相同的投影中心，每一幅影像上仅有一个投影中心和一组外方位元素，如图3.1（a）所示。而三线阵CCD相机摄取的条带影像是利用了线阵CCD和航摄飞机的飞行推扫运动生成的，影像是由一系列的扫描行构成，其影像具有“线中心投影”的特点，每一条扫描行具有各自的投影中心，各扫描行都有它自身的外方位元素，如图3.1（b）所示。

由于整幅影像的构像几何关系都遵从中心投影，在面阵相机所获取的影像上，根据地面起伏引起的像点位移公式 可知，航摄像片上某像点到像底点的辐射距离r越大，该像点在像片上的像点位移δh就越大。影像上具有相同高度物体的投影差从底点向四周辐射，距离底点越远，相应的像点位移也越大。

对于三线阵CCD传感器来说，其获取的影像的几何性质与面阵相机不同，其获取的每一扫描行影像的构像几何关系都具有中心投影的性质，在垂直航向的方向上地物的像点位移与面阵相机有相同的性质。根据公式 ，三线阵CCD影像在航向上的r是一定值，因此在H和h固定的情况下，获取的三条影像中任一条影像上相同高度物体的像点位移都是一个常量，物体的像点位移仅仅是其高度的函数而与物体在影像上的所处位置无关。这就意味着由中视影像生成的正射影像在航向上只有小幅度或者没有建筑物倾斜。

4 像片定向的方法

在航空摄影测量中，无论采用面阵航摄仪还是线阵推扫航摄仪，其关键任务是航摄仪的几何定位，即准确获取航摄仪曝光瞬间摄站的空间位置与姿态。目前航摄像片定位的方法主要有地对空和空对地两种方式。地对空方法是借助大量地面控制点及其在像片上的构像，先求出像片的外方位元素，进而确定像片上任意目标的空间坐标，面阵航摄仪主要使用这种方法。

三线阵CCD对地面的扫描是连续的，几乎需要给出每一瞬间的外方位元素，采用地对空方法，通过地面控制点解算每个扫描行的外方位元素在实际应用中是不可行的。目前多采用空对地方法，通过POS系统直接获取航摄仪曝光时刻的位置与姿态信息。空对地方法，就是在飞行载体上安装如POS系统，通过定位定姿系统获取航摄仪曝光时刻的位置与姿态信息，然后利用空间前方交会确定像片上任意目标在实际空间中的位置，也称为POS辅助航空摄影测量。

5 其他方面

在面阵相机影像的后处理中，航片与航片之间在加密处理过程中是以独立模型的方式形成立体像对的，因此可以按照所需要的方式对某一个摄区的不同航线和同一条航线的不同张航片进行比较自由的分区加密。现有的大部分数字摄影测量软件可以直接处理面阵相机获取的影像。而三线阵采用推扫式扫描成像，每一条航线都是连续无缝记录地面信息，一条航线是由一张影像记录的，单条影像数据量大，现有的处理软件较少。

参考文献：

[2]李德仁.GPS用于摄影测量与遥感[M]，北京：测绘出版社，1996.

[3]蒋经天.数字航摄仪技术应用与试验[D].太原：太原理工大学，2007.

[4]赵磊，张森，尹志强等.ADS40数字航空摄影与传统航空摄影之比较[J].城市勘测，2009（2）.

[5]韩磊，蒋旭惠.几款数字航摄相机的应用与比较[J].城市勘测，2006（5）.

[6]宫照.几种常见数字航摄仪的分析与比较[J].测绘工程，2010（1）.