航空遙感學(xué)習(xí)

1、 概述 航空遙感是以中低空遙感平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)行攝影（或掃描）成像的遙感方式。航空遙感所獲取的圖像空間分辨率較高，且具有較大的靈活性，適合比較微觀的空間結(jié)構(gòu)的研究分析。飛機(jī)和氣球的航線和高度可以在一定范圍內(nèi)變化，而且便于載人和資料回收一集設(shè)備的檢修更換。但是航空要搞得費(fèi)用十分昂貴，不可能在短期內(nèi)對(duì)同一區(qū)域反復(fù)攝影成像，因而限制了航空遙感在動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究方面的應(yīng)用。航空遙感系統(tǒng) 一 航空遙感平臺(tái) 航空遙感平臺(tái)一般是指高度在80km以下的遙感平臺(tái)，主要包括飛機(jī)和氣球兩種。航空平臺(tái)的飛行高度較低，機(jī)動(dòng)靈活，而且不受地面條件限制，調(diào)查周期短資料回收方便，因此其應(yīng)用十分廣泛。二 航空遙感方式 為了獲得航空遙感

2、的基礎(chǔ)資料，首先要進(jìn)行航空攝影。通常進(jìn)行一下工作： 一是攝影前的準(zhǔn)備工作。當(dāng)航空攝影區(qū)域較大和區(qū)域內(nèi)地形起伏明顯時(shí)，應(yīng)當(dāng)在舊的地圖上將區(qū)域劃分為若干分區(qū)。然后編輯航空攝影設(shè)計(jì)書，包括確定航空攝影比例尺，航空攝影機(jī)的選擇。攝影航高的確定，航向和旁向重疊的計(jì)算，攝影極限和航線間距的確定等工作。同時(shí)計(jì)算曝光間隔和曝光時(shí)間，編輯航空攝影領(lǐng)航圖。 二是空中攝影的實(shí)施。航空攝影必須按航空攝影計(jì)劃書驚醒。攝影時(shí)還應(yīng)考慮風(fēng)向和風(fēng)速，依據(jù)攝影時(shí)的風(fēng)速和飛機(jī)速度，進(jìn)行偏流角的修正，使攝影方向與設(shè)計(jì)一致。通常采用的定向裝置按航空攝影設(shè)計(jì)航線進(jìn)行，保持?jǐn)z影航線互相平行。攝影時(shí)間一般在上午9時(shí)至下午4時(shí)，攝影完畢后，應(yīng)

3、即時(shí)進(jìn)行攝影處理。 航空攝影的基本分類根據(jù)用途的不同，航空攝影可選用不同的方式，以得到功能不同的航空像片。（一）按像片傾斜角分類像片傾斜角分類（像片傾斜角是航空攝影機(jī)主光軸與通過透鏡中心的地面鉛垂線（主垂線）間的夾角），可分為垂直攝影和傾斜攝影。傾斜角等于0的，是垂直攝影垂直攝影，這時(shí)主光軸垂直于地面（與主垂線重合），感光膠片與地面平行。但由于飛行中的各種原因，傾斜角不可能絕對(duì)等于0，一般凡傾斜角小于3的稱垂直攝影。由垂直攝影獲得的像片稱為水平像片。水平像片上地物的影像，一般與地面物物體頂部的形狀基本相似，像片各部分的比例尺大致相同。水平像片能夠用來判斷各目標(biāo)的位置關(guān)系和量測(cè)距離。傾斜角大于3

4、的，稱為傾斜攝影傾斜攝影，所獲得的像片稱為傾斜像片。這種像片可單獨(dú)使用，也可以與水平像片配合使用。 （ 二） 按感光材料分類感光材料分類可分為普通黑白攝影、天然彩色攝影、黑白紅外攝影、彩色紅外攝影、多光譜攝影和機(jī)載側(cè)視雷達(dá)。 1.普通黑白攝影普通黑白攝影，這是城市航空攝影測(cè)量中使用的基本資料，這類像片就有幾何形變小、像片傾斜角小、空間分辨率高以及可進(jìn)行立體觀察等特點(diǎn)，其用途極廣。 2.天然彩色攝影天然彩色攝影，能較好的現(xiàn)實(shí)景物的天然色彩且具有較高的空間分辨率，其信息量比黑白像片豐富得多。但由于藍(lán)光在穿過大氣時(shí)被嚴(yán)重散射，使彩色航片的色調(diào)存在著不飽和度、偏藍(lán)綠色及波譜分辨率下降等缺陷。所以目前航

5、空攝影一般都濾去藍(lán)光波段，增加近紅外通道，同時(shí)采用彩紅外膠片成像。 3.黑白紅外攝影黑白紅外攝影，是在攝影時(shí)加用黑白濾光片，濾去全部可見光（或爆率可見光的部分波長(zhǎng)范圍），同時(shí)使用增感紅外膠片而得。 4.彩色紅外攝影彩色紅外攝影，由于在攝影時(shí)濾去了藍(lán)光波段，大氣散射的影響減小，色調(diào)飽和度高，圖像清晰，在航空遙感中得到了廣泛應(yīng)用。 5.多光譜攝影多光譜攝影，通過加不同濾光片和使用敏感波段不同的黑白膠片攝影，可以同時(shí)獲取多個(gè)波段的黑白航空像片。這種多譜段航片既可分波段使用，以分析對(duì)該波段蜜柑的地物類別和現(xiàn)象，也可以進(jìn)行彩色合成，制成模擬的天然彩色航片或彩色紅外航片等；亦可進(jìn)行光學(xué)相關(guān)掩膜等處理，以突

6、出顯示某些信息。 6. .機(jī)載側(cè)視雷達(dá)機(jī)載側(cè)視雷達(dá)，是一種主動(dòng)式微波傳感器，由于發(fā)射到地表的微波散射情況隨物質(zhì)種類和地表粗糙度的不同而變化，因此較高空間分辨率的雷達(dá)圖像上包含地物的很多信息。（三）（三） 按攝影實(shí)施方式按攝影實(shí)施方式 1.單片攝影單片攝影，為特點(diǎn)目標(biāo)或小地塊進(jìn)行的攝影，一般獲得一張、一對(duì)或數(shù)張不練需的像片。 2.單航線攝影單航線攝影，沿一條航線對(duì)地面上狹長(zhǎng)地帶或線狀地物（如鐵路、公路、河流、管道等）進(jìn)行連續(xù)的攝影，為了使相鄰兩像片之間沒有航攝漏洞，也為了做立體觀察，應(yīng)使相鄰兩像片之間有一部分互相重疊，這重疊的部分叫做航向重疊。航向重疊的面積與一張像片的總面積之比稱為航向重疊度，

7、一般為60%，不得小于53%。 3.多航線攝影多航線攝影，這是沿?cái)?shù)條平行的直線航向?qū)σ粋€(gè)廣大區(qū)域進(jìn)行的連續(xù)的、布滿全區(qū)的攝影。它是由幾個(gè)互相平行的、互相連續(xù)并有一定重疊部分的單航線攝影組成的。除了有航向重疊外，在相鄰航線的諸相鄰像片之間也有一定的重疊，稱為旁向重疊。旁向重疊面積與一張像片總面積之比稱為旁向重疊度，一般為15%30%。為了避免飛行距離太長(zhǎng)可能產(chǎn)生較大飛行偏差，一般限制航線的長(zhǎng)度為60120km，航線一般為東西（或南北）方向飛行的航線。（四）（四） 按攝影比例尺按攝影比例尺1.大比例尺航空攝影：像片比例尺大于1 : 1萬(wàn)萬(wàn) ；2.中比例尺航空攝影：像片比例尺為1 : 1萬(wàn)萬(wàn) 1 :

8、 3萬(wàn)萬(wàn) ；3.小比例尺航空攝影：像片比例尺為1 : 3萬(wàn)萬(wàn) 1 ：10萬(wàn)萬(wàn) ；4.超小比例尺航空攝影：像片比例尺為1 : 10萬(wàn)萬(wàn) 1 ：25萬(wàn)萬(wàn) ；航空遙感的特點(diǎn) 航空遙感是遙感技術(shù)的重要組成部分，與其他遙感技術(shù)系統(tǒng)相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)：1.航空遙感空間分辨率高、信息容量大。利用航空像片，可以取得較精確的位置、方位、距離、面積、高度、體積和坡度等數(shù)據(jù)。2.航空遙感靈活，適用于一些專題遙感研究。它可以根據(jù)用戶的需求，靈活選擇具有特定空間分辨率、波譜分辨率、時(shí)間分辨率的傳感器，設(shè)計(jì)航空測(cè)量飛行的方案和路線等。3.航空遙感作為實(shí)驗(yàn)性技術(shù)系統(tǒng)，是各種星載遙感儀器的先行檢驗(yàn)者。一般來說，檢驗(yàn)傳感器的功

9、能首先需要遙感飛機(jī)作為平臺(tái)在地面試驗(yàn)場(chǎng)上空收集數(shù)據(jù)。尅可以認(rèn)為一切星載遙感儀器都是以機(jī)載實(shí)驗(yàn)為前提的。4.信息獲取方便。航天遙感需要衛(wèi)星，因此受到時(shí)間和空間限制，不能隨時(shí)對(duì)干興趣的目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)。而航空攝影的平臺(tái)主要是飛機(jī)，受到的限制少，可以隨時(shí)隨地度需要偵察或普查的地區(qū)盡心遙感。 與其他遙感技術(shù)系統(tǒng)一樣，航空遙感也有其固有的弱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：航空遙感受天氣等條件限制大；航空遙感的觀測(cè)范圍受到限制；航空遙感數(shù)據(jù)的周期性和連續(xù)性不如航天遙感。航空像片的幾何特性與物理特性 航攝像片是空中用航攝儀對(duì)地面攝影取得的，它航攝像片是空中用航攝儀對(duì)地面攝影取得的，它是地面的是地面的中心投影中心投影。因?yàn)楹綌z時(shí)

10、，各地物點(diǎn)的光。因?yàn)楹綌z時(shí)，各地物點(diǎn)的光線都通過航攝儀物鏡中心（投影中心）后與底片線都通過航攝儀物鏡中心（投影中心）后與底片（投影面）相交（底片感光），產(chǎn)生地物點(diǎn)的影（投影面）相交（底片感光），產(chǎn)生地物點(diǎn)的影像。像。 中心投影構(gòu)成的像有正負(fù)之分，根據(jù)透鏡成像原中心投影構(gòu)成的像有正負(fù)之分，根據(jù)透鏡成像原理，如果物體和投影面位于投影中心兩側(cè)，其投理，如果物體和投影面位于投影中心兩側(cè)，其投影像為負(fù)像；物體和投影面位于同一側(cè)時(shí)，得到影像為負(fù)像；物體和投影面位于同一側(cè)時(shí)，得到正像。因此，航片是地面的中心投影正像。正像。因此，航片是地面的中心投影正像。 航空像片的比例尺像片比例尺像片比例尺：航空像片上某線

11、段長(zhǎng)度（ ab ）與地面相應(yīng)線段長(zhǎng)度之比（AB），用1/M表示 1/M = f/H = ab/AB f：物鏡的焦距；H：飛行器的相對(duì)航高 F 可在像片的邊緣獲相應(yīng)的影像資料（航攝報(bào)告、設(shè)計(jì)）中找到；H由攝影部門提供； 航高、地形起伏會(huì)影響比例尺 主比例尺主比例尺：用航高儀記錄的像主點(diǎn)航高計(jì)算的像片比例尺 平坦地區(qū)。在平坦地區(qū)，當(dāng)像片傾角小于1時(shí)，由于地形起伏和像片傾斜所引起的誤差很小，像片上各部分比例尺變化也很小，故可用像片的平均比例尺作為像片的比例尺。 丘陵地區(qū)。丘陵地區(qū)由于地形起伏引起投影差，使像片各處的比例尺不一致，所以不能采用上述像片平均比例尺的方法，而必須按測(cè)站求各點(diǎn)的平均比例尺。航

12、空像片上特殊的點(diǎn)線1.像主點(diǎn)像主點(diǎn)：主光軸OS與像平面垂直的焦點(diǎn)o稱為像主點(diǎn)，地面上的響應(yīng)點(diǎn)稱為地主點(diǎn)O。2.像底點(diǎn)像底點(diǎn)：通過鏡頭中心S的鉛垂線（即主垂線NSn）與像面的交點(diǎn)n稱為像底點(diǎn)，地面上 的相應(yīng)點(diǎn)稱為像底點(diǎn)N。地面上的鉛垂線投影通過像底點(diǎn)。3.等角點(diǎn)等角點(diǎn)：主光軸SO與主垂線NSn夾角a（即像片傾角）的二等分線與像平面及地面的交 點(diǎn)，都稱為等角點(diǎn)。用c（像片上的等角點(diǎn)）及C（地面上等角點(diǎn)）表示。4.主縱線主縱線：包括主光軸與鉛垂線的平面（主垂面W）與像平面的交線vv為主縱線，它在地面上相應(yīng)線為攝影方向線VV。5.主橫線主橫線：在像片上凡與主縱線垂直的線，稱為 像水平線hh，通過像主點(diǎn)

13、的像水平線為主橫線 hoho。6.等比線等比線：像平面上通過等角點(diǎn)c的像水平線，稱 為等比線hchc，在此線上的像片比例尺與同一 航高的水平像片的比例尺相等。7.真水平線真水平線：通過鏡頭中心S所做的水平面與像片 面的交線hihi。8.主合點(diǎn)主合點(diǎn)：主縱點(diǎn)與真水平線的交點(diǎn)i。9.透視軸透視軸：延長(zhǎng)像片面與地平面相交的直線為透視 軸TT。航空像片的物理特性（一）基本概念（一）基本概念1.色調(diào)：色調(diào)： 是地物電磁輻射能量在像片上的模擬記錄，在黑白像片上表現(xiàn)為不同的明暗程度灰度；在彩色像片上表現(xiàn)為不同的顏色色彩。2.色彩：色彩： 彩色像片上某一部分的顏色稱為色彩。它能反映物體輻射或發(fā)射的輻射光譜特性

14、。3.灰階：灰階： 灰度是定量地表示黑白像片上某一部分黑白深淺程度的特征量。一般 以灰度等于0表示全黑，灰度等于1表示全白，0灰度1?；译A的總數(shù)只能取整數(shù)，不能取小數(shù)或負(fù)數(shù)。4.亮度系數(shù)：亮度系數(shù)： 在航空像片中，常常使用亮度系數(shù)這個(gè)量來表示地物反射（或發(fā)射）光的能力。亮度系數(shù)P的定義是：在相同照度下，某物體表面亮度與絕對(duì)白色的理想物體表面亮度之比。 一般以垂直于物體表面方向上的亮度系數(shù)作為該物體的亮度系數(shù)，連讀系數(shù)的基本特點(diǎn)：（1）物體的亮度系數(shù)的范圍很大，不同類物體之間的亮度系數(shù)的差別可能相當(dāng)大。（2）同類物體，由于干濕程度不同，其亮度系數(shù)也不同，干燥物體的P值大，潮濕物體的P值小。（3）表面光滑的物體的亮度系數(shù)比表面粗糙物體的亮度系數(shù)大。（4）物體的亮度系數(shù)與其顏色有關(guān)。像片的立體觀測(cè) 用光學(xué)儀器或肉眼對(duì)一定重疊率的像對(duì)進(jìn)行觀察，獲得地物和地形的光學(xué)立體模型，稱為像片的立體觀察，它的原理是根據(jù)人對(duì)物體的雙眼觀察。 像對(duì)的立體觀察條件 必須是由不同的攝影站對(duì)同一地區(qū)所攝影的兩張像片。 兩張像片的比例尺相差不得超過16%。 兩眼必須分別各看兩張像片上的相應(yīng)影像，即左眼看左像，右眼看右像