航天相機(jī)的數(shù)字化應(yīng)用與發(fā)展

徐伯青

【摘要】近年來，遙感成像技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，從而推動了數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，而航天相機(jī)作為航天遙感器中最重要的遙感器，其數(shù)字化的應(yīng)用也日趨成熟。本文首先從航天相機(jī)的概述以及分類對航天相機(jī)作了簡單敘述，其次從基于線陣CCD的數(shù)字成像技術(shù)以及基于面陣CCD的數(shù)字成像技術(shù)兩方面介紹了航天相機(jī)的數(shù)字化的應(yīng)用于發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】航天相機(jī)；數(shù)字化；應(yīng)用與發(fā)展

一、航天相機(jī)簡介

（一）航天相機(jī)概述

航天相機(jī)包括很多種類型，其中有航天偵查相機(jī)、航天測繪相機(jī)、航天光譜相機(jī)以及成像光譜儀。而航天相機(jī)作為航天遙感器中最重要的遙感器，其應(yīng)用也是十分廣泛的。航天相機(jī)應(yīng)用于民用方面，可用于城市規(guī)劃、土地利用、采礦、資源管理、環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)調(diào)查以及地理信息服務(wù)等多方面領(lǐng)域，航天相機(jī)利用在軍事上，可以用作國防監(jiān)測、情報搜集、精確測圖以及目標(biāo)指引等多方面，航天相機(jī)也可以用于跟蹤機(jī)場跑道、導(dǎo)彈并射井以及防御設(shè)施等目標(biāo)的施工進(jìn)展?fàn)顩r等等。由于航天相機(jī)的大量應(yīng)用，近年來世界很多國家都在積極努力的研制航天相機(jī)，以期進(jìn)行航天遙感工作。

（二）航天飛機(jī)分類

航天相機(jī)一般是裝在航天器上的，是一種對天體、地球以及各種宇宙現(xiàn)象進(jìn)行攝影的精密的光學(xué)儀器，一般情況下，其以人造衛(wèi)星為主，其中包括航天飛機(jī)、載人飛船、太空站以及各種行星探測器等等。航天相機(jī)可以按照成像方式進(jìn)行分類，一般分為以下幾種：

（1）全景式

全景式的航天相機(jī)在攝影時只會應(yīng)用鏡頭視場中心中具有比較高分辨率的部分，會在垂直于飛行方向進(jìn)行掃描，從而實現(xiàn)寬攝影覆蓋要求，但通過其進(jìn)行攝影的照片經(jīng)常會出現(xiàn)全景畸變的現(xiàn)象，因而這一方式經(jīng)常會用于發(fā)現(xiàn)、偵查以及識別目標(biāo)，還可以為地形測繪完成一些大比例尺地圖的高程以及平面測量。

（2）畫幅式

畫幅式航天相機(jī)在攝影時一般光軸指向不會發(fā)生變化，它可以利用啟閉快門從而將鏡頭視場內(nèi)的地物影像在感光膠片上進(jìn)行聚焦，畫幅式航天相機(jī)一般攝得的照片的幾何關(guān)系嚴(yán)格，其一般會用于建立地形控制網(wǎng)以及目標(biāo)定位。

（3）航線式

線陣相機(jī)就屬于航線式航天相機(jī)，其在近些年來已經(jīng)獲得了飛速的發(fā)展，一般情況下航天攝影會采用多臺不同功能的相機(jī)從而組成一定的相機(jī)系統(tǒng)，而畫幅式航天相機(jī)一般會用于進(jìn)行地物影像定位，而一般在進(jìn)行地物影像識別時會利用全景式航天相機(jī)。

二、航天相機(jī)的數(shù)字化應(yīng)用與發(fā)展

近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)以及遙感成像技術(shù)的不斷發(fā)展，其中基于面陣CCD或者是基于線陣CCD的數(shù)字成像技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，使得航天相機(jī)從傳統(tǒng)的膠片記錄方式逐漸跨越到了數(shù)字化的記錄方式，從而使得遙感測繪流程的全數(shù)字化得以逐漸實現(xiàn)。

（一）基于線陣CCD的數(shù)字成像技術(shù)

迄今為止，基于線陣CCD的數(shù)字成像技術(shù)的航天相機(jī)的研發(fā)已經(jīng)相對成熟，它已經(jīng)在星載系統(tǒng)得到了十分廣泛的應(yīng)用，它比較容易實現(xiàn)較高的分辨率以及較寬的覆蓋面，但是其對平臺要求相對來說比較高，需要一些跟高精度的測姿定位的設(shè)備支持，而且其數(shù)據(jù)的后處理也比較復(fù)雜。

（二）基于面陣CCD的數(shù)字成像技術(shù)

21世紀(jì)之后，基于面陣CCD的數(shù)字成像技術(shù)得到了較快的發(fā)展，并且有了大幅度的提高，而能夠應(yīng)用于工程的單個面陣的器件元總數(shù)也大大增加。同時，面陣CCD拼接技術(shù)也有一定程度的突破，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程實踐。而大面陣的相機(jī)技術(shù)也已經(jīng)逐漸成為了對地觀測信息獲取領(lǐng)域的一個新的研究熱點。而大面陣航天相機(jī)可以分為以下幾種模式：

（1）高分辨率交向立體攝影測量模式

高分辨率交向立體攝影測量模式是在對地進(jìn)行高分辨率的觀測的條件的基礎(chǔ)上，從而滿足經(jīng)典的攝影測量條件從而對地觀測進(jìn)行改進(jìn)的一種觀測模式。其一般是通過單臺相機(jī)的快速側(cè)擺從而進(jìn)行立體成像或者是兩臺或幾臺相機(jī)固定交會角從而進(jìn)行立體成像的。這一成像技術(shù)能夠在分辨率相等的條件下從而獲得較高的高程的測量精度。一般在采用單臺相機(jī)從而實現(xiàn)交向立體攝影時會對衛(wèi)星平臺支持的快速機(jī)動側(cè)視觀測能力有一定的高球。而大面陣的航天相機(jī)一般對衛(wèi)星平臺的穩(wěn)定度要求較低、測繪應(yīng)用處理的論較為嚴(yán)密以及內(nèi)部的幾何精度也比較高，而在這一情況下采用這一模式可以更容易實現(xiàn)高精度以及高分辨率的觀測。這一模式是以傳統(tǒng)的測量模式為基礎(chǔ)的，但是在高分辨交向攝影的條件下也有一些缺陷，比如說其遮擋較為嚴(yán)重，當(dāng)分辨率越高時，地形的起伏也越劇烈情況下，立體成像的盲區(qū)也就越大，而且其自動化處理的成功率也很低，大多數(shù)情況下會使用人工交互，而且立體像對輻射以及幾何的差異也較為明顯。

（2）小基線立體攝影測量模式

小基線立體攝影測量模式是為地表高程變化劇烈的一些地區(qū)從而設(shè)計的一種觀測模式。其能夠在高分辨率的條件下使得成像盲區(qū)大大減小，自動化處理的成功率也較高，通常情況下可以實現(xiàn)完全的自動化。因為其為單臺相機(jī)進(jìn)行垂直攝影，因此對衛(wèi)星系統(tǒng)的要求比前面所敘述的模式的要求相對來說較低，而且影像的分辨率也很高。小基線立體攝影觀測理論也為高精度的對地觀測系統(tǒng)提供了一創(chuàng)新性的思路，而且通過單臺相機(jī)的連續(xù)攝影也可實現(xiàn)城市地區(qū)大比例尺立體的測圖。但是其要求傳感器的幾何關(guān)系精密檢校，要能夠從離散的數(shù)字圖像中進(jìn)行連續(xù)圖像的重建。但其在實際應(yīng)用中也存在著一些不足，其立體圖像并不適合人眼觀測。

三、結(jié)束語

隨著遙感成像技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行全面改造是大勢所趨，而數(shù)字化技術(shù)也正處于蓬勃發(fā)展的過程當(dāng)中，這便造成了航天相機(jī)中數(shù)字化的應(yīng)用是一個一邊規(guī)劃、一邊實施、一邊進(jìn)行改進(jìn)的一個循序漸進(jìn)的過程。盡管目前基于面陣CCD以及基于線陣CCD的數(shù)字成像技術(shù)已經(jīng)開始日趨成熟，其也使得航天相機(jī)由傳統(tǒng)的膠片記錄方式全面進(jìn)入了數(shù)字記錄方式，使得航天相機(jī)的全數(shù)字化也開始逐漸實現(xiàn)，但是其在發(fā)展過程中也存在著種種的不足，應(yīng)該立足于這些不足，使得航天相機(jī)的數(shù)字化得到更為深刻的發(fā)展。