国外航空测绘相机的发展情况研究

（江西省测绘地理信息局后勤保障服务中心 江西南昌 330209）

1 引言

众所周知，航空测绘相机在获取地理遥感信息辅助环境保护、生态资源调查、国土资源管理、地质灾害监测、气候影响、GIS 建设等诸多领域起到了不可替代的作用。

航空测绘相机比星载光学测绘系统的优势在于前者无论是在空间分辨率和信噪比还是成本和灵活性上都具有天然的优势。随着社会发展的不断需求，航空测绘市场不断扩大，涉及到的行业也越来越广，纵向上，地理信息、国土监测、土地管理等要求不断加深，不单单满足于传统的面上的需求，更要求内部功能的完善；横向上，不断扩充到其他领域，比如，电力行业、水利行业、森林和矿产等。对于航空测绘产业来讲，这是一个机遇，所以，我们在发展航空测绘行业的时候对航空设备的要求也越来越高。

经过一个世纪的发展，航空测绘相机装备从一开始的胶片式发展到如今的数字式面阵/线阵探测器和多光谱相机，无论是在对地理信息的获取能力上还是在数据的丰富上都明显提高。在这个领域，国外发达国家无疑走在前面，领衔技术的发展和方向，产生了多个世界级的大厂商，比如LH、Z/I Imaging、VexCel、Applanix 等公司，他们也生产了一批知名的航空测绘相机装备，比如U1traCam、DSS、DMC、ADS等产品。

2 航空测绘相机发展概述

在上个世纪20年代就出现了在航空测绘相机方面的研究，1925年，Leica 应该是这方面的先驱，直到上世纪中叶，随着胶片的广泛应用，胶片型航空测绘相机也随之流行开来，在接下来的几十年里，计算机技术的进步，CCD (charge coupled device)技术给航空测绘相机发展带来了巨大的机遇，在七十年代，有德国公司DASA (daimler benz aerospace)创造了世界上第一台CCD 成像系统EOS，CCD 在作为航空测绘相机成像介质，是当时的航空测绘相机得到了长足的发展，在80年代后期，线阵CCD的出现为数字航空测绘相机的发展提供了技术支撑，所以在1995年数字航空摄影相机DPA （digital photogrammetry assembly）一经问世就引起了轰动。DPA的探测器由六条FairChild 公司生产的10 μm 线阵CCD 组成，像元12K，80mm 焦距，采用三线阵机制实现多光谱和立体测绘功能，实现对大比例尺的测绘需求。

到本世纪初，线阵数字式航空测绘相机技术越来越成熟以及相关产品对市场的占有度的提升，对传统胶片测绘相机带来了巨大打击，线阵数字式航空测绘相机由于其在获取数据的效率、数据处理的能力、系统的稳定性等方面的优势在国内外测绘领域得到了非常有力的支持，同时，在线阵数字航空测绘相机的不断发展的时候，面阵CCD 探测器的研发成功给数字航空测绘相机在性能上更加卓越，也为航空测绘领域注入新鲜血液。

3 航空测绘相机技术现状

数字式航空测绘相机技术经过多年发展已经十分成熟可靠，如今的胶片式相机基本离开了主流市场。由于国外在航空测绘相机领域研究的优势，早期发 展 起 来的Z/I Imaging、Optech、Applanix、LH、VexCel 等公司已经形成了一个团体垄断了该市场全球的9 成份额。这些公司的主要代表产品如图1所示。

图1 典型商用航空面阵测绘相机性能指

上个世纪90年代，DLR 研发出了WAOSS (wide angle optical stereo sensor)、HRSC (high resolution stereo camera)、WAAC (wide angle airborne camera) 等一批极具代表性的三线阵立体测绘相机，该批产品被用于美国宇航局的火星探测计划。

严格意义来讲，由于LH 与DLR的在技术方面的合作关系，而DLR 又具有在三线阵立体测绘相机的领先技术，所以LH 在航空测绘相机的技术源自Leica。2000年Leica 推出ADS40 数字测绘相机，之后的ADS 系列产品沿用三线阵的设计理念，线阵规模不断扩大，性能也得到了巨大的提升。在图2中，我们可以看到ADS 测绘相机的分光方法，它通过分光元件将光线分为3 路，再将这3 路分路分别投射在对应的探测器线列上。采用CCD 叠加和半像元错位技术可以提高系统分辨力。LH的强大技术实力让其产品在航空测绘相机市场中占得重要一席，而且具有重大的影响力。

图2 LH的三线阵立体测绘相机

另外，DMC（图3）和DSS 等航空测绘相机系列大都采用了用面阵探测器，其中，面阵规模最大的可达2.6亿像元，尺寸5-6μm，具备多光谱成像功能。面阵数字相机焦面一般为矩形，这样可以减少起飞次数和增加飞行覆盖宽度，还可以得到不同的视场角。为了应对系统对性能的要求，大部分镜头方案采取图3所示的方案。随着技术的不断完善和提升，像元尺寸可以比以前做小很多，如此一来，在同等面积下可以加大面阵规模。

图3 多镜头拼接的大面阵测绘相机(DMC)

上述研究表明，大面阵数字式多光谱测绘相机时代已经到来，我们有理由相信随着技术、装备的而不断成熟和完善，面阵数字式多光谱测绘相机将深深影响到航空测绘领域对工作效率、装备性能、适用性、数据传输、加工和存储等方面的构成。

3 发展趋势

航空测绘相机行业的发展是需要测绘产业的支持，测绘产业越成熟，航空测绘相机行业的发展就越深入和多样化。所以，用户需求才是航空测绘相机行业的第一生产动力，伴随着测绘领域市场规模的不断加大，我们相信测绘相机装备的研发和适用范围将提升到一个更高的层次。

另外，以测绘相机为主，机载LiDAR（light detection and ranging，激光雷达）等其他光学测绘装备相结合的多传感器航空光学测绘平台，在未来将会具有更大的竞争优势，基于多光谱或高光谱的遥感测绘技术将是未来的重要发展趋势。

总之，精度已经不是当前航空测绘相机最求的主要目标，系统的稳定性、适用的广泛性、工作的效率、处理流程的自动化等方面才是未来航空测绘相机领域需要解决的主要问题。

5 结束语

本文着眼于当前国外航空测绘相机的发展，通过对国外在这一领域发展的研究，不仅让我们的测绘工作者了解当前的先进设备和技术，也意在激励国内厂商对世界级厂商的追赶。当前，航空测绘系统多以数字测绘相机为主，机载LiDAR、高光谱仪等其他光学测绘装备，这样的集成可以获得更加有效的遥感数据，也是未来发展的主流方向。我们也更加确信大面阵、多光谱测绘技术的出现将领衔下一个测绘相机发展的时代。

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