1、航空摄影技术,河南理工大学测绘学院,主要内容,1 航空摄影概述 2 航空摄影合同 3 航空摄影技术计划 4 航空摄影质量的要求与检查,1 航空摄影概述,1.1 航空摄影的概念在飞机上利用航空摄影机（航摄仪）按照规定的技术要求摄取地面景物像片的过程称为航空摄影。,航空摄影技术,1 航空摄影概述,1.2 航空摄影的分类像片倾斜角：摄影主光轴与铅垂线的夹角。,航空摄影技术,一般用表示,1.2 航空摄影的分类,1.2.1 按航空摄影倾角分类(1)竖直航空摄影(2)倾斜航空摄影,航空摄影技术,1.2.2 按航空摄影区域分类(1)大面积航空摄影(2)线状地带航空摄影(3)小面积或独立地块航空摄影 1.2.
2、3 按航空摄影比例尺分类(1)大比例尺航空摄影(2)中比例尺航空摄影(3)小比例尺航空摄影,1.2 航空摄影的分类,航空摄影技术,1.3 航空摄影技术过程,航空摄影技术,1,2,3,4,5,6,7,1.4 航空摄影中的几个概念,1.4.1 重叠度 1.4.2 基高比 1.4.3 垂直夸大(超高感) 1.4.4 构架航线,航空摄影技术,1.4.1 重叠度,(1)航向重叠度,航空摄影技术,(2)旁向重叠度,px,lx,py,lx,航线方向相邻像片的重叠长度与像片尺寸的百分比称为航向重叠度。,相邻航线的重叠长度与像片尺寸的百分比称为旁向重叠度。,1.4.1 重叠度,(3)用地面距离表示重叠度,航空摄
3、影技术,Bx,相邻摄站间的距离Bx称为摄影基线，相邻航线距离By称为航线间隔。,结论：控制重叠度主要是控制摄影基线Bx和航线间隔By 。,1.4.1 重叠度,(4)地形起伏对重叠度的影响,航空摄影技术,结论1：,结论2：海拨越高，重叠度越小；由于地形起伏的影响，为了达到用户要求的重叠度qx，平均基准面上的重叠度qx必须大于qx ，即必须在用户规定的重叠度基础上增加地形起伏引起的重叠度改正数。 qx qx 焦距越长，地形起伏引起的重叠度改正数越小。越有利于减少像片数量并减少成图工作量。,1.4.2 基高比,摄影基线与航高的比值称为基高比，即：,航空摄影技术,基高比与航高、航向重叠度和主距成反比，
4、而与沿航向的像幅边长成正比。基高比越大，航向重叠度越小。摄影测量的高程测量精度为：,R：空间分辨率（GSD） 基高比越大，高程精度越高，反之，越低。空间分辨率（GSD）越高，高程精度越高。,生理视差：同一物体像点的左右距离之差,F点的生理视差为0，比F点远的A点，生理视差0。,-,+,-,+,O1,O2,1.4.3 垂直夸大(超高感),f1、f2为视网膜中心,像点的视差：指立体像对上同名像点的左右坐标之差。在理想像对上，像点的上下视差（纵视差）等于0。左右视差也即横视差一般不为0，常用P表示。,Pa=xa1-xa2 Pc=xc1-xc2,1.4.3 垂直夸大(超高感),1.4.3 垂直夸大(超
5、高感),航空摄影技术,在立体模型中观测到的高差,：左右视差较；Bx:摄影基线；f:航摄仪焦距P0：起始点的左右视差； Pa：A点的左右视差。be：观测者的眼基线d: 立体镜主距（立体镜透视中心至像片的距离）: A点与O点的高差,高差：,mv:在立体镜内所观测到的立体模型在垂直方向上的比例尺。 mp :立体模型在水平方向的比例尺。 V:立体模型在垂直方向的比例尺与水平方向的比例尺之比，表示立体模型在垂直（高程）方向的变形。航空像片立体观察时，观察到的立体模型垂直比例尺大于水平比例尺，使立体模型看起来比实地陡峭，这种现象称为立体观察时的垂直夸大或超高感。如立体模型中的山体被拉升变高。 垂直夸大与基
6、高比成正比。H：立体模型中，模型点离开立体镜透视中心的距离。,1.4.3 垂直夸大(超高感),垂直夸大是造成坡度夸大的直接原因。 坡度夸大：设地面本身的坡度是a,立体观测时立体模型中对应的坡度为a，立体模型的坡度夸大为S=a/a。,1.4.3 垂直夸大(超高感),1.4.4构架航线,构架航线是指摄影测区内，为减少野外控制点的布设，在航线两端加飞的若干条与测图航线垂直的航线。同义词：控制航线；骨架航线 。 A. 构架航线的摄影比例尺应比测图航线的摄影比例尺大25左右，航向重叠度应不小于80，应保证隔号像片能构成正常重叠的立体像对。 B.位于测区周边的构架航线，要保证其像主点落在测区边界线之外，两
7、端要超出测区边界线四条基线。 C. 位于摄区内部的构架航线，应保证其像主点落在所跨乘的图廓线两侧测图航线半条基线的范围内。 D. 控制航线间的交叉衔接处，要保证有不少于四条基线的相互重叠。,航摄合同的主要技术内容应包括： (1)航摄地区和摄区范围（选择基础地理数据，在旧地形图上标出）、航摄分区； (2)航摄仪检定、测图比例尺和摄影比例尺或空间分辨率； (3)航线敷设方法、像片航向和旁向重叠度； (4)航摄仪类型、技术参数和航摄附属设备； (5)航摄季节和时间； (6)飞行质量和影像质量的检查、补摄与重摄。 (7)需提供的航摄成果的名称和数量； (8)其它特殊技术要求等。,2 航摄委托书(合同)
8、的拟定,根据测图需要，拟定航摄任务，由航摄委托单位和航摄执行单位共同商定有关具体事项，制定航摄计划，签订航摄合同。,航摄计划与航摄设计 设计用基础地理数据的选择2011,设计用基础地理数据应选择摄区最新制作的地形图、影像图或数字高程模型，其比例尺一般应根据测图比例尺按下表规定选用。,摄区范围图,航空摄影技术,摄影比例尺,胶片航空摄影比例尺确定原则：在满足成图精度和影像判读需要的条件下，应尽量减小摄影比例尺。,航空摄影技术,成图比例尺 航摄比例尺 1:500 1:2000-1:3500 1:1000 1:3500-1:7000 1:2000 1:7000-1:14000 1:5000 1:100
9、00-1:20000 1:10000 1:20000、1：25000、1:32000 1:25000 1:25000-1:60000 1:50000 1:50000 1:100000 1:60000-1:100000,表2 航摄比例尺与成图比例尺之间的关系,摄影比例尺,问题：数字航空摄影的摄影比例尺如何确定？,航空摄影技术,GSD的确定？地面分辨率的选择2011,GSD决定着最高测图精度和判读能力。,4、航摄计划与航摄设计航线的敷设,航线敷设应遵循以下原则： 航线一般按东西向平行于图廓线直线飞行，特定条件下亦可作南北向飞行或沿线路、河流、海岸、境界等方向飞行； 航线间隔（曝光点）应尽量采用数字
10、高程模型依地形起伏逐点确定； 单条航线最长飞行时间一般不应超过25min，最大不应超过30min。 水域、海区常规敷设航线时，应尽可能避免像主点落水，要确保所有岛屿覆盖完整，并能构成正常重叠的立体像对。 按常规方法敷设航线，航线应平行于图廓线。位于摄区边缘的航线应敷设在外缘图廓线上或图廓线外。,像片重叠度 航向重叠度：60-65%，旁向重叠度：30%,4、航摄计划与航摄设计 飞行地速的设计,地速，单位为千米每小时（km/h）；地面分辨率，单位为米（m）；传感器扫描周期，单位为秒（s）。 像移：目标点在像片上的构象点与其理想点位的差异。,4、航摄计划与航摄设计 航摄仪的选择与检定,航摄仪的选择主
11、要根据飞行平台、地面分辨率和测图精度等要求综合考虑确定。所选航摄仪的基本性能不应低于以下要求：a)内方位元素可精确测定；b)综合分解力每毫米内不应少于40线对；c)单相机综合畸变差改正后的残差应小于0.3个像素；d)航摄仪的全色波段和天然真彩色波段的光谱响应范围应覆盖400nm700nm，多光谱的近红外波段光谱响应范围应覆盖700nm900nm；,航摄仪的选择 e)探测器面阵上连续出现的坏点数一般不应多于4个，总坏点数不应大于总像素数的百万分之一； f)灰度记录的动态范围，全色影像不应低于12bit，天然真彩色或多光谱影像每通道不应低于12bit； g)数据存储设备应满足一个满架次数据存储要求
12、。航摄仪附件应齐全、性能良好，并满足以下要求： a)滤光镜的两表面应平整和相互平行，垂直入射的照准光线通过滤光镜所产生的偏转角不应大于10“，整个滤光镜的偏转角之差不应大于2“； b)航摄仪的各种数据显示和记录装置齐全； c)置平设备能对航摄仪俯仰角、侧滚角和旋偏角进行调整； d)控制设备能够利用设计文件进行定位导航与定点曝光。,航摄仪的检定 新购或距前次检定超过两年； 快门曝光次数超过20000次； 经过大修或主要部件进行拆卸或更换后； 使用或运输过程中产生剧烈震动后。,航摄仪的焦距,航摄仪焦距的选择主要考虑成图方法和测区的地形特征。 1.当采用综合法成图(是航空摄影和普通测量相结合的测图方
13、法，地物平面位置用航空摄影方法求得，地面高程或等高线用普通测量方法求得),应考虑像片平面上地物点由于高差引起的投影差，不应超出成图精度的许可范围。,航空摄影技术,航摄仪焦距越长，投影差越小，因此综合法成图时，一般都选择长焦距的航摄镜箱。,在中心投影的像片上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片上的位置移动，这种现象称为像点位移。r为像点至像底点的距离为地物点相对基准面的高差H为基准面航高,S,n,N,R,r,A0,A,h,a0,a,H-h,f,H,A,地面点,像点,航摄仪的焦距,2.在立体法测图时，焦距的选择要考虑地形条件，（1）当测区为平坦地区时，应选择短焦距。,航摄
14、仪的焦距,焦距越短，基高比越大，有利于改善立体观测效应。（2）当测区为丘陵或高山地区时，选择长焦航摄物镜，以减小遮挡。,b:摄影基线在像片上的距离。,摄影季节,根据摄影目的选择合适的摄影季节。用于测制全要素地形图的航空摄影，一般应选择在最有利于反映摄区地形碎细特征的季节，尽量避免地表被浓茂的树叶遮盖、暂时性积雪、洪水淹没和扬沙的季节。彩色航空摄影应选择能够反映地表植被色彩特征的季节。 冰川地区航空摄影，应选择在能反映冰川实际范围的夏季，不得在有暂时性积雪覆盖的季节摄影。 沙漠地区应选择在沙尘暴少，生长有一定植被的夏季或秋季摄影。,航空摄影技术,航摄时，既要保证具有充足的光照度，又要避免过大的阴
15、影。航摄时间一般应根据表3规定的摄区太阳高度角和阴影倍数确定。 沙漠、戈壁、森林、草地、大面积的盐滩、盐碱地，当地正午前后各2h内不应摄影。 陡峭山区和高层建筑物密集的大城市应在当地正午前后各1h内摄影，条件允许时，可实施云下摄影。,摄区太阳高度角和阴影倍数,提供的航摄资料主要包括： a)航摄技术设计书； b)航摄仪技术参数检定报告； c)航摄军区批文； d)航摄飞行记录； e)影像数据(一般为真彩色影像，根据需要含全色或彩红外影像)； f)航片输出片； g)浏览影像； h)航摄像片中心点坐标数据； i)航摄像片中心点结合图； j)航线、像片结合图； k)摄区范围完成情况图； 1)航摄仪鉴定表
16、； m)航摄资料移交书； n)航摄资料解密审查报告； o)其他有关资料。,3 航空摄影技术计划,3.1 了解摄区概况 3.2 划分摄影分区 3.3 航空摄影技术计算和航线设计 3.4 编写航空摄影技术计划书,航空摄影技术,3.1 了解摄区概况,(1)摄区范围 (2)地理地貌概况 (3)气候状况 (4)降雨量及日照情况 (5)航空摄影困难类别,航空摄影技术,3.2 划分摄影分区,航空摄影技术,(1)需分区航摄的情况 航摄区域面积很大，不能一次完成 航线过长，难以保持直线性 地形高差过大，会导致像片间比例尺的差别超限 有两架以上飞机同时执行任务 任务的特殊需求 (2)航摄分区原则 分区边界与图廓一
17、致，最小不能小于一个图幅 分区最大高差不能超过四分之一航高 同一分区要采用同一相机,3.2 划分摄影分区,航空摄影技术,3.3 航空摄影技术计算和航线设计,技术计算和航线设计是针对每个摄影分区进行的。,航空摄影技术,(1)计算航高H绝对,计算摄区平均高度,计算摄影航高,计算绝对航高,3.3 航空摄影技术计算和航线设计,(2)计算平均平面（基准面）的重叠度,航空摄影技术,目的：以用户给定的重叠度为参考值，调整平均高程面的重叠度，使摄区内最高点的航向重叠和旁向重叠满足规范要求。,用户规定的航向重叠度和旁向重叠度。,3.3 航空摄影技术计算和航线设计,(3)计算摄影基线和航线间隔,航空摄影技术,3.
18、3 航空摄影技术计算和航线设计,(4)航线设计,航空摄影技术,根据摄影分区的大小和航线间隔，计算航线数，确定每条航线的准确位置，并标绘在老图上。,航线数N,航线一般沿东西方向且平行于南北图廓线布设，第一条航线应与摄区的南或北边缘基本重合。,航空摄影技术,3.3 航空摄影技术计算和航线设计,(5)计算摄区像片数,航空摄影技术,计算每条航线的像片数,计算总像片数,(6)允许的最大曝光时间,3.3 航空摄影技术计算和航线设计,（7）计算分区摄影时间包括每条航线所需要的摄影时间和航线间的转弯时间，还有飞行时间如机场至摄区飞行时间。,3.4 航空摄影技术设计书编制,设计书内容示例 第一章 摄区概况 任务
19、的来源及目的 摄区情况 摄区范围 地理地貌概况 气候状况 降雨量及日照情况 航空摄影困难类别 第二章 飞行条件与摄影器材 飞行条件 航空摄影及摄影处理器材 航空摄影机 滤色镜 感光材料 摄影处理,航空摄影技术,3.4 航空摄影技术设计书编制,第三章 航空摄影技术要求及依据 航空摄影基本技术要求 航空摄影机检定 航线设计 摄影季节 摄影时间 飞行质量 影像质量 补摄与重摄 相关标准及依据,航空摄影技术,第四章 航空摄影技术设计方案地图资料航空摄影分区和平均面的选择航线的敷设航空摄影的主要技术参数航空摄影技术设计相关图表（附后）摄区范围图航空摄影分区图航空摄影飞行略图航空摄影分区航线图航空摄影基本
20、参数表（航空摄影因子计算表）GPS领航数据表航空摄影时间计算表,3.4 航空摄影技术设计书编制,第五章 航空摄影项目实施方案 实施方案说明 实施进度安排 参与人员名单 使用设备 主要人员及设备在不同摄区的调动方案 说明 第六章 质量保证措施航摄质量控制与保障冲洗质量控制与保障 第七章 提交成果清单,航空摄影技术,4 航空摄影质量的要求与检查,4.1 对飞行质量的要求 4.2 对影像质量的要求,航空摄影技术,4.1 对飞行质量的要求,主要包括：航高差重叠度像片倾斜角旋偏角航线弯曲航迹图廓覆盖航摄漏洞等,航空摄影技术,4.1 对飞行质量的要求,(1)航高差同一航线内最大航高和最小航高之差。不大于5
21、%,航空摄影技术,(2)重叠度航向重叠率一般为60%65%，最小不小于56%（平地不小于53%）；旁向重叠率一般为30%35%，最大不超过45%，最小不小于15%。,(3)像片倾角（航摄仪主光轴与通过物镜的铅垂线的夹角）像片倾斜角一般不超过2，个别不超过3,4.1 对飞行质量的要求,(4)旋偏角相邻像片的像主点连线(方位线)与沿航线框标连线的夹角。,航空摄影技术,6,(5)航线弯曲度航线的最大弯曲矢距与航线长度的百分比,航空摄影技术,4.1 对飞行质量的要求,航线弯曲度,不大于3%,(6)航迹角航线在地面投影与南北图廓线的夹角。,航空摄影技术,4.1 对飞行质量的要求,(7)图廓覆盖,航空摄影
22、技术,4.1 对飞行质量的要求,满幅覆盖概念,旁向覆盖超出边界线不小于像幅边长的50%，最小不小于30%；航向超出边界线不少于一条基线。,(8)航摄漏洞,航空摄影时，像片重叠度小于规范要求或缺失影像的区域称为航摄漏洞，其中重叠度小于规定要求的称为相对漏洞，缺失影像的称为绝对漏洞。,4.2 对影像质量的要求,(1)影像表观质量a）底片上不应有云、云影、划痕、折伤、药膜损伤、药物污染等缺陷；b）底片上不宜有砂眼、气泡、涂膜线、应力和静力痕迹、条痕、磨损和冲洗液干燥迹点；c）框标和数据记录的影像必须清晰、齐全，其密度应大于底片内影像的平均密度，满足测图要求。,航空摄影技术,a）灰雾密度（D0）：黑白
23、胶片一般不大于0.2；彩色胶片不大于0.5；b）最小密度（Dmin）：黑白胶片为D0+(0.20.6)；彩色胶片为D0+(0.30.8) ；c）最大密度（Dmax）：黑白胶片为1.21.6，对于极少数特别亮的地物，最大密度可超过1.6但不得大于2.0，而在地物亮度特别小的地区（如草原、森林），最大密度可小于1.2但不得小于1.0；彩色胶片为1.21.6，对于特殊地区，最大密度可在1.02.2；d）反差（D）：黑白胶片为0.61.4，摄影比例尺小于1:50000时为0.71.5，其最佳值为1.0；彩色胶片为0.41.2，其最佳值为1.0；e）底片应当影像清晰、层次丰富、反差适中，色调柔和；能够辨
24、认出与摄影比例尺相适应的细小地物影像和建立清晰的立体模型。,航空摄影技术,4.2 对影像质量的要求,(2)构像质量,(3)数字影像构像质量 数字影像灰度应当满足下列要求： a）灰度值范围为0255； b）最小灰度值3540； c）平均灰度值95132； d）最大灰度值204230。,航空摄影技术,4.2 对影像质量的要求,4.3航空摄影飞行质量的检查,自动验收分为有GPS数据、有POS数据和只有影像数据三种类型。,(1)有POS数据的检查验收 1)输入摄区范围； 2)读取相机参数和航摄设计参数，如相幅、焦距、摄影比例尺等； 3)读取POS数据； 4)对POS数据进行内插处理，获取每个摄站点坐标
25、X、Y、Z和每张像片的姿态角、； 5)用摄站坐标计算航向、旁向重叠度，分析航摄漏洞； 6)用摄站坐标计算航线弯曲和航高差； 7)用摄站坐标分析测区覆盖； 8)用姿态数据计算像片倾斜角和旋偏角； 9)输出检查验收报告。,4.3航空摄影飞行质量的检查,(2)有GPS数据的检查验收 1)输入测区范围； 2)读取相机参数和航摄设计参数，如相幅、焦距、摄影比例尺等 3)读取GPS数据和影像数据； 4)对GPS数据进行同步内插处理，获取每个摄站点坐标X、Y、Z 5)用摄站坐标计算航向、旁向重叠度，分析航摄漏洞； 6)用摄站坐标计算航线弯曲和航高差； 7)用摄站坐标分析测区覆盖； 8)在影像的格鲁伯点附近提
26、取特征点； 9)用特征匹配方法，在左右影像上寻找同名像点作为相对定向点 10)采用连续相对定向系统进行相对定向，获得相对定向角元素 11)用相对定向角元素计算像片倾斜角和旋偏角； 12)输出检查验收报告。,4.3航空摄影飞行质量的检查,(3)只有影像数据的检查验收 1)读取相机参数和航摄设计参数，如相幅、焦距、摄影比例尺等 2)读取影像数据； 3)在格鲁伯点附近提取特征点； 4)用特征点匹配方法，在左右影像上寻找同名像点作为相对定向点； 5)采用连续相对定向系统进行相对定向，获得相对定向元素； 6)用相对定向角元素计算像片倾斜角和旋偏角； 7)用相对定向线元素计算每个摄站点坐标X、Y、Z； 8)用同名像点坐标计算航向、旁向重叠度； 9)用摄站坐标计算航线弯曲和航高差； 10)输出检查验收报告。,4.3航空摄影飞行质量的检查,
