第三章航空遥感

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  第三章 航空遥感 航空遥感是利用航空遥感平台, 从航空摄影机、数码相机、多光谱扫描仪、合成 孔径雷达等传感器获得地面实况景像。尽管近几年卫星遥感发展迅速,成为遥感的主 导技术。但航空遥感的机动性强、分辨率高、成本低的优势,在遥感应用领域仍是不 可替代的技术手段。根据用途的不同,航空遥感可选用不同的方式和感光材料,从而 得到功能不同的航空影像。 航空影像,是由地物反射的光线进入航空摄影镜头,使感光材料产生化学反应所 成形成的。因此,地物的反射特性和感光材料的性能 地物的反射特性和感光材料的性能是影响影像质量的主要因素。 地物的反射特性和感光材料的性能 一、航摄分类 航摄为中心投影, 所谓中心投影, 就是空间任意直线均通过一固定点 (投影中心) 投射到投影平面上而形成的透视关系。S 为投影中心,P 为投影平面, SA 为通过投影 中心的直线(投影光线) ,SA 与 P 的交点 a 为空间点 A 的中心投影。投影平面 P、投 影中心 S 和空间点 A 三者的关系位置是任意的。 P c b a S S S A B C a b c a b c A B C A B C 1.按像片倾斜角分类 像片倾斜角是指航空摄像机、 扫描仪的主光轴与通过镜头中心的铅垂线之间的夹 角。根据像片倾斜角可分为垂直摄影和倾斜摄影,当主光轴垂直于地面,感光胶片与 主光轴垂直于地面, 主光轴垂直于地面 地平面平行时, 倾斜角等于零, 为垂直摄影。 (机 地平面平行时, 倾斜角等于零, 为垂直摄影 但由于运载工具在飞行中的各种原因 械性能、气流等) ,主光轴的倾斜角不可能绝对等于零,一般要求倾斜角不大于 2°, ° 最大不超过 3°,所以把倾斜角小于 3°的均称之为垂直摄影。由垂直摄影获得的影 的均称之为垂直摄影。 ° 倾斜角小于 像为水平像片 水平像片,像片上目标的影像与地面物体顶部的形状基本相似,像片各部分的比 水平像片 例尺大致相同,能够大致的判断目标物的相互关系位置和距离量测。 倾斜摄影,所获得像片称之为倾斜像片 倾斜像片。这种像片 当倾斜角大于 3°时,称之为倾斜摄影 倾斜摄影 倾斜像片 1 可以通过特殊的处理程序进行几何校正与水平像片结合使用。 主光轴 铅垂线.按摄影的实施方式分类 可分为单片摄影、航线摄影和面积摄影。 单片摄影、航线摄影和面积摄影 单片摄影 单片摄影: 单片摄影:为拍摄特定目标而进行的摄影称为单片摄影,一般只获得一张(或一 对)像片。如广告摄影等。 航线摄影: 航线摄影:沿一条特定的航线对地面上狭长区域或线状地物进行连续摄影成像, 称为航线摄影。为了使相邻像片的地物能互相连接以及满足立体观察的需要,同一条 同一条 航线相邻像片间的重叠, 航向重叠,航向重叠为 60%,至少不小于 53%。如, 60% 53% 航线相邻像片间的重叠,称为航向重叠 航向重叠 铁路、公路等建设项目选线、选址。 面积摄影: 面积摄影:沿数条航线对广大区域进行连续摄影,称为面积摄影。面积摄影要求 各航线互相平行。在同一条航线上相邻像片间的航向重叠为 53%-60%。相邻航线% 相邻航线 间的像片也要有一定的重叠,这种重叠称为旁向重叠 30%-15% %-15 间的像片也要有一定的重叠,这种重叠称为旁向重叠,一般应为 30%-15%。实施 面积摄影时,通常要求航线与纬线平行,即按东西方向飞行。但在现有条件下,就是 航线与纬线平行,即按东西方向飞行 航线与纬线平行 按照预计航线飞行,也难免出现一定的偏差。因此需要限制航线 航线的长度, 航线km。 图 倾斜摄影 2 3.按感光胶片分类 按感光胶片分类,可分为普通黑白摄影、黑白红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄 普通黑白摄影、黑白红外摄影、彩色摄影、 普通黑白摄影 影和多光谱摄影。 影和多光谱摄影 普通黑白摄影:这种摄影采用全色片,能感受可见光波段内的各处色光。我国为 普通黑白摄影 测制国家基本地形图而拍摄的黑白航空片属于这一类。目前,它是用途广而又容易得 到的遥感图像资料。我国最早的一代航空摄影时在抗日战争时期,遥感资料现保存在 日本;新中国成立之后的第一代航空摄影开始于 1958 年前后,遥感资料现保存在总 参测绘局;第二代航空摄影开始于 1975 年前后,遥感资料现保存在各省测绘部门; 1990 年前后,为配合全国土地资源详查工作第三代航空摄影全面展开,遥感资料现 保存在各省土地管理部门。 黑白红外摄影:它能感受可见光和近红外波段,对水体和绿色植物反应灵敏。所 黑白红外摄影 摄影片具有较高的反差和空间分辨率。 彩色摄影: 彩色摄影:感光片上通常涂有三层感光乳剂层,除卤化银外,加有不同的偶合剂 或称成色剂,彩色像片虽然也是感受可见光波段内的各种色光,但由于它能将物体的 自然色度、明暗度以及深浅表现出来,因此与普通黑白像片相比,信息量丰富得多。 彩色红外摄影: 但却使绿光感 彩色红外摄影 彩色红外摄影虽然也是感受可见光和近红外波段, 光之后变为蓝色,红光感光之后变为绿色,近红外光感光之后为红色。这种彩色红外 片与彩色片相比,在色别、明暗度和饱和度上都有很大的不同。例如在彩片上绿色植 物呈绿色,彩色红外片上却呈红色。由于红外线的波长比可见光的波长长,受大气分 由于红外线的波长比可见光的波长长, 由于红外线的波长比可见光的波长长 子的散射影响小,穿透力强 因此色彩要鲜艳得多, 力强, 子的散射影响小,穿透力强,因此色彩要鲜艳得多,目前专业航空摄影多采用彩红 外摄影技术。 外摄影技术。 多光谱摄影: 同时对一地区进行 多光谱摄影 多光谱摄影是利用摄影机镜头与滤光片的组合, 不同波段的摄影, 从而得到与各波段相应的各种像片。 例如, 通常采用的四波段摄影, 可同时得到蓝、绿、红及近红外波段的黑白片。这些像片可用以单独进行观察分析对 比,也可以将蓝、绿、红三个波段的黑白象片合成为天然彩色象片;将绿、红与近红 外三个波段的黑白象片,合成为标准假彩色象片。 二、航摄基本要求 1.摄影比例尺 又称像片比例尺,由摄影机主距/焦距(像距)和摄影高/航高(物距)决定。 1 f = M H 式中,M 为航空像片比例尺分母;f 是焦距;H 是航高。 3 如 焦距?=70mm; 航高 H=700 m;比例尺 1/M = 70mm/700m = 1/10000 由于航高的变化,像片比例尺随之改变,限制像片比例尺分母的相对误差一般不 超过 5%。 2.航高 摄影飞机在摄影瞬间相对于某一基准面的高度。 根据基准面分为相对航高和绝对 航高。 相对航高:摄影机物镜相对于被摄区域地面平均高程基准面的高度,H 相对=f*M; 绝对航高:摄影机物镜相对于大地水准面的高度,H 绝对= H 相对+A; 当地形高度起伏较大时,航高差异较大,为保证比例尺相对误差在允许范围内, 多采用分航带摄影 分航带摄影,同一航带内最大航高于最小航高之差不得大于 30m 分航带摄影 大于 30m,实际航高于 设计航高之差不得大于 50m 于 50m。 3.航向重叠与旁向重叠 像片的重叠是立体观察和像片连接的必须条件,航向重叠一般为 53%-60%。 53%-60% %-60 旁向重叠一般为 30%-15%。 30%-15% %-15 旁向重叠 4.像片旋偏角 相邻两像片的主点连线与像幅沿航带飞行方向的量框标连线之间的夹角, 称为像 片的旋偏角。一般应小于 6°,个别不大于 8°,而且不允许连续三张像片超过 6°。 三、航片标志 航空遥感的最后成果是航空像片。目前我国常用的航空像片像幅有 18×18cm、 23×23cm 和 30×30cm 等三种。在航空象片的四边,通常印有一些摄影状态的记录。 编号 压平线 框标 框标 水准器 时钟 编号 水准器 时钟 航空像片上的标志 框标:像片四边中部的黑色箭头(或在四角隅的“×”标志) 对称的两个框标 ,对称的两个框标 框标 连线的交点为象片中心点,通常与象主点重合。 连线的交点为象片中心点,通常与象主点重合。 4 时钟:记录本张象片的拍摄时刻。 时钟 水准器:水准气泡位置说明本张象片摄影时光轴的倾斜情况。水准气泡居中时 水准器 为水平。水准器为同心圆,每圈为 1°(或 0.5°) ,读数从中心算起。 压平线:像片四边“井”字形直线叫压平线,其弯曲度说明摄影时感光胶片未压 压平线 平而产生的影像变形情况。 像片编号:表示航摄区的位置、摄影时间、本张像片在整个图幅及本条航线内的 像片编号 顺序。像片编号是在航空摄影完片整理资料时,以反体字写在底片的药面上,制片后 成为正体字。 四、彩色合成原理 彩色:当太阳照射地物时,地物对不同波长的光有选择的反射,并进入人眼,使 人眼看到彩色。 非彩色:地物对可见光各个波段无选择的反射,表现为黑白或灰色。 彩色合成,通常是用三种基本颜色按一定比例混合而成,称为“三基色合成” 。 合成的方法有两种,如:加色法, 减色法等。 1.加色法 定义:以红、绿、蓝三原色的仍何两种以上色光,按一定比例混合,产生的色 以红、 以红 蓝三原色的仍何两种以上色光,按一定比例混合, 彩叫加色法。 彩叫加色法。如: 红+绿=黄 红+蓝=品红 蓝+绿=青 等量的红+绿+蓝=白 红 品 红 白 黄 青 蓝 绿 用加色法新生成的黄、 叫补色; 用加色法新生成的黄、品、青 叫补色 当两种色光相加成为消光时 白或黑) 则称这两种颜色为互补色。 ,则称这两种颜色为互补色 当两种色光相加成为消光时(白或黑) 则称这两种颜色为互补色。如: 消光 , 5 黄(红+绿)+蓝=白 青(蓝+绿)+红=白 品红(红+蓝)+绿=黑 非互补色不等量相加,生成中间色。 非互补色不等量相加,生成中间色。如: 红(多)+绿(少)=橙 红(少)+绿(多)=黄绿 …… 2.减色法 从白色光中减去一种或两种基本色而生成色彩的方法,叫减色法 从白色光中减去一种或两种基本色而生成色彩的方法,叫减色法。通常用于颜 色光中减去一种或两种基本色而生成色彩的方法 料配色,如彩色印刷、染印像片等。 白 - 蓝=黄 白 - 绿=品红 白 - 红=青 相当于从白光中吸收蓝光反射红、绿光; 相当于从白光中吸收绿光反射红、蓝光; 相当于从白光中吸收了红光反射蓝、绿光; 当不同色光混合叠加时,可能会出现消光现象 当不同色光混合叠加时,可能会出现消光现象。如: ∵ ∴ 品红+黄=白-(绿+蓝)=红 红+青+黄=[白-(蓝+绿) ]+(白-红)+(白-蓝)=黑 三原色全部被吸收,所以呈现黑色。 彩色合成和配置形成的色彩衡量指标: 彩色合成和配置形成的色彩衡量指标 色别=颜色的种类; 亮度=色彩的明亮程度; 饱和度=色彩的深浅程度; 非彩色只有亮度的差别。 3.色彩的分解和还原 * 分解 在遥感技术应用方面,为了重新获得物体的天然彩色或进行假彩色合成,传感器 需对须对反射上来的可见光、红外线等按预选的波段分别接受,成单色数据记录,得 到的是分光光谱图像。如 Landsat—TM 有 7+1 个波段,即: TM-1 0.45-0.52μm;TM2 0.52-0.60μm;TM-3 0.63-0.69μm;TM-4 0.76-0.90μm; TM-5 1.55-1.75μm;TM-6 10.4-12.5μm;TM-7 2.08-2.35μm;+ETM0.52-0.90μm; * 还原 主要是指对遥感获取分光图像重新合成的逆过程。即将分光底片通过滤光系统, 6 并准确地套合,得到彩色图像的处理方法。 当还原显现的色彩与原地物一致时,称摸拟真彩色合成 摸拟真彩色合成。监测单一目标时使用, 摸拟真彩色合成 如耕地变更动态。 当还原为显现的色彩与原地物不一致时,称假彩色合成 假彩色合成。如选择了红外波段,由 假彩色合成 于红外波段不属于可见光,当红外光参与彩色合成时,必须赋予红外光波段一种可见 色调,在实际操作中,一般赋予红外光波段影像红色,合成后的图像颜色与实际色调 不同,得到假彩色图像。由于假彩色图像色别种类多、信息量大,多数情况下一般均 采用假色合成法。 遥感影像色彩合成工艺流程图 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 灰 黑 地物色谱 分光光度计 数字影像 TM7 滤色镜 R TM1 TM2 TM3 B B 合成图像 模拟真彩色 假彩色合成 TM4 G R TM5 TM6 G 合成方案可以随意组合,原则是信息量达到最丰富、图像清晰、可视性强,如果 是商业化生产,还应注意亮度的饱和度问题,可视性强。 五、成图过程简介 航空摄影——航测外业 (大地测量, 像片控制测量, 像片调绘) ——航测内业 (像 片加密控制点,几何纠正)——编绘成图(图解法、网格法、计算机法,地形图、专 题图等) 。 作业: 作业: 垂直摄影、航向重叠、旁向重叠 航摄基本要求有那些? 色彩分解与还原的原理是什么? 7

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