2 量测相机与航空摄影

量测用相机

量测用相机的特点

主距：摄影机物镜后节点到像片主点的垂距。航空摄影时，物距可视为无穷远，像距几乎等于物镜焦距。故将物镜固定调焦于无穷远处，主距等于物镜焦距，均使用 $f$ 表示。

框标：胶片时代，在固定不变的承片框上，安置四个边的中点的标志。其目的是建立像片的直角框标坐标。两两相对的框标连线成正交，其交点成为像片平面坐标系的原点，从而使摄影的像片上构成直角框标坐标系。

航摄像片举例

如下是一张典型的航摄像片：

可以看到四个角点与四边中点均存在框标，呈十字形。顶部中间放大图：

顶部右侧放大图中可以看到是项目 ANYANG 的 ANYANG 分区，第 5 航线第 11 片：

左侧放大图：

量测用相机的特性：

• 像距固定不变是主距（几乎等于物镜焦距）
• 相片上有框标（数字形式隐含）
• 内方位元素已知
• 畸变小
• 结构精密
• 需同时曝光等

物镜畸变

物镜畸变的种类：物体畸变分为径向畸变、切向畸变。在摄影测量中，主要是处理径向畸变，由于量测用相机的焦距是不变的，所以像片所产生的切向畸变的误差量级可以忽略。对于径向畸变而言，一般可以采用查表的方法或者通过奇次多项式函数进行改正。

径向畸变修正量的经验公式：

$$d_r=k_1{r}^3+k_2{r}^5+k_3{r}^7+\cdots$$

景深

景深：在聚焦完成后，焦点前后的范围内所呈现的清晰图像的距离。

景深与光圈的关系：光圈越小（光圈号数越大），景深越大。

景深在摄影测量中的意义：对于航空摄影测量，物体和相机距离较大，大于超焦点距离，成像都是清晰的，不用考虑景深问题。对于近景摄影测量，需要考虑景深的问题。

快门与曝光

航空摄影测量为什么要选择中心快门相机，对于动态变形检测或室内 SLAM 工作选择缝隙式滚动快门是否可以，为什么：

• 中心快门相机可以同时曝光整个图像，并且速度较快，适合航空摄影测量在移动平台上拍照的要求。
• 不可以选用滚动快门，在物体快速移动时，会造成图像产生变形，会影响立体几何计算。

为了正确恢复景物反差，摄影时景物的曝光量值应该落在感光特性曲线的中段。

假彩色影像的定义：假彩色影像是对真实影像赋予假色彩而合成的影像。即通过映射函数将多光谱影像的波段赋予新的 RGB 值，如 NIR→红，红→绿，绿→蓝。

航空摄影

摄影比例尺与航高

摄影比例尺 $\frac{1}{m}$ 定义为航摄像片上一线段为 $l$ 的影像与地面上相应线段的水平距离 $L$ 之比，即有 $\frac{1}{m}=\frac{l}{L}$。

摄影航高 $H$ 定义为摄影机的物镜中心至摄区的平均高程面（摄影基准面）的距离。

数量关系满足：

$$\frac{1}{m}=\frac{l}{L}=\frac{f}{H}$$

其中 $f$ 为摄影机主距。

当选定了摄影机和摄影比例尺后，即 $f$ 和 $m$ 为已知，航空摄影时就要求按计算的航高 $H$ 飞行摄影，以获得符合生产要求的摄影像片。

摄影资料参数

航向重叠：同一条航线上相邻两像片的重叠比例。

旁向重叠：相邻航线的重叠比例。

像片倾角 $\alpha$：摄影瞬间，摄影机轴与铅直方向的夹角。

航摄最大偏距：航向弯曲时，实际航线与目标航线的最大偏移距离。

像片旋角 $\kappa$：相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的夹角。

摄影资料的要求

航空摄影的基本要求：

• 飞行质量要求：航向重叠、旁向重叠、航高差、航向弯曲、旋片角；
• 影像质量要求：反差正常，灰度正常，影像上地表信息缺失的部分较少。

传统航空摄影测量对空中摄影形式的要求：

• 合适的摄影比例尺
• 相对航高差 $\frac{\Delta H}{H}<5\%$
• 航向重叠 $p>60\%$，旁向重叠 $q>30\%$（航向、旁向重叠小于最低要求时，称航摄漏洞）
• 航线弯曲 $\frac{\Delta L}{L}<3\%$
• 旋片角 $\kappa <6\%$
• （主光轴竖直等）

为什么要有重叠度：

• 重叠区覆盖整个测区（立体测图的需要）
• 防止出现摄影漏洞（这样就不能用于测图）
• 在空三的时候用于连接相邻模型，补充性的地面控制

中英术语对照

对照表

英文术语	中文术语
cartographic aerial camera	航摄相机
metric camera	量测用相机
fiducial mark	框标
collimated light	准直光线
radial distortion	径向畸变
tangential distortion	切向畸变
sidelap	旁向重叠
forward overlap	航向重叠

小测问题

• 量测用相机有哪些特性？
• 物镜畸变的种类，在摄影测量中如何处理？
• 传统航空摄影测量对空中摄影的形式有哪些要求？
• 航空摄影测量为什么要选择中心快门相机，对于动态变形检测或室内 SLAM（simultaneous localization and mapping，即时定位与地图构建）工作选择缝隙式滚动快门是否可以，为什么？