航天相機的數字化應用與發展

徐伯青

【摘要】近年來，遙感成像技術以及計算機技術得到了飛速的發展，從而推動了數字化技術的發展，而航天相機作為航天遙感器中最重要的遙感器，其數字化的應用也日趨成熟。本文首先從航天相機的概述以及分類對航天相機作了簡單敘述，其次從基于線陣CCD的數字成像技術以及基于面陣CCD的數字成像技術兩方面介紹了航天相機的數字化的應用于發展。

【關鍵詞】航天相機；數字化；應用與發展

一、航天相機簡介

（一）航天相機概述

航天相機包括很多種類型，其中有航天偵查相機、航天測繪相機、航天光譜相機以及成像光譜儀。而航天相機作為航天遙感器中最重要的遙感器，其應用也是十分廣泛的。航天相機應用于民用方面，可用于城市規劃、土地利用、采礦、資源管理、環境監測、農業調查以及地理信息服務等多方面領域，航天相機利用在軍事上，可以用作國防監測、情報搜集、精確測圖以及目標指引等多方面，航天相機也可以用于跟蹤機場跑道、導彈并射井以及防御設施等目標的施工進展狀況等等。由于航天相機的大量應用，近年來世界很多國家都在積極努力的研制航天相機，以期進行航天遙感工作。

（二）航天飛機分類

航天相機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象進行攝影的精密的光學儀器，一般情況下，其以人造衛星為主，其中包括航天飛機、載人飛船、太空站以及各種行星探測器等等。航天相機可以按照成像方式進行分類，一般分為以下幾種：

（1）全景式

全景式的航天相機在攝影時只會應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行掃描，從而實現寬攝影覆蓋要求，但通過其進行攝影的照片經常會出現全景畸變的現象，因而這一方式經常會用于發現、偵查以及識別目標，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

畫幅式航天相機在攝影時一般光軸指向不會發生變化，它可以利用啟閉快門從而將鏡頭視場內的地物影像在感光膠片上進行聚焦，畫幅式航天相機一般攝得的照片的幾何關系嚴格，其一般會用于建立地形控制網以及目標定位。

（3）航線式

線陣相機就屬于航線式航天相機，其在近些年來已經獲得了飛速的發展，一般情況下航天攝影會采用多臺不同功能的相機從而組成一定的相機系統，而畫幅式航天相機一般會用于進行地物影像定位，而一般在進行地物影像識別時會利用全景式航天相機。

二、航天相機的數字化應用與發展

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

（一）基于線陣CCD的數字成像技術

迄今為止，基于線陣CCD的數字成像技術的航天相機的研發已經相對成熟，它已經在星載系統得到了十分廣泛的應用，它比較容易實現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備支持，而且其數據的后處理也比較復雜。

（二）基于面陣CCD的數字成像技術

21世紀之后，基于面陣CCD的數字成像技術得到了較快的發展，并且有了大幅度的提高，而能夠應用于工程的單個面陣的器件元總數也大大增加。同時，面陣CCD拼接技術也有一定程度的突破，已經廣泛應用于工程實踐。而大面陣的相機技術也已經逐漸成為了對地觀測信息獲取領域的一個新的研究熱點。而大面陣航天相機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行高分辨率的觀測的條件的基礎上，從而滿足經典的攝影測量條件從而對地觀測進行改進的一種觀測模式。其一般是通過單臺相機的快速側擺從而進行立體成像或者是兩臺或幾臺相機固定交會角從而進行立體成像的。這一成像技術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從而實現交向立體攝影時會對衛星平臺支持的快速機動側視觀測能力有一定的高球。而大面陣的航天相機一般對衛星平臺的穩定度要求較低、測繪應用處理的論較為嚴密以及內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高精度以及高分辨率的觀測。這一模式是以傳統的測量模式為基礎的，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重，當分辨率越高時，地形的起伏也越劇烈情況下，立體成像的盲區也就越大，而且其自動化處理的成功率也很低，大多數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從而設計的一種觀測模式。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完全的自動化。因為其為單臺相機進行垂直攝影，因此對衛星系統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提供了一創新性的思路，而且通過單臺相機的連續攝影也可實現城市地區大比例尺立體的測圖。但是其要求傳感器的幾何關系精密檢校，要能夠從離散的數字圖像中進行連續圖像的重建。但其在實際應用中也存在著一些不足，其立體圖像并不適合人眼觀測。

三、結束語

隨著遙感成像技術以及計算機技術的不斷發展，數字化技術對傳統技術進行全面改造是大勢所趨，而數字化技術也正處于蓬勃發展的過程當中，這便造成了航天相機中數字化的應用是一個一邊規劃、一邊實施、一邊進行改進的一個循序漸進的過程。盡管目前基于面陣CCD以及基于線陣CCD的數字成像技術已經開始日趨成熟，其也使得航天相機由傳統的膠片記錄方式全面進入了數字記錄方式，使得航天相機的全數字化也開始逐漸實現，但是其在發展過程中也存在著種種的不足，應該立足于這些不足，使得航天相機的數字化得到更為深刻的發展。