無人機(jī)任務(wù)載荷授課人：目錄CONTENTS緒論電磁輻射及物體的波譜特性無人機(jī)航空攝影原理無人機(jī)電視攝像與跟蹤定位原理第一章第二章無人機(jī)紅外成像原理無人機(jī)載合成孔徑雷達(dá)成像原理第三章第四章第五章第六章第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.1航空攝影發(fā)展歷程

1849年人類發(fā)明了照相機(jī)，為航空攝影發(fā)展提供的傳感器設(shè)備支撐；1858年納達(dá)從氣球上對法國巴黎地面進(jìn)行拍照活動，雖然從氣球上拍攝的城市照片只有觀賞價值，但卻開創(chuàng)了從空中觀察地球的歷史；1903年萊特兄弟發(fā)明了飛機(jī)，為航空攝影提供了必要條件，1909年人類首次乘坐飛機(jī)拍攝了地面照片。世界上第一臺航攝儀于第一次世界大戰(zhàn)期間問世，這標(biāo)志著真正的航空攝影活動的開始，而航空攝影測量學(xué)作為獨立的學(xué)科體系也在該時期形成；第二次世界大戰(zhàn)期間，美國開始廣泛使用了機(jī)載照相機(jī)。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.1航空攝影發(fā)展歷程隨著航空攝影技術(shù)的不斷成熟以及衛(wèi)星技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類也逐步將攝影技術(shù)應(yīng)用于航天偵察，1959年2月28日美國成功發(fā)射了世界上第一個光學(xué)成像偵察衛(wèi)星“發(fā)現(xiàn)者1號”，1960年10月美國又發(fā)射了第一顆無線電傳輸型照相偵察衛(wèi)星“薩莫斯”。隨著飛機(jī)和飛行技術(shù)，以及航攝儀和感光材料等的飛速發(fā)展，航空影像的質(zhì)量有了極大提高，其用途也日益廣泛。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.2航空攝影的定義航空攝影（aerialphotography），又可稱航拍，是指在飛機(jī)或其他航空飛行器上利用航攝儀（又可稱為航攝儀）攝取地面景物影像的技術(shù)，其距離地面的高度一般在10km以下。航空攝影是以攝影學(xué)為基礎(chǔ)原理的一種遙感技術(shù)，是在不接觸物體本身的前提下，利用電磁波探測地面物體性質(zhì)與特點的一門綜合性探測技術(shù)。無人機(jī)航空攝影就是利用無人機(jī)平臺上搭載的航攝儀從空中獲取影像，進(jìn)而獲取被攝景物的形狀、大小、位置及其相互關(guān)系。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.3航空攝影的特點1.機(jī)動性更強(qiáng)

無人機(jī)航攝區(qū)域是許多載人飛行器無法到達(dá)的空域、高度或危險地區(qū)，如山谷、懸崖邊緣、溪谷中央等；部分小型無人機(jī)體積小，動作靈活，可做超低空視距飛行。其穩(wěn)定性、安全性好，轉(zhuǎn)場等非常容易。無人機(jī)的起飛方式靈活、程序簡單，對起降場地的要求較低，在操場、公路或其它較開闊的地面均可起降；可根據(jù)預(yù)置航路快速飛入航攝區(qū)域，最佳視角的選擇較為便捷，迅速成像及其影像處理，與傳統(tǒng)高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)相比，其在存檔數(shù)據(jù)和編程拍攝等方面的時效性都很高。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.3航空攝影的特點2.能夠獲取高分辨率圖像和高精度定位數(shù)據(jù)

借助高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)、坐標(biāo)數(shù)據(jù)，無人機(jī)航空攝影可提取空間分辨率達(dá)到厘米級的圖像，成像質(zhì)量、精度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大型飛機(jī)航拍；我國疆土遼闊，地形和氣候條件復(fù)雜，很多區(qū)域常年受積雪、云層等因素影響，導(dǎo)致衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的采集受到一定限制，而無人機(jī)航攝不受航高限制，恰好解決了這些限制，可滿足高分辨率社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查和三維立體景觀圖的制作、一般偵察等需求。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.3航空攝影的特點3.所需人員少、價格低廉

無人機(jī)在空中飛行時僅需地面飛控手通過無線電鏈路和控制系統(tǒng)操作即可完成所有飛行、航拍等任務(wù)，自身結(jié)構(gòu)及其操作都相對簡單，使用成本較為低廉；無人機(jī)采用復(fù)合材料制作，其在設(shè)計生產(chǎn)及材料費等方面較為低廉。有統(tǒng)計顯示，使用載人飛機(jī)航拍成本約10萬元上下，采用無人飛機(jī)航空攝影總成本約4萬～5萬，很好的解決了一些應(yīng)用領(lǐng)域如帶狀區(qū)域圖面積小而開支大的難題。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.3航空攝影的特點4.能夠承擔(dān)高風(fēng)險或高科技的飛行任務(wù)

無人機(jī)飛控手和科研人員能夠在地面安全工作，飛行不會因為人為錯誤而發(fā)生事故或飛行測量失敗；開展實時信息研究時，工作的人數(shù)不受限制；長時間或連續(xù)實時數(shù)據(jù)下傳，保證研究的及時性和動態(tài)性。尤其對于車船無法到達(dá)地帶的環(huán)境檢測、有毒地區(qū)的污染監(jiān)測、災(zāi)情檢測及救援指揮，無人機(jī)航空攝影都有其獨特優(yōu)勢。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.4航空攝影的分類1.按像片傾斜角度分類

像片傾斜角是指航攝儀主光軸與通過透鏡中心的地面鉛垂線（主垂線）間的夾角，如圖所示。根據(jù)像片傾斜角的不同，航空攝影可分為垂直攝影和傾斜攝影。noSNOɑ第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.4航空攝影的分類1.按像片傾斜角度分類

垂直攝影是像片傾斜角等于0°，此時航攝儀主光軸垂直于地面（與主垂線重合），CCD平面（感光膠片）與地面平行。然而，由于飛行中的各種原因，傾斜角不可能絕對等于0°，故凡是傾斜角小于3°都可稱為垂直攝影。傾斜攝影是指傾斜角大于3°的航空攝影，采用這種方式獲得的像片稱為傾斜像片。傾斜像片可單獨使用，也可以與水平像片配合使用。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.4航空攝影的分類2.按攝影的實施方式分類按攝影的實施方式分類，可分為單片攝影、航線攝影和面積攝影。單片攝影是指為拍攝單獨固定目標(biāo)而進(jìn)行的攝影，一般只攝取一張（或一對）像片。航線攝影是指沿一條航線，對地面狹長地區(qū)或沿線的線狀地物（鐵路、公路等）進(jìn)行的連續(xù)攝影。為了使相鄰像片的地物能互相銜接以及滿足立體觀察的需要，相鄰像片間需要有一定的重疊，稱為航向重疊。航向重疊一般應(yīng)達(dá)到60%，至少不小于53%。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.4航空攝影的分類2.按攝影的實施方式分類面積攝影是指沿數(shù)條航線對較大區(qū)域進(jìn)行的連續(xù)攝影，又可稱為區(qū)域攝影。面積攝影要求各航線互相平行。在同一條航線上相鄰像片間的航向重疊為53~75%。相鄰航線間的像片也要有一定的重疊，這種重疊稱為旁向重疊，一般應(yīng)為15~50%。實施面積攝影時，通常要求航線與緯線平行，即按東西方向飛行。但有時也按照設(shè)計航線飛行。由于在飛行中難免出現(xiàn)一定的偏差，故需要限制航線長度。一般為60~120km，以保證不偏航，避免產(chǎn)生漏攝。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.4航空攝影的分類3.按感光材料分類

可分為全色黑白攝影、黑白紅外攝影、彩色攝影、彩色紅外攝影和多光譜攝影等。全色黑白攝影：采用全色黑白感光材料進(jìn)行的攝影。它對可見光波段（0.4~0.76μm）內(nèi)的各種色光都能感光，是一種應(yīng)用范圍廣，容易收集到的航空遙感材料。如我國為測制國家基本地形圖攝制的航空像片即屬此類。

黑白紅外攝影：采用黑白紅外感光材料進(jìn)行的攝影。它能對可見光、近紅外（0.4~1.3μm）光波段感光，尤其對水體植被反應(yīng)靈敏，所攝像片具有較高的反差和分辨率。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.4航空攝影的分類3.按感光材料分類

彩色攝影：彩色像片雖然也是感受可見光波段內(nèi)的各種色光，但由于它能將物體的自然色彩、明暗度以及深淺表現(xiàn)出來，因此與全色黑白像片相比，影像更為清晰，分辨能力高。彩色紅外攝影：彩色紅外攝影雖然也是感受可見光和近紅外波段（0.4~1.3μm），但卻使綠光感光之后變?yōu)樗{(lán)色，紅光感光之后變?yōu)榫G色，近紅外感光后成為紅色，這種彩色紅外片與彩色片相比，在色別、明暗度和飽合度上都有很大的不同。例如在彩色片上綠色植物呈綠色，在彩色紅外片上卻呈紅色。由于紅外線的波長比可見光的波長長，受大氣分子的散射影響小，穿透力強(qiáng)，因此，彩色紅外片色彩更加鮮艷。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.1概述3.1.4航空攝影的分類3.按感光材料分類多光譜攝影：多光譜攝影是利用攝影鏡頭與濾光片的組合，同時對某一地區(qū)進(jìn)行不同波段的攝影，取得不同的分波段像片。例如通常采用的四波段攝影，可同時得到藍(lán)、綠、紅及近紅外波段四張不同的黑白像片，或合成為彩色像片；或?qū)⒕G、紅、近紅外三個波段的黑白像片，合成假彩色像片。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.1無人機(jī)航空攝影基本工作過程1.航攝單位與用戶單位進(jìn)行任務(wù)商定

在常規(guī)航攝規(guī)范之外，主要對以下幾個方面重點協(xié)商。（1）確定執(zhí)行航攝任務(wù)的區(qū)域范圍，并在“航攝計劃用圖”上進(jìn)行標(biāo)識；（2）確定攝影比例尺及使用的航攝儀型號和焦距；（3）確定對航向重疊度與旁向重疊度的要求；（4）明確執(zhí)行任務(wù)的時間期限；（5）應(yīng)提交的航攝資料的名稱和數(shù)量。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.1無人機(jī)航空攝影基本工作過程2.用戶單位與航攝單位簽訂技術(shù)合同

用戶單位與航攝單位商定了技術(shù)方案細(xì)節(jié)之后，雙方即可簽訂技術(shù)合同。簽訂合同時，應(yīng)明確航攝計劃用圖和當(dāng)?shù)貧庀筚Y料由哪一方提供。航攝計劃用圖是航攝單位進(jìn)行航攝實施的依據(jù)，也是無人機(jī)進(jìn)行自主飛行的導(dǎo)航圖。氣象資料主要是近幾年相同時間段當(dāng)?shù)氐慕涤?、能見度等情況，以便合理確定實施航空攝影的日期。在技術(shù)合同簽訂之前，雙方還可以就部分技術(shù)問題進(jìn)行商榷，如對像移值的限制等。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.1無人機(jī)航空攝影基本工作過程3.現(xiàn)地勘察

為提高任務(wù)執(zhí)行效率，航攝單位在簽訂技術(shù)合同之后，即可組織飛控手等相關(guān)人員前往現(xiàn)地進(jìn)行勘察，主要針對起降條件、飛行區(qū)域高大建筑物、飛行空域、空中交通管制等問題進(jìn)行具體勘察；根據(jù)航攝任務(wù)確定無人機(jī)起飛降落區(qū)域、航線規(guī)劃所涵蓋的區(qū)域、無人機(jī)切入航攝區(qū)域的位置、應(yīng)急情況下的備降場地等。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.1無人機(jī)航空攝影基本工作過程4.空域申請

依據(jù)我國的航空管制要求，向當(dāng)?shù)睾娇罩鞴懿块T（空軍或民航）提出空域使用申請，申請內(nèi)容主要包括無人機(jī)飛行高度等主要飛行參數(shù)（依據(jù)空軍或民航要求提供）、飛行航線及航攝區(qū)域位置坐標(biāo)或航攝區(qū)略圖、航拍時間等。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.1無人機(jī)航空攝影基本工作過程5.航攝前的準(zhǔn)備規(guī)劃詳細(xì)的飛行航線，設(shè)置起飛與降落場地位置，依據(jù)攝影比例尺要求，確定航攝區(qū)域無人機(jī)飛行高度、航帶條數(shù)、飛行模式等，同時做好備降場地選擇等應(yīng)急預(yù)案。航攝技術(shù)計算后，應(yīng)將各條航線標(biāo)明在航攝計劃用圖上，該地形圖在航攝飛行時也作為導(dǎo)航圖。在地圖上，還應(yīng)在每條航線上標(biāo)明進(jìn)入、飛出和轉(zhuǎn)彎等各方向標(biāo)以及開始和終止攝影的標(biāo)志，如圖所示。同時，確定使用無人機(jī)類型和具體型號。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.1無人機(jī)航空攝影基本工作過程5.航攝前的準(zhǔn)備進(jìn)入開始終止開始終止飛出ABBA

AA和BB——攝影的邊界線；△——飛機(jī)進(jìn)入、飛出的方向標(biāo)志；●——控制飛行方向的標(biāo)志；○——攝影開始和終止的標(biāo)志；第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.1無人機(jī)航空攝影基本工作過程6.航空攝影的實施準(zhǔn)備工作完成后，按照實施航空攝影的規(guī)定日期，攜帶無人機(jī)及航攝設(shè)備進(jìn)駐起降區(qū)域，并等待空域和良好的天氣以便開始進(jìn)行航空攝影。航空攝影時，按照預(yù)先規(guī)劃的航線進(jìn)行飛行，航攝過程中需要注意的就是攝取的航空像片必須滿足航向和旁向上的重疊度要求，對于專業(yè)航攝儀來說，這點尤為重要。為了確保航攝工作的順利進(jìn)行，航攝時必須盡可能保持飛機(jī)的平穩(wěn)姿態(tài)，保持平飛直飛和規(guī)定的飛行高度。航攝任務(wù)結(jié)束后，應(yīng)在最短時間內(nèi)組織對航攝像片的成像質(zhì)量檢查和后期處理，主要包括幾何與輻射糾正、拼圖、匹配、立體提取、影像輸出等。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.1無人機(jī)航空攝影基本工作過程7.航攝資料驗收航攝單位按照合同要求，向用戶單位交付相應(yīng)影像產(chǎn)品，并由用戶單位對航攝像片的質(zhì)量進(jìn)行驗收。上述過程僅就無人機(jī)航空攝影過程進(jìn)行了劃分，部分工作過程的先后順利在實際執(zhí)行過程中，可以根據(jù)情況適當(dāng)調(diào)整。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.2任務(wù)區(qū)地形分析無人機(jī)執(zhí)行航拍任務(wù)就是要利用航攝影像來了解、辨識和掌握任務(wù)區(qū)域的地形特征、地物分布特點、人員活動情況等，進(jìn)而利用這些影像進(jìn)行像點的量測、構(gòu)建其三維立體影像等。為了能夠較為有效的對航攝區(qū)域進(jìn)行拍攝，首先需要利用航攝地圖從圖上對該區(qū)域的地形情況進(jìn)行分析，主要研究在該航攝區(qū)域及飛行航路上地形是否有較大起伏，有無高大建筑物，有無大面積湖泊等。其主要目的：一是為了更有效的切入航線，以便快速到達(dá)航攝區(qū)域；二是分析無人機(jī)飛行航路上是否有大型遮蔽物，防止無線電鏈路不通視造成無人機(jī)失控；三是在目視飛行時，飛控人員的操作場地是否便于選取等。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.2任務(wù)區(qū)地形分析當(dāng)航攝區(qū)域的面積較大、航線較長或攝區(qū)內(nèi)地形起伏變化較大時，應(yīng)將攝區(qū)劃分成若干個攝影分區(qū)，如圖所示。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.2任務(wù)區(qū)地形分析劃分?jǐn)z影分區(qū)時應(yīng)注意以下兩個要求：1.航攝分區(qū)的界線應(yīng)與成圖圖廓線相一致。2.航攝分區(qū)內(nèi)的地形高差不能超過如下規(guī)定：當(dāng)航攝比例尺小于1:8000時，不得大于四分之一航高；當(dāng)航攝比例尺大于或等于1:8000時，不得大于六分之一航高。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算1.航空攝影比例尺航空攝影比例尺是指航攝像片上一線段與地面相應(yīng)線段的水平距離之比。航空攝影比例尺大小對發(fā)揮航攝影像的使用潛力，降低飛行成本等方面具有重要作用。航空攝影比例尺計算公式為：由于無人機(jī)航空攝影時，像距與物距可以分別表示為航空相機(jī)的焦距與無人機(jī)的飛行高度，故上式可以表示為：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算1.航空攝影比例尺通常，航空相機(jī)的焦距是一個定值，故航攝飛行時對攝影比例尺的規(guī)劃實際上就可根據(jù)飛行高度來最終確定。當(dāng)然，影像平面的尺寸是一定的，為了獲取地面一定收容面積的影像，航拍實施前確定無人機(jī)的飛行高度是十分必要的。按照航空攝影要求的不同，可以采用不同大小的攝影比例尺：（1）大比例尺航空攝影——（2）中比例尺航空攝影——（3）小比例尺航空攝影——第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算1.航空攝影比例尺一般成圖比例尺與攝影比例尺之比稱為圖像比，即因此，所謂攝影比例尺的選擇，實際上就是確定圖像比。顯然，在保持圖像精度的前提下，K值越大，經(jīng)濟(jì)效益越高。一般圖像比K取決于以下二個因素：（1）測繪儀器的放大率是否與選定的圖像比匹配；（2）航攝資料的質(zhì)量能否滿足圖像比的要求。當(dāng)然，隨著航攝質(zhì)量的不斷提高，或者當(dāng)航攝資料主要用于判讀或修測舊圖是，航攝比例尺還可以進(jìn)一步縮小，以便最大限度地發(fā)揮航攝像片的作用。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算2.航高計算航高通常是指飛機(jī)的飛行高度，在航空攝影測量中，航高是航攝像片的外方位元素之一，為了得到符合要求比例尺的航攝像片，無人機(jī)在執(zhí)行航空攝影時，必須保持規(guī)定的航高。由于航高的起算平面不同，飛機(jī)的飛行高度所表示的方法也不同，如圖所示。H攝影H真實△hh平均△h=h平均-hAhAH相對H絕對平均海水平面攝影分區(qū)的平均平面機(jī)場第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算2.航高計算相對航高——飛機(jī)相對于飛機(jī)場的高度；

攝影航高——飛機(jī)相對于攝影分區(qū)平均平面（基準(zhǔn)面）的高度；絕對航高——飛機(jī)相對于平均海平面的高度；

真實航高——飛機(jī)在某一瞬間相對于實際地面的高度。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算2.航高計算其次，計算攝影分區(qū)平均基準(zhǔn)面的高程，即首先，計算攝影航高，即最后，計算絕對航高，即第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算3.單幅像片輻射區(qū)域計算單幅像片的輻射區(qū)域可根據(jù)相幅大小和比例尺進(jìn)行計算或者根據(jù)相幅大小、焦距和航高進(jìn)行計算或根據(jù)相幅大小、焦距和航高進(jìn)行計算，如圖所示。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算3.單幅像片輻射區(qū)域計算設(shè)航攝相機(jī)相幅大小為，相機(jī)焦距為，航高為，、為視場角，攝影比例尺為m，則單幅像片輻射地面區(qū)域的長寬為：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算4.重疊度計算在航空攝影中，同一條航線內(nèi)相鄰像片之間的重疊度稱為航向重疊度，相鄰航線之間的重疊度稱為旁向重疊度，一般均以百分?jǐn)?shù)表示。為了使立體像對之間能有一定的連接，一般在航線方向要保持三度重疊，如圖所示。S1S2S3BPxLx第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算4.重疊度計算根據(jù)重疊度的定義，則第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算4.重疊度計算兩攝站之間的距離稱為攝影基線B，則攝影基線B與重疊度q的關(guān)系為：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算4.重疊度計算由于地形的影響，用戶規(guī)定的重疊度與相對于攝區(qū)平均平面（基準(zhǔn)面）上的重疊度之間的關(guān)系可以表示為：式中：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算5.航線間隔和航攝基線計算航線間隔是指相鄰兩條航路之間的間距，如圖所示。Sbbd航路1航路2第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算5.航線間隔和航攝基線計算假設(shè)單張像片輻射地面的寬度為b，d為旁向重疊度，且d滿足兩幅像片旁向重疊30%（15%~50%），則航路間隔為：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算5.航線間隔和航攝基線計算攝影基線是指同一航路上兩張相鄰像片的攝影間隔，如圖所示。Sd航路1第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.3航空攝影參數(shù)計算5.航線間隔和航攝基線計算假設(shè)單張像片輻射地面的寬度為a

，為航向重疊度d，且d滿足兩幅像片旁向重疊60%（53%~75%），為滿足條件的兩張像片中心的間距，則如果飛機(jī)飛行速度為，則攝影時間間隔為：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.4飛行航路規(guī)劃為了確保無人機(jī)能完成指定的航攝任務(wù)，必須綜合考慮航攝區(qū)域地形、任務(wù)要求等因素，為無人機(jī)制定可行的飛行路線，以確定其應(yīng)該何時何地執(zhí)行相應(yīng)的動作。航路規(guī)劃就是其中最關(guān)鍵的因素，可以說，無人機(jī)航路規(guī)劃是物理可飛性、航路安全性、任務(wù)可行性、規(guī)劃最優(yōu)性、任務(wù)可靠性的統(tǒng)一。航路規(guī)劃是用以規(guī)劃無人機(jī)從起始點到目標(biāo)點的航路，并對規(guī)劃出的航路進(jìn)行檢驗，預(yù)定的飛行航路通常標(biāo)在航空數(shù)字地圖上，主要標(biāo)注有起點、檢查點、轉(zhuǎn)彎點和終點等。首先，規(guī)劃的航路必須滿足無人機(jī)性能要求，即航路規(guī)劃必須考慮無人機(jī)飛行平臺機(jī)動性能的限制，確保規(guī)劃航路的可行性。其次，規(guī)劃航路必須具備良好的安全性，需要考慮地形和碰撞回避，減少航路在時空域上的同步交叉。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.4飛行航路規(guī)劃根據(jù)關(guān)注內(nèi)容的不同，無人機(jī)航路規(guī)劃可以分為不同類型。按無人機(jī)執(zhí)行航攝任務(wù)的不同階段，航路規(guī)劃可分為飛行、航攝、應(yīng)急三個不同階段，在每個階段采用不同的航路規(guī)劃策略；按規(guī)劃時間特性，可分為預(yù)先航路規(guī)劃（或稱離線航路規(guī)劃）和實時航路規(guī)劃（或稱在線航路規(guī)劃）；按規(guī)劃技術(shù)的自動化程度，可分為人工航路規(guī)劃、自動/自主航路規(guī)劃、辦自動航路規(guī)劃。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.4飛行航路規(guī)劃在上述航攝參數(shù)計算的基礎(chǔ)上，對完成某一次航攝任務(wù)的無人機(jī)航路進(jìn)行規(guī)劃時就需要將攝區(qū)大小、相鄰航路間隔、攝影時間間隔等信息考慮進(jìn)去。圖中實線為無人機(jī)飛行路線，除飛行段外，其余部分即為航攝區(qū)，而航攝區(qū)應(yīng)略大于實際攝影區(qū)（圖中虛線區(qū)域），一般情況要多飛1~2條航路，在航向方向要充分考慮飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑等因素，確保航向重疊53%~75%，旁向重疊15%~50%，且保證航線彎曲度小于3%，像片旋轉(zhuǎn)角小于6°。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃無人機(jī)鏈路系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖所示，其主要完成對無人機(jī)的遠(yuǎn)距離遙控、遙測和任務(wù)信息傳輸?shù)热蝿?wù)。遙控鏈路通常使用一條帶寬為幾kHz的上行鏈路，無論何時地面站請求發(fā)送命令，上行鏈路都必須保證能隨時啟用。遙測是了解無人機(jī)狀態(tài)和對其實施遙控的必要監(jiān)測手段，遙測信息主要包括無人機(jī)當(dāng)前的飛行狀態(tài)、發(fā)動機(jī)狀態(tài)以及機(jī)上設(shè)備狀態(tài)等。任務(wù)信息傳輸就是通過下行無線信道向測控站傳送由機(jī)載任務(wù)載荷所獲取的視頻、圖像信息，它是無人機(jī)完成偵測任務(wù)的關(guān)鍵，其傳輸帶寬一般要幾兆Hz，最高的可達(dá)幾十兆Hz，甚至上百兆Hz。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃無人機(jī)鏈路系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃無人機(jī)鏈路應(yīng)用的主要頻段為微波（300MHz-3000GHz），因為微波鏈路有更高的可用帶寬，可傳輸視頻畫面，它所采用的高帶寬和高增益天線抗干擾性能良好。不同的微波波段適用于不同的鏈路類型，一般來說，VHF（超短波）、UHF（特高頻、分米波）、L和S波段較適用于低成本的近程、短程無人機(jī)視距鏈路；超高頻（厘米波）的C、X和Ku波段適用于近程、中程和遠(yuǎn)程無人機(jī)視距鏈路和空中中繼鏈路；Ku、Ka（極高頻）波段適用于中程、遠(yuǎn)程無人機(jī)的衛(wèi)星中繼鏈路。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃1.視距傳播規(guī)劃超短波特別是微波，頻率很高，波長很短，沒有繞射功能，所以兩個微波天線只能在可視情況下才能正常通信。無人機(jī)鏈路通信主要采用地面站與無人機(jī)直接通信和地面站通過衛(wèi)星中繼（或無人機(jī)中繼）與無人機(jī)通信，都采用的視距通信的方式，因此無人機(jī)鏈路規(guī)劃時應(yīng)滿足視距傳播條件。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃1.視距傳播規(guī)劃如圖所示，若在距離發(fā)射機(jī)

距離d的E點存在一高度為h的山峰，此時直視線無法與地球表面相切，而是過山峰頂點F。其計算過程為：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃1.視距傳播規(guī)劃（1）根據(jù)距離d和地球半徑R，計算圓心角。（2）在三角形中，已知邊長，邊長，以及兩邊的夾角，由余弦定理可求得第三邊長度

三角形三邊長度已知，故可求得的度數(shù)，進(jìn)而可確定的度數(shù)。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃1.視距傳播規(guī)劃（3）在直角三角形中，，令。當(dāng)求出后，該問題即轉(zhuǎn)化為：在地球半徑為，發(fā)射天線和接受天線高度為、

的情況下A、B兩點間的理想通視距離。（4）綜合考慮大氣折射的影響，可得視線距離計算公式為：從理論上看，A、B兩點間存在山峰并非一定會影響視線距離，取決于山峰的高度和位置。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃2.頻點使用規(guī)劃（1）信道帶寬及中心頻率工作頻段工作方式波道間隔中心頻點（MHz）備注840.5~845MHz跳頻方式25kHz840.4875+0.025n（n=1，2，...，180）波道可根據(jù)不同傳輸容量要求進(jìn)行波道合并使用。1430~1444MHz波道指配2MHz1429+2n（n=1，2，...，7）第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃2.頻點使用規(guī)劃（2）發(fā)射機(jī)發(fā)射功率發(fā)射機(jī)功率等級等效全向輻射功率（EIRP）限值840.5~845MHz1430~1444MHz2408~2440MHz上行(dBm/通道)下行(dBm/通道)下行（dBm/通道）上行(dBm/MHz)下行(dBm/MHz)1463442--2423035272732020232320第三章無人機(jī)航空攝影原理3.2無人機(jī)航空攝影任務(wù)規(guī)劃3.2.5無線鏈路規(guī)劃2.頻點使用規(guī)劃（2）發(fā)射機(jī)發(fā)射功率在2015年世界無線電通信大會（WRC-15）上，各國討論通過了允許無人機(jī)系統(tǒng)超視距控制和通信鏈路使用Ku和Ka頻段衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)頻率資源的決議。決議規(guī)定無人機(jī)可使用的頻率包括：在Ku頻段，下行為10.95GHz~12.75GHz，上行為14GHz~14.47GHz；在Ka頻段，下行為19.7GHz~20.2GHz，上行為29.5GHz~30GHz。該頻率劃分對無人機(jī)的超視距遠(yuǎn)程控制和通信頻率使用進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類數(shù)字航空照相機(jī)的分類方法較多，根據(jù)攝影時攝影物鏡主光軸與地面的相對位置，可將其分為框幅式（畫幅式）、航線式(又稱縫隙式)和全景式航空照相機(jī)三類。畫幅式相機(jī)攝影時主光軸對地面的方向保持不變，每曝光一次獲得一幅中心透視投影的圖像；航線式相機(jī)沿著飛行方向連續(xù)拍攝，不分幅面；全景式相機(jī)沿著飛機(jī)的橫向拍攝全部或大部分地面寬度，隨著飛機(jī)不斷向前飛行，即可進(jìn)行大面積攝影。按光源不同，可將其分為晝間、夜間和通用航空照相機(jī)，晝間相機(jī)利用日光照明攝影，夜間相機(jī)利用人工照明攝影，通用相機(jī)可晝夜兩用。按承影方式的不同，可將其分為數(shù)字式和膠片式航空照相機(jī)。此外，航空照相機(jī)還可以按照鏡頭焦距的長短、視角的大小等進(jìn)行分類。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.1單面陣數(shù)字航空照相機(jī)單面陣數(shù)字航空照相機(jī)獲取的影像幅面較小，通常為4K×4K或3K×4.5K左右。當(dāng)其攝影比例尺為1:18000，航高為3050m時，其影像分辨率達(dá)到0.16m，影像清晰度高于IKONOS影像（1.0m）和QuickBird影像（0.61m）。部分系統(tǒng)裝有高精度全球定位系統(tǒng)GPS和慣性測量裝置IMU，可提供較高精度的影像外方位元素。該型相機(jī)無框標(biāo)，但像元行列排列非常規(guī)則。單面陣航空數(shù)碼相機(jī)無框標(biāo)，因此，它對數(shù)字航空影像的處理與常規(guī)航空攝影測量不同：即不需要進(jìn)行內(nèi)定向。為了使現(xiàn)有的數(shù)字?jǐn)z影測量工作站能夠處理這種數(shù)碼影像，一般采取將內(nèi)定向的參數(shù)設(shè)置為恒等變換或平移變換。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.2多面陣數(shù)字航空照相機(jī)1.DMC數(shù)字航空照相機(jī)DMC是由4臺黑白影像的全色波段（pan）相機(jī)、4臺多光譜（MS）相機(jī)組成的，排列如圖所示，攝影時同時曝光，其部分參數(shù)如表3-5所示。4個黑白影像的全色波段（pan）相機(jī)傾斜安裝，它們之間的距離為170mm/80mm，分別為前/右（F/R）視、前/左（F/L）視、后/右（B/R）視和后/左（B/L）視，所獲得的4幅影像相互之間具有一定的重疊，而DMC提供給用戶的是經(jīng)過糾正和拼接的有效（Virtual）影像。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.2多面陣數(shù)字航空照相機(jī)1.DMC數(shù)字航空照相機(jī)多光譜相機(jī)全色相機(jī)第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.2多面陣數(shù)字航空照相機(jī)1.DMC數(shù)字航空照相機(jī)基本性能參數(shù)具體指標(biāo)相機(jī)焦距120mm像元大小12μm像幅尺寸16cm×9cm單像元行列數(shù)全色7K×4K，多光譜3K×2K拼接后影像大小7680×13824DMC數(shù)字航攝儀基本性能參數(shù)第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.2多面陣數(shù)字航空照相機(jī)2.UCD數(shù)字航空照相機(jī)UCD數(shù)字航空照相機(jī)是世界上最先進(jìn)的大幅面、高精度數(shù)字航攝系統(tǒng)之一，具備高分辨率、高幾何精度和成像性能，能夠連續(xù)攝影并高速轉(zhuǎn)移和存儲大量數(shù)字航攝影像，其基本性能參數(shù)如表所示?；拘阅軈?shù)具體指標(biāo)全色波段影像尺寸11500×7500點全色波段像素大小9μm實際物理幅面103.5mm×67.5mm全色波段鏡頭焦距100mm快門速度1/500-1/60曝光速度（可調(diào)）一景/0.75秒（最快）機(jī)載設(shè)備容量大于1.5TB（能存儲無壓縮影像2775張）影像的幾何精度<2μm像移補(bǔ)償（FMC）TDI控制，最大50個像素第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.2多面陣數(shù)字航空照相機(jī)2.UCD數(shù)字航空照相機(jī)該型航攝儀是由4臺黑白影像的全色波段（pan）相機(jī)、4臺多光譜（MS）相機(jī)組成，但是4臺黑白影像的全色波段（pan）相機(jī)按照航線航向順序等間隔排列。每臺相機(jī)的承影面上的CCD相機(jī)的個數(shù)不同：依次為四個角各一塊（4個CCD）、上下各一塊（2個CCD）、左右各一塊（2個CCD）、中心一塊（1個CCD），因此，它總共有9塊CCD面陣。攝影時前后順序曝光，若在飛行時每個相機(jī)在同一位置、同一姿態(tài)角下曝光，如圖所示，這樣就能把9個小面陣拼接成大面陣。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.2多面陣數(shù)字航空照相機(jī)3.SWDC大面陣數(shù)字航空照相機(jī)SWDC（SiWeiDigitalCamera）系列數(shù)字航空照相機(jī)是由河南理工大學(xué)、中國測繪科學(xué)研究院、北京四維遠(yuǎn)見信息技術(shù)有限公司等共同研制，突破了中小比例尺地形圖測繪、大比例尺地形圖主要依靠野外測繪的作業(yè)方式，其系統(tǒng)外觀如圖所示。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.2多面陣數(shù)字航空照相機(jī)3.SWDC大面陣數(shù)字航空照相機(jī)SWDC是基于瑞典HasselbladH系列4K×5K或7K×5K數(shù)碼相機(jī)，集成重力2維穩(wěn)定平臺、數(shù)字羅盤、K電動調(diào)節(jié)等系統(tǒng)。SWDC除具有一般數(shù)碼航空相機(jī)特性外，最大的特點是鏡頭可更換，35mm、50mm、80mm焦距正好對應(yīng)傳統(tǒng)23×23相機(jī)的88mm、152mm、300mm焦距，SWDC-4數(shù)字航空照相機(jī)幅面較大，像素達(dá)10K×14.5K（像元大小6.8μm）。SWDC數(shù)字航空照相機(jī)的基高比大（0.55以上），同等地面分辨率(GSD)下為其他進(jìn)口數(shù)字像機(jī)的兩倍。各種比例尺尤其是小比例尺航空攝影測量測制的相應(yīng)比例尺DLG、DEM、DOM產(chǎn)品的平面及高程中誤差均在限差的1/2-1/3范圍內(nèi)。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.2多面陣數(shù)字航空照相機(jī)3.SWDC大面陣數(shù)字航空照相機(jī)SWDC數(shù)字航空照相機(jī)的航攝航高是進(jìn)口數(shù)字航空照相機(jī)的1/2-1/3左右。航高的降低使可飛天氣增多，大大提高了飛行效率。由于其像元角大，視場角也較大，其像幅與進(jìn)口像機(jī)大致接近；SWDC數(shù)字航攝像機(jī)應(yīng)用了強(qiáng)大的飛行管理系統(tǒng)和亞米級GPS實時坐標(biāo)技術(shù)，在室內(nèi)航攝技術(shù)設(shè)計完成后，航攝全過程實行高精度定點曝光，通過內(nèi)置式GPS，可同時獲取GPS輔助空三的GPS記錄；SWDC數(shù)字航空照相機(jī)可以根據(jù)攝區(qū)情況和技術(shù)要求選擇35mm、50mm、80mm鏡頭互換，從城區(qū)、平坦地區(qū)到山區(qū)測繪都有適當(dāng)?shù)慕咕嗫蛇x；SWDC數(shù)字航空照相機(jī)由于采用了GPS輔助空三技術(shù)，使地面測定控制點的數(shù)量大大減少，在由20個像對、4~6條航線組成的區(qū)域網(wǎng)中只需測定五個點（四角各測一個點，中間增設(shè)一個檢查點）即可滿足精度要求，使地面測定控制點的數(shù)量大大減少。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.3三線陣數(shù)字航空照相機(jī)線陣列掃描相機(jī)主要有MEOSS、WAOSS、HRSC、WAAC、TLS、ADS，其中MEOSS、WAOSS、HRSC主要是針對航天攝影并且主要用于測試和試驗，WAAC（WideAngleAirborneCamera）是一款將航天相機(jī)改裝應(yīng)用到航空領(lǐng)域的數(shù)字相機(jī)，它是第一款能夠提供超過8bit輻射分辨率的相機(jī)，這幾種線陣列數(shù)碼CCD的技術(shù)參數(shù)對比如表所示。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.3三線陣數(shù)字航空照相機(jī)系統(tǒng)名稱焦距（mm）像素數(shù)視場角（o）立體角（o）比特數(shù)地面分辨率/航高/地面掃描寬度（m）/（km）/（km）MEOSS61.632363023.582/11/6.4WAOSS21.751848025111/3/5DPA8026000742580.25/2/2WAAC21.751858025111/3/5HRSC-A80120005217,25120.12/3/0.62幾種線陣列數(shù)字航空照相機(jī)的部分參數(shù)對比第三章無人機(jī)航空攝影原理3.3數(shù)字航空照相機(jī)分類3.3.3三線陣數(shù)字航空照相機(jī)產(chǎn)品型號ADS80DMCUCXpUCXDiMACSWDC-4生產(chǎn)廠家瑞士徠卡美國鷹圖奧地利威克勝奧地利威克勝盧森堡迪麥科中國四維遠(yuǎn)見最新產(chǎn)品發(fā)布時間2008.720012008.72006.52009.32007.6像素數(shù)量全色1200013824×768017310×1131014430×9420//彩色120003072×20485770×37704992×332813000×890013000×11000鏡頭焦距全色63mm120mm100mm100mm//彩色25mm33mm33mm80mm50mm最大等效幅面(20μm)240mm276×153mm346×226mm288×188mm260×178mm260×220mm成像及投影方式多中心投影（單鏡頭線陣推掃）虛擬中心投影（多鏡頭單點曝光）共中心投影（多鏡頭同點曝光）共中心投影（多鏡頭同點曝光）虛擬中心投影（多鏡頭單點曝光）虛擬中心投影（多鏡頭單點曝光）傳感器類型全波段單鏡頭4全色+4多光譜4全色+4多光譜4全色+4多光譜2彩色4彩色多線陣CCD多面陣CCD多面陣CCD多面陣CCD多面陣CCD多面陣CCD12線陣4全色+4多光譜9全色+4多光譜9全色+4多光譜2彩色4彩色部分主流數(shù)字航空照相機(jī)部分性能參數(shù)對照表第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性圖像傳感器又稱影像傳感器或光電傳感器，其主要作用是將接收到的光（圖像）信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號，目前普遍使用的圖像傳感器主要有CCD和CMOS兩種類型。數(shù)字航空照相機(jī)主要是利用電荷耦合器件(CCD)，將鏡頭所成影像的光信號轉(zhuǎn)化成電信號，再把這種電信號轉(zhuǎn)化成計算機(jī)可以識別的“數(shù)字信號”記錄下來，最后轉(zhuǎn)換成影像。數(shù)字航空照相機(jī)主要采用線陣或面陣CCD器件實施電子掃描高速采集高分辨率的地面靜態(tài)影像，并將其記錄在電子盤或直接傳輸至地面，其對采集信號的動態(tài)處理能力較電視攝像系統(tǒng)弱。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性CCD傳感器相當(dāng)于航空膠片，其實質(zhì)是按某種規(guī)律排列的MOS（金屬-氧化物-半導(dǎo)體）電容器構(gòu)成的移位存貯器，如圖所示。MOS是CCD的基礎(chǔ)，CCD感光的過程就是光子沖擊感光元件產(chǎn)生信號電荷，并通過CCD上MOS進(jìn)行電荷存儲傳輸?shù)倪^程。柵極（+）金屬層第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性1.線陣和面陣CCDCCD傳感器是數(shù)字航空照相機(jī)的核心元件，它是由眾多的微小光電二極管構(gòu)成的固態(tài)電子感光部件。根據(jù)光電二極管的排列方式可以將CCD傳感器分為線陣和面陣兩種。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性1.線陣和面陣CCD線狀陣列是將多個光電二極管排列成一條直線，逐行進(jìn)行感光成像，其逐行推進(jìn)是由無人機(jī)沿航線方向的飛行實現(xiàn)的。線陣傳感器的線陣列方向與飛行方向垂直，在快門曝光瞬間能夠得到一條線影像，獲取圖像的方式如圖所示，而一幅影像則由若干條線影像拼接而成，故又將其稱為推掃式掃描成像。時刻t投影中心圖像目標(biāo)物XZY第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性1.線陣和面陣CCD面陣CCD是平面陣列CCD或區(qū)域陣列CCD，它是將眾多光電二極管排列成一個平面陣列，同時感受光信號，其CCD芯片感光區(qū)為一矩陣平面，一般長寬比為3:2左右；與畫幅式航空照相機(jī)相似，面陣CCD傳感器在快門打開瞬間獲得一幅完整的中心透視投影的影像，其獲取圖像的方式如圖所示。圖像投影中心時刻t目標(biāo)物第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性1.線陣和面陣CCDCCD類型生產(chǎn)廠家檢測單元尺寸（μm）單元數(shù)陣列數(shù)據(jù)速率（MHE）單色線陣CCDDalsa10600060LoralFairchild1060005Kodak7500025EG&GReticon7800080面陣CCDDalsa125120×512060LoralFairchild7.54096×4096

Kodak92048×204820EG&GReticon13.52048×20484幾種CCD相機(jī)及參數(shù)第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性2.CCD彩色成像面陣數(shù)字航空照相機(jī)對于影像的色彩還原方法較多，主要有以下三種。（1）三塊CCD同時曝光該方法可以在一次曝光拍攝的同時，捕捉到所有的彩色信息。當(dāng)光線通過鏡頭射向CCD表面的時候，由一個特制的棱鏡式分光鏡，將影像的成像光速成分射到三個不同的CCD平面。每一個CCD只記錄紅綠藍(lán)色光中一種色光的彩色信息，并且只再現(xiàn)一種色彩，然后通過軟件的對準(zhǔn)處理，合成為一幅完整的全彩色畫面。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性2.CCD彩色成像（2）單塊CCD三次曝光該方法需要在數(shù)字航空照相機(jī)鏡頭的前方安裝一個濾色片轉(zhuǎn)輪，拍照時必須通過轉(zhuǎn)輪中的紅、綠、藍(lán)三塊濾色片，分別做三次單獨的曝光，并記錄下紅、綠、藍(lán)光的彩色信息。之后，數(shù)字航空照相機(jī)的處理軟件將三次曝光的影像信息結(jié)合在一起，構(gòu)成全彩色影像。由于用三次曝光來記錄彩色信息，僅局限于拍攝靜態(tài)物體。此外，由于三次拍攝條件可能出現(xiàn)的差異，特別是曝光過程中，光源發(fā)生的波動會改變影像的彩色平衡。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.1CCD傳感器及其特性2.CCD彩色成像（3）單塊CCD一次曝光每一單個的像素都以兩種方式覆蓋著不同的紅、綠、藍(lán)色濾色片，一種是條紋覆蓋法，另一種是馬賽克圖案交錯覆蓋法。有些芯片上的綠濾色片多于紅色和藍(lán)色濾色片，這是因為需要去適應(yīng)人眼視覺在可見光譜中對綠色更為敏感的特點。這樣，較多地使用綠色濾色片可以改善影像的分辨率。每一個感光的像素只能捕獲一種色彩，它需要采取插值的計算方法實現(xiàn)從相鄰的像素那里獲得更多的彩色信息。如果不正確的彩色信息被賦值于像素之中，那么插值的效果也會出現(xiàn)問題，這通常在高反差影像的邊緣部分表現(xiàn)得最為明顯，如黑色的文字，常常會出現(xiàn)彩色的鑲邊。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性任何凸透鏡都可以在焦平面上構(gòu)成物體的光學(xué)影像，但是由于單透鏡存在多種像差（球面像差、像場彎曲、色差和畸變差等），因此為了消除像差，任務(wù)攝影物鏡都至少由兩個或更多的透鏡組合而成。對于數(shù)字航空照相機(jī)來說，其攝取的航攝像片主要用于量測等，對影像的質(zhì)量要求更高。為了更好地消除像差，提高影像質(zhì)量，在設(shè)計、加工和裝配航攝物鏡時，總是選擇不同品種和不同折射率的光學(xué)玻璃，研磨成各種具有一定曲率和一定厚度的透鏡，并用粘合或非粘合的方式將這些透鏡裝配成一定的空間距離，裝配時還要求將所有透鏡的曲率中心都調(diào)試在同一條直線上，以形成主光軸。因此，航攝物鏡是一個相當(dāng)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，一般由7~13個單透鏡所組成，如圖所示。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性因此，航攝物鏡是一個相當(dāng)復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，一般由7~13個單透鏡所組成，如圖所示。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性航攝物鏡雖然由多個單透鏡所組成，但為了簡單起見，在敘述物鏡的光學(xué)特性時，仍可以將它看作為一個組合的凸透鏡。下圖表示一個單透鏡主光軸的主要特征點。圖中、表示凸透鏡的兩個分別與物方和像方空間接觸的球面，為主光軸，、

為前、后主焦點，表示平行于主光軸的一束光線通過物鏡后的焦點，OFMMM′M′N′F′O′Nαα′第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性1.焦距、象角和視角

焦距和象角是航空照相機(jī)鏡頭的重要性能，它們分別能夠說明鏡頭成象的大小和拍照的范圍。（1）焦距鏡頭的焦距就是鏡頭的主焦點到主平面的距離。鏡頭成象的大小與象距有著正比例的關(guān)系，而航空照相的象距就等于焦距，所以當(dāng)照相高度一定時，鏡頭的焦距越長，影象也就越大。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性1.焦距、象角和視角（2）象角和視角鏡頭的象角就是象場直徑的兩端到鏡頭后主點連線的夾角。而象場則是象面上影象明亮而清晰的有用部分，航空照相機(jī)的象幅（即CCD的大?。┚褪怯上髨鰜頉Q定的，象幅通常取象場的內(nèi)接四邊形，如圖所示。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性象面象角后主點象幅象場第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和分辨率（1）相對孔徑相對孔徑的大小取決于有效孔徑和焦距。有效孔徑是能夠透過鏡頭的平行主光軸的光束在鏡頭前面的截面直徑。象面照度是隨著有效孔徑的增大和焦距的減小而增強(qiáng)的，因而有效孔徑與焦距的比值越大，象面照度也就越大，這個比值（D/f），就叫做相對孔徑。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和分辨率（2）透射率鏡頭的透射率是透過鏡頭的光通量與射在鏡頭上的光通量之比。鏡頭的透射率越大，說明能夠透過鏡頭的光線越多，象面上的照度就越大。

射在鏡頭上的光線，并不能夠全部透過鏡頭。因為當(dāng)光線射在透鏡與空氣的接觸面上時，會由于表面的反射而受到很大的損失。

由上可知，減少光的反射損失就能夠增大鏡頭的透射率。減少光的反射損失的方法，是在透鏡與空氣的接觸面上涂上一層透明膜，這種方法稱為鏡頭的加膜。鏡頭加膜后能夠減少光的反射損失。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和分辨率（3）漸暈系數(shù)當(dāng)射往鏡頭的光束與主光軸夾有一定角度時，由于受到鏡頭框的阻擋，有一部分光線不能射至象面，使象面邊緣部分的照度減小，這種現(xiàn)象稱為漸暈效應(yīng)，象面中心的漸暈系數(shù)最大，它等于l；離象面中心越遠(yuǎn)，入射光束與主光軸的夾角就越大，被鏡頭框阻擋的光線就越多，因而漸暈系數(shù)就越小。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和分辨率（4）相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和象面照度的數(shù)量關(guān)系如圖所示，在象面上取一微小的正方形面積，它是地面上微小正方形面積的影象。因而所獲得的光通量，取決于射往鏡頭的光通量F。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性象面l△afH△AL地面θθωRD第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和分辨率相對孔徑、透射率和漸暈系數(shù)對于象面照度都有很大的影響，影響的程度可由如下的數(shù)量分析得知。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性當(dāng)光線通過鏡頭時，由于鏡頭的透射率（τ）和漸暈系數(shù)（Kθ）的影響，使得透過鏡頭的光通量小于射往鏡頭的光通量。和有如下關(guān)系：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和分辨率因此3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性由上面兩式知，象面上的照度與相對孔徑的平方、透射率、漸暈系數(shù)和θ角余弦的四次方成正比。由于相對孔徑的倒數(shù)是光圈系數(shù)，所以，象面照度與光圈系數(shù)的平方成反比，為了便于計算象面照度和照相曝光時間，光圈系數(shù)的數(shù)列排列成正比為的等比級數(shù)。這樣，光圈系數(shù)相差一級，象面照度相差一倍。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和分辨率

（5）分辨率鏡頭對被攝物體細(xì)微部分的表達(dá)能力，稱為鏡頭分辨率。在航空照相中通常用鏡頭分辨率來說明光學(xué)影象的清晰程度，它以一毫米的寬度內(nèi)能清晰分辨的線條數(shù)來表示。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.相對孔徑、透射率、漸暈系數(shù)和分辨率（5）分辨率測定鏡頭分辨率，需要特制的檢驗圖片，該圖片有若干線條組，每組的線條寬度和間隔相等，各組線條的數(shù)目和寬度都不同，有的圖片還按照線條數(shù)目的多少標(biāo)有號碼，如圖所示。在測定時，將被測的鏡頭向圖片對光，用放大鏡觀察圖片的影象，從中找出剛能清晰分辨的線條組，這組線條的數(shù)目或號碼就表示該鏡頭的分辨率。3.4.2航攝物鏡及其光學(xué)特性第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性執(zhí)行航空攝影任務(wù)時，由于無人機(jī)平臺的飛行速度很快，即使曝光時間很短，在航攝儀成像面的地物構(gòu)象也將在衍射航線方向上產(chǎn)生位移，這個移動稱為影像位移（像移），影像位移的存在會使航拍圖像模糊。3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式像移補(bǔ)償（IMC-imagemotioncompensation）是指補(bǔ)充在曝光時間里因航空照相機(jī)與被拍攝對象之間存在相對運動而造成的影像位移。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性如圖所示，假設(shè)航攝儀的快門在點上方打開，地面點在航攝膠片上的構(gòu)象為，經(jīng)過曝光時間后，在點上方關(guān)閉時，地面點的構(gòu)象為，顯然就是在曝光時間內(nèi)由于飛機(jī)的前進(jìn)運動而引起的像點位移。像移補(bǔ)償就是為了將因相對運動產(chǎn)生的位移量消除。3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式航線方向第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性像移補(bǔ)償值的大小：3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式顯然，像移值與攝影比例尺、航攝儀焦距f和曝光時間t是成正比的，而與航高H成反比。但是，攝影比例尺與地形起伏有關(guān)，因此，在同一像幅內(nèi)，像移值并不是常數(shù)，在航攝中通常對最大像移值進(jìn)行限制。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性下表為我國航攝規(guī)范中對不同攝影比例尺（或成圖比例尺）所限定的最大容許像移值。3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式攝影比例尺（1/m）或成圖比例尺（1/M）最大容許像移值δ最大（mm）1:m小于1:1.2萬≤0.071:m大于1:1.2萬≤0.11:M1/500~1/2000≤0.06第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性1.縮短曝光時間補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式像移對航攝的影響大小除了用影像位移大小來衡量外，還可以用像移調(diào)制傳遞函數(shù)?？杀硎緸椋河缮鲜娇芍?，在實際應(yīng)用的時間范圍內(nèi)，縮短曝光時間可以使像移量s減小，增加，圖像更為清晰。對于線陣CCD相機(jī)在物平面內(nèi)沿像移方向集合上可以分辨的最小尺寸D由下式?jīng)Q定：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.TDICCD補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式

CarlZeissJenda于1982年提出前向運動補(bǔ)償(FMC)技術(shù)。FMC技術(shù)采用TDICCD器件，多級像元對同一目標(biāo)多次曝光，并將信號電荷進(jìn)行累加以提高信號強(qiáng)度。TDICCD補(bǔ)償原理如圖所示。圖像運動的方向像元電荷轉(zhuǎn)移的方向T1T2TDICCD補(bǔ)償?shù)谌聼o人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.TDICCD補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式在T1時刻對地面目標(biāo)曝光，目標(biāo)成像在CCD陰影所示的像元上(左圖)。曝光結(jié)束后的T2時刻，由于相機(jī)隨飛機(jī)一起運動，T1時刻目標(biāo)所成的像移動到右圖所示陰影部分的下一級像元上，同時控制時鐘使T1時刻的成像電荷包也移動到下一級像元，對同一目標(biāo)繼續(xù)曝光。依此類推，當(dāng)最后一級像元曝光結(jié)束后，輸出的信號為全部TDI像元對同一目標(biāo)的積分電荷之和。普通CCD的輸出信號的大小正比于輸入照度H和積分時間t：第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.TDICCD補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式而M級TDICCD的輸出信號為：由此可以看出，M級TDICCD的輸出信號提高了M倍，但其幾何分辨能力保持不變，仍由

決定。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性2.TDICCD補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式TDICCD進(jìn)行像移補(bǔ)償時，必須使目標(biāo)圖像在像平面上的移動速度與電荷包的轉(zhuǎn)移速度同步。只有這樣才能保證各級TDI像元對同一目標(biāo)依次曝光，并最終輸出同一目標(biāo)的累加電荷信號，從而提高光電靈敏度和圖像質(zhì)量。若目標(biāo)圖像在像平面上的移動速度不等于電荷包的轉(zhuǎn)移速度，將引起的退化。由于圖像的移動是連續(xù)的、兩維的，而TDICCD的電荷轉(zhuǎn)移是離散的、一維的，它也只能對圖像作一維的離散像移補(bǔ)償。因此即使在速度完全同步的條件下仍然存在像移問題。此外，由于TDICCD的級數(shù)是有限的，使得信噪比的提高也受到限制。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.全幀轉(zhuǎn)移/幀轉(zhuǎn)移CCD補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式這種補(bǔ)償方式采用面陣全幀轉(zhuǎn)移CCD或幀轉(zhuǎn)移CCD器件對像移進(jìn)行補(bǔ)償。1992年，AndreG.Lareau等人在其專利中提出了一種利用全幀轉(zhuǎn)移CCD進(jìn)行像移補(bǔ)償?shù)姆椒?，該方法可以對不同的像移速度進(jìn)行補(bǔ)償。全幀轉(zhuǎn)移CCD補(bǔ)償?shù)脑砣鐖D所示。成像區(qū)像移方向移位寄存器………….C1C2C3CN-1CN第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.全幀轉(zhuǎn)移/幀轉(zhuǎn)移CCD補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式成像區(qū)由二維排列的光敏單元組成，將所有光敏單元按列分成若干組，每組由若干列光敏單元組成。假設(shè)分成N組，上圖所示的~。又設(shè)對運動目標(biāo)成像時，所成的像在成像區(qū)有沿圖示方向的運動。如果使成像電荷包在驅(qū)動時鐘的驅(qū)動下與像移同步運動，就可消除像移的影響。如果不同組的像移不同，可以對不同的組設(shè)置各自的控制及時鐘驅(qū)動電路(同一組內(nèi)各列的控制和時鐘驅(qū)動電路是相同的)，使電荷包轉(zhuǎn)移速度與像移速度同步，以消除像移影響。組劃分得越多，補(bǔ)償效果越好，但系統(tǒng)越復(fù)雜。一般對5000列左右的光敏元，劃分為16組就可以取得較好的補(bǔ)償效果。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性4.移動焦平面補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式焦平面是兩維運動的，可以對像移進(jìn)行兩維補(bǔ)償。像移傳感器由較小的CCD或CMOS器件構(gòu)成，裝在成像系統(tǒng)的焦平面上。它對目標(biāo)成像后，能夠以很高的幀頻輸出。為了防止圖像模糊，像移傳感器獲取圖像的曝光時間很短，因此圖像較暗，噪聲也比較大。像移傳感器輸出的圖像信號由光學(xué)相關(guān)器進(jìn)行實時處理，測出相鄰圖像之間的位移并送給控制器?？刂破鞲鶕?jù)圖像位移值和位移傳感器測得的焦平面位置值來驅(qū)動壓電晶體，進(jìn)而驅(qū)動焦平面運動，對像移進(jìn)行補(bǔ)償。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性4.移動焦平面補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式這種像移補(bǔ)償方式是K.Janschek和V.Tchernykh于2001年提出的，其工作原理如圖所示。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性5.擺鏡補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式

1998年，K.Brie?等人采用擺動平面鏡的方法對星載CCD相機(jī)進(jìn)行像移補(bǔ)償。擺鏡補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)原理如圖所示。探測器擺鏡透鏡t2t1t3RRR第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性5.擺鏡補(bǔ)償3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式設(shè)補(bǔ)償系統(tǒng)采用n線陣CCD(圖中n=3)，每個單線陣CCD對地面區(qū)域R成像，n線陣CCD的成像區(qū)域為nR。在CCD和透鏡之間放置一擺鏡。在T1時刻，擺鏡使CCD對地面的nR區(qū)域成像。在T2時刻，成像系統(tǒng)沿航跡方向上移動了距離R，同時擺鏡轉(zhuǎn)過一個角度，使CCD仍然對地面相同的nR區(qū)域成像。在T3時刻，根據(jù)系統(tǒng)在航跡方向的運動，擺鏡又轉(zhuǎn)過一個角度，成像區(qū)域保持不變。這樣采用n線陣CCD成像系統(tǒng)的曝光時間為單線系統(tǒng)的n倍。曝光結(jié)束后，圖像信號被讀出，擺鏡返回T1時刻的初始位置，開始下一輪nR區(qū)域的成像。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式上述系統(tǒng)的補(bǔ)償運動是依據(jù)設(shè)定的飛行高度、飛行速度進(jìn)行控制的。由于設(shè)定值和實際值存在誤差，而且只能對飛行方向的像移作一維補(bǔ)償，這種措施并不適用于高分辨率系統(tǒng)。要想進(jìn)一步改善補(bǔ)償效果，可以用測量裝置測出飛行器的高度和速度，對擺鏡進(jìn)行閉環(huán)控制，但這樣增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。此外，像移還可以通過圖像處理軟件的方法進(jìn)行補(bǔ)償。該方法需要建立像移補(bǔ)償產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型，通過算法對圖像進(jìn)行恢復(fù)。一般圖像式像移補(bǔ)償?shù)姆椒ǘ际窃谏衔粰C(jī)上完成，系統(tǒng)集成性以及實時性都不如上述幾種方法。但是隨著DSP等快速高速運算器件的發(fā)展，通過改進(jìn)算法，降低計算量，這種方法也有望很快的用于實時像移補(bǔ)償。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.3像移補(bǔ)償及其實現(xiàn)方式總之，不同原因引起的像移有不同的補(bǔ)償方法，各種方法有各自的特點及適用范圍，但是所有的像移補(bǔ)償系統(tǒng)都應(yīng)該滿足以下幾方面的要求：（1）保證像面上各點的補(bǔ)償精度即像移補(bǔ)償殘差在允許的范圍內(nèi)；（2）補(bǔ)償系統(tǒng)不能影響其它部分的工作；（3）不降低成像質(zhì)量，即不能導(dǎo)致離焦、降低透光率等現(xiàn)象的發(fā)生；（4）在像移速度范圍內(nèi)能簡單補(bǔ)償而不需外加設(shè)備或復(fù)雜的人工干預(yù)。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.4自動曝光數(shù)字航空照相機(jī)實現(xiàn)曝光的方式主要有手動曝光和自動曝光兩種。手動曝光即人為的控制攝像機(jī)的曝光，自動曝光分為光圈優(yōu)先曝光、快門優(yōu)先曝光。對于航空照相機(jī)來說，要實現(xiàn)圖像亮度與傳感器接收到的光的能量之間的匹配，只要通過自動曝光結(jié)構(gòu)控制傳感器接受的光能量就可以了?？刂破毓獾闹饕獏?shù)有光圈大小、曝光時間長短和信號增益三種。控制光圈大小和曝光時間長短是通過控制傳感器接收到光的能量來控制曝光的，而信號增益是將電信號做放大處理，最后在三者的協(xié)調(diào)控制處理后實現(xiàn)曝光。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.4自動曝光1.自動測光方式自動測光系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)一般分為兩類，即“光圈優(yōu)先”和“快門優(yōu)先”。光圈優(yōu)先就是固定光圈號數(shù)，根據(jù)景物的亮度，自動調(diào)整曝光時間；而快門優(yōu)先則是固定曝光時間，根據(jù)景物亮度，自動調(diào)整光圈號數(shù)。依據(jù)航空攝影時大氣條件等變化較大的特點，一般采用兩者優(yōu)化組合的方式。不同航攝儀其自動測光系統(tǒng)工作會有一定區(qū)別，如RC-10型航攝儀在工作時，主要根據(jù)PEM-2測光表進(jìn)行調(diào)整，開始工作時，光圈號數(shù)自動調(diào)整到5.6，曝光時間將在預(yù)置的允許像移值范圍內(nèi)調(diào)整，如果曝光時間短于1/1000s，光圈號數(shù)自動調(diào)整為8；反之，如果曝光時間超出像移允許范圍，則光圈號數(shù)自動調(diào)整到4。第三章無人機(jī)航空攝影原理3.4數(shù)字航空照相機(jī)結(jié)構(gòu)與特性3.4.4自動曝光1.