UCD 數(shù)碼航攝儀的特點與應用*

馬春麗，楊紅艷

(四川省地質(zhì)測繪院，四川 成都 610017)

UCD 數(shù)碼航攝儀的特點與應用*

馬春麗，楊紅艷

(四川省地質(zhì)測繪院，四川 成都 610017)

介紹了UCD數(shù)碼航攝儀的特點，以某城市0.2 m地面分辨率航攝影像資料為例，探討了數(shù)字正射影像圖(DOM，Digital Orthography Map)的成圖精度與像元大小之間的關系，并得出了一些有益的結(jié)論。

UCD;數(shù)字正射影像(DOM);像元;精度

0 引言

目前，國內(nèi)外主要的大面陣數(shù)碼航空相機有瑞士Leica公司的ADS40、奧地利 Vexcel Imaging公司推出的 UltraCAM D(UCD)、美國Z/I Imaging公司推出的DMC以及2006年四維遠見公司推出的SWDC。其中ADS40為線陣相機，是嚴格的中心投影，但飛行條件要求較高、覆蓋范圍小、后續(xù)處理復雜。其余3 款為面陣相機，影像質(zhì)量好、平面精度高[1，2]。

數(shù)碼航攝相機在影像質(zhì)量、色彩、分辨率等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)膠片相機，同時對天氣條件要求較低，消除了膠片處理所帶來的幾何精度損失(如影像壓平、影像掃描、膠片質(zhì)量等)，實現(xiàn)了全數(shù)字航空攝影測量。然而，由于目前生產(chǎn)大面陣的CCD還有一定難度，數(shù)碼航攝影像覆蓋范圍小、基高比小，高程精度低[3]。

為此，本文以某地區(qū)高分辨率UCD數(shù)碼航攝資料為例，介紹了UCD數(shù)碼航攝儀特點，并對成圖精度進行了詳細的分析。

1 UCD數(shù)碼航攝儀

UCD數(shù)碼航攝儀由4個黑白影像的全色波段(Pan)鏡頭，并沿航向方向等間隔排列(間隔約8 cm)，3個彩色鏡頭(即RGB鏡頭)和1個近紅外鏡頭(Near InfraRed，NIR)位于其兩側(cè)(見圖1)。UCD相機全色鏡頭焦距f約為100 mm，像素大小分別為7 500×11 500 pixel(即67.5 mm ×103.5 mm，傳統(tǒng)膠片相機像幅大小為230 mm×230 mm)，物理分辨率為9 μm。

4個全色鏡頭共有9個CCD面陣，每個鏡頭承載的CCD個數(shù)不同，中心1個，4角上各1個，前后各1個，左右各1個，CCD分布及成圖過程，見圖2。

圖1 UCD鏡頭示意圖Fig.1 UCD camera lens schematic

圖2 UCD成像過程示意圖Fig.2 UCD imaging process schematic

UCD相機每個鏡頭的曝光時間不嚴格同步，其航攝過程如下[4]:

1)航攝時，第一個鏡頭到達目標上空，正中心的1個CCD被曝光(圖2中的“1”);

2)隨飛機的飛行，第二個鏡頭(主鏡頭，Master Cone)到達相同位置，四角的4個CCD以及R、B鏡頭對應的2個CCD曝光(圖2中的“2”);

3)第3個鏡頭到達同一位置時，上下2個CCD以及G和NIR鏡頭對應的2個CCD曝光(圖2中的“3”);

4)第4個鏡頭到達時，左右2個CCD曝光(圖2中的“4”)。至此，整個像幅內(nèi)所有CCD的曝光操作全部完成。

UCD相機使用的13個 CCD面陣尺寸均為4 008×2 672 pixel，其中形成全色影像的9個 CCD之間存在一定程度的重疊(航向為258像素，旁向為262像素)。CCD獲取的全色影像數(shù)據(jù)通過以主鏡頭獲取的影像為準，通過公共點將從鏡頭(Slave Cone)影像精確配準到主鏡頭上，生成一個完整的中心投影影像，以消除曝光時間誤差。全色影像通過與同步獲取的RGB和彩紅外影像進行融合、配準等處理，生成高分辨率的真彩色和彩紅外影像產(chǎn)品。

2 應用實例

2.1 測區(qū)概況

航攝區(qū)域位于西南地區(qū)某城市境內(nèi)，測區(qū)平均海拔約500 m，UCD航攝儀焦距為f=105 mm，相對行高ΔH=2 200 m，比例尺約為1/21 000，地面分辨率約為0.2 m，航向與旁向重疊度分別大于65%和30%。影像包括彩色、近紅外和全色3種數(shù)據(jù)。圖3為完整的一幅近紅外和彩色影像示意圖，圖4顯示的是近紅外、彩色與全色實際影像大小。

2.2 DOM的制作與精度分析

DOM制作的主要過程包括航空攝影、像片控制測量、解析空中三角測量(簡稱空三加密)、DEM數(shù)據(jù)采集與編輯、影像糾正、編輯、接邊、分幅等主要流程(見圖5)。

圖3 近紅外和彩色影像Fig.3 Near infrared and colour image

圖4 近紅外、彩色全色與全色影像圖Fig.4 Near infrared，colour full-color and full-color image

圖5 DOM生產(chǎn)技術路線圖Fig.5 DOM production technique route map

像控點布設方案為[5]:基線間隔數(shù)6～8條，航線跨度2條，全部布設為平高點，即保證每一航線均有一排控制點，并適當增加部分像控點作為空三加密的檢查點。像控點的布設方案，見圖6。

圖6 像控點布設示意圖Fig.6 Image control points layout schematic

像控點測量采用GPS靜態(tài)和網(wǎng)絡RTK作業(yè)測量模式，高程采用該地區(qū)的厘米量級似大地水準面精化模型進行轉(zhuǎn)換，其平面精度約為±0.05 m，高程精度優(yōu)于0.1 m。

空三加密為光束法區(qū)域網(wǎng)整體平差方法，使用軟件為JX－4攝影測量工作站。加密點殘差統(tǒng)計結(jié)果如下:

平面位置及高程中誤差均為±0.12 m左右。檢查點中誤差:平面位置為 ±0.22 m(最大為 0.44)，高程中誤差為±0.35 m(最大為0.74 m)。

實測1∶2 000 DOM圖(見圖7)上明顯地面點100余個，如道路、花臺、水池、草坪、圍墻等特征地物點，并于DOM圖上的同名地物點坐標進行比較，按照式(1)計算平面位置中誤差。

式中:MS為平面中誤差;Xi、Yi為第i個DOM圖上地物點坐標;X′i、Y′i為第 i個點的實測坐標，單位為 m。

檢測結(jié)果表明:該地區(qū)DOM的平面位置中誤差為±0.4 m(最大誤差為1.0 m，最小為0.07 m)，達到了1∶1 000地形圖的平面位置中誤差(即±0.6 m)的要求。

圖7 DOM影像圖Fig.7 DOM image map

3 結(jié)束語

通過UCD數(shù)碼航攝相機在西南地區(qū)某城市的應用試驗得出:采用基線間隔數(shù)8條、航線跨度2條的像控點(平高點)布設方案，其空三加密平面位置(檢查點)精度約0.2 m(即一個像元大小)，DOM同名地物點外業(yè)檢測其平面位置中誤差為0.4 m(即兩個像元大小)。

以上結(jié)果說明數(shù)碼航攝相機的制圖精度(平面)取決于航攝資料的實際像元大小，其航攝比例尺完全可以放寬至10～20倍(傳統(tǒng)光學膠片航攝比例尺與成圖比例尺之間的關系一般為6～8倍)。

[1]李健，劉先林，劉鳳德，等.SWDC－4大面陣數(shù)碼航空相機拼接模型與立體測圖精度分析[J].測繪科學，2008，33(2):104 －106.

[2]戴騰，張勇，楊華先，等.UCD數(shù)碼相機影像在武漢測區(qū)的應用[J].地理空間信息，2008，6(3):130 －132.

[3]張祖勛.航空數(shù)碼相機及其有關問題[J].測繪工程，2004，13(4):1－4.

[4]余詠勝，游寧君.數(shù)碼航攝像機——傳統(tǒng)膠片航攝像機的替代者[J].測繪通報，2005(3):6 －10.

[5]鄧芳，張俊，劉怡，等.基于UCD/UCX航攝影像的像控點布設方案研究[J].測繪通報，2011(8):8 －12.

Characteristic and Application of UCD Digital Aerial Camera

MA Chun-li，YANG Hong-yan
(Sichuan Institute of Geological Surveying and Mapping，Chengdu Sichuan 610017，China)

Based on the characters of UCD digital aerial camera and the aerial images with 0.2 m ground resolution about a city，the relationship between the accuracy of the digital orthographic map and the size of pixel is discussed.

UCD;DOM;pixel;accuracy

P 231;P 204

B

1007－9394(2012)02－0043－02

2012－03－21

馬春麗(1971～)，女，新疆石河子人，工程師，現(xiàn)主要從事航測遙感等方面的應用與研究。