1、1第五章第五章 航空遥感航空遥感 定义：定义：航空遥感是以中低空遥感平台为基础进行摄影（航空遥感是以中低空遥感平台为基础进行摄影（或扫描）成像的遥感方式。或扫描）成像的遥感方式。优点：优点：空间分辨率高、灵活性大、适合于微观研究。空间分辨率高、灵活性大、适合于微观研究。不足：不足：费用昂贵。费用昂贵。5.1 5.1 航空遥感系统航空遥感系统一、航空遥感平台一、航空遥感平台 （一）气球；（二）飞机；（一）气球；（二）飞机；二、航空摄影方式二、航空摄影方式 摄影前准备工作；空中摄影的实施摄影前准备工作；空中摄影的实施第1页，共41页。2（一）按摄影机主光轴与铅垂线的关系分（一）按摄影机主光轴与铅垂
2、线的关系分 主光轴：主光轴：通过物镜中心并与主平面（或焦平面通过物镜中心并与主平面（或焦平面)垂直的垂直的直线称为主光轴。直线称为主光轴。像主点：像主点：主光轴与感光片的交点称为像主点。主光轴与感光片的交点称为像主点。航摄倾角与像点倾角：航摄倾角与像点倾角：主光轴与铅垂线的夹角主光轴与铅垂线的夹角a。1.垂直航空摄影垂直航空摄影:a3 2.倾斜航空摄影：倾斜航空摄影：a3（二）按摄影所用的波段分二）按摄影所用的波段分 1.普通黑白摄影；普通黑白摄影；2.天然彩色摄影；天然彩色摄影；3.黑白红外摄影；黑白红外摄影；4.彩色红外摄影；彩色红外摄影；5.多光谱摄影；多光谱摄影；6.机载侧视雷达；机载
3、侧视雷达；第2页，共41页。3（三）按摄影实施方式分（三）按摄影实施方式分 1.单片摄影单片摄影 为特定目标或小块地区进行的摄影，一般获得一张、一为特定目标或小块地区进行的摄影，一般获得一张、一对或数张不连续的像片。对或数张不连续的像片。2.单航线摄影单航线摄影 沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物（如铁路、公沿一条航线对地面上狭长地带或线状地物（如铁路、公路、河流、管道等）进行的连续摄影。路、河流、管道等）进行的连续摄影。航向重叠：航向重叠：60%，不得小于，不得小于53%。3.多航线摄影（面积摄影）多航线摄影（面积摄影）沿数条互相平行的直线航线对一个广大区域进行的连续沿数条互相平行的直线航
4、线对一个广大区域进行的连续的、布满区的摄影。的、布满区的摄影。航向重叠：航向重叠：60%，旁向重叠旁向重叠:15%-30%;第3页，共41页。4第4页，共41页。5（四）按航摄比例尺分（四）按航摄比例尺分1.大比例尺航空摄影：大比例尺航空摄影：1：1万；万；2.中比例尺航空摄影：中比例尺航空摄影：1：1万万1：3万；万；3.小比例尺航空摄影：小比例尺航空摄影：1:3万万1：1：10万；万；4.超小比例尺航空摄影：像片比例尺超小比例尺航空摄影：像片比例尺1：10万万 1：25万；万；三、航空遥感特点三、航空遥感特点 1.航空遥感空间分辨率高、信息量大。航空遥感空间分辨率高、信息量大。2.航空遥感
5、灵活，适用于一些专题遥感研究。航空遥感灵活，适用于一些专题遥感研究。3.航空遥感作为实验性技术系统，是各种星载遥感仪航空遥感作为实验性技术系统，是各种星载遥感仪器的先行检验者。器的先行检验者。4.信息获取方便。信息获取方便。第5页，共41页。6四、航片上的标志四、航片上的标志 像幅规格：像幅规格：1818cm2,23 23cm2第6页，共41页。75.2 5.2 航空像片的几何特征与物理特性航空像片的几何特征与物理特性一、航空像片的投影原理一、航空像片的投影原理（一）中心投影（一）中心投影定义：定义：凡空间任意点凡空间任意点A（物点）与一固定点（物点）与一固定点S（投影中心）连（投影中心）连成
6、的直线或延长线（即中心光线）被一个平面（像平面）所成的直线或延长线（即中心光线）被一个平面（像平面）所截，则此直线与平面的交点截，则此直线与平面的交点a（像点）称为（像点）称为A点的中心投影。点的中心投影。第7页，共41页。8 从投影上而言，航空像片（从投影上而言，航空像片（正片）正片）的位置，等于以的位置，等于以投影中心为圆心，以焦距投影中心为圆心，以焦距f为半径，将为半径，将P旋转至旋转至P（下图）（下图），P即为正像的位置。即为正像的位置。第8页，共41页。9二、航空像片的比例尺二、航空像片的比例尺 (一）定义：一）定义：航空像片上某一线段长度与地面相应线航空像片上某一线段长度与地面相应
7、线段长度之比，称为像片比例尺，用段长度之比，称为像片比例尺，用1/M表示表示，并有下式，并有下式：HfM1式中：式中：f为焦距，为焦距，H为飞行器相对航高。为飞行器相对航高。第9页，共41页。10 1.与焦距和航高的关系与焦距和航高的关系：航空像片的比例尺与物镜：航空像片的比例尺与物镜焦距成正比，与相对航空成反比。若焦距固定不变，相焦距成正比，与相对航空成反比。若焦距固定不变，相对航高越高，比例尺就越小。对航高越高，比例尺就越小。2.受地形因素的影响受地形因素的影响 （1）平坦地区：）平坦地区：摄像时像片处于水平位置，则像片摄像时像片处于水平位置，则像片的比例尺可以近似看成处处一致。的比例尺可
8、以近似看成处处一致。如：如：f=70mm,H=3500mm,则像片比例尺为则像片比例尺为1：50000 一般在航空摄影时，焦距是固定的，比例尺主要随着航高一般在航空摄影时，焦距是固定的，比例尺主要随着航高而变化。而变化。（二）影响航空像片比例尺的因素（二）影响航空像片比例尺的因素第10页，共41页。11（2）地形复杂地区）地形复杂地区 由于地形起伏使得每一地物点的航高不同，实际比例由于地形起伏使得每一地物点的航高不同，实际比例尺与不一样。尺与不一样。1000021050026003603636KKKKKfhHfHm如：在用如：在用RC-5拍摄的像拍摄的像片片,已知航高已知航高2600m，焦，焦
9、距距210mm,红松红松K36号样号样地的海拔高为地的海拔高为500m，红，红松松K40号样地海拔高为号样地海拔高为290m，则，则K36的比例尺的比例尺分母为：分母为：？40Km第11页，共41页。12三、航空像片上特殊的点线三、航空像片上特殊的点线 S为投影中心为投影中心，E为地面，为地面，P为为像面，像面，E与与P所夹所夹两面角两面角a,即为摄即为摄影时的倾角。影时的倾角。1.像主点像主点：主主光轴光轴OS与像平面与像平面垂直的交点垂直的交点o,地地面上的相应点称面上的相应点称为地主点为地主点O；2.像底点像底点：通过通过镜头中心镜头中心S的铅垂的铅垂线线(NSn)与像面的与像面的交点交
10、点第12页，共41页。13 3.等角点等角点：主光轴主光轴SO与主与主垂线垂线NSn夹角夹角a（即像片倾角）（即像片倾角）的二等分线与像的二等分线与像平面及地面的交平面及地面的交点，都称等角点点，都称等角点。用。用c和和C表示。表示。4.主纵线主纵线：包包括主光轴与铅垂括主光轴与铅垂线的平面（线的平面（W）与像平面的交线与像平面的交线（vv)为主纵线为主纵线；地面上为地面上为VV。第13页，共41页。14 5.主横线主横线：在在像片上凡与主纵像片上凡与主纵线垂直的线，称线垂直的线，称为像水平线为像水平线hh，通过像主点的像通过像主点的像水平线为主横线水平线为主横线hoho.6.等比线等比线：像
11、像平面上通过等角平面上通过等角点点c的像水平线，的像水平线，称为等比线称为等比线hchc.7.真水平线真水平线：通过镜头中心通过镜头中心S所所作的水平面与像作的水平面与像片面的交线片面的交线hihi.第14页，共41页。15 8.主合点主合点：主主纵线与真水平线纵线与真水平线的交点的交点I.9.透视轴透视轴：延延长像片面与地平长像片面与地平面相交的直线的面相交的直线的透视轴透视轴TT.第15页，共41页。16(二）特殊点、线间的关系二）特殊点、线间的关系atgfon.2atgfocaatgfcnsec2ctgafoiafsicisinaSNVisin第16页，共41页。17四、航空像片的物理特
12、性四、航空像片的物理特性（一）基本概念（一）基本概念 1.色调色调：地物电磁辐射能量在像片上的模拟记录，在黑：地物电磁辐射能量在像片上的模拟记录，在黑白像片上表现为白像片上表现为灰度灰度，在彩色像上表现为，在彩色像上表现为色彩色彩。2.色彩：色彩：彩色像上某一部分的颜色称为此部分的色彩。彩色像上某一部分的颜色称为此部分的色彩。3.灰阶：灰阶：灰度分成若干个等级，每一等级称为一级灰阶。一灰度分成若干个等级，每一等级称为一级灰阶。一般用般用2n(n是正整数）表示灰阶序号是正整数）表示灰阶序号0,1,2,3,2n-1。4.亮度系数：亮度系数：在相同照度下，某物体表面亮度与绝对白色在相同照度下，某物体
13、表面亮度与绝对白色的理想物体表面亮度之比。表示地物发射（或反射）光的能力。的理想物体表面亮度之比。表示地物发射（或反射）光的能力。0LLP 其中：其中：L-为某物体表面亮度；为某物体表面亮度；L0-为绝对白色物体表面亮度。为绝对白色物体表面亮度。第17页，共41页。18（二）影响航空像片色调的因素（二）影响航空像片色调的因素 1.地物表面亮度：地物表面亮度：其取决于摄影时照度和地物自身的亮其取决于摄影时照度和地物自身的亮度系数。度系数。（1）照度：太阳辐射到地表的强度，即像片上的灰度）照度：太阳辐射到地表的强度，即像片上的灰度色调。色调。（2）地物亮度系数：当照度一定时，地物亮度系数决）地物亮
14、度系数：当照度一定时，地物亮度系数决定着地物在黑白航空像片上的相应影像的色调。定着地物在黑白航空像片上的相应影像的色调。亮度系亮度系数越大，色调越浅。数越大，色调越浅。2.感光材料：感光材料：感光度感光度 3 摄影技术：摄影技术：曝光量曝光量的选择、感光片的冲洗及印像、放大技的选择、感光片的冲洗及印像、放大技术等。术等。第18页，共41页。19一、视差产生原因与纠正一、视差产生原因与纠正 像点位移：像点位移：根据中心投影的原理，无论是带有起伏的地形，根据中心投影的原理，无论是带有起伏的地形，还是高出地面的任何物体，反映到航空像上的像点与其平面还是高出地面的任何物体，反映到航空像上的像点与其平面
15、位置相比，一般都会产生位置的移动，这种像点位置的移动位置相比，一般都会产生位置的移动，这种像点位置的移动，叫做，叫做像点位移。像点位移。主要由主要由像片倾斜像片倾斜、地面点相对于基准面的高差地面点相对于基准面的高差和和物理因素物理因素等等产生的。产生的。5.3 5.3 像片视差和立体观测像片视差和立体观测第19页，共41页。20（一）像片倾斜引起的像点移位（一）像片倾斜引起的像点移位 P为倾斜像片，为倾斜像片，P0为水平像片；为水平像片；a,a0为同一面点在为同一面点在P和和P0上的任意点上的任意点位；位；c为等角点；为等角点；第20页，共41页。2022-8-1621将倾斜像片绕等比线将倾斜
16、像片绕等比线hchc旋转到与水平旋转到与水平像片重合形成叠合图像片重合形成叠合图形。形。Ca和和Ca0共线，但共线，但长度不等。长度不等。第21页，共41页。22（二）地形起伏引起的像点位移（二）地形起伏引起的像点位移投影差：投影差：由于地面起伏由于地面起伏变化，投影在像片上的变化，投影在像片上的像点产生的直线移位。像点产生的直线移位。其与其与地形起伏地形起伏和和像片倾像片倾斜斜都有关系。都有关系。第22页，共41页。23根据相似三角根据相似三角形原理，可得形原理，可得投影差的公式投影差的公式：Hhrh其中：其中：r为像点为像点a到像主点的距到像主点的距离；离；H为摄影航高；为摄影航高；h为地
17、面离差；为地面离差；第23页，共41页。241.投影差分布规律投影差分布规律 （1）对相对高差相等）对相对高差相等的点，的点，h也相等；也相等；r=0时，时，h=0；像主点像主点无无像点移动；像点移动；（2）h与与h成正比成正比，h0，像点背离像主像点背离像主点方向移位，点方向移位，h0；h0，像点朝向像主点，像点朝向像主点方向移位，方向移位，h0，像点像点a朝向像主点方向改朝向像主点方向改正；正；h0，图上点，图上点A0背朝底点背朝底点方向改正方向改正,h0;反之反之第25页，共41页。26Hhrh3.根据像点位移值测量目标的高度根据像点位移值测量目标的高度 根据公式：根据公式：可得可得：r
18、Hhh 例如：例如：一张航空像片，已知摄影高度为一张航空像片，已知摄影高度为400m，在航，在航空像片上量出目标顶点至像点的距离为空像片上量出目标顶点至像点的距离为2.8cm，目标，目标的像点位移值为的像点位移值为0.15cm，则目标高度为，则目标高度为:h=400*0.15/2.8=21.43(m)第26页，共41页。27第27页，共41页。2022-8-1628二、航空像片的立体观察二、航空像片的立体观察（一）航空像片立体观察的原理（一）航空像片立体观察的原理 瞳孔瞳孔如同光圈如同光圈，视网膜视网膜如同底片如同底片，接受物，接受物体的影像体的影像信息。信息。交会角交会角第28页，共41页。
19、29生理视差的生理视差的形成形成：人们是人们是从从眼基线眼基线的两的两个端点来观察个端点来观察物体（右眼从物体（右眼从右边观察物体右边观察物体，左眼从左边，左眼从左边观察物体），观察物体），因此两眼的因此两眼的观观察角度就不同察角度就不同，在两眼网膜，在两眼网膜上所产生的物上所产生的物体影像就有差体影像就有差别，即形成了别，即形成了生理视差。生理视差。第29页，共41页。30生理视差生理视差是产生立体视觉和判断景物远近的原因。是产生立体视觉和判断景物远近的原因。立体观察立体观察是根据立体视觉原理进行的。实施立体观察，是根据立体视觉原理进行的。实施立体观察，必须是在连续拍摄的两张空中照片的重叠部
20、分上进行的必须是在连续拍摄的两张空中照片的重叠部分上进行的。第30页，共41页。31 人造立体视觉：人造立体视觉：空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构像的像片产生生理视差，重建空间景物的立体视觉，所看的空构像的像片产生生理视差，重建空间景物的立体视觉，所看的空间景物称为间景物称为立体影像，立体影像，产生的产生的立体视觉立体视觉称为人造立体视觉。称为人造立体视觉。人造立体视觉必须符合自然界立体观察的人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件：四个条件：（1）两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的）两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体立
21、体像对；像对；（2）两只眼睛必须只能）两只眼睛必须只能分别观察像对分别观察像对的一张像片；的一张像片；（3）两像片上相同景物（）两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应同名像点）的连线与眼基线应大致平行；大致平行；（4）两像片的）两像片的比例尺相近比例尺相近（差别（差别 15%）第31页，共41页。32（二）航空像片的立体观察（二）航空像片的立体观察立体观察方法：立体观察方法：1.人眼观察法人眼观察法 2.仪器法：仪器法：透镜式立体镜、反光式立体镜、扫描式立体透镜式立体镜、反光式立体镜、扫描式立体观测仪和主体显微镜等观测仪和主体显微镜等。第32页，共41页。33第33页，共41页。2022
22、-8-1634第34页，共41页。353.光电设备观察光电设备观察 目前图像判读的先进设备，它具有目前图像判读的先进设备，它具有分辨率高分辨率高、适用性适用性强、目标测量定位快强、目标测量定位快等特点。其功能包括等特点。其功能包括放大观察、立放大观察、立体观察、图像处理、图像信息整编和图像存储等，体观察、图像处理、图像信息整编和图像存储等，配有大配有大容量计算机和多种外围设备。容量计算机和多种外围设备。立体观察效果：立体观察效果：1.正立体效果：立体观察时所得到的立体效应与实地情况相正立体效果：立体观察时所得到的立体效应与实地情况相同。同。2.反立体效果：立体观察时所得到的立体效应与实地情况相
23、反立体效果：立体观察时所得到的立体效应与实地情况相反。反。3.零立体效果：观察时所看到的物体影像没有高低的差别。零立体效果：观察时所看到的物体影像没有高低的差别。4.双影：观察时航空像片上相同物体影像不能完全重合。双影：观察时航空像片上相同物体影像不能完全重合。第35页，共41页。36第36页，共41页。37三、航空像片的立体测量三、航空像片的立体测量测量起伏地形的高差，根据像点测量起伏地形的高差，根据像点左右视差左右视差来确定。来确定。左右视差左右视差：高低不同的地面点，在两张重叠的航空像片：高低不同的地面点，在两张重叠的航空像片所呈现的相应点横坐标之差。横坐标以像主点为原点，所呈现的相应点
24、横坐标之差。横坐标以像主点为原点，右边为正，左边为负。右边为正，左边为负。第37页，共41页。38A，C两点的左右视差两点的左右视差为：为：2121)(XaXaXaXaPa2121)(XcXcXcXcPcBhHfPaBHfPc第38页，共41页。39hHhHBfHBfhHBfPcPaPbmBHBf1hBbhPPbPHhB为像片基线；为像片基线；P为视差较；为视差较；第39页，共41页。40二、航空成像光谱仪二、航空成像光谱仪 1.航空成像光谱仪；航空成像光谱仪；2.多用途航空成像光谱仪；多用途航空成像光谱仪；3.先进的固态阵列光谱辐射仪；先进的固态阵列光谱辐射仪；4.航空可见光航空可见光/红外成像光谱仪；红外成像光谱仪；5.小型机载成像光谱仪；小型机载成像光谱仪；5.4 5.4 高光谱航空遥感高光谱航空遥感一、基本概念一、基本概念 高光谱分辨率遥感是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴高光谱分辨率遥感是指利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获取有关数据，它的基础是趣的物体获取有关数据，它的基础是测谱学测谱学.第40页，共41页。祝同学们学业有成！刘修国：LiuX Mobile：13808658025第41页，共41页。
