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1、第三章 遥感成像原理与遥感图像特征,第二节 摄影成像,自学提纲,摄影的概念？ 传统摄影和数字摄影的区别？ 摄影机的种类？ 线对数的概念？ 垂直摄影和倾斜摄影的概念和特点？ 中心投影和垂直投影的概念和区别？ 相片比例尺的概念及计算方法？,3.2 摄影成像,摄影是通过成像设备获取物体影像的技术。传统摄影是依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影是通过放置在焦平面的光敏元件，经光/电转换，以数字信号来记录物体的影像。依据探测波段，有近紫外摄影、可见光摄影、红外摄影和多光谱摄影等。,3.2 摄影成像,3.2.1 摄影机 3.2.2 摄影像片的几何特性 3.2.3 摄影胶片的物理特性
2、,摄影机是成像遥感最常用的传感器，可装载 在地面平台、航空平台及航天平台上，有分幅式和全景式摄影机之分。,3.2.1 摄影机,1、分幅式摄影机,这种传感器的成像原理是在某一个摄影瞬间获得一张完整的像片（18厘米18厘米或23厘米23厘米幅面），一张像片上的所有像点共用一个摄影中心和同一个像片面，即所谓中心投影，就是平面上各点的投影光线均通过一个固定点（投影中心或透视中心），投射到一平面（投影平面）上形成的透视关系。,焦距,短焦距：小于100mm。 中焦距：100-200mm。航空摄影机。 长焦距：大于200mm。航天摄影机。,视场角,常角：50度-70度。 宽角：70度-105度。 特宽角：1
3、05度-135度。 相同高度时，视场角越大，地面覆盖范围越大。,线对数,概念：镜头中心的光学分辨率，指的是摄影机镜头在单位长度内能分辨的线状物体的最大数目。,线对数和像素的关系？,（1）缝隙式摄影机,又称推扫式摄影机或航带摄影机。 在飞机或卫星上，摄影瞬间所获取的影象，是与航线方向垂直且与缝隙等宽的一条线影象。当飞机或卫星向前飞行时，摄影机焦平面上与飞行方向成垂直的狭缝中的影象也连续变化。当摄影机内的胶片不断卷动，且其速度与地面在缝隙中的影象移动速度相同，则能得到连续的航带摄影像片。胶片卷动速度V与飞行速度v和相对航高H有关，以获得清晰的影象 V=v*f/H，f为焦距。,2、全景式摄影机,（2
4、）镜头转动式摄影机,在物镜的焦面上平行于飞行方向设置一条狭缝，并随物镜作垂直于航线方向扫描，得到一幅扫描成像的图象。物镜摆动的幅面很大，能将航线两边的地平线内的影象都摄入底片。 会出现两边比例尺逐渐缩小的现象，整个影像产生所谓全景畸变。影像的畸变十分复杂。,3、多光谱摄影机,对同一地区，在同一瞬间摄取多个波段影象的摄影机。 可充分利用地物在不同光谱区有不同的反射特征，来增多获取目标的信息量，以提高识别地物能力。 有三种基本类型： 多摄影机型多光谱摄影机 多镜头型多光谱摄影机 光束分离型多光谱摄影机,a、多相机组合型；b 、多镜头组合型； c 、光束分离型,多光谱摄影机,4、数码摄影机,成像原理
5、与一般摄影机同，结构也类似。所不同的是其记录介质不是感光胶片，而是光敏电子器件，如CCD（电荷耦合器件Charge Coupled Device的缩写）,摄影机从飞行器上对地摄影时，根据摄影机主光轴与地面的关系，可以分为垂直摄影和倾斜摄影。,3.2.2 摄影像片的几何特征,1、垂直摄影,摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3以内。 取得的像片称水平像片或垂直像片。 航空摄影测量和制图大都是这类像片。,垂直摄影,2、倾斜摄影,摄影机主光轴偏离垂线大于3。 全景摄影成像时，镜头垂直飞行器下方航带中心线时为垂直摄影，其余状态下均为倾斜摄影。倾斜摄影时，主光轴偏离垂线角度越大，影像畸变也越大，给图像纠正
6、带来困难，不利于制图。但有时为了获取较好的立体效果且对制图要求不高，也采用倾斜摄影。,倾斜摄影,3、像片的几何特征,（1）像片的投影 中心投影与垂直投影的区别 中心投影的透视规律 （2）像片的比例尺 （3）像点位移,（1）像片的投影,垂直投影：物体影像是通过互相平行的光线投影到与光线垂直平面上的。 相片比例尺处处一致 投影距离无关 中心投影：物体通过物镜中心投射到承影面上 常用的大比例尺地形图属于垂直投影或近垂直投影，而摄影像片属于中心投影。,正像和负像,中心投影与垂直投影的区别,中心投影：投影距离不同或焦距不同则像片的比例尺也不同。 垂直投影：投影距离不同与像片比例尺无关。（不存在焦距）,中
7、心投影：投影面的倾斜造成同一个像片不同部位比例尺的差异。 垂直投影：只表现为比例尺有所放大。,中心投影：地形起伏造成像点位移。 垂直投影：不存在像点位移。,若地形高于基准面,像点向离开像主点方向位移;若地形低于基准面,像点向像主点方向位移,中心投影的透视规律,地面物体上一点，在中心投影上还是一个点，同一投影线上的点重合。 与像面平行的直线，在中心投影上仍然是直线，两条相交直线的交角投影后不变。 与像面垂直的直线，投影的后的形状，取决于其中像片中的位置。 平面上的曲线，在中心投影的像片上仍为曲线。 面状物体，中心投影影像也随位置而变化。,（2） 像片的比例尺,即 像片上两点之间距离与地面上两点实
8、际距离之比。,H为摄影平台的高度（航高） f为摄影机的焦距 通常f在像片的边缘或相应的影像资料（遥感摄影的报告、设计书）中找到，H由摄影部门提供。,计算比例尺方法,知道f和H H未知： 通过求某个地物的长与其影像长之比 利用地形图，求两点实际距离与影像距离之比,例1：,已知某河流的宽度为20M，在像片上量得的宽度为0.5cm，则该像片的比例尺为：,例2：,已知的地形图比例尺为1：50000，在地形图上量得AB两点的长度为3.5cm，像片上量得相应ab两点的长度为7cm，则像片的比例尺为：,（3） 像点位移,在中心投影上，地形的起伏除引起像片比例尺变化外，还会引起平面上的点位在像片位置上的移动，
9、这种现象称为像点位移 其位移量就是中心投影与垂直在同一水平面上的投影误差。,由式可以看出： 位移量与地形高度差h成正比，即高差越大，引起的的像点位移量也越大 位移量与像点到像主点的距离r成正比，即距主点越远的像点，位移量越大，像片中心部分位移量较小 位移量与摄影高度(H)成反比,三、摄影胶片的物理特性,1.感光特征曲线：横坐标为曝光量（感光材料在曝光时吸收光量的多少，它取决于照度E和曝光时间t）的对数值，纵坐标为胶片的光学密度。,三、摄影胶片的物理特性,2.光学密度D：指胶片经感光显影后，影像表现出的深浅程度。一般胶片的最高密度，在感光测定时，要求达到1.8以上，有时可达到2.22.4。以使影
10、像的黑白差别能正确的表达地物的反射光谱特征。 3.感光度：指胶片的感光速度。胶片的感光度高，在光线弱的时候也能方便摄影。,三、摄影胶片的物理特性,反差（D）与反差系数（）：反差是指胶片的明亮部分与阴暗部分的密度差。胶片的最大反差是特征曲线上最大密度与最小密度之差，胶片的黑白分明称高反差，明暗差别不明显称为低反差。 反差系数是指拍摄后负片影像与景物亮度差之比，即特征曲线上的斜率。斜率等于1时胶片的影像反差与景物亮度差相等，感光材料的光学密度能正确的反映地物的亮度差别；1时，胶片影像的反差大于地物的亮度差，地物的实际亮度被夸大；1时胶片影像的反差小于地物的亮度差，地物实际亮度差被缩小。,三、摄影胶
11、片的物理特性,5.灰雾度D0:未经感光的胶片,显影后仍产生轻微的密度,呈浅灰色,故称为灰雾.这是由于卤化银性能不稳定,虽未经感光,仍被还原为金属银,附着于胶片之上.这种灰雾如不超过一定的范围(D00.2),对摄影的影响不大.否则,将会影响影像的层次和清晰度,使影像模糊不清,缺乏立体感. 6.宽容度L:指胶片表达被摄物体亮度间距的能力.宽容度大的胶片曝光伸缩(适应)的范围大.遥感摄影希望用宽容度大的胶片,以便即使曝光稍不当,仍能较好的反映被摄物体的亮度范围.,三、摄影胶片的物理特性,7.解像力:通常称为感光胶片的分辨力.解像力越高,景物的细部表达的越清晰.解像力的大小取决于涂布在胶片上感光乳剂银
12、盐粒子的大小,银粒越小,分辨率越高.解像力的大小以每毫米范围内分辨出的线条数表示单位为A/mm或用线对数/毫米来表示。 8.根据感光材料对光谱的感受能力,常用的遥感摄影胶片可分为:黑白片,天然彩色片,和红外彩色片。,三、摄影胶片的物理特性,黑白摄影胶片:通过灰度来表现被摄物体的摄影胶片.黑白胶片种类较多,按感受光谱的不同,还可进一步分为色盲片,正色片,分色片,全色片,红外黑白片等不同类型。 色盲片:以卤化银为感光材料,未加增感剂,只能吸收短波长(近紫外,紫色,及蓝光),对于大于0.5微米的电磁波完全不感光.因而,不能用这种胶片拍摄红花,绿叶.色盲片的反差大,适于翻拍文件,印刷黑白幻灯片及某些胶
13、印制版等.,三、摄影胶片的物理特性,正色片:感光乳剂中除溴化银及少量的碘化银外,再加入光学感光剂,感光范围可以从蓝光扩大到绿黄光区(波长为0.58微米).但对于0.500.52微米波段的感光性能略有降低,适于制版,复制,林区黑白航空摄影等. 分色片:在感光乳剂中加入了增感染料,可使胶片增感范围达到0.6um,且在0.50-0.52 um处的感光性能降低不大.分色片对绿黄光可区分且较敏感. 全色片:增感范围达到0.60-0.72 um能感受全部可见光,但在绿光部分(0.52-0.525 um)感光度稍有降低.,三、摄影胶片的物理特性,红外黑白片:感光乳剂中加入增感剂,使感光发热范围扩展到近红外波
14、段(小于1.35 um).但随着感光波长的增加,其化学稳定性却大为降低,当感光波长的上限达到1.1 um时胶片可保存3个月.当上限达到1.35 um时胶片只能保存8天. 彩色胶片:可分为天然彩色片和红外彩色片,三、摄影胶片的物理特性,天然彩色片:分两层乳剂和三层乳剂两种,均能较真实地还原出真实物体的自然色彩,亦称真彩色片. 红外彩色片:三层乳剂,其中一层是对红外敏感.由于红外对眼睛没有色感色感,故赋予红外敏感区的颜色是假彩色,所以红外彩色片是假彩色. 一般情况下,遥感摄影所用的胶片为负片,但现在,彩色正片(又称反转片)由于有较高的反差特性,也常直接用于遥感.,课堂小结,摄影机的种类？ 焦距、视场角、线对数的概念？ 垂直投影、中心投影的概念及它们之间的区别？ 相片比例尺的概念及计算方法？,