正射影像技術

正射影像技術,對航攝像片進行逐點(小面積)糾正曬像,消除因像片傾斜和地形起伏對像點的影響,以獲得地面正射投影影像的技術。

正射影像技術

這一技術適用於各類地區的航攝像片的糾正。其設備稱為正射投影裝置和正射投影儀(習慣上把只能同立體測圖儀在線上使用的設備稱為裝置,可脫機獨立使用的稱為儀器)。
原理 正射影像技術的基本原理是:按照攝影過程的幾何反轉原理(見航空攝影測量),將航攝底片投影在承影面上,所獲得的影像是消除了像片傾斜角影響的中心投影影像(透視影像),但對於山地來說,地形起伏引起的位移仍然存在。如果按地形起伏改變投影的高度,“逐點”進行投影,則在承影面上可得到比例尺統一的地面的正射投影。以這種方式進行投影曬像,就可得到消除了像片傾斜和地形起伏影響的比例尺統一的正射像片。實際上,航攝像片的糾正都不是逐點投影曬像的,而是使用一個小面積作為“糾正單元”來代替“點”,最常見的是以狹長縫隙的小面積(如0.2毫米×8毫米)作為糾正單元。所以,這種正射投影技術又叫做縫隙糾正,有時稱之為微分糾正
裝置和儀器 按照像片同承影面之間的投影方式可分為直接投影裝置和間接投影裝置兩類。 直接投影方式的正射投影裝置,一般附加在光學投影型立體測圖儀上,其結構原理如圖a。糾正時縫隙在感光材料面上沿 Y方向掃描曝光,同時投影高度 H/M按掃描方向的模型高程斷面連續改變。這樣就可獲得正射像片。
間接投影方式的正射投影裝置結構原理如圖b。這種裝置附設在機械投影型立體測圖儀上使用。航攝像片和正射投影像片的曬印面間的相對位置可以是任意的,但兩者都應垂直於曬像的投影光線。這種裝置的光學系統具有兩組可變放大率的透鏡。第一組透鏡可對不同的攝影資料調整不同放大率;第二組透鏡可隨縫隙中心處的地形起伏調整放大率。為了消除縫隙內因像片傾角和橫向地面坡度而產生影像變形,裝置中還設有鏇像稜鏡等部件。
此外,還有一種電子投影曬像的正射投影裝置,其結構原理如圖c。它利用一個陰極射線管掃描,光線透過像片後由光電倍增管轉變為電信號,經過電子影像變換,再控制另一個陰極射線管掃描曬像,得到色調與原像片一致的正射影像像片。這種裝置用在自動化的立體測圖儀上。同光學投影曬像的儀器相比,電子曬像的投影儀器具有影像變換容易,糾正精度好的優點,但影像的分解力較低。
使用方式 使用正射投影裝置進行工作可分為在線上作業脫機作業兩種方式。在在線上使用時,立體測圖儀直接控制正射投影裝置進行掃描糾正曬像;而在脫機使用時,一般先用坐標記錄裝置記錄立體測圖儀上掃描的各個斷面的高程數據,再由計算機控制正射投影裝置曬像。脫機作業時一台正射投影儀可同幾台立體測圖儀配合使用,故能充分發揮正射投影儀的效率。
脫機使用正射投影儀的特點是,只要具有地面的高程信息,就可以由計算機控制正射投影儀曬印得正射像片圖。取得地面高程信息,亦即數字地形模型的方法,通常有以下幾種:①在立體測圖儀(或解析測圖儀)上對立體模型進行斷面掃描,直接獲得高程斷面數據。②在這些儀器上把等高線數位化,再產生斷面高程數據。③把已有的地形圖的等高線數位化,經過計算機處理,取得數字地形模型。第三種方式特別有利於舊圖的更新。
影響質量的因素 影響正射影像圖質量的主要因素是能否正確改正地面坡度的影響。對於連續掃描的正射投影儀來說,若不改正平行於縫隙方向的地面坡度的影響,則在各掃描斷面之間會產生影像叉開、重複或遺漏,從而降低正射像片的質量。因此,縫隙內地面坡度的改正程度,是正射投影裝置質量的重要標誌。正射投影裝置按改正縫隙內地面坡度影響的程度分為不同的等級。最簡單的正射投影裝置不考慮縫隙內地面的坡度改正,即以縫隙中心的水平面代替縫隙內的地表面。進一步的正射投影裝置是將縫隙內的地面坡度看作為一個均勻的斜坡,而加入相應的改正措施。在這兩種不同類型的儀器上作業時,若要達到同樣的精度指標,則要求前者使用較短的縫隙進行糾正,因此比較費工;而後者可採用較長的縫隙進行作業,效率比較高。更高一級的正射投影儀在糾正單元內,將地面作為一個高次曲面加以改正,例如在自動化的立體測圖儀GPM-Ⅱ上製作影像地圖就是這樣,其掃描和曬印的基本單元是一塊9毫米×8毫米的小面積。
成果 正射投影儀曬印的像片經過鑲嵌,可以構成像片平面圖。在像片平面圖上加繪等高線,加注必要的註記和地形圖式符號,可以獲得影像地形圖。等高線可以在斷面掃描進行微分糾正的過程中同時取得;也可以用立體測圖儀或數控制圖的方案單獨測繪,再套印到像片平面圖上。
某些正射投影儀和自動化的解析測圖儀還能生產同正射像片配成立體像對的“配對像片”,構成立體正射像片對。在這種立體正射像片對上只有按地形起伏人為引入的左右視差,而不存在上下視差。用這種立體正射像片對恢復的立體模型不存在因像片傾斜引起的變形,可以使用簡單的立體觀察和量測設備測繪出正確的地物和地貌。

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