航天攝影
正文
在航天飛行中利用攝影機或其他遙感探測器獲取地球或其他星體的圖像資料和有關數據的技術。這裡雖按習慣使用“攝影”一詞，但已不僅指電磁輻射直接作用於底片乳劑而成像的方式，也包括獲取信息的其他方式。航天攝影通常採用全景攝影，多譜段攝影，電荷耦合器件 (CCD)陣列掃描光電成像，以及雷達掃描成像等方式。航天攝影是航空攝影的擴充和發展。航天攝影所獲得的資料可用於地圖測繪、氣象研究、資源考察、環境監測等。
裝備 航天攝影的運載工具主要有氣象衛星、偵察衛星、地球資源衛星(陸地衛星)、太空梭和宇宙飛船，以及測圖衛星等。①氣象衛星採用電視攝像機和紅外掃瞄器獲取雲圖。②偵察衛星採用多種攝影系統獲取地面的圖像資料和有關數據。其影像比例尺一般較大，分解力高，圖像質量好，信息內容豐富，時間性強。這種衛星除用以探測地面情報外，還可用於攝影測量、製圖和其他領域。③美國地球資源衛星採用反束光導管攝像機(RBV)和多譜段掃瞄器(MSS)獲取地面圖像資料，並用圖像數字轉換技術將圖像信息變為無線電信號，從衛星發回地面;地面接收站接收後,再將無線電信號轉換為圖像或直接記錄在高密度數字磁帶上。其圖像的水系、山脈、植被和線狀地物等清晰易辨,地貌類型區分也較明顯,適用於大面積資源考察和繪製各類專題圖。在陸地衛星 4號內除裝有多譜段掃瞄器外，還載有新的專題測圖感測器（TM），具有更好的輻射準確度和更高的空間分解力。④美國“阿波羅”宇宙飛船測月攝影系統由測圖攝影機、星空攝影機（拍攝星空像片，用以定向）、全景掃瞄器和測高儀組成。它是更完善的航天攝影測圖系統，用於對月球表面的定位和測圖。⑤美國1973年發射的“天空實驗室”(SKYLAB)採用的是畫幅攝影機、多譜段攝影和多譜段掃瞄器。這是用航天攝影方法對地球進行測圖的一次重要嘗試（圖1）。測圖衛星應按航天攝影測量的技術要求進行設計。其特點是像片比例尺適中；有航向和旁向攝影重疊；有適當的基線航高比和良好的空間交會圖形；像片有較高的地面分解力等。
分類 航天攝影有很多分類方法，按感光材料的光譜效應可分為全色、彩色、多譜段、全色紅外和彩色紅外攝影；按攝影機主光軸的指向可分為豎直、傾斜和交向攝影等；按感測器成像結構可分為畫幅、全景掃描、線掃描和陣列式掃描攝影。此外，按圖像的記錄形式還可分為攝影膠片、模擬磁帶和高密度數字磁帶攝影等。其中常用的是按感測器成像結構分類的方法。
畫幅攝影是在飛行中使物方空間的光線同時透過物鏡的全視場，按中心投影原理在攝影機整個焦面上瞬時成像。它的特點是已知攝影機內方位元素，構像質量好，幾何關係簡單，便於量測和處理。全景掃描攝影屬於動態掃描攝影，它是藉助於旋轉稜鏡或物鏡自轉，或迴轉光學棒等方式實現地面景物的全景掃描。全景攝影機的焦面快門的縫隙方向與飛行方向平行，掃描方向與飛行方向垂直。在飛行中對地面景物掃描時，使物方光線通過物鏡後,再經過焦面縫隙,在與稜鏡掃描同步而方向相反的連續運動的感光膠片上成像。這種全景像片在飛行方向上是中心投影，在掃描方向上是柱面投影。全景掃描攝影機原理及成像幾何結構如圖2a、圖2b。圖2b中S為物鏡投影中心；f為全景攝影機主距；α 為半掃描角；β為像點偏角；S－oξη為全景像片的像坐標系；S－oxy為等效畫幅像片的像坐標系。全景掃描的優點是覆蓋面積大，分解力高，地面信息豐富，適於偵察和判讀；缺點是有全景畸變，測量精度較低。
線掃描攝影的信息獲取系統如圖3。這種儀器的特點是在同一時間內能用多個波段探測目標。儀器上設有掃描反射鏡，其掃描方向與飛行方向垂直，入射光經由反射鏡和光學系統送到探測器件，轉換成為電信號。其信息經粗加工和彩色合成後成圖。 陣列掃描攝影是由電荷耦合器件以極高密度排列在一起，按線陣列（或面陣列）在光學系統的焦面上成像(圖4)。這種陣列式掃瞄器亦稱固體掃瞄器。由於電荷耦合器件的圖像轉移極快，所以完成每行的掃描時間極短，實際的影像位移極小，不需要進行像移補償。陣列式掃瞄器沒有運動的光機部件，也不用電子束，所以可靠性和精度較好。線陣列掃描感測器將在近期發射的法國斯波特(SPOT)衛星和美國測圖衛星(MAPSAT)內使用。 參數 為了進行航天攝影設計和資料處理，需要掌握的主要參數有：衛星高度、衛星軌道根數（見衛星大地測量學），運行速度和姿態角,攝影機焦距和像幅,攝影曝光間隔，攝影時間和瞬時視場角等。這些參數用於設計覆蓋範圍，計算圖像比例尺和圖像重疊度（見航空攝影），以及進行圖像處理和變形改正。
航天攝影測量 利用航天攝影圖像和有關數據，經過圖像處理、像片量測、地形測繪、地物判讀、解析計算等，以確定地面（或其他行星）點坐標和測圖的工作。航天攝影測量系統一般由測量攝影機、星空攝影機、石英鐘和測高儀等聯合組成，以實現對星空和對地面同步攝影。航天攝影測量所用的主要資料和數據，除航天攝影所提供的外,還有星、地像片及其像點坐標量測值,地面控制點大地坐標和有關地面測量資料等。（見彩圖）
