基本概述
航天相機航天相機，是裝在太空飛行器上對地球、天體和各種宇宙現象攝影的精密光學儀器。狹義上指對地球攝影的相機。
1960年不載人的“水星”號飛船用航天相機攝取了大量地球彩色照片。此後，多種類型的航天相機相繼用於人造衛星和載人飛船。
航天相機主要是裝載在利用各種太空飛行器作為平台的遙感系統上，以人造衛星為主，包括載人飛船、太空梭、太空站和各種行星探測器；
分類
按圖像傳輸方式
航天相機按圖像傳輸方式的不同，可以分為回收型和傳輸型兩類。
回收型航天畫幅式相機主要優點是圖像幾何關係嚴密，影像解析度高，圖像畸變小，測圖容易；缺點是感測器在空間工作壽命太短，難以獲取目標區覆蓋的理想像片。
按成像方式
航天相機航天相機按成像方式分為畫幅式、全景式和航線式。
畫幅式航天相機攝影時光軸指向不變，利用啟閉快門將鏡頭視場內的地物影像聚焦在感光膠片上。畫幅相機攝得的照片的幾何關係較為嚴格，常用於目標定位和建立地形控制網。
全景式航天相機攝影時只套用鏡頭視場中心具有較高解析度的部分，在垂直於飛行方向（軌道）上掃描，實現寬攝影覆蓋要求，但因攝得的照片存在全景畸變,故常用於偵察、發現和識別目標,並可為地形測繪完成大比例尺地圖平面測量和高程測量。航線式航天相機的光軸指向不變，膠片以掠過焦面的地物影像速度向前運行，通過相機焦面處的一個狹縫實現連續曝光，從而獲得與狹縫寬度相對應的地面窄條覆蓋的照片。
屬航線式相機的線陣相機，近年來獲得了很大發展。通常航天攝影採用多台不同功能的相機組成的相機系統，例如由畫幅式航天相機進行地物影像定位，用全景式航天相機進行地物影像識別。航天相機還有其他分類方法，例如根據影像獲取方式分為傳輸型和返回型航天相機；按用途分為偵察相機、測繪相機等；按攝影譜段分為可見光、紅外和多譜段航天相機等。
歐洲空間局（ESA）空間實驗室上使用的MC(RMK)相機和Atlas計畫中使用的相機以及美國大幅面相機（LFC）都是畫幅式相機，地面解析度分別為20米、5米和15米。歐洲空間局RMKA30/23型相機曾在美國哥倫比亞號太空梭的第九次飛行時裝載，從250公里高度拍攝了比例尺為1：80萬的黑白片和彩色紅外像片，所攝像片能夠測繪3500幅1：10萬或1.4萬幅1：5萬比例尺地形圖。像幅大小為23厘米×46厘米的LFC相機裝載在美國太空梭上，在1984年10月的飛行中，9天共獲得2140張像片。在放大後的影像圖上，機場、港口碼頭，甚至船舶都清晰可見。1987年我國首次發射的返回型大幅面框幅式相機的攝影測量也獲得成功。
傳輸型航天相機主要是以線陣CCD為感光元件的固態感測器，主要可分為單線陣、雙線陣、三線陣數字相機，這些類型相機在國內外航天領域已經得到套用。單線陣數字相機中最具代表性的是法國的SPOT1-4系列衛星。
與航空相機差別
①能承受發射和返回過程的衝擊、振動和過載；
②具有較長的焦距和較高的解析度；
③能適應空間的惡劣環境。現代航天相機在160公里高度上解析度已達到1米以內，可識別車輛、艦船、坦克和其他10米以下的目標。用電荷耦合器件作感測元件的航天相機具有使用壽命長、工作可靠性高、能實時傳輸圖像信息的特點,已在偵察、測繪和地球資源勘查等方面獲得套用。
發展歷史
航空相機1960年不載人的“水星”號飛船用航天相機攝取了大量地球彩色照片。
1986年2月22日，具有立體觀測功能的法國SPOT衛星搭載線陣CCD感測器，獲取地面10米解析度的全色波段影像，為中小比例尺地形圖測繪提供了新的數據源，為攝影測量提供了新的研究內容。另外，高解析度遙感衛星例如美國的Ikonos、Quickbird和OrbView衛星，以色列的EROS-B衛星以及韓國的Kompsat衛星等，均採用單線陣相機作前、後或左、右搖擺來獲取立體影像。採用雙線陣數字相機典型的如SPOT-5衛星，提高了立體影像獲取效率，可沿軌實時獲取立體影像，地面解析度為5米，地面覆蓋寬度達到120公里，其測圖的相對平面精度為10至15米，高程精度10米。在三線陣相機方面，具有代表性的有效載荷或衛星主要包括：德國在太空梭、空間站和火星探測中採用的MOMS系列三線陣測繪相機。
1987年中國首次發射的返回型大幅面框幅式相機的攝影測量也獲得成功。
1993年德國發射的MOMS－2衛星搭載三線陣CCD相機,從理論上解決了攝站外方位元素的重構問題，大大提高了線陣掃描攝影測量的精度。日本為繪製1:2.5萬比例尺地圖，研製並發射了先進陸地觀測衛星（ALOS），該衛星配備了目前世界上公開報導的最先進的三線陣CCD立體測繪相機（PRISM），可以實現全球無控制測圖。
現狀發展
多年來，中國航空攝影生產中，使用的膠片型系列航空攝影測量相機主要是由國外引進的，主要產品類型有RC型攝影儀、RMK型航攝儀、以及AΦA型測圖航攝儀等。它的特點是滿足精度要求，氣象保障條件要求嚴格，成圖獲取周期較長。在2000年ISPRS阿姆斯特丹大會上，航空數字相機開始出現；到2004年的ISPRS伊斯坦堡大會上，航空數字相機已成為受人關注的熱點領域。
在航空數字相機方面比較有代表性的三線陣相機是徠卡公司的ADS40。它是在成像面安置前視、下視和後視三個CCD線陣，在攝影時構成三條航帶實現攝影測量。由於技術的原因，目前生產像幅為23厘米×23厘米的大幅面的面陣CCD相機還有困難。國外正在大力發展利用拼接技術將中規模CCD拼接出滿足套用的大規模面陣CCD。
航天相機近年來，國際上出現了採取軟硬體結合的方法研製大規模面陣CCD航空攝影相機，代表性相機包括德、美聯合研製的DMC以及奧地利Vexcel公司推出的大面陣相機系統UltraCamD。其中DMC全色波段是由4台解析度為4K×4K面陣的CCD相機組成，像元大小為12um；UltraCamD是由8個鏡頭組成，其中4個鏡頭沿航線方向線性排列，為全色通道；4個鏡頭分布在四角，為多光譜通道。
中國很重視航空數字相機的研發工作，現已取得很大突破，研製出一些具有國際先進水平的產品，甚至在某些方面優於國外同類產品。
研製大面陣航空數字相機是未來發展的重要方向。它的優點很多，一是環境適應能力強。數字相機的感光度高、光源適應性強，能在不同氣象條件甚至能實現雲層下航空攝影，降低了對攝影天氣條件的要求，可以大大縮短攝影周期。二是效率高，實時性強。用膠片相機拍攝的圖像要進行數位化處理，須經過拍照、沖洗、掃描三個步驟，獲取周期相對較長；而用數字相機攝影則無需膠捲，無需暗室，無需掃瞄器，拍攝的圖像可以實現實時傳輸，並直接輸入到計算機中處理，大大提高了工作效率。三是測繪套用處理簡便快捷。面陣相機在資料套用處理方面與當前測繪生產體系兼容，現有裝備完全能夠滿足面陣相機資料處理的要求。四是性能價格比高。使用數字面陣相機能夠比使用膠片相機節省50%至75%的成本，而獲取的數字影像輻射精度和幾何精度都將大大提高。
地面解析度
航天相機地面解析度是航天相機的重要設計指標之一。航天相機圖像的地面解析度是人為定義的地面尺度，隨相機工作方式和成像原理的不同，有不同的定義和衡量(評定)標準。
膠片型相機的解析度常用感光材料每毫米範圍內最多可分辨的黑、白線對(黑線和白線寬度相等，相間分布)的數目來表示，其數值是通過相機對一塊具有各種不同寬窄、疏密的黑、白線條標板攝影成像來測定的。標板上黑線和白線的亮度對比(即反差)越大，相機的解析度越優。當膠片型相機從太空軌道高度對準地面作垂直攝影時，與相機解析度相對應的地面景物的尺度(即與標板線條有相同反差的地面上一組寬度相等、相間分布的黑、白線條內一對線條的寬度)稱為圖像的空間解析度。
CCD相機的解析度常用CCD元件所對應的空間視場來表示；也可以用每平方毫米範圍內的CCD元件數或每毫米範圍內的CCD元件數來表示。當CCD相機從太空軌道高度對準地面作垂直攝影時，與相機解析度相對應的地面景物的尺度稱為圖像的像元解析度。
從上面所述可見，通常所言的航天相機圖像的地面解析度，並不是對一般地物而言的實際圖像的分辨能力，而是對特定的地物(黑、白線條，膠片型相機)或者不考慮地物的類別(CCD相機)人為定義的一種尺度。
美俄對比
航天相機共同點
(1)美俄膠片型相機均以1條線/毫米對應地面距離表示，相當傳輸型相機的像元解析度。
(2)普查相機多採用全景相機，幅寬較大，大於180km，解析度1.8m～2m。
(3)1顆偵察衛星裝有多種相機：偵察相機2台～3台，索引相機1台，星相機1台～2台，有的還裝載測繪相機。
(4)採用膠片型的詳查相機焦距長、視場角小、攝影高度低。美國第1代詳查衛星KH-6的相機焦距1.676m，“大鳥”衛星相機的焦距大於2.4m；前蘇聯第1代詳查相機焦距3m，有的相機焦距大於6.5m，膠片型相機攝影高度160km～170km，傳輸型相機攝影高度為200km～250km。
(5)膠片型相機採用多體回收技術：美國回收艙達4個，俄羅斯多達10餘個。
不同點
(1)美國只回收膠片艙，俄羅斯不但回收膠片艙，而且最後一次回收時把相機回收到地面，以便重複使用。
(2)美國詳查相機多採用折反式或全反式光學系統，俄羅斯多採用小相對孔徑(多為1/8)的折射式光學系統。
(3)俄羅斯詳查以膠片型相機為主，美國以傳輸型相機為主。
發展趨勢
1、普查與詳查相結合
航天相機儀器。
2、膠片型偵察相機和傳輸型偵察相機相結合
隨著CCD器件的問世，促進了傳輸偵察相機的發展。傳輸型偵察相機具有壽命長、近實時的獲取信息、可靠性高等特點，因此美俄都大力研製傳輸型偵察相機。美國以傳輸型相機為主，輔助太空梭攜帶膠片型相機為輔；而俄羅斯卻是兩種相機配合使用，各發揮其特長，並採用衛星多體回收技術彌補攝影偵察實時性差的缺點，例如俄羅斯CA-119膠片型普查相機仍在服役，解析度為2m，所拍膠片已向美國空軍出售。由此可見膠片型偵察相機在航天偵察中繼續發揮作用，返回式衛星並沒有過時。
