航空摄影科技发展成就与未来展望

航空摄影科技发展成就与未来展望◆刘先林＊１，２段福洲２宫辉力２（１中国测绘科学研究院，北京１０００３９；２首都师范大学资源环境与旅游学院，北京１０００３７）摘要：在过去的一个半多世纪，航空摄影测量取得了许多重大的成就，经历了模拟摄影测量阶段、解析摄影测量阶段和数字摄影测量阶段，革新了空间数据获取的技术方法，显示出了航空摄影巨大的生命力和影响力。

文章介绍了国外航空摄影近几十年在数字摄影测量工作站、胶片航空摄影仪、数字航空摄影仪等方面取得的巨大成就。

在航空摄影发展的历史中，我国数字摄影测量工作站也成为其具有典型代表性的标志。

因应当前航空摄影测量的发展和应用需要，本文着重对具有自主知识产权的ＳＷＤＣ－４数字航空数码相机进行了阐述。

文章最后讨论了航空摄影的３个发展趋势，意在与广大读者一起探讨航空摄影的未来。

关键词：航空摄影；数字摄影测量工作站；数字航空摄影仪中图分类号：Ｖ２４５．６文献标识码：ＡＡｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＡｅｒｉａｌＰｈｏｔｏｇｒａｐｈｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｉｕＸｉａｎｌｉｎ１，２ＤｕａｎＦｕｚｈｏｕ２ＧｏｎｇＨｕｉｌｉ２（１ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｕｒｖｅｙｉｎｇ＆Ｍａｐｐｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ；２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅＥｎｖｉｒｏｍｅｎｔａｎｄＴｏｕｒｉｓｍ，ＣａｐｉｔａｌＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｌａｓｔｏｖｅｒ１５０ｙｅａｒｓ，ａｅｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄｍａｎｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｓｔａｇｅ，ａｎａｌｙｔｉｃａｌｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙａｎｄｄｉｇｉｔａｌｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｓｔａｇｅ．Ｔｈｅｓｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓｉｎｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｉｎｎｏｖａｔｅｓｓｐａｔｉａｌｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｔｈａｔｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅａｅｒｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙｅｎｏｒｍｏｕｓｖｉｔａｌｉｔｙａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓｇｒｅａｔｓｕｃｃｅｓｓｉｎｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｐｈｏ－ｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓ，ｆｉｌｍａｅｒｉａｌｃａｍｅｒａ，ｄｉｇｉｔａｌａｅｒｉａｌｃａｍｅｒａｉｎｒｅｃｅｎｔｄｅｃａｄｅｓａｂｒｏａｄａｅｒｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａ－ｐｈｙ．ＩｎＣｈｉｎａ，ｄｉｇｉｔａｌｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎｓｓｕｃｈａｓＪＸ４ｂｅｃｏｍｅａｔｙｐｉｃａｌｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｓｉｇｎｓｉｎｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｅａｅｒｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔＡｅｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐ－ｐｌｉｃａｔｉｏｎｎｅｅｄｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｈｉｇｈｌｉｇｈｔｓＳＷＤＣ－４（Ｓｉｗｅｉｄｉｇｉｔａｌｃａｍｅｒａ）ｗｉｔｈｏｕｒｏｗｎｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｒｉｇｈｔａｎｄｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｒｅｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｏｆａｅｒｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ，ｔｈｅｒｅａｄｅｒｓｈｉｐｉｓｉｎｔｅｎｄｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｆｕｔｕｒｅｏｆａｅｒｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｅｒｉａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ；ｄｉｇｉｔａｌｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ；ａｅｒｉａｌｄｉｇｉｔａｌｃａｍｅｒａ收稿日期：２００７－０９－１８修订日期：２００７－０９－２１＊通讯作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｕａｎｆｕｚｈｏｕ＠２６３．ｎｅｔ作者简介：刘先林（１９３９－），男，学士，中国工程院院士，中国测绘科学研究院名誉院长，首都师范大学特聘教授，主要研究领域为航空摄影测量设备与软件、城市三维信息采集设备与软件等；段福洲（１９７９－），男，博士，讲师，主要研究领域为航空摄影测量设备、三维地理信息系统等；宫辉力（１９５６－），男，博士，教授，首都师范大学副校长，三维信息获取与应用教育部重点实验室主任，主要研究领域为三维地理信息系统、遥感、地下水与水资源等。

１航空摄影科技的发展与成就自１８４９年，法国人艾米·劳塞达特（ＡｉｍｅＬａｕｓｓｅｄａｔ）制定了摄影测量计划，成为有目的有记录的地面摄影测量的标志以来，航空摄影测量的发展是随着一个又一个的标志性的事件逐步发展起来的。

１８６０年，Ｊ·Ｗ·布莱克（Ｊａｍｅｓ·Ｗａｌｌａｃｅ·Ｂｌａｃｋ）与Ｓ·金（Ｓａｍ·Ｋｉｎｇ）教授乘气球升空至６３０米，成功地拍摄了美国波士顿（Ｂｏｓｔｏｎ）市的照片。

１９０９年，Ｗ·莱特在意大利的森托塞尔上空用飞机进行了空中摄影，这些都成为航空摄影的启蒙，没有严格的数学基础和较高的测量精度，基本上处于“看画绘图”阶段。

在二十世纪三十年代，模拟摄影测量是用机械或光学投影器来“模拟”摄影过程，模拟测图仪成为这一时期航空摄影测量的主要标志。

随着计算机技术及其相关技术的发展，数字投影取代了光学投影或机械投影，解析测图仪取代了模拟测图仪，极大地推动了航空摄影测量的发展。

经过上百年的发展，２０００年ＩＳＰＲＳ在阿姆斯特丹召开的第１９届学术大会期间，有近２０个数字摄影测量工作站参加了商业展览，如Ｌｅｉｃａ公司的ＤＶＰ（ＤｉｇｉｔａｌＶｉｄｅｏＰｌｏｔｔｅｒ）和ＤＰＷ（ＤｉｇｉｔａｌＰｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙＷｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ）系列、Ｚｅｉｓｓ公司的ＰＨＯＤＩＳ系列、Ｉｎｔｅｒｇｒａｐｈ公司的ＩｍａｇｅＳｔａｔｉｏｎ系列、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｓ－ｔｅＭａｐ公司的ＤｉＡＰ系列和ＳｙｓｔｅｍｓＩｎｔｅｒｎａ－ｔｉｏｎａｌ公司的ＤＡＴ／ＥＭ系列等，它们代表了数字摄影测量及其实用系统的发展水平，也成为国外航空摄影测量数据处理的主流软硬件，是推动航空摄影发展与应用的重要组成部分。

航空摄影测量系统的发展主要沿着两条主线进行的：一是航空摄影测量系统的采集端：航空相机和飞行平台；二是航空摄影测量的数据后处理系统。

航空摄影测量系统采用的航空相机成像方式和承像介质在最初上百年的发展中没有发生大的变化，只是在相机的稳定性能、相机的像幅标准、相机姿态控制、像移补偿等几个方面进行了一次又一次的技术革新。

航空摄影测量数据后处理系统的变化是巨大的，摄影测量三个阶段的变革就伴随着航空摄影测量后处理系统的变革。

数字摄影测量工作站出现后，航空摄影测量数据后处理方式进入到了一个新的阶段。

在可预见的将来，数字处理工作站的工作方式和处理流程将成为航空摄影测量的主要方式，其技术发展将在多个技术细节寻求突破，不会改变数字摄影测量工作站这一主流。

随着遥感技术的进步，特别是高分辨率的商业卫星影像的出现，如分辨率为０．６９ｍ快鸟卫星影像和分辨率为０．８３ｍ的ＩＫＯＮＯＳ影像，对航空摄影提出了新的挑战。

各种高分辨率的卫星影像能够方便快捷的制作各种数字正射影像产品，进行各种地图产品的数据更新。

ＬＩ－ＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ）技术的出现弥补了高分辨率遥感影像不能进行高程制图的缺陷。

同常规航空摄影比较，由于激光脉冲不易受阴影和太阳角度影响，克服了航空摄影动辄要求１０ｋｍ以上的能见度等对天气苛刻的要求，从而大大提高了数据采集的效率和质量。

ＬＩＤＡＲ系统应用多光束返回采集高程，数据密度可达到常规摄影测量的３倍，可提供理想的数字高程模型ＤＥＭ。

高分辨率的卫星传感器和ＬＩＤＡＲ的结合是否就意味着航空摄影测量的终结呢？就高分辨率的卫星传感器和ＬＩＤＡＲ的技术特点，我们认为航空摄影测量系图１国外数字航空摄影仪统的发展未来在航空摄影的采集端，革新航空相机成像方式和承像介质成为航空摄影实现实时或准实时的下一特点。

航空摄影测量系统的下一个发展阶段就是数字航空摄影测量和基于并行运算或网格计算的新一代后处理设备，航空摄影测量的飞行控制、影像采集将为向数字化发展，实现实时或准实时航空摄影测量。

在２０００年ＩＳＰＲＳ阿姆斯特丹大会上，数字航空相机开始出现，２００４年的伊斯坦布尔大会上数字相机成为一个焦点。

数字航空相机按成像方式可以分为两类。

一类是线阵航空摄影测量相机，另一类是面阵航空摄影测量相机。

图１是目前具有代表性的几种航空摄影测量相机。

数字航空相机的出现是航空摄影中又一项具有标志性的事件，将可能在多个方面影响航空摄影的发展。

数字航空摄影仪的应用将完全革新航空摄影流程，消除传统航空摄影效率低、实时性差的缺点。

尽管我国在不到５年的时间就引进这些价值达１０００万元人民币以上的数字航空摄影仪１０多台，但是航空摄影的作业规范仍遵循了常规航空摄影规范，不能完全体现出数字航空摄影仪的特点，制约了全数字航空摄影测量系统的发展。

２我国航空摄影的发展摄影测量引入我国以来，国内在数字摄影测量领域的理论研究也取得了较大的进步。

在王之卓先生于１９７８年提出“全数字自动化测图系统概念”指导下，北京四维远见公司的ＪＸ４ＤＰＷ，武汉适普公司的ＶｉｒｔｕｏＺｏ这两套ＤＰＷ都于１９９８年通过了国家测绘局的鉴定。

这两套系统集成了摄影测量数据后处理的大部分工作，空三测量、４Ｄ（ＤＥＭ，ＤｉｇｉｔａｌＥｌｅｖａ－ｔｉｏｎＭｏｄｅｌ；ＤＬＧ，ＤｉｇｉｔａｌＬｉｎｅａｒＧｒａｐｈｙ；ＤＯＭ，ＤｉｇｉｔａｌＯｒｔｈｏＰｈｏｔｏｍａｐ，ＤＴＭ，ＤｉｇｉｔａｌＴｅｒｒａｉｎＭｏｄｅｌ）产品生产等工作都能在该系统上完成。

国内外数字摄影测量工作站的涌现极大地促进了摄影测量在各个方面的应用，同时这些数字摄影测量工作站都极好地提供了完备的胶片像片数字化后各种影像处理方式，吸收了大量的图像处理领域的先进技术和理论，如图像检测、图像匹配等，极大地促进了摄影测量系统的发展。

我国在数字摄影测量工作站和其他航空摄影测量的理论进展并不能掩盖在航空摄影仪的落后。

我国在机载ＰＯＳ系统，光学成像镜头、ＣＣＤ制作工艺和水平等方面还有较长的路要走。

因此，我国航空摄影测量发展的一个重要内容就是研发具有自主知识产权的数字航空摄影仪。

没有自己的数字航空摄影仪这个航空摄影最前端的产品，数字航空摄影的各个方面如摄影规范的制定、全自动／半自动数字摄影测量工作站、数字航空摄影的应用等都会受到限制。

中国科学院光机研究院、中国测绘科学研究院、武汉大学都在这方面进行了许多卓有成效的研究工作。