一种航空多光谱数字相机系统的设计与实现
倾斜数字航空摄影标准研究与实践
第5期2021年2月No.5February ，2021倾斜数字航空摄影标准研究与实践摘要：文章讨论了倾斜数字航空摄影国家标准研制的主要过程、与行业标准的主要区别、标准在实践中的应用情况和标准研制过程中的经验总结，对标准的制定实施和推广应用具有重要意义。
关键词：倾斜摄影；遥感测绘；三维建模；标准建设中图分类号：P208文献标志码：A 江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information李观石，徐建刚（江苏省测绘研究所，江苏南京210013）基金项目：江苏省测绘研究所自主科研项目；项目编号：BM2018030。
作者简介：李观石（1977—），男，河北枣强人，硕士研究生；研究方向：天地图与智慧城市建设，摄影测量与遥感。
引言倾斜数字航空摄影是近年来新发展的对地观测技术，通过多视角航空摄影，同步获取垂直和倾斜影像信息，具有影像获取快捷、成果丰富、成本低廉、应用较广等特点。
伴随着无人机技术的发展和普及，该技术在国内各个行业应用方兴未艾，各行各业对航天摄影测量、无人机测绘标准体系的建设非常关注［1］。
我国已有国产化设备开展了倾斜数字航空摄影生产，其数据成果在DLG 生产、三维快速建模、不动产登记等方面得到了广泛应用。
目前国家标准《倾斜数字航空摄影技术规程》（GB/T 39610—2020）已于2020年12月通过审批，并于2020年12月14日正式实施。
该标准适应了无人机倾斜摄影技术的兴起，起到了规范倾斜数字航空摄影的生产和应用，推动相关技术发展的作用。
1标准研究基础1.1配套支撑条件参编单位在多种飞行平台的倾斜数字航空摄影方面做了大量的研究工作，尤其在实景三维建模、基础测绘产品生产等方面有较好的理论和实践基础。
参编单位包括高等院校、研究院所和大型国有企业，涵盖了不同行业和多个应用领域，都有倾斜数字航空摄影和三维建模方面的技术积累和生产经验，有助于标准的推广和应用。
数字航空摄影规范第1部分框幅式数字航空摄影
SWDC-4
TOPDC-4
一、标准编制背景
2、框幅式数字航摄仪优势
获取信息丰富：可同时获取黑白、彩色及彩红外信息； 工序流程简单：无须胶片、冲洗、扫描； 便于后续工作：自动匹配成功率高、影像解译能力强。
一、标准编制背景
3、标准立项
2004年国家测绘地理信息局组织编制了《数字航空摄影补充 技术规定（讨论稿）》
② 在一条航线上连续达到或接近最大旋偏角的像片 数不应大于三片；在一个摄区内出现最大旋偏角 的像片数不应大于摄区像片总数的4%。
5、飞行质量和影像质量要求 ——像片旋
偏角
• 像片旋偏角：同一航线中相邻像片的主点连线与像幅沿航
线方向的两框标连线之间的夹角 （较大的一个）。
像片旋角：在像片平面内，所选定的像片坐标轴绕主光轴 旋转的角度。
1、标准适用范围
• 本标准规定了1﹕500至1﹕50 000地形图框幅式数字 航空摄影的技术要求、成果质量的检查方法及成果 的整理验收要求。
• 本标准适用于测制1﹕500至1﹕50 000地形图和影像 图的框幅式数字航空摄影工作。
2、规范性引用文件
• GB/T 14950-2009 摄影测量与遥感术语
测图比例尺
1﹕500 1﹕1 000 1﹕2 000 1﹕5 000 1﹕10 000 1﹕25 000 1﹕50 000
地面分辨率值（cm） ＜8
8～10 15～20 20～40 30～50 40～60 60～100
4、航摄计划与航摄设计 ——航摄分区的
划分
划分航摄分区应遵循以下原则：
①分区界线应与图廓线相一致；
行调整； ④控制设备能够利用设计文件进行定位导航与定点
曝光。
5、飞行质量和影像质量要求 ——像片重叠
星载高光谱成像系统发展综述
航天返回与遥感第44卷第6期12 SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2023年12月星载高光谱成像系统发展综述刘思田卢慧王栋李晓兰朱春丽边丽蘅*（北京理工大学复杂环境智能感测技术工信部重点实验室，北京100081）摘要高光谱遥感技术通过记录地表物体在多个连续波段下的光谱信息，实现高精度的地球观测与分析。
为了获取更多地物目标的细节信息，研究人员提出了对高光谱成像系统各项参数指标的新要求，国内外开展了大量相关研究。
随着卫星技术的成熟，高光谱遥感平台从最初的机载平台逐渐发展到星载平台，促进了高光谱遥感图像在地质、农林业、环境监测等领域的广泛应用。
目前，多数光谱成像系统选用传统的光学器件来实现分光，将计算光学与高光谱遥感结合，有利于集成更紧凑便捷的成像系统。
文章首先介绍了高光谱成像系统的主要类型和原理，随后对近30年来典型的星载高光谱成像系统及载荷进行了综述，梳理了典型国内外星载高光谱成像系统的发展现状，并对不同国家成像系统的性能指标进行了对比分析，总结了相应的发展历程，并对未来星载高光谱成像系统的发展作出了展望。
关键词高光谱成像系统遥感载荷星载光谱成像仪发展趋势中图分类号:V248.1；TP391.41文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2023)06-0012-15 DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2023.06.002Overview of Development Analysis of Space-Borne HyperspectralImaging SystemLIU Sitian LU Hui WANG Dong LI Xiaolan ZHU Chunli BIAN Liheng*（MIIT Key Laboratory of Complex-Field Intelligent Sensing, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China）Abstract Hyperspectral remote sensing technology provides high-precision earth observation and analysis by recording the spectral information of ground objects over multiple continuous wavelength bands. To obtain more detailed information about the earth’s surface, researchers worldwide have conducted extensive studies on various parameters of hyperspectral remote sensing payloads. With satellite technology maturing, hyperspectral remote sensing has shifted from airborne platforms to satellites, broadening applications in geology, agriculture, forestry, and environmental monitoring. Most spectral imaging systems now rely on traditional optical components for spectral separation. Combining computational optics with hyperspectral remote sensing is conducive to integrating more compact and convenient imaging systems. This paper initiates by introducing the principal types and principles of hyperspectral imaging instruments. It subsequently offers an overview of conventional space-borne hyperspectral remote sensing payloads spanning the last three decades. It analyses the present status of typical hyperspectral payloads on both domestic and international fronts, undertaking a comparative evaluation of their performance metrics. Finally, the paper concludes by encapsulating the associated trends in development. Furthermore, this paper offers insights into the future收稿日期：2023-09-25基金项目：国家自然科学基金面上项目（61971045）；国家优秀青年科学基金项目（62322502）引用格式：刘思田, 卢慧, 王栋, 等. 星载高光谱成像系统发展综述[J]. 航天返回与遥感, 2023, 44(6): 12-26.LIU Sitian, LU Hui, WANG Dong, et al. Development Analysis of Spaceborne Hyperspectral Imaging System[J].Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2023, 44(6): 12-26. (in Chinese)第6期刘思田等: 星载高光谱成像系统发展综述 13trends of hyperspectral remote sensing payloads, providing valuable references for advancing research and applications of hyperspectral remote sensing payloads in China.Keywords hyperspectral imager; remote sensing payload; space-borne spectral imager; development trend0 引言高光谱遥感是一种基于成像光谱理论的遥感方法，旨在同时捕获地物的光谱信息和空间位置关系，以实现对地球表面的精确观测和深入分析。
DMC航空影像的融合技术探讨与实践
３Ｄ Ｃ Ｍ 数字相机所获取 影像的缺陷
ＤＭ 相机 在存 在诸 多 优点 的 同时 ， Ｃ 也 存 在一 些缺 陷 。 从 生 产 实 践 中 ， 们 发 现 我
了以下缺 陷 ：
四 个高分 辨率 ７ ×４ 的 全色 相机 镜 Ｋ Ｋ 头 拼接 获 得 一 幅 全 色 波 段 的 影 像 ，会 因 地 面 的 反 光 造 成 曝 光 的 参 数 不 一 致 ，同 一 幅 影 像 出现 四 个不 同的 亮度 块 ； １ ＢＩ 影 像具 有 丰富 的 光谱 信 息 ， ２ Ｔ 但 是 ，目前 ， 很多数 据处 理 系统 不支持 １ ２ＢＩ Ｔ 数据 ， 只能 转换 成 ８ Ｔ 数 据处 理 ， ＢＩ 而在 转 换 过程 中 ， 产生 光谱 信 息 的损 失 ， 会 这样 也 就损 失 了 １ ＢＩ Ｔ数 据的 优势 ； ２ 高 空 摄 影 取 得 的 真 彩 色影 像 中植 物 部 分 色差 ， 可 见光 波 段 ，由叶 绿 素 的吸 收 支 在 配 ，反 射 率非 常低 ，吸收 率 很 高 ， 以 叶 片 所
１ Ｍ Ｄ Ｃ数字相机的原理
ＤＭ Ｃ相 机是 目前 世界上 最先 进的 数字 航摄像 机 ， 它是 由德 国蔡 司（ ＥＩ Ｓ） 司和 ｚ Ｓ 公 美 国 Ｉ ｒ ａＰｈ 公司共 同研 制 ， ｎｔ ｇｒ ｅ 综合 了 Ｚ Ｅ ＩＳ Ｓ 公 司 世 界 顶 级 的 光 学 技 术 和 Ｉ ｅ ｇｒ ｐ ｎｔ ｒ ａ ｈ公 司在数字 摄影 测量软 件领域 的 领先 技 术 ，它的 诞 生 ，是数 字 摄影 测 量领 域的一次技术革 命。 该 相机 由八 个 Ｃ Ｃ Ｄ 传 感 器构 成 ，中间 四 个面阵 （ 面为 ７ ×４ 组 合镜 头构成一 幅 Ｋ Ｋ） 个 １ ５ ×８ 的大面阵 ， Ｋ ３． Ｋ 获得全 色影 像 ； 四 个 多光谱 镜头 角面阵 （ 面为 ３ × ２ 构 成 幅 Ｋ Ｋ） ＲＧＢ 彩 色四 个波段 影像 ， 进行 彩色 合成 ； 以 多光 谱 彩 色 合成 影 像 的 地 面 覆 盖 范 围 与全 色影像覆盖 范围相 同。三个数据记录 仪 ， 每 个具 有 ２ ０ Ｂ磁 盘空 间（ ８ ０ ８Ｇ 共 ４ ＧＢ） 。该 系统 镜头 的 个数是 可变化 的 。ＤＭ 的最 大 Ｃ 优 点 是 具 有 中 心 投 影 的 几 何 特 性 ，与 现 有 的 数 字 图像 工作 平 台 及 软 件 完 全适 应 。 其 次 是该 相机 采用 了像移 补偿 装置 ＦＭ ， Ｃ 所 获取 的资料 具 有真 实性和 可靠 性 。ＤＭ 数 ｃ 字 相 机 同时 采集 真 彩 色 、彩 红 外 和 灰 度 数 据 ，通过 高 速数 据 传输 通 道 传到 硬盘 中 ，原 始数 据为 高压 缩 比的 ＴＩ ＦＦ 格式 。
UltraCam系列航空摄影测量相机介绍
概述.................................................................................................................................................... 25 UltraCamL 特性 ................................................................................................................................ 26 UltraCamL 技术参数......................................................................................................................... 26 UltraCamL 影像产品展示................................................................................................................. 29
UltraCamXp WA (wide-angle) 广角大幅面数码航摄仪 .................................................................. 20
概述.................................................................................................................................................... 20 UltraCamXp WA ............................................................................................................................... 21 特性.................................................................................................................................................... 21 UltraCamXp WA 技术参数............................................................................................................... 21 UltraCamXp WA 影像产品展示....................................................................................................... 24
徕卡ADS80机载数字摄影测量系统
Leica ADS80徕卡数码航空相机系统数据获取电子技术参数光谱范围及滤波参数徕卡测量系统最新的线阵航空摄影技术及工作流程提供了最优化的航空影像获取及数据处理手段。
徕卡测量系统ADS80数码航空相机系统能得到最佳成果。
CCD 数字化：12比特A/D 数模转换分辨率：16比特数据通道：16比特敏感度：SH40的四倍数据模式：ADS80数据格式，低压缩，原始数据数据压缩比率：~2.5x 至~3.6x 数据分布模式：非线性压缩数据的辐射分辨率：10比特以及12比特每条线记录频率（周期时间）：≥1ms光谱范围：全色，RGB ，近红外光谱波长：光谱波长λ全色（梯形） 465-676（阈值λ=50%）红色（直方形） 608-664绿色（直方形） 533-587蓝色（直方形） 428-492近红外（直方形） 833-887新型徕卡ADS80数码航空相机系统是您最好的投资目标。
徕卡测量系统的最先进的线阵扫描科技在数据获取和数据处理方面给您带来优于所有大面阵框幅式数码相机的效益。
徕卡ADS80带来更好的机遇最好的投资、最好的影像、最新的空间信息简单 – 从飞行计划制定到数据成果输出灵活– 应用于航空摄影或遥感各个领域高效 – 最快速的工作流程经济 – 高度集成的系统可靠 – 徕卡测量系统提供了完整航空摄影测量及遥感解决方案徕卡ADS80是世界上唯一提供子像元级别精度数据的宽幅数字航空摄影系统。
他独特的光学设计在数据获取中提供了以下优势：更优的数据子像元级别的精度数据从蓝色波段到红外波段全色、彩色和彩红外数据保持完全相同投影角度， 甚至在小于5cm 地面分辨 率的情况下 无需小波融合处理即使在较差的飞行条件下，也能保证最优化的几何稳定性徕A DS80配备全新的CU80控制系统，提供以下优势： 全新设计的数据闪存设备更轻、更可靠增强的数据吞吐能力保证同时获取航空摄影数据以及遥感波段数据改进的图像数据压缩技术可以提供更好影像质量徕卡航摄系统的线阵技术在空间数据获取领域中已经成为了标准化流程。
全数字航测相机ADS40及其应用初探
一
图 ２ ＡＳ ０与面 阵及传 统 框幅 像移 补偿 对 比 Ｄ４
大程度地减少 了外业工作量、提高 了生产效率 ，成 ２ ５单镜头，连续成像 ． 为航测领域一个主要 的技术应用方 向。相对于 目前
Ｏ Ｄ ４
维普资讯
４ 装 备 园地 ４
测绘 技术 装备
季刊
第 ９卷
２０ ０ ７年第 ｌ期
全数字航测相机 Ａ Ｓ ０ Ｄ ４ 及其应用初 探
缪 剑 杨 天克 徐 水平 西安 李 星 全 ７０ ５ ） １０ ４ （ 安测 绘信 息 技术 总站 西
摘 要： 本文简单介绍了目 前国际上比较流行的线阵航空数字传感器Ａ Ｓ０ Ｄ４ 的一些基本情况， 分析 了该传感
低 ， 年 可进 行航 空摄 影 的 时间增 加 。航 摄作 业 的 全 生产效 率和 设 备 的利用 率必 然 明显提 高 。
幽 ３ Ａ Ｓ ０与 面 阵相机 成 像方 式 比 Ｄ４
（） ７ 由于 Ａ Ｓ ０系 统 中集成 了 ＩＵ和 Ｇ Ｓ设备 ， Ｄ４ Ｍ Ｐ
像器件以面阵 ＣＤ为主要特征， Ｃ 另一类则以线阵 Ｃ Ｄ Ｃ 为主要特征 。两类相机各有其独特优势 ，也都存在
一
些使用 上 的 限制 。面 阵 ＣＤ 航测 相机 的代 表 性产 Ｃ
品分别有 Ｄ Ｃ （ 国／ 国 Ｚ ）和 Ｕ Ｄ（ 地利 Ｍ 美 德 Ｉ Ｃ 奥 Ｖ ｘｅ ） ｅｃ １ ，线阵 ＣＤ航测相机的代表性产 品有 Ａ Ｓ０ Ｃ Ｄ ４
图 １相 同地面 分辨 率 时 Ａ Ｓ０与 面 阵相机 效 率 的比较 图 Ｄ４
叉像元的方式构成超分辨率模式，完成对 同一地面 区域三幅影像的立体覆盖 。 彩色成像部分 由红、 绿、 由 图 １ 以看 出 ，与 目前 流行 的 ４ ×４ 可 Ｋ Ｋ的面阵 蓝 、近 红外 四条 ＣＤ 线 阵组成 ，可 分 别成像 ，经融 相 机相 比，在地 面 分辨 率相 同的情况 下 ，Ａ Ｓ０是 面 Ｃ Ｄ４ 合处理合成真彩色影像和彩红外多光谱影像。 阵 数字 相机 飞行 效率 的三 倍 。 Ａ Ｓ０系统 全球 已有近 ５ Ｄ４ ０套 ，分 别在美 国、 日 ２ ４感 光 时 间短 ，像 点位 移 小 ． 本 、德 国 、澳 大利 亚 等 国家投 入 使 用 ，广 泛 应用 于 相 同航 带 宽度 的情况 下 ， Ｄ４ Ａ Ｓ ０的感 光 时间 （Ｃ ＣＤ
北京航空航天大学科技成果——基于LED阵列的高速空间光调制方法及其成像系统
北京航空航天大学科技成果——基于LED阵列的高速空间光调制方法及其成像系统成果简介单像素探测是关联成像区别于传统面阵探测成像的主要特点，它指关联成像使用一个或几个单像素探测器，而非面阵探测器（如CCD，CMOS等），来接收目标信号并重建其空间信息。
单像素探测器技术成熟可靠、信号收集能力强，没有面阵探测器的像素间响应不均、存在坏点和对成像光学系统要求高等问题，尤其在特定探测波段的面阵探测器特别昂贵甚至不存在的情况下和需要多谱段复合成像的要求时，单像素关联成像为相应的目标探测提供了技术可行、成本可控、体积重量小的成像方案。
计算关联成像的单像素探测体制使关联成像技术必须依赖于某种空间光调制器件来实现成像，目前常规的方法包括采用激光照射旋转毛玻璃产生赝热光源，预制相位掩膜板，透射式液晶调制和反射式微透镜阵列（DMD）调制等。
由于空间光调制器的调制速度有限（上述方法中最快的DMD目前达到22kHz调制速度），极大限制了关联成像获取目标信息的速度，是其技术发展的瓶颈问题，也是相关领域科学工作者亟待攻克的难点。
针对现有关联成像的成像速度受空间光调制器调制速度限制的问题，本项目研制了一种基于LED阵列的高速空间光调制技术及其成像系统，对关联成像速度实现了极大的提升，空间光调制速度达到了2.5MHz，成像速度达到了5kHz。
技术描述该系统使用LED阵列作为空间光调制器，包括计算机、控制板卡、LED阵列、光束调制透镜、物体、光束收集透镜以及单像素光电探测器。
控制板卡的I/O输出控制信号给LED阵列，通过两次扫描的方式输出哈达玛矩阵对应图案的光束，该光束经由光束调制透镜汇聚到物体上，再由光束收集透镜收集和物体作用后的光束并汇聚到单像素光电探测器接收面。
控制板卡收集单像素光电探测器输出的电压值并将数据传送到控制计算机进行图像恢复。
本技术的优点在于：使用LED阵列作为空间光调制器可以极大提高关联成像的速度以及通过两次扫描的方式实现对哈达玛图案的快速显示，相对于传统方法提高了2个数量级。
中科院遥感应用研究所-A3航摄仪
352
303 761 100
380
417
482
528
7154
620
704
676 2792 4766
9982 13286
1703 7059 11881 18288 25419 33887 250 1000 2250 3750 6200 9350
产品工作流程
空 中 阶 段
1
Visionmap A3相机以及双频GPS
产品特点-航空摄影能力
Diamond DA42MPP空中摄影测量生产力 （220 –260km/h）
地面速度
正射 摄影 角度 度 20 30 40 50
地面 分辨 率 cm 3 5 10 15
A3
DMC II250
UCXP
RC30 300
DMC II230
UC-X
UCXp wa
DMC
RC30 150
A3
DSS
11 38 176 323 538 844
345 640 370 680
1759 1573 1087
产品特点-航空摄影能力
中速飞行器空中摄影测量生产力 （300 –370km/h）
地面速度
正射 摄影 角度 度
15 20 40 45 50 50 60
地面 分辨 率 cm
3 5 10 15 20 25 30
指标
RGB JPEG2000 TIFF 1700 0.05 50-500 30%-90% 是 5 -15°～55° 1.0 SSD 是 400 28V（26V-32V）
镜头数量 焦距（mm）
系 统 技 术 参 数
光圈 相机曝光 CCD类型 CCD线阵数 CCD动态范围（bit） CCD尺寸（μm） CCD面阵尺寸（单相幅，像素） CCD面阵尺寸（双像幅，像素） 单镜头视场角 光谱范围（nm） 每秒影像获取数 最大摆动视场角 最大像幅尺寸（像素） 运动补偿和振动稳定性 影像几何特性
无人机多光谱 处理
无人机多光谱处理无人机多光谱处理是指利用无人机搭载的多光谱相机获取目标区域的多光谱图像，并通过一系列处理技术，提取目标特征、进行分类识别、定量分析以及可视化展示，为决策提供科学依据。
以下是无人机多光谱处理的主要步骤：1.图像采集利用无人机搭载的多光谱相机采集目标区域的多光谱图像。
在采集过程中，需要注意相机参数的设置，如波段范围、分辨率等，以确保采集到的图像质量符合要求。
2.数据预处理由于采集到的多光谱图像可能受到多种因素的影响，如光照条件、相机噪声等，需要进行预处理以消除这些影响。
数据预处理主要包括图像校正、去噪、配准等步骤，以保证后续处理的准确性。
3.图像融合将预处理后的多光谱图像进行融合，以提高图像的视觉效果和特征提取的准确性。
常用的图像融合方法有基于波段融合、基于金字塔融合等，可根据具体需求选择合适的融合方法。
4.特征提取从融合后的多光谱图像中提取目标特征，为目标分类识别和定量分析提供依据。
特征提取的方法包括色彩特征提取、纹理特征提取、形状特征提取等，可根据目标的特点选择合适的特征提取方法。
5.分类识别利用提取的目标特征，采用分类器对目标进行分类识别。
常用的分类器有支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、人工神经网络（ANN）等，可根据具体任务选择合适的分类器。
6.定量分析根据分类识别的结果，对目标区域进行定量分析，如植被覆盖率、土壤类型等。
定量分析的方法包括地物分类统计、像元分解等，可根据具体需求选择合适的方法。
7.可视化展示将处理后的多光谱图像进行可视化展示，为决策提供直观的依据。
可视化展示的方式包括地图绘制、三维场景构建等，可根据具体需求选择合适的方式。
8.数据存储与更新将处理后的多光谱数据存储起来，并建立相应的数据库，以便后续更新和维护。
同时，需要定期对数据库进行备份和更新，以保证数据的准确性和完整性。
总之，无人机多光谱处理是一项重要的技术手段，可为环境保护、资源调查、城市规划等领域提供科学依据。