测试航空数码相机

用于测绘目的的航空成像越来越多地使用数码相机。新模型的引入带来了像素体积的稳步上升，从而实现了更宽的条带宽度，从而降低了飞行路线、飞行成本和项目风险，或使用更大的地面样本距离(GSD)进行数据采集，保持了效率。要充分利用较大的GSD，需要几何精度、动态范围、图像清晰度和存储设备。作者测试了两款ultra tracam系统:Xp和L。

Vexel Imaging在2006年推出了UltraCamX，在2003年推出了UltraCamD。今天的大格式模型是UltraCamXp(2.9厘米GSD在500米的飞行高度)和UltraCamXp广角(4.3厘米GSD在500米的飞行高度)，两者的图像阵列尺寸为17,310 x 11,310。UltraCamL全色阵列尺寸为9,735 x 6,588(彩色和近红外:5,320 x 3,600)，是一款中画幅相机，而它最近推出的后继产品UltraCamLp是一款大画幅相机，阵列尺寸为11,704 x 7,920，飞行高度为500米时为4.3cm GSD。对于各种阵列尺寸和gsd，今天的UltraCam系统的几何精度优于2微米。

关键部件
测试的Xp和L系统(见图1)已安装并与全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量单元(IMU)集成。GNSS测量x, y和z(东，北和高度)，IMU测量横摇，俯仰和偏航(omega, phi和kappa);这六个参数将图像与映射联系起来。已知数字相机的稳定特性，了解IMU和相机轴之间的关系，大大减少了地面控制以实现高精度地图的需要。IMU与摄像机的连接由以下两部分组成:
- IMU中心和摄像机投影中心之间的偏移向量
- IMU机身框架到相机光轴的旋转矩阵。

这些组件是通过轴视校准确定的。尤其重要的是良好的旋转组件校准，因为角误差增加比例飞行高度。

惯导系统和摄像机支架必须具有足够的刚性，以抵抗弯曲和旋转，这样，一旦通过校准确定了这些组件的值，就可以在多次飞行中使用。

系统和覆盖
该Xp安装并集成了一个Span-SE，这是Novatel公司最新的GNSS/IMU系统，基于该公司的OEMV GPS-Glonass接收器。Span-SE为航空和移动测绘提供了广泛的精度水平。IMU有很多不同的品牌。我们的系统选择了LN200 IMU，允许更小的空气旋转，从而在不影响精度的情况下节省了时间和燃料。L安装并集成了Novatel Span和FSAS IMU。Xp飞机在美国乔治亚州上空飞行;覆盖了4条航线44张重叠的照片。L型飞机在美国新墨西哥州上空飞行;报道由四条航线上的十张重叠的照片组成。两种地形都是平坦的，因此没有使用数字高程模型来初始化联络点匹配。 The software used was Match-AT from Inpho.

几何精度
以联络点匹配结果的均方根误差(RMSE)作为精度度量。对于L，对于尺寸为7微米的像素，RMSE为0.9微米;在两微米的规格范围内，证明了系统的测绘能力。对于Xp, RMSE为1.9微米，显著小于六微米像素尺寸的三分之一，并且在两微米规格内。然而，乔治亚州的地点被茂密的森林所覆盖，并且在雷雨云的存在下被捕捉到，导致条带之间的对比度非常高。其他人在较好的天气和光照条件下取得了较好的结果。总之，UltraCam系列的几何精度满足或超过技术规范。

动态范围
在图片采集过程中，乔治亚州恶劣的天气和光照条件在Xp图像中显示为非常明亮的区域和黑暗的阴影。然而，地面点可以定位和测量，而不需要局部图像调整。Xp图像的动态范围几乎是13位(或7600个灰度值)，这与UltraCamX相同;尽管人们可能会因为Xp更小的像素尺寸(6微米而不是7.2微米)而期待不同。

然而，Xp图像阵列的规格显示了一个改进的信噪比，允许保留动态范围。图3展示了阴影区域中的Xp图像的内容。由于高辐射范围，在阴影区域可以很好地看到细节，从而实现了充分的联络点匹配和地面控制测量。在不利光线条件下拍摄的图像显示了UltraCamL的类似特征(图4)。

图像的清晰度
图像的清晰度看起来很稳定;在视觉检查中，图像中心向角落的清晰度不会降低(图5和图6)。然而，图像质量一般取决于适当的光圈设置;Xp比L更敏感，可能是因为后者的像素更小。

制造商通过在操作显示器上显示首选的光圈设置来解决这个问题，并突出显示糟糕的设置。

存储设备
相机的大GSD能力要求存储设备足够大，以避免在飞行过程中持续交换数据单元。可移植性、健壮性和稳定性是其他重要的标准。Xp的硬盘容量为4.2TB，即6600张图片，每张图片的像素为1.96亿像素;足够长时间飞行一天。在飞行中交换数据单元可能不需要，但这是可能的，并提供无限的存储空间。L的固态存储设备完全集成到传感器头中。最多可以存储3600张图像，并在飞行过程中交换数据。Xp的硬盘驱动器和L的固态数据单元都有一个停靠站，可以方便地下载到数据处理中心。完全加载时，Xp数据下载需要三到四个小时，对于L这是一个小时。