空间相机的发展趋势
Langchop是在研制一般巡天卫星的基础上,研制详细的巡天卫星。详细相机的特点是它的高分辨率,但它的摄影范围。
体积小,适用于战术侦察,多采用帧相机或线相机,焦距3 m ~ 8 m,摄影分辨率60线/mm ~ 88线/mm,拍摄高度150 km ~ 180 km时,最高地面分辨率可达0.15 m ~ 0.3 m,宽度只有几公里以上。一般的勘测相机分辨率适中,覆盖面积大,适用于战略侦察和监视。多采用全景相机,摄影分辨率30线/mm,宽度几十公里到几百公里。详查和普查可以相辅相成,互相配合。1侦察卫星通常装有相机,用于普查和详细调查,有时还装有测绘和多光谱相机等各种遥感。
仪器。
2.胶片侦察相机和透射侦察相机的组合。
CCD器件的出现,推动了透射式侦察相机的发展。透射式侦察相机具有寿命长、近实时获取信息、可靠性高等特点,因此美国和俄罗斯都在大力发展透射式侦察相机。美国以透射式相机为主,航天飞机携带的胶片相机为辅;而在俄罗斯,两种相机并用,各有千秋,并利用卫星多体回收技术弥补实时摄影侦察差的缺点。比如俄罗斯CA-119胶片式普查相机还在服役,分辨率2m,拍摄的胶片已经卖给美国空军。这说明胶片侦察相机在空间侦察中继续发挥作用,返回式卫星并没有过时。空间相机图像的地面分辨率
地面分辨率是空间相机的重要设计指标之一。空间相机影像的地面分辨率是人为定义的地面尺度,相机工作模式和成像原理不同,有不同的定义和测量(评价)标准。
胶片相机的分辨率通常用每毫米感光材料范围内最多能分辨的黑白线对(黑线和白线宽度相等,交替分布)的数量来表示,其数值由相机拍摄不同宽度和密度的黑白线靶来确定。目标上黑线和白线的亮度对比(对比度)越大,相机的分辨率越好。当胶片相机从空间轨道高度对准地面进行垂直摄影时,相机分辨率(即在地面上与目标线具有相同对比度的一组等宽、交替分布的黑白线中一对线的宽度)对应的地面场景的尺度称为图像的空间分辨率。
CCD相机的分辨率往往用CCD像元对应的空间视场来表示;也可以用每平方毫米的CCD元件数或每毫米的CCD元件数来表示。当CCD相机从空间轨道高度对准地面进行垂直摄影时,相机分辨率对应的地面场景尺度称为图像的像素分辨率。
从上面可以看出,空间相机影像的地面分辨率不是一般地物的实际影像分辨率,而是针对特定地物(黑白线、胶片相机)或不考虑地物类型(CCD相机)人为定义的尺度。也就是说,空间相机影像的地面分辨率只是影像细节特征尺度对应的地面尺度。
上面讨论了空间相机图像地面分辨率的实质,下面讨论有关它的几个问题。
①对于胶片相机,没有图像像素分辨率的概念。胶片相机利用感光材料(分布在胶片乳胶层上的卤化银晶体)记录场景的影像,乳胶中的卤化银晶体直径极小(一般小于3μm),形状各异,随机分布。
②对于CCD相机,可以模仿胶片相机定义图像的空间分辨率,这样定义的图像空间分辨率甚至是图像像素分辨率的倍数(取一维线性尺度)。
胶片相机图像的空间分辨率是指在地面上与目标线具有相同对比度的一组等宽、交替分布的黑白线中的一对线的宽度。如果CCD相机对准这种地面物体进行垂直摄影,其图像的像素分辨率正好等于线的宽度。在这种情况下,只要黑白线之间的对比度足够高,就可以在图像上显示可区分的黑白线,即CCD相机图像的空间分辨率是像素的两倍。另一方面,如果黑白线之间的对比度太低,则可区分的黑白线将不会显示在图像上。因为CCD元件接收来自与其对应的场景的电磁辐射能量,所以图像是像素的马赛克。因此,当黑白线条对比度过低时,只有当几个相邻CCD元件组成的元件组都感应到同一颜色(黑色或白色)的线条时,图像上才会出现可分辨的线条。也就是说,当黑白线对比度较低时,CCD相机图像的空间分辨率与像素分辨率k的比值为不小于4的偶数。以上关系见图1。
③相机图像的地面分辨率可分为静态和动态。根据摄像机和地面物体之间是否存在相对运动,其图像
可分为静态和动态。如果参考物体是如上所述的黑白线,并且黑白线的方向平行于相机相对于物体的运动方向,则相机的静态图像和动态图像没有区别,即相机图像的动态地面分辨率等于静态地面分辨率。(4)据报道,法国航天局提出了一项技术,通过重叠两幅图像来提高正在开发的Spot-5地球资源卫星的地面分辨率。具体来说,就是利用卫星上的两个传输通道传输同一CCD相机在同一时刻拍摄的黑白图像,在地面将两幅图像进行叠加,这样就可以在不缩小视场的情况下,将原来像素分辨率为5m的图像叠加得到像素分辨率为2.5 ~ 3 m的图像。法国航天局已经为这项技术申请了专利。
如前所述,图像的地面像素分辨率为5m,这意味着宽度为5m高反差的黑白线条的图像(像素)在图像上是可分辨的。现在,两幅这样的图像错开半个像素进行重叠合成,如图2所示。然后,只要黑白线条的对比度足够高,这样叠加的图像上可区分的线条(黑、灰、白、灰线条依次排列,形成一组)只有原来像素宽度的1/2。这样,转换后合成图像的地面像素分辨率为2.5m。