航天攝影

航天攝影是在航天飛行中利用攝影機或其他遙感探測器獲取地球或其他星體的圖像資料和有關數據的技術。這裏雖按習慣使用“攝影”一詞，但已不僅指電磁輻射直接作用於底片乳劑而成像的方式，也包括獲取信息的其他方式。航天攝影通常採用全景攝影，多譜段攝影，電荷耦合器件 (CCD)陣列掃描光電成像，以及雷達掃描成像等方式。航天攝影是航空攝影的擴充和發展。

航天攝影所獲得的資地圖測繪、氣象研究、資源考察、環境監測等料可用於地圖測繪、氣象研究、資源考察、環境監測等。 ^[1] 

航天攝影的運載工具主要有氣象衞星、偵察衞星、地球資源衞星(陸地衞星)、航天飛機和宇宙飛船，以及測圖衞星等。

①氣象衞星採用電視攝像機和紅外掃描儀獲取雲圖。

②偵察衞星採用多種攝影系統獲取地面的圖像資料和有關數據。其影像比例尺一般較大，分解力高，圖像質量好，信息內容豐富，時間性強。這種衞星除用以探測地面情報外，還可用於攝影測量、製圖和其他領域。

③美國地球資源衞星採用反束光導管攝像機(RBV)和多譜段掃描儀(MSS)獲取地面圖像資料，並用圖像數字轉換技術將圖像信息變為無線電信號，從衞星發回地面；地面接收站接收後,再將無線電信號轉換為圖像或直接記錄在高密度數字磁帶上。其圖像的水系、山脈、植被和線狀地物等清晰易辨,地貌類型區分也較明顯,適用於大面積資源考察和繪製各類專題圖。在陸地衞星 4號內除裝有多譜段掃描儀外，還載有新的專題測圖傳感器（TM），具有更好的輻射準確度和更高的空間分解力。

④美國“阿波羅”宇宙飛船測月攝影系統由測圖攝影機、星空攝影機（拍攝星空像片，用以定向）、全景掃描儀和測高儀組成。它是更完善的航天攝影測圖系統，用於對月球表面的定位和測圖。

⑤美國1973年發射的“天空實驗室”(SKYLAB)採用的是畫幅攝影機、多譜段攝影和多譜段掃描儀。這是用航天攝影方法對地球進行測圖的一次重要嘗試。測圖衞星應按航天攝影測量的技術要求進行設計。其特點是像片比例尺適中；有航向和旁向攝影重疊；有適當的基線航高比和良好的空間交會圖形；像片有較高的地面分解力等。 ^[1] 

航天攝影有很多分類方法，按感光材料的光譜效應可分為全色、彩色、多譜段、全色紅外和彩色紅外攝影；按攝影機主光軸的指向可分為豎直、傾斜和交向攝影等；按傳感器成像結構可分為畫幅、全景掃描、線掃描和陣列式掃描攝影。此外，按圖像的記錄形式還可分為攝影膠片、模擬磁帶和高密度數字磁帶攝影等。其中常用的是按傳感器成像結構分類的方法。

畫幅攝影是在飛行中使物方空間的光線同時透過物鏡的全視場，按中心投影原理在攝影機整個焦面上瞬時成像。它的特點是已知攝影機內方位元素，構像質量好，幾何關係簡單，便於量測和處理。全景掃描攝影屬於動態掃描攝影，它是藉助於旋轉稜鏡或物鏡自轉，或迴轉光學棒等方式實現地面景物的全景掃描。全景攝影機的焦面快門的縫隙方向與飛行方向平行，掃描方向與飛行方向垂直。在飛行中對地面景物掃描時，使物方光線通過物鏡後,再經過焦面縫隙,在與稜鏡掃描同步而方向相反的連續運動的感光膠片上成像。這種全景像片在飛行方向上是中心投影，在掃描方向上是柱面投影。全景掃描的優點是覆蓋面積大，分解力高，地面信息豐富，適於偵察和判讀；缺點是有全景畸變，測量精度較低。

線掃描攝影的信息獲取系統這種儀器的特點是在同一時間內能用多個波段探測目標。儀器上設有掃描反射鏡，其掃描方向與飛行方向垂直，入射光經由反射鏡和光學系統送到探測器件，轉換成為電信號。其信息經粗加工和彩色合成後成圖。陣列掃描攝影是由電荷耦合器件以極高密度排列在一起，按線陣列（或面陣列）在光學系統的焦面上成像。這種陣列式掃描儀亦稱固體掃描儀。由於電荷耦合器件的圖像轉移極快，所以完成每行的掃描時間極短，實際的影像位移極小，不需要進行像移補償。陣列式掃描儀沒有運動的光機部件，也不用電子束，所以可靠性和精度較好。線陣列掃描傳感器將在近期發射的法國斯波特(SPOT)衞星和美國測圖衞星(MAPSAT)內使用。 ^[1] 

為了進行航天攝影設計和資料處理，需要掌握的主要參數有：衞星高度、衞星軌道根數（見衞星大地測量學），運行速度和姿態角，攝影機焦距和像，攝影曝光間隔，攝影時間和瞬時視場角等。這些參數用於設計覆蓋範圍，計算圖像比例尺和圖像重疊度（見航空攝影），以及進行圖像處理和變形改正。 ^[1] 

利用航天攝影圖像和有關數據，經過圖像處理、像片量測、地形測繪、地物判讀、解析計算等，以確定地面（或其他行星）點座標和測圖的工作。航天攝影測量系統一般由測量攝影機、星空攝影機、石英鐘和測高儀等聯合組成，以實現對星空和對地面同步攝影。是伴隨空間技術、攝影技術、圖像數字傳輸、圖像處理和電子計算技術的發展而產生的新技術，它以人造地球衞星、宇宙飛船和航天飛機等航天器作為運載工具，用各種傳感器可見光、微波、高光譜等在軌道空間對地球或其它行星進行探測，並根據獲取的信息進行判讀和幾何處理，以測制或修測地圖。同其它測繪地圖的手段相比，航天攝影測量手段具有明顯的優勢，主要表現在以下幾個方面：

1.不受國界限制，可實現全球測繪；

2.獲取資料迅速，數據處理效率高；

3.成圖作業效率高，經濟效益顯著。 ^[1] 

如何以最低的獲取成本、快速高效地獲取全球範圍的地理空間信息，一直是各國政府不斷追求的目標。就各國發展航天攝影測量的情況而言，目前大都致力於發展高精度的傳輸型測繪衞星。從航天攝影測量數據處理來看，如果可以獲取高精度的外方位元素，對線陣傳感器獲取的影像數據進行處理，仍然可以獲得高精度的定位結果，但由於線陣影像處理技術較為複雜，為獲取高精度的地理空間信息，對衞星的姿態穩定度以及外方為元素測定精度要求極高，需要極高精度的定位測姿設備，目前只有少數幾個國家掌握該類技術。

對於大多數國家而言，發展航天攝影測量技術的目的是為了測繪全球範圍的地理空間信息產品，如果使用高分辨率攝影測量衞星進行測繪，由於影像覆蓋範圍小，導致單位面積測繪成本高，成本比較昂貴，對於絕大多數國家而言，其成本都無法忍受。從實用角度來看，比較可行的做法是同步發展返回式測繪衞星以及數字傳輸型測繪衞星，即利用中等分辨率的返回式攝影測量衞星，建立全球攝影測量控制網，測繪具有統一精度的全球地理空間信息產品在有全球攝影測量控制網的基礎上，利用高分辨率數字傳輸型測繪衞星對其進行精化，獲取重點地區高精度的地理空間信息產品。 ^[1]