航空测量中的几种电子学方法

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自从航空摄影测量技术发明以来,给地图测绘工作带来了很大方便。航空摄影测量(简称航测)一般是,先用飞机和专用的航空摄影机对被测地区进行空中摄影,所得航空像片就是航测工作的原始资料,然后再用复杂而精密的航测光学仪器处理像片,最后得到显现地物和高度的地图。

近年来科学技木的发展,尤其是电子学的发展,使航空摄影测量技术日臻完善。本文仅就用在这方面的几种电子学方法作些简略介绍。

一、空中摄影方面的电子学方法

在空中摄影中,无线电电子学主要用在对地面的摄影记录方面,其次是用于引导飞机按预定航线飞行,并把飞机在摄影瞬间的空间位置记录下来(测定空间位置是为了以后绘制地图时,提供必要的座标数据)。这就是通常用的无线电导航和雷达航空测量。通常用的导航系统有短程雷达和多普勒系统等。

空中摄影一般是用特殊结构的照像机对地面摄影。目前所用的这种航测方法常受下列一些因素的影响。

1.大气中的光照强度随天气的阴睛而变化无常。

2.在高空中,要考虑低温、低压等条件对航空摄影机械的影响,因而,必增大摄影装置的尺寸与重量。

3.底片的储存问题,感光度高的底片对温度与湿度有特殊的要求。

以上这些困难,可以用无线电电子学的摄影方法予以解决。这些方法是:电视摄影法、红外摄影法和雷达摄影法,等等。其优点是:

1.有的电子学方法可以风雨无阻,不受气象条件限制。

2.使用半导体管化的电子线路,从而能使摄影装置缩小。此外还能用磁带代替感光胶片记录影像。

3.利用电脉冲方法摄影,能直接把影像信号送到地面而不必储存。因而用少量的磁带能摄取大量的信息。

下面谈一谈几种应用电子学的摄影法。

电视摄影法 这种方法系用装在飞机上的电视摄像机对地面摄取图像,然后用图像信号去调制发射机,并以无线电波的形式向地面传送。地面上的接收机把图像信号记录在磁带上(见图1)。

与其它两种方法相比,这种方法仍受气象条件的限制,但在影像的传送与储存上要比普通的摄影法优越得多。

红外摄影法 这种方法所用主要部件为红外探测器,工作时借具有微小温差的地物发出的红外辐射构成图像。 复现出的图像可以有不同的色调。它工作时并不依靠可见光,因此在夜间也能工作。

雷达摄影法 它有以下几个部分:脉冲发生器、发射机、天线 (收、发合用)、接收机、显示器等(见图2)。首先由发射机将脉冲通过天线向地面发射。回射波经接收机送入显示器,在显示器的荧光屏上显示出地面的可见图像。此图像被记录下来就是所需的摄影资料。这种摄影方法不大受气象条件的限制,所以也能用于夜间摄影。

图1
图1 🔍原图 (675×1038)

二、电子印晒与放大

摄影上一般皆以影纹清晰,色调柔和,层次分明的像片为佳品。如摄影时曝光量控制得不好,就会给印晒工作带来一定的困难。如用电子印像机来印像,就能自动补偿这一缺陷。

电子印像机 其主要组成见图3。扫描发生器产生的锯齿波电压加到阴极射线管的两对偏转极上,使屏面上的光点依规定的扫描路线移动。这就是像片的曝光光源。此光源经底片、印像纸射入光电倍增管,光电倍增管受光后,在输出端产生光电流。一部分光电流经光电流放大器放大后,以负反馈的形式去控制阴极射线管的光点亮度,使底片透明部分通过的光量相对减少,使不透明部分通过的光量相对增加,以达到平衡光量的目的,不使像片上黑的地方太黑,白的地方太白。光电倍增器输出的另一部分光电流送至光积分开关电路,协同曝光时间控制器触发一灵敏继电器,用来控制阴极射线管光源的启闭,以达到自动控制曝光时间的目的。

图2
图2 🔍原图 (710×478)

电子像片放大机 它的工作原理基本上与电子印像机相似。主要区别是在底片与投影物镜之间增加了一块半透明半反射的平面镜。从底片透过来的光一部分反射到光电倍增管,这一部分信号起着光量的调节作用。另一部分透过镜面进行放大印像。其工作程序见图4。

图3
图3 🔍原图 (873×448)

三、水平像片的制作

在航测工作中,有一项较繁重的任务,就是把摄得的非水平像片矫正成水平像片。所谓水平像片就是底片平面与被摄地区水平面相互平行时摄得的像片。但在航空摄影的过程中,往往由于各种条件的限制,不能保持上述的水平关系,因而摄得的像片不是水平的,即非水平像片,有时也叫做倾斜像片。地图上各地物间的相互位置应与地面上相应地物间的相互位置成一定比例。但是非水平像片上的影像,由于受中心投影及倾斜等的影响,它们之间的相互位置不能保持一定比例,因而必须迸行像片矫正。

一般的像片矫正仪是光学机械式的。此种仪器对所欲矫正的像片有一定的限制,因而不适用于任意类型航摄机所摄取的航空像片。为了克服这种限制,现已研究出电子式的矫正系统。其原理见图5。

图4
图4 🔍原图 (912×496)

首先利用由光点余辉时间较短的阴极射线管及扫描电压发生器组成的飞点扫描器对不矫正的航空底片进行有规则的逐点扫描,把影像分解成许多很细小的光点,这些光点通过光电元件经视频放大器放大,使光学影像变换为相应的电信号。将此信号送至电子计算机,按照一定程序,进行位移改正,将各像点的位置矫正。然后由计算机把各点位置送至显像管,通过光学透镜将影像印在像纸上,这就是矫正后的水平像片。

四、立体地图制作系统

和立体电影的道理一样,从不同的两个点对同一物体摄影可得两张透视角度不同的像片。利用这两张像片的透视关系,能构成该物体的立体影像。同理,利用两张摄影角度不同的同一地区的航空像片就能获得相应的立体地图。这对指挥部队作战很有用处。下面我们简略介绍一下,从航空像片制作立体模型的电子技术。装置的整个程序见图6。

图5
图5 🔍原图 (880×571)

首先通过电子矫正转换系统对所摄取的一对像片进行水平矫正,同时将光学影像转换为电信号并存储于磁带中。同时将转换后的电信号输至监视装置的两只显像管中。

其次将磁带中的电信号输入一部电子计算机。计算机利用预先拟好的程序和控制数据使图像数据发生关联,并算出模型点的座标X、Y、Z。然后,将X、y、Z信号输入相应的伺服系统,最后由三套伺服系统去控制一把切割刀作x、y、z空间运动。此切割刀雕刻出的三度空间模型,就是所需的立体地图。

在上述的整个工作过程中,全部操作均由电子系统完成。为了便于检查,工作人员可以通过立体监视装置观察地区的模型全貌,就好像工作人员从飞机上向地面作实地观察一样。

立体监视装置由两个互成90°的显像管以及与两管轴成45°角的一面半透明半反射的平面镜组成。(郭蔚兴)