航空攝影測量專用像機選用 及案例分析

航空攝影測量專用像機選用及案例分析

台灣世曦工程顧問股份有限公司劉新達、鄭宏逵

2010.3.28

說明 數位像機無實體底片、不需掃描、多光譜感測、高前後重疊等優點，已為作業主流

各類型數位像機之設計原理、規格及特性均不盡相同，其適用領域亦有所差異。

對台灣目前引進之數位像機之規格整理，並針對不同之製圖任務進行各像機之適合度分析

前言 類比像機

RMK 、 LMK 、 Leica 等廠牌航測類比像機 底片規格 230*230mm ，焦距有 15 、 30 公分

數位像機 2004 年 Vexcel 公司發表 UltraCAM-D 目前市場： UltraCAM-D 、 Z/I DMC 、 Leica

ASD-40 中片幅數位像機

數位像機規格整理 大片幅像機

用於地形圖、正射影像圖、數值高程模型等作業 因大片幅 CCD 製作困難且價格昂貴，故現多以多張小片幅 CCD 拼接成大張虛擬影像

各廠設計原理不同，各像機規格亦有差異 中片幅數位像機

像幅較小，單價較低 配合 LiDAR 掃描作業，以輔助 LiDAR 點雲後處理作業

像機基礎規格解析 規格 影響分析像機型式 空三作業軟體影像大小 基高比、高差移位、飛航成本像元大小 單位面積之進光量 ( 感光度 )

焦距、視角 航高彩色影像大小 融合後彩色影像之銳利度GSD 訂定作業規格標準連拍時間間隔 影像前後重疊率彩色影像成像方式 色彩解析力

台灣目前既有大片幅數位像機規格彙整

像機

規格

ADS-40 DMC UltraCAM-DUltraCAM-

XpUltraCAM-

Xp w/a

像機型式 線列式 多片面陣式 多片面陣式 多片面陣式 多片面陣式影像大小 ( 像素 ) 12000 13824*7680 11500*7500 17310*11310 17310*11310

像素大小 ( 微米 ) 6.5 12 9 6 6

焦距 (mm) 62 120 100 100 70

視角 ( ° ) 46° 69.3°(43°) 61°(42°) 55°(37°) 73°(52°)

彩色影像大小 12000 3072*2048 3680*2400 5770*3770 5770*3770

GSD(cm) (H= 1000m)

10.5 10 9 6 8.6

連拍時間間隔 - 2.1 秒 1 秒 2 秒 2 秒彩色影像成像方式 3CCD 3CCD 3CCD 3CCD 3CCD

儲存空間 - 2200 張 2692 張 6600 張 6600 張像移補償 - TDI TDI TDI TDI

使用單位 ( 廠商 ) 農航所 農航所、詮華 群立 廠商規劃

洽購中廠商規劃洽購中

中片幅數位像機規格彙整 像

機 規格

UltraCAM-Lp RMK D Rollei P45+ Rollei P65+

像機型式 多片面陣式 單一 CCD 單一 CCD 單一 CCD

影像大小 ( 像素 ) 11704*7920 5760*6400 7228*5428 8924*6732

像元大小 ( 微米 ) 6 7.2 6.8 6

焦距 (mm) 70 45 60 60

視角 52°(37°) 49.5(54.2) - -

彩色影像大小 5320*3600 5760*6400 7228*5428 8924*6732

GSD(cm) (H= 1000m) 8.6 16 11.3 10

連拍時間間隔 2.5 秒 1.1 秒 - -

彩色影像成像方式 Bayer filter 3CCD Bayer filter Bayer filter

儲存空間 2500 張 2000 張 - -

像移補償 TDI TDI - -

廠商 無 無 亞新國土中興測量 詮華

彩色影像 -拜耳濾鏡

RGB/IR RGB/IR bands bands

merged with merged with pan scenepan scene

A+B

Full Scene PAN

NIR

RGB

引用自Mapping Solution, Vexcel Imaging GmbH

彩色影像 -3CCD

Full Scene

RGB/IR RGB/IR bands bands

merged merged with pan with pan

scenescene

引用自Mapping Solution, Vexcel Imaging GmbH

像機性能進階解析 黑白彩色比 (Pan shpapen ratio)

影響色彩之解析度、銳利度。 其 PAN 與 RBG 之 CCD 大小相同，且 CCD 均為單片式，其

好處除色彩解析度較高外， CCD 採拜耳濾鏡 (Bayer filter) ，則計算時彩色影像大小應

先除 2 再計算較為客觀，。 基高比 (Base-to-height ratio)

為確保製圖精度，立體模型基高比應大於 0.3基高比 = 基線 (B)/ 航高 (H) =(像素大小 )*( 航線方向影像大小 )*(1-60%)/f

像機性能進階解析 高差移位

與航高成反比，與像幅大小成正比 正射影像製作時為減少高差移位影響，應避免選取廣角像機 (視角較

大 )。 高差移位 =rh/H

最大前後影像重疊度 與航高、航速、連拍時間間隔 (影像儲存速度 )有關 一般之航測作業中 (GSD=10 公分 )，前後影像重疊皆可達到 80%

以上最大重疊度 (%)=1-( 飛機速率 *連拍時間間隔 )/(GSD* 航線方向影像大小 )

單位航線有效面積 與像幅大小成正比 單位航線有效面積愈大，表示同面積作業區之航線需求長度愈短

飛機介紹 目前台灣執行航空攝影相關的民間航空公司

大鵬航空公司及群鷹翔航空公司 使用之飛機： BN-2 Islander

飛機巡航速度 一般巡航速度約 100~110 節 (185~200 km/hr)

飛機巡航高度 依以往經驗，航高為 2230~15000 呎 (675~4545m) ，原

則上各像機均可滿足 1/1000 地形圖之需求 特殊需求

實務應用分析案例一 ( 以 1/1000地形圖測製為主 )

作業規格： 1/1000 地形圖及正射影像圖製作， GSD需優於 10公分，前後重疊為 80%，側向重疊為 30%

作業規格 影響分析GSD 1. 因與製圖精度相關，故為要滿足的第一條件

2. 考量飛機是否可勝任此航高前後重疊 80%前後重疊在一般航高下均可達到

基高比 選取有較大基高比製圖精度較佳

高差移位 1. 同時測製地形圖及正射影像圖時，通常是以地形圖之需求為優先考量

2. 若需顧及正射影像圖需求，則可增加側向重疊改善側向重疊 此與像機規格無關，在航線設計時規劃適當間距即可

其它 選取黑白彩色比較低者

實務應用分析案例二 ( 以 1/5000地形圖測製為主 )

作業規格： 1/5000 地形圖及正射影像圖製作， GSD需優於 25公分，前後重疊為 80%，側向重疊為 30%

作業規格 影響分析GSD 同案例一

航高 若測區位於山區，應選取廣角像機較佳，以避免航高超過飛機性能

前後重疊 同案例一

基高比 同案例一

高差移位 因航高較高，高差移位之差異縮小，但仍以較小者為佳

側向重疊 同案例一

其它 同案例一

實務應用分析案例三 ( 以正射影像圖測製為主 )

作業規格： 1/1000 正射影像圖製作， GSD 需優於 10 公分，前後重疊為 80% ，側向重疊為 60% ，高架道路、鐵公路橋梁需以實際高度作微分糾正

作業規格 影響分析GSD 同案例一高差移位 高差移位應低愈好 彩色影像成像方式

選取 3CCD

前後重疊 前後重疊愈大愈好 黑白彩色比 選取較小者，有較佳的色彩解析度及真實度 側向重疊 與像機規格無關，在航線設計時規劃適當間距即可

結論 本文針對像機重要之規格進行說明，可供為分析像機性能之參考

高程精度、高差移位是無法同時兼顧的，當有較佳的基高比 (製圖精度較高 )，但高差移位也較大 (不利正射影像製作 )，此時應以符合作業規範規定為優先考量，再權衡產品間之重要性以作選擇

像機選取除考量硬體規格之優劣外，影像色彩表現、各像機之航照影像處理軟體之處理效率、使用便利性、自動化程度、加值應用等亦為考量重點

由較新的數位像機規格可發現，像機性能已有明顯提升，如影像像幅變大、 CCD 像素增加，改採單一 CCD 之非併接影像，儲存速度增加、彩色影像像幅變大等。

像機 規格

ADS-40

DMCUltraCAM-

DUltraCAM-

XpUltraCAM-

Xp w/aUltraCAM-

LpRMK D

Rollei P45+

Rollei P65+

像機型式 線列式 多片面陣式 多片面 多片面 多片面 多片面 單一

CCD單一CCD

單一CCD

黑白彩色比例 14.5*3.7

5( 註 1)

3.125 3.0 3.0 4.4( 註 2) 1 2( 註 2) 2( 註 2)

基高比 (60% 重疊 ) - 0.307 0.270 0.271 0.388 0.271 0.410 0.205 0.224

基高比 (40% 重疊 ) - 0.461 0.405 0.407 0.581 0.407 0.614 0.308 0.337

航高 (m)(GSD = 10cm)

954 1000 1111 1667 1167 1167 625 882 1000

航高 (m)(GSD = 25cm)

2385 2500 2778 4167 2917 2917 1563 2206 2500

高差移位 (mm)( 註 3) 1.7 3.5 2.0 1.3 1.9 1.3 2.9 1.2 1.1

最大前後重疊率 1( 註4)

- 85% 93% 90% 90% 82% 90% - -

最大前後重疊率 2( 註5)

- 70% 85% 80% 80% 65% 81% - -

每 1 公里航線有效面積 (km2) ( 註 6)

1.20 1.38 1.15 1.73 1.73 1.17 0.58 0.77 0.89

廠商 農航所 農航所詮華 群立科技 廠商規劃

洽購中廠商規劃洽購中 無 無 亞新

中興 詮華

數位像機進階規格彙整表