影像传感器的进展_不停歇的思索

影像传感器的进展_不停歇的思索

影像传感器的进展

1986年9月1日到5日，在联邦德国斯图加特大学召开了国际摄影测量与遥感协会第一委员会(原始数据获取)两年一次的讨论会。会议由该委员会主席、斯图加特大学导航研究所所长哈尔特(Hartl)教授主持，参加会议组织工作的还有联邦德国摄影测量与遥感协会(DGPF)、欧洲空间组织(ESA)、德国航天协会(DGLR)和德国航天研究和试验机构(DFVLR)等单位。

来自25个国家和地区的150名代表参加了这次讨论会，其中一半来自联邦德国。开幕式由哈尔特教授主持，斯图加特大学副校长Heimerl教授、联邦德国摄影测量与遥感协会主席SchmidtFalkenberg博士和国际摄影测量与遥感协会主席康尼斯内教授致欢迎词。

在开幕式全体大会上，安排了三个主题报告:“二十世纪九十年代的地球观测”(美，Elachi)，“从今日到二十一世纪的欧洲卫星遥感”(法，Brachet)和“智能传感器”(德，Hartl)。随后便分成两个会场以第一委员会的六个工作组和Ⅰ/Ⅱ委员会联合工作组为单元进行学术报告和讨论。

第Ⅰ工作组“影像数据质量”共提出11篇报告，其内容从过去单纯讨论航摄像片的影像质量发展到各种卫星传感器的影像质量。阿克曼教授就像移补偿法在数字影像相关中的效果所做的试验表明，对于规则格网点的最小二乘数字相关，带像移补偿装置后，相关失败或产生粗差的概率从原来的53.1%下降到9.4%，而视差量测精度从3μm提高到2μm。(www.guayunfan.com)

第Ⅱ工作组“摄影机检校及周围环境的影响”收到的14篇文章中约有一半涉及环境的影响和量测摄影机检校的标准化问题，另一半则侧重讨论CCD(电荷耦合器件)数字摄影机及其应用。其中，三行立体推扫式扫描系统DPS(联邦德国MBB公司和慕尼黑工大研制)将用于MEOSS计划，于1988年由印度和联邦德国发射卫星。

第Ⅲ工作组“传感器定向与导航”的8篇报告强调指出了传感器的方位元素和导航数据，尤其是GPS数据用于摄影测量和遥感的意义，其相对精度已可达到分米级。因此，人们正抓紧研制高性能低价格的机载GPS接收机。

第Ⅳ工作组“从空间获得光学信息”有11篇文章，主要介绍了正在试验和即将发射的空间计划中的光学传感器，包括性能设计、系统的模拟以及试验结果与分析。

第Ⅴ工作组“航空摄影和摄影处理”是该委员会历史悠久的工作组，收到12篇文章，主要是介绍新一代高质量、高分辨率的航空软片和航摄仪及其性能测定。

第Ⅵ工作组“微波遥感数据的采集”收到来自美国、联邦德国、日本、英国和加拿大等国的11篇文章，表明了人们对地球资源卫星上各种微波遥感传感器的兴趣。微波传感器将有效地用于海岸带、海洋总体研究，海洋地形测量和浮冰的研究。

第一委员会和第二委员会联合工作组“空间摄影资料的采集和使用”仅收到4篇文章，主要报告了苏联、美国的大像幅相机和联邦德国量测摄影机用来进行小比例尺测图和修图的质量、效果及存在问题的处理方法。

我国提交这次讨论会的文章共4篇。笔者参加了此次讨论会，下面讲几点感受。

1　卫星遥感技术和空间计划正在世界各国蓬勃发展

大会主题报告指出，由于遥感技术和数据处理方法的发展，在不久的将来，我们将逐步能够获得地球表面结构、成分和动态变化的全部信息。可见光和红外光谱量测值能用来判释地球表面和大气的组成成分，并导出地球表面的热特比;亚毫米机翼探测器将直接提供上层大气组成及其断面结构，并绘出大气折光图;多参数的图像雷达传感器将提供地表的地貌、粗糙度和电子特性;图像测高仪所提供的地表地形信息，其高程分辨力可望达到2～3m。此外，雷达传感器还将用来测定地表风的运动和进行海洋地形测量。

1984年10月，美国的大像幅摄影机LFC的飞行资料优于欧洲在空间试验室上西德蔡司厂量测摄影机的像片，可用于测制1∶10万地形图和1∶5万土地利用图。法国于1986年初成功发射了SPOT-1卫星，标志着欧洲已经真正进入到卫星遥感领域中来。SPOT-1采用推扫式扫描器，CCD阵列有1728个元素，地面宽度为60km，地面分辨力达到10m(全色波段)和20m(多光谱)，现已获得1400多张卫星像片。在大会上展示的巴黎市区和巴西里约热内卢飞机场的放大像片，目视十分清晰，其性能优于以往所有的卫星影像。而且SPOT卫星提供的立体影像可用来进行空中三角测量，生成数字地面模型，目前，许多单位正从事这方面的研究试验。

据大会介绍，从目前到2000年左右，已发射和将发射的空间计划是较多的，现列于表1。苏联和我国的发射计划尚未列入表中。日本计划在1990年发射的地球资源卫星计划，将包括一个合成孔径雷达、四个波段的可见光和红外光立体模式CCD传感器和一个四个波段的短波红外传感器(1.65μm、2.10μm、2.20μm和2.35μm)。由于地理位置的毗邻，我们应当密切注意日本和印度的空间计划。

表1　与摄影测量和遥感有关的一些主要空间计划

2　智能传感器的提出代表了影像传感器的未来趋向

哈尔特教授关于智能传感器(Smart Sensors)的报告十分吸引到会代表。大家知道，装在飞机或空间飞行器上的影像传感器根据电磁波辐射获得的影像必须送到地面来进行处理、分析、加工、解译和决策。但目前许多系统的数据预处理十分复杂而费时。如西德的MOMS数据，预处理要花一年多时间。显然，如果能在飞行器上实时地进行数据处理和分析，将具有许多明显的好处。首先将能减少数据量，其次是减少响应时间，便于影像传感器信息的及时利用。

具有这些信息处理功能的传感器称为智能传感器。其发展的第一步是进行系统的自校正、定像幅和除噪声，如在SPOT卫星上就有这类功能。第二步是进行数据变换和编码，可以将数据量压缩10倍。再进一步便可进行在机影像分析，如各种不同影像的组合，根据密度变化测定边界、等高线和地区范围，甚至可以进行模式识别和图像分类，这样做可以再次压缩数据量。如果分析连续影像的变化还可用来测定运动速度。

以上这些操作功能可视为一种初级水平的智能视觉系统。再智能化的便是理解影像内容，将它与已知的视觉模型相比较，重建新的视觉模型，并作出种种解释。这样，就等于给传感器增加了一个“大脑”。

尽管这种智能传感器尚未问世，但我们应注意这方面的研究、试验和进一步发展的动态。

3　超前模拟试验研究是实现空间计划的重要手段

从这次讨论会看出，对于任一较大的航天计划，进行超前模拟试验研究是至关紧要的。由于这些计划是庞大而昂贵的，务必力求一次成功，因此在计划实施之前，总要做十分细致、周密的模拟试验，提前3～5年是经常的。如SPOT或MEOSS计划，事实表明，这些模拟试验是必要而有效的。它不仅保证发射计划一次成功，而且由于在模拟试验中已获得数据处理的大量软件，所以能保证及时地处理真实数据，较快地取得成果和经济效益。这种科研试验的组织方式反映了当今时代的特点，很值得我国借鉴。

4　讨论会具有十分明显的跨学科、跨专业的特点

随着影像数据获取手段从航空走向航天，从单一的可见光量测摄影机走向各种电磁波谱段的各种传感器以来，第一委员会参加人员的结构成分发生了十分明显的变化。譬如这次讨论会上来自摄影测量界的代表仅占30%左右，而大量的是来自工程物理、遥感、宇航技术、信息处理和模式识别、计算机信息工程和光学技术等领域。这充分表明了当今科学技术发展的多学科相互渗透性。因此，我国的科研组织体系、高等教育体系都应当顺应这种特点，既要注意多学科各种专业人员的配合，也要注重培养知识面宽的全能型人才。

到会的一些知名教授一致认为，这次讨论会是国际摄影测量与遥感协会第一委员会有史以来内容最丰富的一次讨论会。我们既要看到随着各种空间计划的逐步实施所出现的大好前景，也要看到其技术上的困难和耗费之巨大，从而脚踏实地地发展我国的航天影像传感器。

(测绘通报，1987(1))