Ensimmäiset ilmakuvaukset tehtiin kuumailmapallosta käsin 1855. Kuvaaja oli Gaspar Félix Nadar (aiemmin Tournachon, 1820-1910). Kuvat olivat viistokuvia. Kuvien käsittely oli maaston kartoitusta ajatellen hankalaa ja esimerkiksi kuvanottopaikan ja kuvaussuunnan määrittäminen lähes mahdotonta. Vasta ensimmäisen maailmansodan jälkeen ryhdyttiin järjestelmälliseen kartoitusilmakuvaukseen käyttäen lentokoneita kuvausalustoina. Tämä johti nopeasti myös sarjakuvaukseen soveltuvien ilmakuvakameroiden kehittämiseen ja valmistamiseen 1920-luvulla. Viereisessä kuvassa ilmakuvausta 1990-luvulla (Kuva: FM-Kartta Oy).

Kartoituskuvaukset tehdään lähes yksinomaan pystykuvauksina ja stereokuvauksen normaalitapauksen mukaisina stereomalleina. Kuvaus tehdään jonoina, joissa mallit muodostuvat, kun peräkkäiset kuvat peittävät toisensa yleensä 60 % (pituuspeitto). Vierekkäiset jonot kuvataan puolestaan siten, että ne peittävät toisensa 20 - 30 % (sivupeitto). Runsailla peitoilla pyritään varmistumaan siitä, että koko alue tulee kuvattua stereomalleina. Suurta tarkkuutta vaativissa kartoitustöissä kuvaukset tehdään myös jonojen kesken 60 % sivupeitolla (tarkka kartoituskuvaus). Tällöin useimmat maaston yksityiskohdista näkyvät vähintään neljällä kuvalla ja kohteita jää katveisiin vastaavasti vähemmän. Kamerassa käytettävän objektiivin polttoväli f ja kuvauskorkeus H määrittyy kartoitustarpeen mukaan.

Oheisesta taulukosta nähdään, että kuvaus tehdään peruskartta- ja maastotietokantakuvauksissa mittakaavaan 1 : 30'000 ja kartoitusmittakaava on noin 1 : 10'000. Kuvausmittakaava on tällöin kolme kertaa pienempi kuin siitä valmistettavan kartan mittakaava. Tämän suhteen määrittää ensisijaisesti kuvan erotuskyky. Suuremmissa kartoitusmittakaavoissa suhde pienenee, mutta samalla mittausjärjestelmälle asetetut  tarkkuusvaatimukset kasvavat. Esimerkiksi kantakartan 1 : 500 tuotannossa käytetään yleisesti kuvausmittakaavaa 1 : 3'000 - 3'500.

Kartoituskuvaus tehdään mikäli mahdollista karttalehtijaon mukaan ja alue kuvataan pääilmansuuntien suuntaisin jonoin. Stereomallien kannalta on edullista, jos yksittäiset kuvat peittävät esimerkiksi koko karttalehden tai sen puolikkaan. Tällöin karttalehdet koostuvat kokonaisista malleista. Aluekuvauksen kuvajoukkoa kutsutaan ilmakuvablokiksi.

Suomessa käytetään yleisimmin laajakulma- tai välikulmakameraa. Laajakulmakamera soveltuu erityisesti topografiseen kartoitukseen. Sillä kuvattaessa stereomallin kantasuhde on parempi kuin välikulmakameralla, millä on merkitystä korkeusmallien mittaustarkkuuteen. Välikulmakameraa käytetään mm. maanmittauslaitoksen maastotietokannan ajantasaistustoiminnassa, jossa kartoitus perustuu aiemmin mitattuun korkeusmalliin ja ns. ortokuvaukseen. Välikulmaobjektiivilla kuvattaessa maaston peitteisyydestä aiheutuvat katveet ovat kuvalla pienemmät kuin laajakulmaobjektiivilla kuvattaessa.

Järjestelmällinen kuvaaminen edellyttää, että kuvaus suunnitellaan ja se kyetään toteuttamaan mahdollisimman tarkasti (täsmäkuvaus). Navigointi perustuu  satelliittipaikannukseen (GPS). Samoja paikannushavaintoja voidaan käyttää myös kameran kuvanottopaikkojen likiarvoina ilmakolmioinnissa. Projektiokeskusten koordinaatit ratkaistaan GPS-havainnoista maailmanlaajuisessa WGS84-koordinaattijärjestelmässä. Muunnos paikalliseen karttakoordinaatistoon mitataan kuvauksen yhteydessä.

Kartan tulee muodostua saumattomaksi kokonaisuudeksi yhdessä ja samassa koordinaatistossa. Koordinaatisto on merkitty maastoon runkopisteinä, joihin koko ilmakuvablokki sidotaan (tasolähtöpisteet, korkeuslähtöpisteet). Kartoitusalue tulee rajata niin, että kaikki stereomallit sijaitsevat lähtöpisteverkon sisällä. Tämän lisäksi kaikki stereomallit sidotaan toisiinsa ja lähtöpisteiden kautta koko kartoitusalueen koordinaatistoon omilla tukipisteillään (mallien liitospisteet). Kaikki lähtöpisteet näkyvöitetään ennen kuvaamista (signalointi). Liitospisteinä voidaan käyttää myös luonnollisia pisteitä, jotka valitaan kuvilta kuvauksen jälkeen.

Maapistelava. Peruskartoituksessa lähtöpisteiden näkyvöittämiseen käytetään pärelavoja. Signaalin tulee näkyä kuvalla, joka otetaan 4.500 metrin korkeudesta. Signaali keskistetään maassa olevan kolmiopisteen tasosijainnin suhteen. Jos samaa signaalia käytetään myös korkeuslähtöpisteenä, sen korkeus maanpintaan on mitattava ja tämä on otettava huomioon kuvia orientoitaessa. (Kuva: Ossi Jokinen, Padasjoki, 27.4.1979).

Signaalin tulee olla muodoltaan symmetrinen ja sen kontrastin tulee olla hyvä, jotta se näkyisi kuvalla. Tämä signaali on keskistetty niin taso- kuin korkeussijaintinsa suhteen.

Rajasignaali. Ennen kuvausta signaloidaan kaikki maastonkohteet, joiden koordinaatit halutaan rekisteröidä tarkasti. Tässä on kyse kiinteistörajan näkyvöittämisestä ja signalointi on tehty maanmittauslaitoksen pohjakartoituksen 1 : 5.000 yhteydessä. Kontrastia on lisätty kuusenhavuilla. (Kuva: Ossi Jokinen, Kuhmoinen, Koivumäki).

T-signaali. Ristisignaali voidaan keskistää myös näin. Oleellista on se, että signaalin avulla kartoitettava piste sijaitseen ristin sakaroiden tai niiden jatkeiden leikkauspisteessä.  Signalointi tehdään epäsymmetrisesti, jos se symmetrisenä jäisi osittain esimerkiksi rakennuksen katveeseen tai jos symmetrisen signaalin rakentaminen maaston olosuhteiden vuoksi on hankalaa. Joissain tapauksissa signaali on korvattava kokonaan varasignaalein. Varasignaaleja tulee olla vähintään kaksi ja ne rakennetaan varsinaisen mittauspisteen lähelle niin, että ne näkyvät kuville. Varasignaaleista mitataan etäisyydet (sidemitat) kartoitettavalle pisteelle. (Kuva: Ossi Jokinen).

Signalointikartta, Humppila. Kaikki signalointitiedot merkitään kartalle. Muuten niitä ei voi käyttää kartoitukseen. Tärkeitä muistiin merkittyjä tietoja ovat tiedot signaalien epäkeskisyydestä, korkeusmitoista, varasignaaleista ja niiden sidemitoista. Signalointikartalle merkitään myös ne signaloitavat kohteet, joita ei ole maastossa onnistuttu löytämään. (Kuva: Ossi Jokinen).

Identifiointi. Kuvauksen jälkeen signaalit identifioidaan ja merkitään joko pinnakkaiskopioille tai suurennoksille.  (Kuva: Ossi Jokinen).

Ilmakuvakamera Zeiss RMK TOP. Oikealla kameran ohjausyksikkö T-CU ja vasemmalla käytönojain T-TL.

Ilmakuvakameran Zeiss LMK 2000 osia. Vasemmalta navigointikaukoputki, kuvaliikkeen ohjausyksikkö, keskusyksikön terminaali, sekä kamera.

Ulkoinen orientointi.  Kameran ulkoisen orientoinnin muuttujat ovat kameran kuvaushetkinen sijainti (X, Y ja Z) sekä kierrot koordinaattiakselien ympäri (kappa, phi ja omega). Sen lisäksi, että kuvausta ohjataan satelliittipaikannusta käyttäen, kameran projektiokeskuksen koordinaatit rekisteröidään kuvaushetkellä. Jälkikäsiteltyinä koordinaattien epätarkkuus on alle 10 cm. Kameran jalusta stabiloidaan niin, että kallistukset ovat keskimäärin alle 0.5 astetta.

Stabiloitu jalusta T-AS ja kuvaliikkeen kompensointi Zeiss RMK TOP kamerassa. Kameran kuvaliikkeitä ovat poikittaiset kulmaliikkeet ja pitkittäinen kuvaliike. Näiden vaikutus kuvaan pyritään poistamaan uusimmissa ilmakuvakameroissa automaattisesti. Kulmaliikkeitä aiheuttavat lentokoneen moottori ja lentokoneen heilahtelut. Lisäksi lentokone sortaa lentosuuntaansa nähden lähes aina jonkun asteen tuulen painamana. Moottorin vibraatioita vaimennetaan kameran jalustan jousituksella ja heilahteluita gyrolaitteisiin perustuvalla stabilointijärjestelmällä. Pitkittäinen kuvaliike määritetään kameran kuvatasolla näkyvän maaliikkeen mukaan ja filmiä siirretään valotuksen aikana vastaavasti. Maaliike mitataan elektro-opisin sensorein. Samalla sensorilla mitataan myös lentokoneen sortuma, jonka mukaan kameraa kierretään siten, että kuvasivu on aina lennon suuntainen.

Ilmakuvausta Wild RC 10 -kameralla. Kuvaussuunnitelma ja -kartta on kameran käyttäjän polvella. Kuvaaja tarkastaa tähtäinkaukoputkellaan kuvausalueen rajat jonon suunnassa ja aloittaa kuvauksen siten, että ensimmäinen kuva otetaan kokonaisuudessaan kartoitusalueen ulkopuolelta. Tämän jälkeen kameran laukaisuväli määräytyy maaliikkeen ja suunnitellun pituuspeittoprosentin mukaan.

 Tähtäinkaukoputki (Zeiss). Tähtäinkaukoputkesta kuvaaja näkee par'aikaa kuvattavan kuvausjonon, naapurijonojen peittoalueet sekä sen maastonkohdan, joka on jonolla suoraan koneen alapuolella. Tämä ja seuraava mahdollinen kuvanottopaikka on merkitty jonolle ympyröillä.

 Sortuma. Lentokone sortuu suunnastaan tuulen vuoksi. Jotta kone pysyisi suunnitellulla kuvausjonolla, konetta on ohjattava tuulta vasten ja kameraa kierrettävä jalustassa saman verran vastakkaiseen suuntaan. Tällä korjauksella varmistetaan se, että kuvasivut pysyvät jonon suunnassa.

Navigointilaite ja peittosäädin (Zeiss NS 1). Navigointilaitetta käytetään visuaalisena peittosäätimenä ja sortuman korjaamiseen. Maaliike mitataan visuaalisesti lentosuunnassa liikkuvan ketjun avulla.

 GPS-tuettu navigointijärjestelmä.  Kuvauslennon suunnittelutietoja käytetään sekä kuvauslennon että kuvauskameran tarkkaan ohjaamiseen. Kone navigoidaan satelliittipaikannuksen avulla kuvausjonolle ja pidetään sillä tämän näytön avulla. Yläreunan musta palkki havainnollistaa sen, mihin suuntaan koneen ohjaimia on käännettävä ja kuinka paljon, jotta kone pysyisi suunnitellulla jonollaan. Myös kameran toimintaa ohjataan satelliittipaikannuksen tiedoin ja kuvaussuunnitelma voidaan toteuttaa tarkasti. Koordinaatteihin perustuva kuvauksen erityisenä etuna on se, että yksittäisen kuvan ottamisen jonolla voi välttää vaikkapa alueella havaitun pilven vuoksi ja palata ottamaan tämä kuva saman lennon myöhemmässä vaiheessa. (Holm, 1998)

Ilmakuvakameran Zeiss LMK 2000 objektiivit: LC 2009, LC 2015, LC 2021 ja LC 2030 objekttivit. Objektiivikartioissa on standardina kiertolevysulkimet, jotka on vaihdettavissa ilman, että kameran sisäistä orientointia muutetaan. Valotusaikaa voidaan säätää rajoissa 1/60 - 1/1000 s.

Kiertolevysuljin.

LMK 2000 ilmakuvakameran suotimet. Jokaisen objektiivikartion mukana on standardivarustuksena suotimet 405 nm (auer), 490 nm (kelta) ja 530 nm (oranssi).