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天頂カメラは、現在では主に地球の重力場の局所的な調査に使用されている天体測地望遠鏡です。天頂カメラは、鉛直線（天文緯度と経度）と垂直偏向を直接観測するための持ち運び可能なフィールド機器として設計されています。[ 1 ]
天頂カメラは、光学レンズ（ 口径約10～20cm）とデジタルイメージセンサー（CCD）を組み合わせて、天頂付近の星を撮影します。電子水準器（傾斜センサー）は、レンズを天頂方向に向けるための手段となります。天頂カメラは通常、回転可能なプラットフォームに取り付けられ、2方向（2面測定）で星像を撮影できるようになっています。天頂カメラは通常、追尾機能や走査機能を持たないように設計されているため、露光時間はわずか数秒（0.1秒程度）と短く、比較的円形の星像が得られます。露光時間は主にGPS受信機の時刻同期機能（タイムタグ）によって記録されます。
使用するCCDセンサーとレンズの組み合わせによって、1枚のデジタル天頂画像で数十個から数百個の星が捉えられます。撮影された星の位置は、画像モーメント解析や点像分布関数などのデジタル画像処理アルゴリズムを用いて測定され、星像にフィットします。星像の縮小には、Tycho-2やUCAC -3などの星表が天体基準として使用されます。天頂点は撮影された星の視野に補間され、露光時間と望遠鏡軸の（わずかな）傾きが補正されて鉛直線の方向が求められます。
天頂カメラの測地座標が既知または測定されている場合（例えばGPS受信機による測定）、天頂カメラの測定結果として鉛直偏角が得られます。天頂カメラは、約0.1秒角の精度で天文座標と鉛直偏角を提供します。CCDイメージセンサーを備えた天頂カメラは、1晩あたり約10か所の観測地点で鉛直偏角を効率的に収集できます。天頂カメラは、地球の重力場（ジオイド、準ジオイド）の正確な局所測量に使用されてきました。