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数字摄影测量学大作业
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你可能喜欢　　摘要：摄影测量发展到今天，已经进入了它的第三个阶段D数字摄影测量阶段。它对整个摄影测量的理念、技术、应用都产生了极其深远的影响。而且，它的影响不但是一种技术的发展、一个生产设备的改进以及生产效率的提高，数字摄影测量的许多概念，以及它在整个地理信息产业的影响，都远远超过模拟摄影测量到解析摄影测量的变革。
　　关键词：数字摄影测量;数字图像处理;数码相机 　　1 引言 　　数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。随着计算机技术及其应用的发展、数字图像处理、模式识别、人工智能专家系统以及计算机视觉等学科的不断发展，数字摄影测量的内涵已远远超过了传统摄影测量的范围。数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别在于它处理的原始信息不仅可以是像片，更主要的是数字影像或数字化影像;它最终是以计算机视觉代替人眼的立体测量，因而它所使用的仪器最终将只是通用计算机及其相应外部设备，工作站的发展为数字摄影测量的发展提供了广阔的发展空间;其产品是数字化形式的，传统的产品只是该数字产品的模拟输出。数字摄影测量与传统的摄影测量技术相比，在测绘过程的数字化、自动化方面表现出了巨大优势，代表着当代摄影测量发展的方向。但因量测用大像幅数字相机尚未普及，故数字影像大多通过对光学影像的数字化获取，这使目前数字摄影测量的研究与应用集中在航测领域。显然，数字摄影测量技术也将给近景摄影测量的发展带来新的机遇，尤其在实时测量、自动控制、自动绘图方面更为突出。 　　2 数字摄影测量的特点 　　数字摄影测量作为摄影测量发展至今的最高阶段，具有模拟或解析摄影测量技术所无法比拟的优势和特点： 　　（1）处理的原始信息来源广泛; 　　（2）采用的投影方式为数字投影。即完全由计算机来建立坐标量测系统，并进行坐标转换和一系列计算; 　　（3）内业处理自动化程度高; 　　（4）最终产品是数字形式的，便于对其进行编辑或其他操作。 　　数字摄影测量处理的原始信息主要的是数字影像，目前，得到数字影像常用的方法是对专业光学摄影机拍摄的像片进行扫描数字化。专业摄影机的影像具有明确的几何位置关系，但近景摄影机的影像采用航空胶片或干板记录，因而使用不便;普通胶片相机的数据采集方法简便灵活，但无几何控制，不易满足工程监测的精度要求。特别是，上述两种方法均基于胶片摄影，需要冲片、晒印，难以直接进行工程应用的的影像处理、机助识别、信息管理、查询和机助制图。与此相比，数字摄影测量中，尤其在数字近景摄影测量领域，数码相机表现出了巨大的优势。但非量测数码相机在使用前，要对其进行一系列的改造，恢复摄影中心与像片间的相对关系。为此，必须知晓相机的内方位元素和各项构像畸变改正系数，使之成为近景摄影机。 　　3近景摄影测量 　　十几年来，由于电子计算机的广泛应用，数据处理手段的改进，摄影测量内外业新仪器的问世，以及摄影材料质量的改善，使摄影测量的精度有了较大的提高，开辟了新的应用途径。因此，摄影测量由单纯的地形摄影测量扩展到非地形摄影测量，产生了一个新的分支DD非地形摄影测量。非地形摄影测量是对非地形地标进行摄形并确定其外形、形态和几何位置的技术。其内容包括不规则物体的外形测量、动态目标的轨迹测量以及燃烧爆炸与晶体生长等不可接触物体的测量。广泛应用于建筑工程、地质、考古、医学、生物、机械制造、采矿、冶金、船舶制造、结构物变形、海洋、粒子运动和航天技术等各个方面。一般以提供目标物的等值线图和动态目标的形态和轨迹为目的。例如：古建筑物的摄影测量纪录、提供大型机械加工和装配的质量检查技术、人体内异物或病灶的X光立体定位、测制金属表面结构图等。在非地形摄影测量中，利用对近距离（一般指在100m以内）非地形目标所获取的图像，确定其形状、大小、性质和位置的技术，这种技术称为近景摄影测量。它是地面摄影测量的一个分支。研究的目标可以是静态的或动态的，可以是固体、液体、气体或某种物理现象。它广泛地应用于建筑工业和生物医学等领域。因此，又形成了建筑摄影测量、工业摄影测量和生物医学摄影测量等专业摄影测量技术。此外，水中摄影测量、X光立体摄影测量、全息摄影测量技术的发展，波形摄影测量、扫描电子显微镜的应用均为近景摄影测量提供了新的特殊测量手段。近景摄影测量不仅在国民经济建设中有着广泛的应用范围，同时在军事工程中，也有着重要的用途。它可用于军事工程的变形观测，军港、码头的倾斜及下沉测量等;在军事医学中可用于病灶定位、外科整形，在武器装备中可用来研究弹体运动速度、轨迹研究和导弹发射架的变形，靶标弹找点的定位，地下核试验中大型竖井的倾斜度测量，飞机、潜艇、抛物面天线的设计、生产的质量检验和变形测量等等。 　　4 数字摄影测量的应用 　　4.1多基线数字近景摄影测量系统 　　多基线数字近景摄影测量系统是利用普通的单反数码相机，运用多基线近景摄影测量原理在短时间内获取被测对象大量的几何、物理信息，运用数字摄影测量工作站得到高精度的地形图和其它测绘成果的摄影测量技术系统。该系统的成功研究就可以使多基线数字近景摄影在铁路勘测工作中得到高效率、高精度的应用，就可以很快得到重要工点地形图、横纵断面图。武汉朗视软件有限公司与武汉大学遥感信息院联合成立的数字摄影测量与计算机视觉研究中心?苑⒊隽艘惶锥嗷?线数字近景摄影测量软件（Lensphoto）具有很强的技术优势，是一个具有自主核心技术的高技术含量和自动化的产品。该产品是在摄影测量专家、中国工程院院士张祖励教授的直接参与和指导下，由研究中心经过四年多曲折不易的探索和努力奋斗，成功地突破了很多技术难题，发现和出了数字近景摄影测量的新规律。 　　4.2 数字摄影测量在城市三维景观建模中的应用 　　数字摄影测量作为一种新的摄影测量方法，在各种空间数据生产中发挥着一定的作用。在城市三维景观建模中主要有以下作用： 　　4.2.1 生成城市基础信息 　　数字线划图（DLG）是城市基本图件的最主要形式，是进行规划、设计、管理等的基础。数字高程模型（DEM）是建立数字城市的基础信息之一，是赖以构建城市三维景观和进行各种工程设计的基础信息。数字正射影像图（DOM），根据数字高程模型对中心投影的航摄影像进行纠正处理、消除了投影差的垂直投影的影像地图。由于它包含地表的各种原始信息，而且通过纠正处理，比例尺和相关位置是准确的，可用于城市规划、环境保护、资源调查、灾害防治以及军事等多种领域。 　　4.2.2 建立城市真实三维景观模型 　　城市真实三维景观模型是根据建筑物的实际三维地理坐标，构建真实的城市三维景观模型。城市真实三维景观模型可根据大比例尺航摄影像通过数字摄影测量方法，精确测得结构物的空间三维坐标，由软件自动生成建筑物的结构模型并贴上相应的纹理而构成。 　　5 结语 　　数字摄影测量应该是一门相对年轻的学科，由于它利用计算机替代人眼，使得数字摄影测量无论在理论上还是其实践中都将得到迅速发展。它将在三维可视化、GIS数据更新、数学近景摄影测量等方面得到广泛的应用与发展。它对国家基本图更新与其现实性的作用将会显得愈来愈重要。 　　参考文献： 　　[1] 范玖国.&&三维数字地形图测绘技术的研究[D]. 西安科技大学2009 　　[2] 邾继贵，叶声华.&&基于近景数字摄影的坐标精密测量关键技术研究[J].&计量学报.&2005（03） 　　[3] 任宏.&&三维场景建模中像片拼接算法与应用研究[D]. 太原理工大学 2004
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摄影测量学的定义和任务　　摄影测量【photogrammetry】指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。　　传统摄影测量学定义：是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。　　摄影测量学是测绘学的分支学科，它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。摄影测量学要解决的两大问题是几何定位和影像解译。几何定位就是确定被摄物体的大小、形状和空间位置。几何定位的基本原理源于测量学的前方交会方法，它是根据两个已知的摄影站点和两条已知的摄影方向线，交会出构成这两条摄影光线的待定地面点的三维坐标。影像解译就是确定影像对应地物的性质。摄影测量学的分类　　根据摄影时摄影机所处的位置的不同，摄影测量学可分为地面摄影测量、航空摄影测量和航天摄影测量。　　根据应用领域的不同，摄影测量学又可分为地形摄影测量与非地形摄影测量两大类。　　根据技术处理手段的不同（也是历史阶段的不同），摄影测量学又可分为模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量。摄影测量的特点　　在影像上进行量测和解译，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受气候、地理等条件的限制；所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、形象直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息；可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的测量工作；适用于大范围地形测绘，成图快、效率高；产品形式多样，可以生产纸质地形图、数字线划图、数字高程模型、数字正摄影像等。数字摄影测量的发展、思考与对策时间:2:36:23&&来源:本站& 作者:未知&我要投稿& 我要收藏&投稿指南卡西欧9750GⅡ和9860通用公路测量免费程序&&购买卡西欧5800计算器众所周知，摄影测量发展到今天，已经进入了它的第三个阶段――数字摄影测量阶段。它对整个摄影测量的教学、科研、生产都产生了极其深远的影响。而且，它的影响远远不能认为仅仅是一种技术的发展、一个生产设备的改进以及生产效率的提高。事实上，数字摄影测量的许多概念，以及它在整个地理信息产业的影响，都远远超过模拟摄影测量到解析摄影测量的变革。因此，我们不仅仅要探讨技术方面的发展，更重要的是需要思考它对我们产生的影响、地理信息产业发展的规划以及我们所采用的决策。&一、对摄影测量教学、科研的思考&就摄影测量本身而言，从测绘的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测绘的科学与技术；而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看，它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术，也就是在“室内”重建地形的三维表面模型，然后在模型上进行测绘。因此，从本质上来说，它与原来的摄影测量没有区别。因而，在数字摄影测量系统中，整个的生产流程与作业方式，与传统的摄影测量差别似乎不大。但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。&在二十世纪三十年代，针对当时的模拟摄影测量仪器，德国著名的摄影测量专家V.Gruber给摄影测量下了这样的定义：“摄影测量是一种技术，它可以避免计算”。这是因为，模拟摄影测量仪器解决了传统野外测量中前方交会、后方交会的计算问题。实质上，当时的模拟摄影测量仪器本身就是一台精密的、机械的、模拟计算器。该“计算器”用两根精密的空间导杆模拟前方交会，从像点坐标直接解算，给出其模型坐标。因此，当时的模拟测量仪器，多称为自动测图仪(Autograph)。所谓自动，就是可以避免人工的计算。从这个角度来说，摄影测量当时就与计算机联系在一起，而不是真正的不需要计算。但是所谓自动，它并不是可以离开作业员的观测进行自动测图，而只是避免了人工的计算，不需要人工用“对数表”或机械的手摇计算机，进行前方和后方交会计算。&由于当时的摄影测量与各种各样的模拟摄影测量仪器紧密地联系在一起，因此，当时的教学和研究的内容多数是围绕着那些精密的摄影测量仪器展开的。例如：仪器的结构，各种控制器以及怎样利用模拟测图仪器来重建模型(相对定向)等。又如：相对定向的点数、点位的分布，即所谓标准点位，到现在为止还被称为Gruber点位，以及如何利用六个标准点上的上下视差进行逐步的趋近；利用过渡改正倍数，加快相对定向的速度等。&但是，到解析摄影测量的时代，精密的机械导杆被共线方程――又称为“数字导杆”所代替，简化了仪器的结构，形成了解析测图仪。然而利用六个标准点位进行相对定向仍然没有变化，只是人们只需观测六个标准点位的上下视差，计算机就能自动解算相对定向的元素。计算的过程虽然还是迭代的过程，但是，作业员的作业中避免了迭代过程，从而加快了定向速度。在解析摄影测量时代，由于数字电子计算机的发展与引入，摄影测量的严密解算成可能。从而，空中三角测量的严密解算、各种区域网平差模型、粗差检测、可靠性的理论等，成为解析摄影测量时代的热点与重点。与模拟摄影测量时代相比，解析摄影测量的教学、科研的内容要宽得多，而且研究已经不再仅仅围绕测量的仪器展开。这时，摄影测量不仅仅需要利用计算机进行大量的计算，而计算机的发展与应用，引起了测量一次深刻的变革。但是，无论是模拟摄影测量或者是解析摄影测量，都离不开人的双眼分别照准左、右影像上的同名点，因此，它们都不可能实现真正意义上的“自动化”。&到了今天，由于数字摄影测量的发展，计算机不仅可以代替人工进行大量的计算，而且已经完全可能代替人眼来识别同名点，从而为摄影测量开辟了真正的自动化道路。它不仅大大提高了生产效率，而且在某些领域，在传统的摄影测量观念认为是一些最基本的内容上，正在发生观念性的变革。&首先，数字摄影测量利用一台计算机，加上专业的摄影测量软件，就代替了过去传统的、所有的摄影测量的仪器。其中包括纠正仪、正射投影仪、立体坐标仪、转点仪、各种类型的模拟测量仪以及解析测量仪。这些仪器设备曾经被认为是摄影测量界的骄傲，但是，目前除解析测图仪还有少量的生产外，其他所有的摄影测量光机仪器已经完全停止生产。这种发展已经引起了产业界的变革，即精密的光学、机械制造业转为信息产业，其重心也从欧洲转移到了美国。原来著名的摄影测量、光机仪器制造厂商，瑞士的Leica已经与美国的Helava合并；德国的Zeiss也将与美国的Intergraph合并。&从教育的角度来看，过去欲办一个摄影测量专业非常困难，这是由于摄影测量专用仪器十分昂贵。而现在，所有的摄影测量专用仪器多由当代最通用的设备―计算机所替代，摄影测量除了专用的软件外，几乎没有专用的硬件设备。因此，在美国通常将数字摄影测量称为“软拷贝摄影测量”，这似乎很有道理。另外，也正是由于这个变革，摄影测量已经超出了“测绘”的范畴，数字摄影测量也已经成为计算机应用学科的一个部分。日，中国科学报发表了田峰同志《模式识别技术及其应用》的文章，其中谈到：“最近，人们利用立体视觉的原理，正在探索综合运用同一地区的多张不同角度拍摄所得的照片来恢复出地面的高度信息，以获得真正的三维地形图，并已取得了相当的进展”。显然，这是计算机界从“立体视觉”的角度来描述“数字摄影测量”的。由此可以看出，摄影测量教学从设备的角度来看，要比传统的摄影测量容易得多；从学科内容的角度来看，其范围要比传统的摄影测量广泛得多。&从摄影测量的教学内容来看，由于上述的变革，有关传统摄影测量仪器结构原理，以及与此有关的各种控制器的理论，也不言而喻地被淘汰。另外，一些传统的教学内容――可能曾被视为摄影测量的基础知识，而在数字摄影测量的教学中，也显得没有必要了。&例如：上面所说的6个Gruber标准点位，它只是考虑了立体像对最大的控制范围，还有一个多余观测值，因此，Gruber6个标准点位的概念一直被沿用到解析摄影测量，甚至到数字摄影测量的某些系统中。这个概念不仅被应用于立体模型的相对定向中，而且还被应用在空中三角测量(加密)选点过程中。这个概念曾对摄影测量的发展起了重要的作用，但是到今天，它可能束缚了我们的思想。假定在“标准”点位上是一片森林、一片水域或者是一大片建筑物，而数字摄影测量系统中又没有考虑自动分类(分类问题要比自动匹配、寻找同名点的问题难得多)，从而它不能自动避开有问题的标准点位。因此，也就妨碍了整个相对定向自动化系统的成功率。而VirtuoZo数字摄影测量系统一开始就放弃了6个标准点位的概念的束缚，而由计算机在整个像对上自动选取均匀分布的特征点，且所选的点数一般在200个左右，大大地超过了所需的6个点的要求，从而使相对定向自动化的成功率大大地提高，可以达到99.99%。&同时由于观测值的数量大大地超过人工观测所需的最低要求，从而使原来粗差理论所研究、讨论的问题对数字摄影测量的影响也显得有些微不足道。例如：在相对定向过程中利用6个Gruber标准点位进行剔除粗差(因为只有一个多余观测值)是十分困难的，但是到了数字摄影测量阶段，由于相对定向点位的选择、匹配都是由计算机来完成，它的效率远高于传统的人工作业，而且可以进行批处理，也就是在作业员休息的时候，由计算机进行处理。因此将相对定向的点数从6个标准点位提高到100～200个，它使得原来只用6个标准点进行小样本观测变成为大样本观测，从而大大地提高了成果的可靠性。从下面表格的示例中可以看出：原来的观测样本为185个，最大误差为32μ，中误差为12.5μ；若将误差大于10μ的点全部删除，点数降为95个点，中误差降为5.9μ，但是，相对定向元素变化仅为1/10000。&点数 rms最大误差 φ1 κ1 φ2 ω2 κ2&185 12.5μ 32μ -0.8 -0.90.0489&94 5.9μ 10μ -0.7 -0.00.0489&又如过去我们常把空中三角测量称为“加密”。顾名思义就是把按区域布设的少量的野外像控点进行加密。最终我们所需要的是加密点的坐标，提供给下一个摄影测量工序进行绝对定向使用。但是，进入数字摄影测量以后，“加密点”的涵义只是要将影像连接成航带、连接成区域，将整个区域的影像连接，构成为一个整体。而在摄影测量的后续工序中，并不需要直接利用这些“加密点”，而只需利用由自动空中三角测量、区域网平差所生成的影像的方位元素。而且，在其后续工序――DEM的生成、正射影像的生成、地物测绘中，无需进行任何定向，从而大大地提高了作业效率。因此，在数字摄影测量中，如将空中三角测量还称为“加密”，显然不妥。&从以上的例子可以看出，传统的摄影测量进入数字摄影测量以后，很多的观念必须引起新的思考。当然，进入数字摄影测量以后，数字摄影测量的本身已经与计算机立体视觉的概念紧密地联系在一起。从而把数字图像处理、模式识别技术和计算机立体视觉的理论大量地引入了摄影测量中。因此，数字摄影测量实际上是由两部分组成：一部分是摄影测量的关系；而另一部分是模式识别与视觉。随着数字摄影测量的发展，后者的影响将越来越大，但是摄影测量工作者在这个过程中间还是大有可为的。因为第一，摄影测量工作者了解摄影测量生产和需要，因此，到目前为止，国际上多数数字摄影测量系统是由摄影测量工作者开发完成的。第二，摄影测量工作者熟悉摄影测量的几何关系与平差理论，因此，他们常常会在模式识别的理论中引入几何约束条件，利用最小二乘法获得最优解，如所谓带有几何约束条件的最小二乘影像匹配的理论等。&二、对摄影测量生产的思考&在模拟与解析摄影测量时代，将整个摄影测量生产划分为不同的工序，使用不同的专用的摄影测量仪器，完成不同的工作。由于数字摄影测量正在将传统的模拟和解析摄影测量仪器送入历史博物馆，而所有的工序均可以由一台“数字摄影测量工作站”来完成，从而使生产组织发生了重大的变化。&过去的加密工序，使用转点仪、立体坐标仪或解析测图仪，为下面的测图工序提供加密成果，而现在的加密工序与整体的测图工序几乎密不可分。例如：准备工作、影像数字化、参数文件的建立与输入都是共同的。而通过加密工序又可以省去后面测图工序的整个定向过程。因此，再将两个工序分开就完全没有必要。我们似乎可以把空中三角测量看作为测图工序的一个“预处理”。&当前，正处在由模拟、解析向数字摄影测量转变的时代，同时也是模拟、解析摄影测量仪器与数字摄影测量工作站共存、混用的时期。例如：有的生产单位，要求利用由数字摄影测量工作站的自动空中三角测量“加密”结果，供模拟测图仪使用；有的生产单位则反过来，要求利用由传统的空中三角测量“加密”结果，供数字摄影测量工作站使用。正如上面所述，空中三角测量、区域网平差的本质是在严格的数学模型下(特别是光束法区域网平差)，将该区域内的所有的影像连接起来，将影像与影像、模型与模型、航带与航带连接起来，而所选的“加密”点都是为了将影像“连接成网”。因此，只有将空中三角测量与测图放置在一个统一的系统中，才能使整个区域内的结果达到最佳的衔接，即按区域网平差的结果进行衔接。若按传统的方法，将两者分开，测图时按加密点进行绝对定向，不仅增加了工作量，而且会降低精度。&由于利用航空影像进行测绘，影像必须数字化，因此，影像数字化器――扫描仪，是数字摄影测量必不可少的设备。随着影像数字化技术的发展，多数用于航测的扫描仪均加上了自动卷片装置，直接可以将成卷的原始航摄负片(无论是黑/白片、彩色片)扫描成正片。既能减少摄影处理的工序，节省材料，同时还能提高精度(从负片复制成正片，会增加底片变形)。加之纠正、正射影像均按数字形式完成，中间没有摄影处理过程，因此，摄影处理工序，在摄影测量作业中的作用也在逐步地减少。&由于数字摄影测量的发展，我们不仅需要重新考虑整个内业生产工序的组织，而且具有了内、外业工序不分的可能性。以前航测外业主要是做像控点和进行调绘，然后，由内业根据像控点进行加密，利用调绘片进行测图，如果发现外业像控点的误差，再转回给外业队进行返工。在城市大比例尺测图过程中常常还需两期外业。先由内业根据调绘片进行测图，然后再由外业将遮挡的房屋补在相应的地图上，这种由外业到内业再到外业然后再返回内业的流程，显然是不经济的。过去，外业队不可能购置价格昂贵、体积庞大的解析测图仪和精密立体测图仪，但是随着数字摄影测量时代的到来，整个的内业均在计算机上完成，从而使外业队也有可能进行内业工作。可以看出，数字摄影测量已经把整个摄影测量生产的工序高度地集成在一起。&从以上分析可知，在生产中，将工序明确地划分，似乎已经没有很大的必要。但是，从生产的实际出发，为了将生产人员有效地组织起来，将一套数字摄影测量系统划分成为不同的模块，分别安装在多台计算机上，似乎对生产的组织、人员的调配是很有意义的。例如：空三、定向、影像匹配与编辑，除了计算机以外，还需要专用的图像卡和立体眼镜等专用的设备。但是，正射影像的生成、正射影像的拼接、等高线的生成、数字地面模型的生成与拼接、地图的编辑等，只需要普通的计算机就能完成。因此，根据生产工具的需要，一套数字生产系统(它非常完整，功能非常齐全，也很庞大)，应该考虑分别安装在不同要求的平台上，以利于生产的组织。&三、对摄影测量产品的思考&过去，传统的摄影测量主要是用来测图，在国内主要还是线划图。因此，摄影测量与用户的界面就是一个地图的概念。但是，随着数字摄影测量时代的到来，什么是摄影测量的产品?这个概念要比传统的摄影测量的概念宽得多。例如：&1.附有内、外方位元数的原始影像数据就是产品。从传统的摄影测量而言，摄影的影像，只是原始的资料。其它的用户可以购买拷贝片，作为下一步处理的原始资料。但是现在，摄影被数字化了。如果我们对原始的数字摄影进行了空中三角测量的处理，这时影像的内方位元素、外方位元素已经是已知数据，如果我们把内、外方位元素作为头文件与影像数据一起刻在光盘上，这就是一个产品。我们可以想像，如果已知该地区的数字地面模型DEM，用户就可以直接利用该数字影像的内、外方位元素、影像数据与DEM直接生成该地区的正射影像图，不需作任何处理。如果该像片是个平坦的地区或城区，用户就可能直接纠正成平面图。但是，目前生产单位仍然按照传统的观念，并没有把定向结果、方位元素与影像保存在一起，作为一个重要的中间成果或是一种中间产品，显然这是十分可惜的。在此，我们还想重复一下，在数字摄影测量时代，“加密”的结果中，影像的方位元素要比加密点的坐标重要得多。&2.数字表面模型DSM，同样是重要信息。DSM通常被认为是无用的信息，给摄影测量作业人员带来很多麻烦。例如在森林地区测图还必须减掉树高，因为，传统的摄影测量都是以地形为准，所以它必须表达地形的等高线，当然今后还是这样。但是大家可能并不知道，DSM同样非常重要。它可以用于“变化检测”，在森林地区，可以用于检测森林的生长情况；在城区，DSM可以用于检查城市的发展情况。特别是众所周知的巡航导弹，它不仅需要数字地面模型，而更需要的是数字表面模型，这样才有可能使巡航导弹在低空飞行过程中，逢山让山，逢森林让森林。但是，直至今天，数字表面模型始终没有被认为是一个重要的产品或信息而被保留下来。&3.数字地面模型DEM是数字摄影测量的重要信息，它已被认为是一个产品。但到目前为止，DEM的数据格式的标准化等问题尚未统一，DEM尚未成为一个标准的产品进行销售。这与美国相比，显然我们要落后得多。&4.传统的线划图无疑是摄影测量的重要产品。其信息可以直接进入GIS系统或各种CAD系统，为各种工程设计提供数据。除此之外，正射影像图已经受到人们的重视，被视为快速成图与更新的重要手段。但是按传统的观念，总认为线划图才是一种正式或正规的图，而正射影像图充其量似乎也只能是一种辅助图种。这是由于长期的习惯所致，也是受到当时技术条件的限制。随着技术的发展，这种习惯的看法必然会改变，正射影像图会受到人们越来越多的重视。&5.由正射影像加DEM所产生的自然环境的三维景观，由城市的正射影像、DEM、建筑物的量测数据、房顶与墙面的影像纹理数据所产生的城市环境的三维景观，已经为计算机可视化、计算机模拟、计算机动画、仿真、虚拟现实、土地与城市规划提供了数据，这为数字摄影测量的应用开辟了极为广阔的前景。目前在国内，已经有用户将VirtuoZo用于为虚拟现实的软件产生数据而制作动画、仿真及可视化。&总之，随着数字摄影测量的发展，摄影测量产品的范围比传统的线划图要宽得多，我们必须对此有充分的思考与认识。&四、从正射影像到“数字中国”的思考&日，美国副总统戈尔在他的报告《数字地球――对二十一世纪人类星球的理解》中提出数字地球的概念，已经在国际引起了重大的反响，但是众所周知，数字地球中的一个重要内容是地面1米高分辨的遥感影像。毫无疑问，高分辨率遥感影像正在越来越受到人们的重视。但是，我们应该知道，1：10000的正射影像，如果它的像元的分辨率为100微米，其地面分辨率恰好是1米。所以我们可以认为，1：10000的正射影像加上数字地面模型，它是数字地球的重要组成部分。我们必须对它有足够的重视，特别是应该有影像数据库的管理系统给予管理。随着国家测绘局和各省测绘局大量生产1：1000的正射影像图，相信在不久的将来，我们可以为“数字中国”提供真正的1米分辨率的、经过地学编码的遥感影像。&众所周知，地图是符号化的地理信息；影像则是地理信息的最真实的写照。相对而言，影像要比地图更为直观、易于理解。除此以外，影像图还具有以下优点：&1.具有一定地面分辨率的影像图是将原始影像经过正射纠正处理、将每个像元都已准确地投影到一定的坐标系统内的最详细的“地理信息最直观的表达”。再加上DEM，我们就能十分方便地确定影像图上每个点(像元)的坐标(X，Y，Z)。当经过地图投影反变换，也可以求出它的地理坐标或地心坐标。从这个意义上来说，如果我们能够及早建成全国的1：1万的影像数据库，再加上必要的其他信息，如DEM(可视为生产正射影像的副产品)，行政境界信息库等，我们就可以认为：我们已经建立了“数字中国”的真正的“基础信息――基准”。&2.数字影像图具有最容易快速更新的特点。如何保持地理信息系统内容的现势性、地图的快速更新，显然是地理信息产业最重要的问题之一。特别是在战争状态下，信息的现势性将尤为重要。如何保持现时性，如何做到快速更新?首先我们来观察一下原始信息的获取手段。当前最重要的快速更新手段，是利用各种航天、航空传感器，所获得的原始信息都是影像，而不可能直接获得线划地图。其次，来观察一下信息处理的手段。当前，影像与影像的配准已经得到比较圆满的解决。它不仅仅可以解决同传感器、同波段、同比例尺影像的配准，而且可以解决不同传感器、不同波段、不同比例尺影像的配准，甚至可以解决不同时相影像的配准。特别是我们可以设想，若我们选取“正射影像”作为“基准”，将新获取的原始的新影像与之配准，这样，一经与“正射影像”配准的新影像，就能确定其外方位元素，利用已有的DEM进行正射纠正，新影像立即成为更新的正射影像图。按此流程，既不要由外业做像控点，也不需要内业做空中三角测量。而且在上述过程中，除了需要对新、老影像配准结果作人机交互检查外，对其它工序无须作任何人机交互的检查，是全自动的，可以作批处理。可以想象，在已具有正射影像图的情况下，其更新速度几乎是可达到“准实时”水平的。&3.变化检测的自动化。地理信息(地图)更新周期的时间，可以根据经验人为地确定下来，例如，城镇地区的更新周期较短，而山区的更新周期较长。但是，从原理上来说，更新周期主要取决于当地地理信息的变化程度。因此，如何利用影像，特别是分辨率较低的卫星影像数据，例如：TM、SPOT影像，自动地检测其变化的程度，是非常重要的。目前，利用影像与影像的配准，进行变化检测是完全有可能的。这样，不仅仅地图更新可以达到“准实时”，而且可以事先合理地确定何处、何时需要更新。当然，变化检测不仅仅可用于确定地图修测的周期，而且，可以用于其他的各个领域。例如城市规划、土地变迁与税收、林业、军事等等。&总之，由于数字摄影测量时代的到来，我们不能仅仅认为它是一个技术的进步，更重要的是，我们应该清醒地认识到它对我们的学科、生产、应用领域、以及它与其他学科的关系，都产生了深刻的影响并起了巨大的变化。就此而引起我们的重视与思考，采取相应的对策，才能引导我们的事业不断地前进。中国的摄影测量历史最早可追溯到1902年，当年的北洋大学曾用进口的摄影经纬仪做过建筑摄影测量试验。中国的航空摄影测量始于1931年，是年6月2日，浙江省水利局航测队与德国测量公司合作进行首次航空摄影，摄取了钱塘江支流浦阳江36公里一段河道的航片，航摄比例尺为1：2万，而后制作了像片平面图。&1931年8月，国民党政府在参谋本部陆地测量总局正式成立航测队。这个队在此后的几年里，主要测制了中国局部地区1:1万和1:2.5万军事要塞图，以及湘黔、成渝一带l:5万地形图。1949年中华人民共和国成立以后，大规模的经济建设和国防建设急需地图资料，航空摄影得到飞速发展。国家测绘局、林业、农业、地质、铁道、石油、水利等部门都积极开展了航空摄影。1980年前，中国利用航空摄影测量主要制作1:000各种比例尺地形图，采用的是分工法和全能法测图。1980年后，利用解析和数字摄影测量方法，全国范围主要制作1:50000地形图，各省市主要制作1:10地形图，城市则是制作1:0地形图，构成各类GIS的地形数据库。21世纪初，数码摄影仪面世之后，城市大比例尺航测制作正射影像图得到了迅速发展，现在已经发展到制作三维城市电子地图。目前，中国已经构建了1:::50000全国空间数据库，包括的数据产品有DOM、DEM、DLG和DRG四类，还有地名数据库和土地利用数据库等，各省市已经或正在建立1:10000全省空间数据库。许多大中城市已建立了1:500-1：2000空间数据库。这些都成为构建“数字中国”、“数字省区”和“数字城市”的重要基础。随着国家西部大开发战略的实施，2006年国家测绘局启动了西部测图计划，使用了一批新设备、新技术、新航空航天遥感影像，将改写中国西部200多万平方公里无1：50000地形图的历史。中国科学院资深院士王之卓教授（）是中国摄影测量与遥感学科的奠基人。他提出了航空摄影测量中的微分关系公式，推导了在地形起伏地区可获得较高解算精度的航摄像片相对定向元素计算公式。20世纪60年代初，他首先提出了利用电子计算机进行解析法摄影测量加密的理论与实施方案，并建立了航带法空中三角测量的基本公式。70年代末，他又率先提出了全数字自动化测图的构想，随后领导了全数字自动化测图理论与方法的研究，推动了中国摄影测量技术的变革。王之卓教授同时也是一位优秀的教育家。在他的领导下，中国建立了比较完备的摄影测量学科体系，同时培养了大批的优秀摄影测量人才。通过上世纪八九十年代对数字摄影测量的研究、开发与推广，进入21世纪，我国数字摄影测量以世人难以想象的速度发展，数字摄影测量工作站在中国的摄影测量生产中获得了普遍的应用与推广，摄影测量的教学也由过去只有少数院校才能进行的“贵族”式的教学得到了极大的普及。目前，全国至少有40多所大专院校的测绘工程专业开设摄影测量课程，这极大地拓宽了摄影测量所需人才的培养渠道。&由于摄影测量生产的转型，影像扫描仪已被大量应用，全国扫描仪数量已超过100台。同时航空摄影机也在加速引进。应用于航空摄影过程中的GPS／IMU系统也已引进，Z／I公司的数字航空摄影机也已经开始在中国应用。&与此同时，高分辨率的遥感影像、以及其定位参数文件的应用，只要极少量的外业控制点，就能迅速生成正射影像图，它已在城市、土地的变迁、规划中得到愈来愈广泛的应用。航空激光扫描雷达也愈来愈成熟。所有这一切表明，新一代传感器、定位系统的迅速发展以及数字摄影测量工作站的大规模推广，都对摄影测量自身的发展提出一个非常严峻而现实的问题：摄影测量向何处去？& 数字摄影测量发展的新契机&从20世纪初起，以纯精密、光机的模拟摄影测量仪器为特征的摄影测量一直持续了半个多世纪。在此期间，摄影测量的教学、极少量的科研，除所谓的变换光束理论研究以外，多数是围绕欧洲的几个著名厂商生产的模拟摄影测量仪器进行。到50年代末计算机开始进入摄影测量，摄影测量的研究领域得到了很大的扩展：如解析法空中三角测量、在线空中三角测量、区域网平差、粗差检测理论、正射纠正、数字测图等。90年代随着数字摄影测量时代的到来，相对于传统的模拟、解析摄影测量，其最大的特点是将计算机视觉、模式识别技术应用到摄影测量，实现了内定向、相对定向、空中三角测量、数字高程模型（DEM）生成等的（半）自动化。数字摄影测量不仅仅将传统摄影测量仪器各种功能全部计算机，以提高工效、降低对作业员的要求，而且正在不断地扩充摄影测量的功能。&但是我们必须清醒地认识到：一些数字摄影测量工作站只是解析测图仪的替代品；目前的数字摄影测量工作站主要只适合于航空、航天摄影测量，而近景、地面摄影测量与它有很大差异，将数字摄影测量应用于近景摄影测量，摄影测量的理论必须进一步发展；即使是当前自动化程度较高的数字摄影测量工作站，摄影测量的主要研究还仅仅在“同名点”的影像匹配技术。因此，我们必须跳出传统摄影测量的束缚，必须从计算机的特点考虑数字摄影测量的理论发展，这正是数字摄影测量为其理论与实践的发展提出了崭新的契机，例如：灭点理论与应用、广义点理论与应用和多基线立体理论与应用。&数字摄影测量发展的重要方向&当前数字影像、DEM、摄影机位置、姿态数据的直接获取等技术正在迅速发展，它们对于加快摄影测量成图周期、减少野外工作量将发挥愈来愈重要的作用。例如利用高分辨率的卫星影像与对应的有理多项式系数（RPC）定位数据文件，再加以极少量的GPS点作控制，即能快速生产1：1万乃至1：5000的正射影像图。但是，与此相对应的摄影测量自身的发展与任务是什么？这是一个摄影测量工作者必须回答的问题。&不管数据获取手段如何发展，航空（航天）摄影测量发展的中心任务之一是数据更新，实现建立国家基本地形图的由定期更新到动态更新机制。特别是对于处于经济快速发展的我国，GIS数据更新显得尤为重要。& 但是，数据更新不是重测地形图，具体而言：&数据更新的复杂性&&利用航空摄影的影像进行测绘，纵然在模拟测图期间，其生产流程、各种规范已经成熟，到解析、特别是数字摄影测量时代，摄影测量的流程虽然有很大的改变，但是基本任务与规范没有根本的变化。而数据更新则不同，其情况比“新测或重测”要复杂得多。它的复杂性来自如何利用已有数据，减少外业、内业的工作量，加速成图周期。由此就产生很多问题，必须予以考虑，例如：已有的数据是什么？是正射影像图＋DEM，还是线划图＋DEM？数据更新的地区是什么？是城区、郊区、还是山区？更新的地形图比例尺，是大比例尺，还是小比例尺？等等。例如在郊区、山区、小比例尺地图数据更新时，可以利用“新影像”与已有的“正射影像图＋DEM”直接进行配准，进行无（或减少）控制点的空中三角测量。但是对于城区、大比例尺地近景摄影测量软件（LensPhoto）――基于短基线、多影像的三维测量与重建国内外前所未有的，由普通数码相机拍摄的照片组，自动化快速生成高精度可量测的区域三维数字表面模型。采用张祖勋院士最新的近景摄影影像匹配技术。可广泛应用于水利电力、地质、文物保护、地理信息系统、城建、交通、房产、规划等全过程。从二维影像提取三维信息是摄影测量和计算机视觉领域研究的主要内容。基于我们在数字摄影测量方面雄厚的技术积累，经过长期持续的艰苦努力，开发了一套灵活自动的三维测量与重建系统，利用该系统可以方便灵活地完成物体的三维重建工作，操作灵活简便，整个过程基本可以自动完成。用户所需要的是量测很少的像控点，然后在设站附近拍摄若干影像数据，就可以放进系统进行量测与重建处理。&&& 系统特点&&&1、快速、自动地完成建模；&&&2、自动生成等高线、高程模型和正射影像；&&&3、实现三维可视化Lensphoto 的技术特点&大家知道，常规航空摄影测量已经在地形测绘中发挥着极其重要的作用。它利用安装在飞机上的胶片相机（目前出现了航空数码相机），并按照业内规范对一定范围的测区进行拍摄后，辅以一定数量的地面控制点就可以进行空中三角测量，最终获取满足地形图要求的地面数据。而且，随着GPS 和 IMU 的出现（ POS 系统），基于 POS辅助数据的空中三角测量在航空摄影测量中发挥着新的作用。&与其相对应的是，地面数字近景摄影测量也越来越受到大家的广泛关注，尤其是随着目前普通数码相机的普及，利用一般的数码相机、利用一般的数字摄影测量工作站（DPW）软件进行工程测量变得非常急迫和需要。然而,常规航空摄影测量一整套规范严格的操作流程，是近景摄影测量很难满足的。按照航空摄影测量操作规范拍摄的近景影像甚至无法满足测量要求。这是因为近景、地面摄影测量与航空、航天摄影测量有很大差异。例如：摄影深度与高差：在数字近景摄影测量中，其测量的相对深度远远大于航空摄影测量的相对航高差；坡度的影响：航空摄影测量的平坦地区，在近景摄影测量中成为90 °的坡度；摄影的条件：在近景摄影测量中，无论是遮挡还摄影场地的限制，问题要严重的多。因此近景摄影测量所面向的实际情况远比航空与航天摄影测量复杂。这些问题产生的影响又可总结为：&①拍摄场地复杂，很难按照平行摄影方式进行，交向摄影成为更好的选择，而且重叠度也可能变化较大；&②常规近景摄影测量一般通过单个模型进行测量，而拍摄场地有时很难保证可以获取合适的交向摄影模型；模型基线太短影响交会精度，而基线太长则给同名点匹配带来困难；&③不存在多余观测，单个模型的交会精度和可靠性很难得到保证.&④近景像片的匹配相对常规航空摄影测量要难得多，主要表现在被摄物体的成像畸变上。这种畸变也不存在规律，在影像的不同区域上，无论是上下视差还是左右视差都相差甚大，这就很难利用常规航空摄影测量的匹配方法进行处理。&&上述种种问题都说明了近景（地面）摄影测量是不可照搬航测那一套原理的。这些也是现有基于航测原理的数字近景测量软件不仅只是做单个模型，而且无法保证定向，无法保证精度而难以实用推广的原因。同样的原因导致国际上至今未解决数字摄影测量走向地面摄影领域这一障碍。&&在摄影测量专家、中国工程院院士张祖勋教授的直接指导与参与下，经过四年多的专一不渝的努力奋斗，成功地突破了地面非常规摄影测量的技术难题，开发出了具有自主技术产权的产品---采用普通数码相机拍摄的影像进行测量的地面数字摄影测量软件系统--数字近景摄影测量-Lensphoto这是一个具有高度技术含量和自动化程度的系统。系统针对上述问题,采用了张祖勋院士最终研发的旋转摄影方式，以及短基线多影像的多基线立体匹配技术进行近景摄影测量这种处理方式包含以下两种关键技术：&①旋转摄影：基本保持相机投影中心不动，然后将相机绕垂直地面的垂轴进行旋转，每转一个角度就拍摄一张像片。那么，在每个摄站上就可以获得若干张相互重叠的像片，而不同摄站上的像片基本一一对应被拍摄物体的同一区域，这样多个摄站上对准同一区域拍摄的影像就构成一组像片，它类似于常规航空摄影测量中的航带，区别在于它仅仅对应被摄物体的同一区域。这一组像片就构成短基线多影像序列。&②基于短基线多影像的多基线立体匹配技术：在获取多组短基线多影像序列之后，影像序列内部就必须进行同名点匹配和传递以及序列之间进行匹配。这是一项必须解决的难题。这也是张祖勋院士近两年花心血所解决的一个重大难题。&数字近景摄影测量-Lensphoto很好地解决并运用了上述两种技术，成功地将摄影测量中多片匹配和区域网光束法平差应用到近景摄影测量中来，从而确保使用 Lenphoto进行近景摄影测量的精度和可靠性。这在国际上也是一个突破和首创。它终于将数字摄影测量引入了近景及工程测量领域。&摄相机标定 所属分类：→&&&&作者：新浪博客&&&&时间： 0:00:00
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