尹鵬飛，王雙亭，王友，孟麗艷，陳萍

（1.河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，焦作454000；2.61243部隊，烏魯木齊830006）

淺論攝影測量的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

尹鵬飛1，王雙亭1，王友1，孟麗艷1，陳萍2

（1.河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，焦作454000；2.61243部隊，烏魯木齊830006）

本文簡要介紹攝影測量發(fā)展的三個階段，即模擬攝影剝量、解析攝影測量、數(shù)字?jǐn)z影測量，介紹攝影測量與遙感、3S的集成等攝影測量的發(fā)展趨勢。

攝影測量；3S技術(shù)；發(fā)展趨勢

1 引言

攝影測量學(xué)有二百多年的歷史了。最初叫圖像量測學(xué)（據(jù)Iconometry而來，或譯作量影術(shù)）。1837年，發(fā)明攝影技術(shù)后，才叫攝影測量學(xué)。數(shù)學(xué)家勃蘭特早在18世紀(jì)就論述了攝影測量學(xué)的基礎(chǔ)-透視幾何理論。1839年，法國報導(dǎo)了第一張攝影像片的產(chǎn)生后，攝影測量學(xué)開始了它的發(fā)展歷程。19世紀(jì)中葉，法國陸軍上校勞塞達(dá)利用所謂“明箱”裝置，測制了萬森城堡圖。勞塞達(dá)被公認(rèn)為“攝影測量之父”。航空技術(shù)發(fā)達(dá)之后，攝影測量學(xué)被稱作航空攝影測量學(xué)。1975年，衛(wèi)星上天后，航空測量發(fā)展到了航天測量，再隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，1980年，國際攝影測量學(xué)會改稱為“國際攝影測量與遙感學(xué)會”。攝影測量進(jìn)入到遙感這個新的歷史時期。

2 攝影測量的三個發(fā)展階段

攝影測量就是利用攝影技術(shù)（主要是航空攝影也可是地面攝影）攝取物體的影像，從而識別此物體并測其形狀及位置。攝影測量發(fā)展至今可分為三個階段，即模擬攝影測量、解析攝影測量、數(shù)字?jǐn)z影測量。

2.1 模擬攝影測量

19世紀(jì)中葉，勞塞達(dá)用攝影像片和所謂的“明箱”裝置，測制萬森城堡圖，標(biāo)志著攝影測量的誕生。當(dāng)時采用的是圖解法逐點測繪。直到本世紀(jì)初，才由維也納軍事地理研究所按奧雷爾的思想制成了自動立體測圖儀，后來由德國卡爾蔡司廠進(jìn)一步發(fā)展，成功地制造出實用的“立體自動測圖儀”。由于這些儀器均采用光學(xué)投影器或機(jī)械投影器或是光學(xué)-機(jī)械投影器“模擬”攝影過程，用它們交會被攝物體的空間位置，所以我們稱之為“模擬攝影測量儀器”。因此，這一發(fā)展時期也被稱為“模擬攝影測量時代”。在這時期，能夠用來解決攝影測量主要問題的現(xiàn)有的全部的攝影測量測圖儀，實際上都以同樣的原理為基礎(chǔ)，這個原理可以稱為“模擬原理”。儀器雖冠以“自動”二字，但它只是說能夠避免繁瑣的計算，即利用光學(xué)機(jī)械模擬的裝置，實現(xiàn)了復(fù)雜的攝影測量解算。但它并不需要人工觀測。攝影測量技術(shù)的發(fā)展可以說基本上是圍繞開發(fā)十分昂貴的立體測圖儀來進(jìn)行的。到了六、七十年代，這種類型的儀器發(fā)展到了頂峰。

2.2 解析攝影測量

電子計算機(jī)的出現(xiàn)和自動控制技術(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的實用化，為攝影測量立體測圖儀的發(fā)展提供了新的技術(shù)條件。Helava于1957年提出了攝影測量的一個新概念，就是用“數(shù)字投影代替物理投影。所謂“物理投影”，就是指“光學(xué)的、機(jī)械的、或光學(xué)-機(jī)械”的模擬投影?！皵?shù)字投影”就是利用電子計算機(jī)實時地進(jìn)行共線方程的計算，從而交會被攝物體的空間位置。解析攝影測量是依據(jù)像點與相應(yīng)的地面點的數(shù)學(xué)關(guān)系，用電子計算機(jī)解算像點相應(yīng)地面點的坐標(biāo)并進(jìn)行測圖解算的技術(shù)。在解析攝影測量中，利用少量的野外控制點，加密測圖用的控制點或其它用途的更加密集的控制點的工作，叫做解析空中三角測量，也稱為電算加密。電算加密和解析測圖儀的出現(xiàn)標(biāo)志著攝影測量進(jìn)入解析攝影測量的時代。

2.3 數(shù)字?jǐn)z影測量

用影像相關(guān)（或影像匹配）技術(shù)代替雙眼觀測，實現(xiàn)真正的自動化測圖，采用數(shù)字方式實現(xiàn)攝影測量自動化，這樣，攝影測量發(fā)展到了數(shù)字?jǐn)z影測量階段。隨著數(shù)字圖像處理、模式識別、人工智能、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和計算機(jī)視覺等學(xué)科的不斷發(fā)展，以及計算機(jī)性能的快速提高，數(shù)字?jǐn)z影測量被公認(rèn)為攝影測量的第三個階段。數(shù)字?jǐn)z影測量就是以數(shù)字影像為基礎(chǔ)，用電子計算機(jī)進(jìn)行分析和處理，確定被攝物體的形狀、大小、空間位置及其性質(zhì)的技術(shù)。數(shù)字?jǐn)z影測量與模擬、解析攝影測量的最大區(qū)別在于：它處理的原始信息不僅可以是像片，更主要的是數(shù)字?jǐn)z影（如CCD影像）或數(shù)字化影像，它最終是以計算機(jī)視覺代替人眼的主體觀測，因而它所使用的儀器最終將只是通用計算機(jī)及其相應(yīng)外部設(shè)備。

3 從遙感的發(fā)展看攝影測量的發(fā)展

王之卓教授指出：遙感與攝影測量的具體內(nèi)容可以相差很多，但都是因為兩者所處的時代不同，科技水平不同，而本質(zhì)都是一樣的。“可以說遙感是代表攝影測量的發(fā)展”。李德仁教授指出：遙感在經(jīng)歷了3O多年的探索，到今天已取得了令人矚目的成績，從實驗到應(yīng)用、從單一技術(shù)到遙感科技領(lǐng)域、從單學(xué)科到學(xué)科綜合、從靜態(tài)到動態(tài)、從區(qū)域到全球、從地表到太空，無不表明遙感已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)?shù)碾A段。當(dāng)代遙感的發(fā)展主要表現(xiàn)在它的多傳感器、高分辨率和多時相特征。

①多傳感器技術(shù)。已經(jīng)覆蓋大氣窗口的所有部分，光學(xué)遙感技術(shù)可包含可見光、近紅外和短波紅外區(qū)域。熱紅外遙感的波長可達(dá)8um，微波遙感觀測目標(biāo)物電磁波的輻射和散射，分被動微波遙感和主動微波遙感，波長范圍為1mm-100cm。從目前的動向看，微波遙感將是今后極有前途的遙感手段。

②形成多極分辨率影像序列的金字塔，以提供從粗到精的對地觀測數(shù)據(jù)源。全面體現(xiàn)在空間分辨率、光譜分辨率和溫度分辨率三個方面，長線陣CCD成像掃描儀可以達(dá)到1-2m的空間分辨率，成像光譜儀的光譜細(xì)分可達(dá)到5-6nm的水平。熱紅外輻射計的溫度分辨率可從0.5k提高到0.3k乃至0.1k。

③可以反復(fù)地獲得同一地區(qū)影像數(shù)據(jù)的多時相性。隨著小衛(wèi)星群計劃的推行，可以用多顆小衛(wèi)星，實現(xiàn)每3-5天對地重復(fù)一次采樣，獲得高分辨率成像光譜儀數(shù)據(jù)，多波段、多極化方式的雷達(dá)衛(wèi)星，將能解決陰雨多霧情況下的全天候和全天時對地觀測。衛(wèi)星遙感與機(jī)載和車載遙感技術(shù)的結(jié)合，是實現(xiàn)多時相遙感數(shù)據(jù)獲取的有力保證。

④盡可能增加更多譜段的遙感數(shù)據(jù)，一方面充分利用能透過大氣的各類電磁波譜段，向紅外、遠(yuǎn)紅外和微波方面擴(kuò)展，另一方面則是細(xì)分光譜段。綜上，未來的衛(wèi)星遙感計劃將盡可能地集多種傳感器、多級分辨率、多譜段和多時相于一身，并將GPS、INS、CCD等技術(shù)和快速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)合成所謂既采集又處理數(shù)據(jù)的智能傳感器，從而以更快的速度、更高的精度和更大的信息量來提供對地觀測數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

攝影測量的發(fā)展有一、二百年的歷史了，從最初的模擬攝影測量、解析攝影測量、發(fā)展到了現(xiàn)在的數(shù)字?jǐn)z影測量。而“實際上，攝影測量發(fā)展到了數(shù)字?jǐn)z影測量時期就是遙感”（王之卓語）。隨著計算機(jī)科學(xué)和空間科學(xué)的發(fā)展，測繪學(xué)科內(nèi)部正在走向相互滲透、相互綜合的道路，具體表現(xiàn)在全球定位系統(tǒng)、遙感和地理信息系統(tǒng)的綜合，這就是所謂的“3S”的集成。以3S集成技術(shù)為核心的現(xiàn)代測繪科學(xué)與計算機(jī)和通訊科學(xué)等的交叉和滲透，又可以組成用于采集、量測、分析、存儲、管理、顯示、傳播和應(yīng)用與地球和空間分布有關(guān)數(shù)據(jù)的一門綜合和集成的信息科學(xué)和技術(shù)，這就是地球空間信息科學(xué)（Geomatics）。它是現(xiàn)代測繪學(xué)的發(fā)展方向，是地球信息科學(xué)的重要組成部分，是數(shù)字地球的基礎(chǔ)。

［1］張永生.數(shù)字?jǐn)z影測量［M］.解放軍出版社，1997.

［2］中國軍事百科全書軍事測繪學(xué)分冊［M］.軍事科學(xué)出版社，1991.

［3］杜道生等.RSGIS GPS的集成與應(yīng)用［M］.測繪出版社，1995.

［4］陳虹等編譯.攝影測量的回顧與展望—阿克曼談今日攝影測量［J］.測繪通報，1998，3.

［5］王之卓.當(dāng)代學(xué)科的發(fā)展［J］.測繪學(xué)報，1998，4.

［6］李德仁.地球空間信息科學(xué)的興起與跨世紀(jì)發(fā)展［J］.城市勘測，1991，1.

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10.3969/j.issn.1001-0270.2014.05.24

2014-05-04