王貞志

摘 要 近景攝像測(cè)量技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的一種，應(yīng)用十分廣泛。在數(shù)碼技術(shù)的支持下，相關(guān)測(cè)量的效果能夠得到有效提升?；诖耍疚脑嚪治龌谄胀〝?shù)碼影像的近景攝影測(cè)量技術(shù)。包括近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的基本配置、算法研究等，旨在通過(guò)分析明確相關(guān)內(nèi)容、完善對(duì)應(yīng)理論，并為后續(xù)工作的具體開(kāi)展提供一定的參考和幫助。

【關(guān)鍵詞】近景攝像 數(shù)碼影像 測(cè)量技術(shù)

現(xiàn)代生產(chǎn)生活對(duì)于技術(shù)的要求越來(lái)越高，這推動(dòng)了各類技術(shù)的不斷進(jìn)步和持續(xù)發(fā)展，也使生產(chǎn)精細(xì)化逐漸實(shí)現(xiàn)。就測(cè)量技術(shù)而言，由于測(cè)量對(duì)象存在諸多不同、測(cè)量地點(diǎn)也有種種差異，傳統(tǒng)技術(shù)漸漸無(wú)法滿足需求，在這種情況下，近景攝影測(cè)量技術(shù)得到重視和應(yīng)用，并在不斷實(shí)踐中得到了進(jìn)一步發(fā)展。本文以普通數(shù)碼影像下的近景測(cè)量技術(shù)為例進(jìn)行分析，希望為后續(xù)具體工作的開(kāi)展、優(yōu)化提供支持。

1 近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的基本配置

1.1 近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的基本組成

數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)與經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)的工作原理相同，都是用三角形交會(huì)法進(jìn)行測(cè)量的。通過(guò)獲取同一物體被從不同位置與方向取得的多幅數(shù)字圖像，再將圖像經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理和數(shù)學(xué)計(jì)算，從而得到精準(zhǔn)的待測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。目前國(guó)際上生產(chǎn)數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的廠家比較多，比如V-STARS系統(tǒng)、DPA-Pro系統(tǒng)等。因?yàn)閲?guó)外的技術(shù)較為先進(jìn)，所以在研究普通數(shù)碼影像近景攝影測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，可以充分借鑒這些技術(shù)，從而提出自己的近景攝影測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。本文研究的近景攝影測(cè)量系統(tǒng)包括數(shù)碼相機(jī)、控制場(chǎng)、計(jì)算機(jī)、圖像輸出設(shè)備和測(cè)量系統(tǒng)軟件等部分。

1.2 數(shù)碼相機(jī)

數(shù)碼相機(jī)由20世紀(jì)末開(kāi)始發(fā)展，其由電子芯片代替膠卷作為成像器件，被拍攝的景物會(huì)以數(shù)字信號(hào)的形式被記錄在儲(chǔ)存介質(zhì)中，照片傳輸、瀏覽及打印都是以數(shù)字信息方式實(shí)現(xiàn)的。

1.3 控制場(chǎng)

室內(nèi)控制場(chǎng)是在室內(nèi)建立按規(guī)律設(shè)有一直空間坐標(biāo)控制點(diǎn)的二維、三維控制系統(tǒng)?？刂茦?biāo)志可以為控制點(diǎn)，也可以互相進(jìn)行相對(duì)控制。室內(nèi)控制場(chǎng)可以對(duì)近景攝影測(cè)量的新理論、儀器以及方法進(jìn)行檢驗(yàn)及優(yōu)化，并能確定控制點(diǎn)數(shù)量、質(zhì)量以及分布對(duì)測(cè)量精度的影響。

1.4 軟件系統(tǒng)

數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)軟件包括三部分，分別為數(shù)碼相機(jī)檢校模塊、近景攝影測(cè)量模塊以及邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊。

2 近景攝影測(cè)量基本算法研究

2.1 多基線數(shù)碼影像的相對(duì)定向

相對(duì)定向是指確定相鄰像片的相對(duì)位置和姿態(tài)，在立體像對(duì)中，相對(duì)定向要恢復(fù)攝影時(shí)相鄰影像攝影的光束間關(guān)系，使同名光線相交。

2.1.1 連續(xù)法相對(duì)定向

連續(xù)法相對(duì)定向指建立單個(gè)模型，重合選定的像空間輔助坐標(biāo)系與左片像空間坐標(biāo)系，在完成對(duì)攝影帶中第一個(gè)立體像對(duì)的相對(duì)定向后，得到像對(duì)右片的像空間坐標(biāo)系對(duì)于箱空間輔助坐標(biāo)系的角，即相對(duì)定向角。從第二個(gè)像對(duì)起，均以前一像對(duì)右片的角為后一個(gè)像對(duì)左片三個(gè)角的固定值，并且左片的定向角元素在相對(duì)定向過(guò)程中保持不變，像對(duì)右片的角元素發(fā)生變化。利用相同的辦法對(duì)攝影帶中各模型分別建立像空間輔助坐標(biāo)系，各模型箱空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸向平行，但模型的比例尺與坐標(biāo)原點(diǎn)均不同。

2.1.2 相對(duì)定向法

目前有兩種相對(duì)定向法方案，分別為PoPe-Hinsken算法和六點(diǎn)直接結(jié)算方法。利用兩種算法求出相對(duì)定向元素后，就可以建立立體模型。在求解相對(duì)定向時(shí)，模型基線B可以隨意選取，所以建立出的模型其比例尺也是隨機(jī)的，這時(shí)坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于立體像對(duì)左攝站點(diǎn)中。

2.2 多基線數(shù)碼影像的模型連接

完成相對(duì)定向，立體像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)就會(huì)被納入到一個(gè)統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，而且各個(gè)模型的基線分量也保持平行。由于各基線分量是獨(dú)立選取的，因此各個(gè)模型的比例尺會(huì)不同，也所以想要連接所有數(shù)碼影像模型相對(duì)，使其構(gòu)成影像帶網(wǎng)，就必要?dú)w算比例尺。不同比例尺的相鄰模型，其模型公共連接點(diǎn)的相對(duì)高程一定不同，所以可以通過(guò)使兩個(gè)模型中高程相等的辦法求出模型歸化系數(shù)。

求出歸化系數(shù)后，將后模型與歸化系數(shù)相乘，可以使后模型與前模型的比例尺相同，重復(fù)這種計(jì)算，可以統(tǒng)一所有模型的比例尺。

2.3 多基線數(shù)碼影像的絕對(duì)定向

模型連接后會(huì)形成一個(gè)以第一模型像空間輔助坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的整體立體模型，之后便要進(jìn)行絕對(duì)定向，即確立實(shí)際物空間坐標(biāo)中立體模型的位置以及將模型點(diǎn)的攝影測(cè)量坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成物空間坐標(biāo)。

2.3.1 絕對(duì)定向數(shù)學(xué)模型

一個(gè)立體像對(duì)包括12個(gè)外方為元素，其中五個(gè)定向元素可以由相對(duì)定向求出，而為了恢復(fù)像片的絕對(duì)位置及方位，將模型點(diǎn)的像空間輔助坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系，就必須要求出剩下的七個(gè)絕對(duì)定向元素，包括旋轉(zhuǎn)、平移以及縮放。

2.3.2 絕對(duì)定向誤差方程式

近景攝影測(cè)量與航空攝影測(cè)量的絕對(duì)定向有所差異，因?yàn)楹娇諗z影測(cè)量以小角攝影為主，為近景攝影測(cè)量則以大角為主，所以計(jì)算絕對(duì)定向的平差時(shí)無(wú)法使用航空攝影測(cè)量的公式。求解絕對(duì)定向元素利用的是一個(gè)隊(duì)員非線性函數(shù)，對(duì)其利用多元函數(shù)的泰勒公式進(jìn)行展開(kāi)，并保留至小值一次向，則可以寫成絕對(duì)定向誤差的方程式。

2.4 多基線影響的光束法

光束法平差的平差單元為單張像片的一束光線，平差方程為中心投影的共線方程，通過(guò)模型間公共光線的最佳交會(huì)得到整體區(qū)域的最佳地，并將最佳地納入控制點(diǎn)坐標(biāo)系中可以確定加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)和像片外方位元素。模型間公共光線最佳交會(huì)可以通過(guò)空間中光線束的旋轉(zhuǎn)與平移得出。

近景攝影測(cè)量光束法平差可以對(duì)一個(gè)或多個(gè)立體像對(duì)構(gòu)成的網(wǎng)形進(jìn)行處理，比如處理兩張像片構(gòu)成的單個(gè)立體模型或者四個(gè)像片構(gòu)成的網(wǎng)形，也可以處理帶裝網(wǎng)形。

3 總結(jié)

通過(guò)分析基于普通數(shù)碼影像的近景攝影測(cè)量技術(shù)，了解了相關(guān)基本內(nèi)容。文章主要分析近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的基本配置和基本算法兩個(gè)大方面，基本配置方面，主要包括數(shù)碼相機(jī)、控制場(chǎng)、計(jì)算機(jī)、軟件系統(tǒng)以及附屬設(shè)備，其是在普通數(shù)碼影像基礎(chǔ)下進(jìn)行近景攝影、測(cè)量的基礎(chǔ)，基本算法方面，包括多基線影響的光束法、多基線數(shù)碼影像的絕對(duì)定向等。后續(xù)工作中，應(yīng)用上述理論有助于完善近景攝影測(cè)量技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王成亮.基于普通數(shù)碼影像的近景攝影測(cè)量技術(shù)研究與應(yīng)用[D].中南大學(xué)，2006.

[2]楊彪.基于普通數(shù)字影像的近景攝影測(cè)量技術(shù)研究與應(yīng)用[D].河海大學(xué)，2004.

作者單位

山西省雁北煤炭工業(yè)學(xué)校 山西省大同市 037000endprint