羅元丹，蔣劉華

（1.江西核工業(yè)二六八測(cè)繪院，江西 上饒 334000 ;2.寧波市鎮(zhèn)海規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315000）

近景攝影測(cè)量是一種非接觸量測(cè)方式，具有可以實(shí)時(shí)獲取地表信息、以數(shù)字方式存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，其在結(jié)構(gòu)變形領(lǐng)域取得了廣泛應(yīng)用。根據(jù)材料結(jié)構(gòu)變形標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)控制結(jié)構(gòu)變形的范圍，防止結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的破壞范圍不斷擴(kuò)大。在本文中所要介紹的變形控制技術(shù)，在科學(xué)合理的技術(shù)措施實(shí)施后，保證結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的變形問(wèn)題，不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。

1 近景攝影原理應(yīng)用及誤差分析

1.1 近景攝影測(cè)量常用坐標(biāo)系

在攝影測(cè)量技術(shù)不斷發(fā)展過(guò)程中，目前已經(jīng)出現(xiàn)多個(gè)測(cè)量領(lǐng)域，如地形地面攝影測(cè)量、航空攝影測(cè)量以及近景攝影測(cè)量等，而且其測(cè)量過(guò)程會(huì)建立多種坐標(biāo)軸系統(tǒng)。在近景攝影測(cè)量技術(shù)中，所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)一般為三種物方空間坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系中主要測(cè)量物體在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)的形狀變化以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。例如，對(duì)某物體進(jìn)行近景攝影測(cè)量時(shí)，在方物空間坐標(biāo)系內(nèi)，明確測(cè)量物體方點(diǎn)在坐標(biāo)系內(nèi)的位置。在確定方點(diǎn)位置時(shí)，方物空間坐標(biāo)系以右手為直角坐標(biāo)系，就是利用右手的拇指、食指以及小指組成互相垂直的形狀，拇指為x軸，食指為y軸，小指為z軸，三指的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。Thomas Kersten等人將數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)用于結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)中，在X、Y、Z三個(gè)方向上的誤差分別為10.8mm、6.7mm、6.9mm。利用非量測(cè)數(shù)字相機(jī)在攝影距離為2m左右的情況下，攝影測(cè)量三維重建的精度在X、Y、Z三個(gè)方向上分別達(dá)到了3.1mm、4.9mm、2.5mm的精度DEM的垂直精度為12.6mm。根據(jù)測(cè)量物體在空間的位置，將攝影中心與坐標(biāo)原點(diǎn)重合，在中心點(diǎn)攝影測(cè)量空間內(nèi)的物體。在攝影測(cè)量時(shí)，攝影中心位置應(yīng)注意與相片間的主距，并作為垂直距離應(yīng)用在近景攝影測(cè)量中，而物體與鏡頭的距離稱為焦距。與固態(tài)攝像機(jī)測(cè)量技術(shù)相比，主點(diǎn)光線的在近景攝影測(cè)量技術(shù)中的概念，要突出與物鏡光軸在固態(tài)攝像機(jī)的概念作用。

1.2 像片的內(nèi)方位元素與外方位元素

根據(jù)像片和光束在物方空間坐標(biāo)系中，其位置和朝向元素特點(diǎn)，通常將像片元素分為內(nèi)方位元素和外方位元素。像片內(nèi)方位元素特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在恢復(fù)攝影時(shí)產(chǎn)生的光束形狀，在物方空間坐標(biāo)系中確定物體位置和朝向。而在恢復(fù)攝影時(shí)，內(nèi)方位元素出現(xiàn)的光束形狀，成為攝影中心與物體像片產(chǎn)生位置關(guān)系的重要元素。在使用專(zhuān)用測(cè)量攝影設(shè)備進(jìn)行物體測(cè)量時(shí)，一般產(chǎn)生的像片會(huì)由多個(gè)框標(biāo)成像組成，而框標(biāo)位置應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)定后才能確定。如果在坐標(biāo)系內(nèi)，出現(xiàn)四個(gè)框標(biāo)像片，通常會(huì)組成一個(gè)框標(biāo)坐標(biāo)系。

2 近景攝影測(cè)量中基本攝影方式

在近景攝影測(cè)量中，所采用的基本攝影方式主要有兩種，包括正直攝影方式以及交向攝影方式。在使用正直攝影方式時(shí)，將像片與兩像片的主光軸建立平行關(guān)系，同時(shí)像片還應(yīng)垂直與攝影基線。在實(shí)際攝影操作中，根據(jù)不同的攝影對(duì)象，選擇的攝影基線可以在任意方向上，如水平方向或者鉛錘方向，而且將兩光軸與基線保持垂直關(guān)系，使兩像片一直處于攝影狀態(tài)。使用交向攝影方式時(shí)，首先像片應(yīng)與對(duì)應(yīng)兩像片的主光軸，然后在保持在同一個(gè)平面內(nèi)即可，不能出現(xiàn)平行或者垂直的情況。在實(shí)際攝影操作中，兩主光軸可以產(chǎn)生相交的電，其角度作為攝影中的交會(huì)角使用。在使用正直攝影方式時(shí)，盡管產(chǎn)生的影像會(huì)出現(xiàn)變形問(wèn)題，主要是由于測(cè)量物體會(huì)出現(xiàn)起伏的狀態(tài)，但是該攝影方式仍廣泛的應(yīng)用在模擬近景攝影測(cè)量，或者解析攝影測(cè)量中，并且可以使用肉眼對(duì)物體可以進(jìn)行立體測(cè)量。另外，使用交向攝影方式產(chǎn)生的圖像也會(huì)出現(xiàn)變形問(wèn)題，而且也是由于測(cè)量物體出現(xiàn)起伏狀態(tài)造成的，但是也會(huì)受到兩像片出現(xiàn)的相對(duì)角度較大問(wèn)題引起的。所以，使用交向攝影方式時(shí)，通常不會(huì)應(yīng)用在對(duì)物體進(jìn)行肉眼測(cè)量中，一般會(huì)廣泛的應(yīng)用在解析近景攝影測(cè)量以及數(shù)字近景攝影測(cè)量中。在使用正直攝影方式時(shí)，產(chǎn)生的像片通過(guò)重疊使被測(cè)物體具備航帶網(wǎng)或者局域網(wǎng)攝影特點(diǎn)。在交向攝影方式中，該方式可以對(duì)測(cè)量物體實(shí)現(xiàn)多重覆蓋的目的，其作用體現(xiàn)在提升被測(cè)物體的精確度。

3 影響攝影測(cè)量精度的主要因素

為提高攝影測(cè)量精度，應(yīng)對(duì)以下影響精度的因素進(jìn)行分析：第一種，如果成像系統(tǒng)的分辨率無(wú)法滿足攝影需求，通常會(huì)造成成像系統(tǒng)出現(xiàn)幾何畸變誤差問(wèn)題；第二種，攝像設(shè)備出現(xiàn)較大的安置誤差。其中最主要的影響因素，來(lái)自于成像系統(tǒng)的分辨率，如果成像分辨能力較低，無(wú)法將被測(cè)物體中最小細(xì)節(jié)展現(xiàn)在像片上。

在對(duì)圖像物面分辨率分析時(shí)，分辨率主要體現(xiàn)在圖像中的像素大小，并作為表示空間物面尺寸重要的組成部分。例如，測(cè)量物體的物面只有幾個(gè)平方毫米大小，要求分辨率的精度能夠滿足毫米測(cè)量要求，但是如果測(cè)量物體的物面有幾個(gè)平方厘米，分辨率的精度無(wú)法體現(xiàn)出毫米測(cè)量級(jí)別。

因此，在使用數(shù)碼攝影測(cè)量物體過(guò)程中，為提高對(duì)物體的測(cè)量精度，可通過(guò)提高攝影機(jī)的分辨率達(dá)到測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)。如果使用的攝影設(shè)備分辨率無(wú)法調(diào)整，可以將物體放置在小型環(huán)境中，同時(shí)將物體與攝影機(jī)控制在最小的距離內(nèi)，目的是在后期處理時(shí)，放置像片內(nèi)的像素受到破壞，造成測(cè)量精度出現(xiàn)不準(zhǔn)確問(wèn)題。另外，使用攝影設(shè)備對(duì)建筑物體進(jìn)行攝像測(cè)量過(guò)程綜合，如果受到環(huán)境中光線影響，或者攝像角度影響，對(duì)攝像的精度都會(huì)造成影響。為提高近景攝影測(cè)量精度，應(yīng)在處理圖像時(shí)，加強(qiáng)質(zhì)量處理已經(jīng)細(xì)化過(guò)程。

在進(jìn)行圖像細(xì)化處理時(shí)，一般是對(duì)圖像中的信息骨架進(jìn)行處理，通常會(huì)對(duì)一個(gè)單位的像素進(jìn)行細(xì)化處理。而在對(duì)立體物體進(jìn)行細(xì)化處理時(shí)，一般使用的細(xì)化方法包括貼信息元片以及投影信息元。在使用貼信息元片方法時(shí)，由于貼片是在特殊設(shè)計(jì)后，其具備規(guī)則性和唯一性信息的特點(diǎn)，通過(guò)算法可以準(zhǔn)確的處理圖像骨架。

在處理圖像骨架時(shí)，一般在固定的區(qū)域內(nèi)將信息不斷的細(xì)化處理，然后將信息建立成線段排列成點(diǎn)陣，在每個(gè)點(diǎn)陣內(nèi)將每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行深度的細(xì)化。在對(duì)圖像進(jìn)行細(xì)化處理時(shí)，為提高分辨率精度，通過(guò)算法分配像素點(diǎn)實(shí)施細(xì)化操作。

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展中，許多數(shù)碼技術(shù)廣泛的應(yīng)用在提升分辨率中，但是在提升分辨率的同時(shí)，數(shù)碼產(chǎn)品的價(jià)格也不斷提升。因此，如果只通過(guò)提升攝影設(shè)備的分辨率提高攝影測(cè)量精度，通常需要承受巨大的經(jīng)濟(jì)壓力。因此，還是對(duì)圖形以及圖像處理技術(shù)提升分辨率。

4 相機(jī)鏡頭畸變檢測(cè)攝影機(jī)

在攝影測(cè)量操作過(guò)程中，需要對(duì)每張影像光束產(chǎn)生的形狀進(jìn)行不同程度的恢復(fù)處理，而在內(nèi)方位元素恢復(fù)中，應(yīng)將攝影中心與像片建立相對(duì)幾何關(guān)系。為獲得恢復(fù)良好的攝影光束形狀，應(yīng)根據(jù)光學(xué)畸變系數(shù)，計(jì)算恢復(fù)光束形狀，然后進(jìn)行檢查和校正。如果沒(méi)有實(shí)施嚴(yán)格的檢查和校正操作，通常攝影后生成的圖像其精度相對(duì)較低，而且鏡頭出現(xiàn)的畸變誤差較大，主要是受到環(huán)境中光線。溫度等因素影響。目前，在近景攝影測(cè)量中，檢查和校正內(nèi)容主要包括主點(diǎn)位置、測(cè)定壓平裝置以及畸變誤差等。另外，不同類(lèi)型的近景測(cè)量設(shè)備操作時(shí)，都要進(jìn)行檢查和校正，防止設(shè)備內(nèi)內(nèi)方位元素、光學(xué)畸變誤差對(duì)攝影精度產(chǎn)生影響。

5 結(jié)論

綜上所述，在近景攝影測(cè)量技術(shù)應(yīng)用在建筑物變形監(jiān)測(cè)時(shí)，將物體在建立的空間坐標(biāo)系內(nèi)，對(duì)物體的變形點(diǎn)等進(jìn)行計(jì)算和分析，保證被測(cè)建筑物的變形測(cè)量具有較高的準(zhǔn)確性。而且通過(guò)攝影測(cè)量技術(shù)，可以詳細(xì)的掌握建筑物承受的應(yīng)力變化，為建筑物可能出現(xiàn)的變形問(wèn)題建立預(yù)測(cè)和保護(hù)體系。