基于普通數(shù)碼影像的近景攝影測量技術(shù)研究

王貞志

摘 要 近景攝像測量技術(shù)是現(xiàn)代測量技術(shù)的一種，應用十分廣泛。在數(shù)碼技術(shù)的支持下，相關(guān)測量的效果能夠得到有效提升?；诖?，本文試分析基于普通數(shù)碼影像的近景攝影測量技術(shù)。包括近景攝影測量系統(tǒng)的基本配置、算法研究等，旨在通過分析明確相關(guān)內(nèi)容、完善對應理論，并為后續(xù)工作的具體開展提供一定的參考和幫助。

【關(guān)鍵詞】近景攝像 數(shù)碼影像 測量技術(shù)

現(xiàn)代生產(chǎn)生活對于技術(shù)的要求越來越高，這推動了各類技術(shù)的不斷進步和持續(xù)發(fā)展，也使生產(chǎn)精細化逐漸實現(xiàn)。就測量技術(shù)而言，由于測量對象存在諸多不同、測量地點也有種種差異，傳統(tǒng)技術(shù)漸漸無法滿足需求，在這種情況下，近景攝影測量技術(shù)得到重視和應用，并在不斷實踐中得到了進一步發(fā)展。本文以普通數(shù)碼影像下的近景測量技術(shù)為例進行分析，希望為后續(xù)具體工作的開展、優(yōu)化提供支持。

1 近景攝影測量系統(tǒng)的基本配置

1.1 近景攝影測量系統(tǒng)的基本組成

數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)與經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)的工作原理相同，都是用三角形交會法進行測量的。通過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)過計算機處理和數(shù)學計算，從而得到精準的待測點三維坐標。目前國際上生產(chǎn)數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)的廠家比較多，比如V-STARS系統(tǒng)、DPA-Pro系統(tǒng)等。因為國外的技術(shù)較為先進，所以在研究普通數(shù)碼影像近景攝影測量系統(tǒng)時，可以充分借鑒這些技術(shù)，從而提出自己的近景攝影測量系統(tǒng)設(shè)計方案。本文研究的近景攝影測量系統(tǒng)包括數(shù)碼相機、控制場、計算機、圖像輸出設(shè)備和測量系統(tǒng)軟件等部分。

1.2 數(shù)碼相機

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

1.3 控制場

室內(nèi)控制場是在室內(nèi)建立按規(guī)律設(shè)有一直空間坐標控制點的二維、三維控制系統(tǒng)?？刂茦酥究梢詾榭刂泣c，也可以互相進行相對控制。室內(nèi)控制場可以對近景攝影測量的新理論、儀器以及方法進行檢驗及優(yōu)化，并能確定控制點數(shù)量、質(zhì)量以及分布對測量精度的影響。

1.4 軟件系統(tǒng)

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

2 近景攝影測量基本算法研究

2.1 多基線數(shù)碼影像的相對定向

相對定向是指確定相鄰像片的相對位置和姿態(tài)，在立體像對中，相對定向要恢復攝影時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)法相對定向

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

2.1.2 相對定向法

目前有兩種相對定向法方案，分別為PoPe-Hinsken算法和六點直接結(jié)算方法。利用兩種算法求出相對定向元素后，就可以建立立體模型。在求解相對定向時，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的，這時坐標系的原點位于立體像對左攝站點中。

2.2 多基線數(shù)碼影像的模型連接

完成相對定向，立體像對的像空間輔助坐標就會被納入到一個統(tǒng)一的坐標系中，而且各個模型的基線分量也保持平行。由于各基線分量是獨立選取的，因此各個模型的比例尺會不同，也所以想要連接所有數(shù)碼影像模型相對，使其構(gòu)成影像帶網(wǎng)，就必要歸算比例尺。不同比例尺的相鄰模型，其模型公共連接點的相對高程一定不同，所以可以通過使兩個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，重復這種計算，可以統(tǒng)一所有模型的比例尺。

2.3 多基線數(shù)碼影像的絕對定向

模型連接后會形成一個以第一模型像空間輔助坐標系為基準的整體立體模型，之后便要進行絕對定向，即確立實際物空間坐標中立體模型的位置以及將模型點的攝影測量坐標轉(zhuǎn)化成物空間坐標。

2.3.1 絕對定向數(shù)學模型

一個立體像對包括12個外方為元素，其中五個定向元素可以由相對定向求出，而為了恢復像片的絕對位置及方位，將模型點的像空間輔助坐標系轉(zhuǎn)換為地面攝影測量坐標系，就必須要求出剩下的七個絕對定向元素，包括旋轉(zhuǎn)、平移以及縮放。

2.3.2 絕對定向誤差方程式

近景攝影測量與航空攝影測量的絕對定向有所差異，因為航空攝影測量以小角攝影為主，為近景攝影測量則以大角為主，所以計算絕對定向的平差時無法使用航空攝影測量的公式。求解絕對定向元素利用的是一個隊員非線性函數(shù)，對其利用多元函數(shù)的泰勒公式進行展開，并保留至小值一次向，則可以寫成絕對定向誤差的方程式。

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，通過模型間公共光線的最佳交會得到整體區(qū)域的最佳地，并將最佳地納入控制點坐標系中可以確定加密點的地面坐標和像片外方位元素。模型間公共光線最佳交會可以通過空間中光線束的旋轉(zhuǎn)與平移得出。

近景攝影測量光束法平差可以對一個或多個立體像對構(gòu)成的網(wǎng)形進行處理，比如處理兩張像片構(gòu)成的單個立體模型或者四個像片構(gòu)成的網(wǎng)形，也可以處理帶裝網(wǎng)形。

3 總結(jié)

通過分析基于普通數(shù)碼影像的近景攝影測量技術(shù)，了解了相關(guān)基本內(nèi)容。文章主要分析近景攝影測量系統(tǒng)的基本配置和基本算法兩個大方面，基本配置方面，主要包括數(shù)碼相機、控制場、計算機、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)下進行近景攝影、測量的基礎(chǔ)，基本算法方面，包括多基線影響的光束法、多基線數(shù)碼影像的絕對定向等。后續(xù)工作中，應用上述理論有助于完善近景攝影測量技術(shù)。

參考文獻

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

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

作者單位

山西省雁北煤炭工業(yè)學校 山西省大同市 037000endprint