非量測數(shù)碼相機的近景攝影測量技術(shù)分析

范隴強

摘要：近景攝影測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用在了各個領(lǐng)域中，使用近景攝影測量技術(shù)可以讓工程的建設(shè)效率更加方便，為了增強人們對于這種非量測數(shù)碼相機的了解，本文對近景攝影測量技術(shù)展開了研究，分析了非量測數(shù)碼相機中的近景攝影測量技術(shù)的具體使用方法，并對相機的幾種標定方法進行了介紹。

關(guān)鍵詞：非量測數(shù)碼相機;近景攝影;測量技術(shù)

1攝影測量技術(shù)

攝影測量學經(jīng)過一個多世紀的復雜發(fā)展，有自身獨特的發(fā)展特點，人們將攝影測量學分成模擬、解析和數(shù)字等三個階段，而數(shù)字攝影測量學，與大地測量、物理傳感器測量以及GPS測量等方法相比，具有一定得優(yōu)勢：（1）使用攝影測量能夠瞬間獲取很多有用的信息，工作效率非常高;（2）正是因為攝影測量獲取的信心較為廣泛，所以可以對被測物體中的任意變化進行捕捉，對比前后不同的攝影效果，可以判斷物體變化的原因;（3）可以不直接接觸被檢測的物體。攝影測量正是具備了這些優(yōu)勢，所以才會被廣泛應(yīng)用于變形監(jiān)控測量中。使用攝影測量技術(shù)，只需要通過對物體進行拍攝后，對所拍攝的相片進行處理，就可以得到準確的信息，從而得到具體的變形分析結(jié)果。

2近景攝影測量技術(shù)研究

2.1數(shù)碼相機的成像原理

（1）理想針孔模型。非量測相機實際上就是普通的數(shù)碼相機，不同的相機類型有著相同的結(jié)構(gòu)原理，三維空間中的物體成像，實際上就是有種數(shù)學描述。為了更好的理解相機的成像原理，需要對相機成像的理想模型有所了解。通過觀察針孔模型成像的原理圖，光是跟隨直線進行傳播，反射光線會通過一個小孔而形成一個影響，在真空模型中，物體的每一個點都能夠通過針孔成像，使其連成一條直線，通過針孔進行投影，以實現(xiàn)三維坐標成像的目的。在使用近景攝影測量的過程中，需要保持兩張以上的圖像，才能夠獲得準確的坐標信息。

（2）相機鏡頭畸變模型。光線通過相機鏡頭會產(chǎn)生投影，但是容易發(fā)生失真的情況，因此，要想得到較為立體的坐標信息需要對鏡頭進行矯正。相機鏡頭發(fā)生畸變的主要類型有枕形畸變和桶形畸變，由于相機鏡頭中會有諸多因素的影響而導致相機無法準確描述成像，尤其是當鏡頭質(zhì)量較差時，會形成更大的偏差。

2.2空間坐標系統(tǒng)

（1）D-XYZ。物方空間坐標系統(tǒng)D-XYZ，主要對所拍攝的物體進行描述，然后在物方空間坐標的位置中得到三維坐標系，并根據(jù)其選定的坐標對目標的狀態(tài)進行表述。

（2）o-xy。像平面坐標系o-xy，對像點平面位置所選擇的坐標系進行描述，其平面坐標系的原點就是方向與平面之間的交點。

（3）S-xyz。像空間坐標系S-xyz，對右旋直角坐標系進行描述，右旋直角坐標系主要是由像點在空間中的位置組成，以S為原點，讓攝影中心的x軸與y軸能夠與平面坐標系的坐標保持平行，并與z軸重合。

（4）S-XYZ。像空間輔助坐標系屬于一種過渡坐標，并以S為原點。

（5）O0-uv。對計算機進行圖像處理時，所使用的坐標系統(tǒng)又稱為計算機的圖形坐標，以像素為單位，坐標原點可以表示任意的位置，但是為了方便更好的進行計算，盡量采用CCD陣列。

2.3內(nèi)方位元素和外方位元素

內(nèi)方位與外方位是物方空間坐標的主要因素，其中內(nèi)方位主要用來恢復攝影光束;外方位主要用來確定坐標位置。要想讓o與框標進行重合，需要在框標坐標系中得到x軸與y軸，在這個坐標軸內(nèi)形成方差，這個偏差與坐標軸之間的關(guān)系稱為內(nèi)方位元素。外方位元素中，有三個直線元素和三個角度元素，主要用來確定攝影中心的位置與方向。如下圖所示。

坐標儀坐標系和像平面坐標系圖

2.4共線方程

共線方程主要就是利用像點與投影之間的關(guān)系來進行方程式的表述，共線條件作為投影構(gòu)像的基礎(chǔ)，很多關(guān)于攝影測量的解決方法都是通過共線方程進行解決的。其方程式為：

2.5相機的標定方法

相機的標定方法是計算機視覺領(lǐng)域中進行信息提取的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的標定方法是攝影測量技術(shù)中最為常見的一種方法，使用相機拍攝一個幾何物體，對參照物進行標定，并利用數(shù)學變換的方式對參照物進行處理，確定相機的內(nèi)方位和外方位參數(shù)。傳統(tǒng)的標定方法可以獲取相機中較高的精度值，但是對于標定參照物的維護較差，容易受到環(huán)境的限制而無法對其進行標定;基于主動視覺的標定方式與傳統(tǒng)的標定方式不同，不需要實現(xiàn)知曉參照物，只需要通過相機中的一些運動信息計算出相機的內(nèi)部參數(shù)，并對相機進行標定即可。其優(yōu)勢就在于在標定的過程中就已經(jīng)實現(xiàn)知曉了攝像機的內(nèi)部信息，對其進行計算時較為簡單，但是成本較高;自標定的方式相對而言就更加的靈活高效，不會受到外部環(huán)境的限制，也不需要有標定物，只需要根據(jù)圖像之間的對應(yīng)點所存在的內(nèi)在聯(lián)系就可以完成標定，極大的拓寬了計算機的應(yīng)用范圍。

3結(jié)語

通過介紹近景攝影測量的相關(guān)知識后，得到了數(shù)碼相機的幾何模型，并對集中不同的坐標關(guān)系進行了簡單的介紹，同時還介紹了關(guān)于近景攝影測量中的共線方程，并列出了關(guān)于共線方程的方程式，對其推到過程進行了分析。最后對相機常用的幾種標定方法進行了詳細的分析，并引入了相關(guān)的坐標系統(tǒng)，以實現(xiàn)對相機參數(shù)的有效標定。

參考文獻：

[1]楊超，蘇正安，熊東紅，等.近景攝影測量技術(shù)在坡耕地土壤侵蝕速率研究中的應(yīng)用[J].水土保持學報，2018，32（1）：121-127.

[2]張數(shù)，楊德宏.數(shù)字近景攝影測量的二維影像三維建模的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用[J].軟件，2018，39（2）.