數(shù)字攝影測量與計算機視覺

摘要：計算機視覺主要是使計算機能夠通過平面圖識別立體圖像信息，并進一步分析和處理立體幾何。數(shù)字攝影測量通過相機拍攝的平面圖像進行立體的測量，其屬于測繪技術范疇，已逐步進入視覺測量領域。

關鍵字：計算機視覺;數(shù)碼攝影測量;差異

中圖分類號：P231.5 ????????文獻標識碼：A

收稿日期：2020-05-03

作者簡介：葉志剛（1980- ），男，實驗師，碩士，研究方向：攝影測量與工程測量。

隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，計算機視覺技術被廣泛應用于各個高科技領域。數(shù)字攝影測量技術屬于測繪技術，已逐步進入計算機視覺應用領域。本文介紹了當前應用最廣的攝影測量技術——數(shù)字攝影測量技術與計算機視覺之間的關系，分析了數(shù)字攝影測量技術與計算機視覺技術融合的必要性。

1兩者的區(qū)別

1.1不同的歷史背景和發(fā)展目標

隨著世界上第一臺計算機的誕生，計算機視覺技術隨之得到不斷發(fā)展。麻省理工學院羅伯特公司開發(fā)的三維圖像分析系統(tǒng)通過實現(xiàn)從平面到三維的轉(zhuǎn)換標志著計算機視覺技術的誕生。在計算機視覺技術出現(xiàn)之前，攝影測量法已經(jīng)出現(xiàn)并得到發(fā)展。攝影測量法屬于測繪領域，因此在計算機出現(xiàn)之前通常使用攝影的方法進行測量。經(jīng)過從歷史背景方面對兩者進行分析和比較發(fā)現(xiàn)，這兩者是非常不同的[1]。

1.2基本參數(shù)和物理含義的不同

計算機視覺主要旨在使計算機具有人眼功能，進而對人眼視覺進行模仿。但是，攝影測量主要是在地形測量過程中以固定坐標系為參考[2]。對于航空攝影測量，相機位置必須參考當?shù)刈鴺讼?。比較的結(jié)果是，由于兩者都有其自身的缺陷，因此基本參數(shù)和物理含義也有所不同。

1.3研究方法方面的差異

計算機視覺在求解線性方程組之前，其主要通過矩陣進行分解，并且如果出現(xiàn)非線性問題，則計算機視覺技術還可以將其轉(zhuǎn)換為線性問題。攝影測量法是一種通過直接測量觀測值來解決未知問題的方法。從中可以看出，計算機視覺和攝影測量法對同一問題有不同的解決方案，并且兩種研究方法之間存在明顯的差異。圖1顯示了測繪領域中的數(shù)據(jù)處理流程。

2兩者的緊密聯(lián)系

就研究內(nèi)容而言，在計算機視覺與數(shù)字攝影測量中存在著許多相似性。它主要是利用計算機內(nèi)部感測裝置的光學感測功能，使計算機具備圖像采集和處理能力，通過計算機視覺技術的應用，使計算機軟件能夠有效地獲取對象的各種信息（如：對象的體積大小、對象的空間位置、對象的運動軌跡等），以及數(shù)據(jù)信息的存儲和分析處理。以立體視覺原理為主，采用計算機視覺技術對地形圖進行制圖，與傳統(tǒng)的攝影技術相比，它能從多個角度對地面進行攝像，所獲得的影像也更具有三維立體效果，具有較高的參考價值。

由于傳統(tǒng)的攝影測量技術在應用過程中受到人眼的限制（在觀測地形或物體的過程中，人眼都是沿視覺直線觀察的），這就決定了傳統(tǒng)的攝影測量技術基本上都是沿一條直線觀察物體的。伴隨著數(shù)字化科學技術和計算機視覺技術的發(fā)展，基于計算機視覺的數(shù)字攝影測量技術能夠有效地替代人眼的作用，進行定點定位[3]。但受科技發(fā)展水平的限制，以計算機視覺為基礎的數(shù)字化攝影測量技術在實現(xiàn)控制點自動匹配的過程中，容易出現(xiàn)誤差問題。

在測量學中，攝影測量技術主要應用于測量學中各測點的前交會和后交會原理，因此，攝影測量技術的核心是共線方程原理。同時，在地形圖制圖過程中，也存在著大量的直線測量過程，因此，對攝影測量技術的研究更多的是基于直線原理。但在實際測繪過程中，存在著大量的曲線測量過程（如河流地形測繪、建筑物測繪中的不規(guī)則物測繪等），傳統(tǒng)的攝影技術難以滿足這種需求，因此提出了對地圖信息配準技術的需求。基于這一需求背景，可以充分利用廣義點（即數(shù)學概念上的點）的概念來進行攝影測量過程，所有在線的點都可以被定義為攝影測量的控制點，并將這些控制點整合到一個由自變量和因變量構成的數(shù)學模型中，在此過程中，需要運用計算機視覺技術的數(shù)學建模能力和計算分析處理能力。

對于在自動匹配過程中容易出現(xiàn)誤差的問題，在采用數(shù)字攝影技術的過程中，可以減小立體像對的相交角，從而更好地實現(xiàn)自動匹配過程。但這種方法也有可能導致最終得出的測繪數(shù)據(jù)存在一定的數(shù)值偏差。為有效地解決計算機視覺技術中的誤差問題，目前對計算機視覺技術的研究主要集中在多目智能系統(tǒng)方面（如三目機器人視覺系統(tǒng)、三目立體視覺系統(tǒng)等）;而針對自動匹配匹配匹配不匹配的問題，主要集中在反距離方面的研究。在此基礎上，研究出了一種有效的方法，即在較小視角下，對矩形成像的交會角進行數(shù)值放大，從而提高了數(shù)字圖像處理技術的精度。同時，利用多目智能系統(tǒng)還可以對地形重疊點進行交叉處理，有效提高了測量精度[4]。

3數(shù)碼攝影測量的未來發(fā)展

就研究而言，計算機視覺與攝影測量非常接近。這項研究的目的是使計算機能夠通過2D圖像識別3D環(huán)境信息。此功能使機器不僅可以識別3D環(huán)境中對象的形狀，位置，姿勢和運動等幾何信息，還可以描述，存儲，標識和理解該幾何信息。

確實，計算機行業(yè)正在研究使用立體視覺原理來繪制圖像的地形圖。近來，人們已經(jīng)通過利用立體視覺的原理來獲得同一區(qū)域的真實3D圖像，并取得一定的成果。

4 結(jié)語

總之，隨著科技的發(fā)展，數(shù)字攝影測量技術可以與計算機視覺實現(xiàn)有機結(jié)合，但由于受到傳統(tǒng)攝影測量技術的影響，兩者之間也存在著一定的差距。因此，必須把數(shù)碼攝影測量技術與高新技術高精度測量型計算機視覺技術有機地結(jié)合起來，在兩者交叉的領域中探索未來數(shù)碼攝影測量的發(fā)展趨勢，突破傳統(tǒng)數(shù)碼攝影測量的局限，在測繪信息測量過程中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻

[1]張月雷.計算機視覺技術應用[J].信息通信，2016（21）：88-89.

[2]潘璐.基于影像測量技術研討[J].房地產(chǎn)導刊，2015（26）：437.

[3]吳登峰.基于計算機的視覺檢測技術的原理及應用研究[J].視覺檢測技術，2014（11）：153-154.

[4]馬鵬剛，胡炳方，韓華，等.數(shù)字攝影測量與計算機視覺概述[J].測繪標準化，2016（02）：21-23.

Absrtact：?Computer vision mainly enables the computer to recognize the stereo image information through the plan， and further analyze and process the stereo geometry. Digital photogrammetry， which belongs to the field of Surveying and mapping technology， has gradually entered the field of vision measurement.

Key words： Computer vision; Digital photogrammetry; Differences