数字摄影测量技术的发展和应用

摘要：摄影测量发展到今天，已经进入了它的第三个阶段—数字摄影测量阶段。它对整个摄影测量的理念、技术、应用都产生了极其深远的影响。而且，它的影响不但是一种技术的发展、一个生产设备的改进以及生产效率的提高，数字摄影测量的许多概念，以及它在整个地理信息产业的影响，都远远超过模拟摄影测量到解析摄影测量的变革。

关键词：数字摄影测量;数字图像处理;数码相机

1 引言

数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。随着计算机技术及其应用的发展、数字图像处理、模式识别、人工智能专家系统以及计算机视觉等学科的不断发展，数字摄影测量的内涵已远远超过了传统摄影测量的范围。数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别在于它处理的原始信息不仅可以是像片，更主要的是数字影像或数字化影像;它最终是以计算机视觉代替人眼的立体测量，因而它所使用的仪器最终将只是通用计算机及其相应外部设备，工作站的发展为数字摄影测量的发展提供了广阔的发展空间;其产品是数字化形式的，传统的产品只是该数字产品的模拟输出。数字摄影测量与传统的摄影测量技术相比，在测绘过程的数字化、自动化方面表现出了巨大优势，代表着当代摄影测量发展的方向。但因量测用大像幅数字相机尚未普及，故数字影像大多通过对光学影像的数字化获取，这使目前数字摄影测量的研究与应用集中在航测领域。显然，数字摄影测量技术也将给近景摄影测量的发展带来新的机遇，尤其在实时测量、自动控制、自动绘图方面更为突出。

2 数字摄影测量的特点

数字摄影测量作为摄影测量发展至今的最高阶段，具有模拟或解析摄影测量技术所无法比拟的优势和特点：

（1）处理的原始信息来源广泛;

（2）采用的投影方式为数字投影。即完全由计算机来建立坐标量测系统，并进行坐标转换和一系列计算;

（3）内业处理自动化程度高;

（4）最终产品是数字形式的，便于对其进行编辑或其他操作。

数字摄影测量处理的原始信息主要的是数字影像，目前，得到数字影像常用的方法是对专业光学摄影机拍摄的像片进行扫描数字化。专业摄影机的影像具有明确的几何位置关系，但近景摄影机的影像采用航空胶片或干板记录，因而使用不便;普通胶片相机的数据采集方法简便灵活，但无几何控制，不易满足工程监测的精度要求。特别是，上述两种方法均基于胶片摄影，需要冲片、晒印，难以直接进行工程应用的的影像处理、机助识别、信息管理、查询和机助制图。与此相比，数字摄影测量中，尤其在数字近景摄影测量领域，数码相机表现出了巨大的优势。但非量测数码相机在使用前，要对其进行一系列的改造，恢复摄影中心与像片间的相对关系。为此，必须知晓相机的内方位元素和各项构像畸变改正系数，使之成为近景摄影机。

3近景摄影测量

十几年来，由于电子计算机的广泛应用，数据处理手段的改进，摄影测量内外业新仪器的问世，以及摄影材料质量的改善，使摄影测量的精度有了较大的提高，开辟了新的应用途径。因此，摄影测量由单纯的地形摄影测量扩展到非地形摄影测量，产生了一个新的分支——非地形摄影测量。非地形摄影测量是对非地形地标进行摄形并确定其外形、形态和几何位置的技术。其内容包括不规则物体的外形测量、动态目标的轨迹测量以及燃烧爆炸与晶体生长等不可接触物体的测量。广泛应用于建筑工程、地质、考古、医学、生物、机械制造、采矿、冶金、船舶制造、结构物变形、海洋、粒子运动和航天技术等各个方面。一般以提供目标物的等值线图和动态目标的形态和轨迹为目的。例如：古建筑物的摄影测量纪录、提供大型机械加工和装配的质量检查技术、人体内异物或病灶的X光立体定位、测制金属表面结构图等。在非地形摄影测量中，利用对近距离（一般指在100m以内）非地形目标所获取的图像，确定其形状、大小、性质和位置的技术，这种技术称为近景摄影测量。它是地面摄影测量的一个分支。研究的目标可以是静态的或动态的，可以是固体、液体、气体或某种物理现象。它广泛地应用于建筑工业和生物医学等领域。因此，又形成了建筑摄影测量、工业摄影测量和生物医学摄影测量等专业摄影测量技术。此外，水中摄影测量、X光立体摄影测量、全息摄影测量技术的发展，波形摄影测量、扫描电子显微镜的应用均为近景摄影测量提供了新的特殊测量手段。近景摄影测量不仅在国民经济建设中有着广泛的应用范围，同时在军事工程中，也有着重要的用途。它可用于军事工程的变形观测，军港、码头的倾斜及下沉测量等;在军事医学中可用于病灶定位、外科整形，在武器装备中可用来研究弹体运动速度、轨迹研究和导弹发射架的变形，靶标弹找点的定位，地下核试验中大型竖井的倾斜度测量，飞机、潜艇、抛物面天线的设计、生产的质量检验和变形测量等等。

4 数字摄影测量的应用

4.1多基线数字近景摄影测量系统

多基线数字近景摄影测量系统是利用普通的单反数码相机，运用多基线近景摄影测量原理在短时间内获取被测对象大量的几何、物理信息，运用数字摄影测量工作站得到高精度的地形图和其它测绘成果的摄影测量技术系统。该系统的成功研究就可以使多基线数字近景摄影在铁路勘测工作中得到高效率、高精度的应用，就可以很快得到重要工点地形图、横纵断面图。武汉朗视软件有限公司与武汉大学遥感信息院联合成立的数字摄影测量与计算机视觉研究中心幵发出了一套多基线数字近景摄影测量软件（Lensphoto）具有很强的技术优势，是一个具有自主核心技术的高技术含量和自动化的产品。该产品是在摄影测量专家、中国工程院院士张祖励教授的直接参与和指导下，由研究中心经过四年多曲折不易的探索和努力奋斗，成功地突破了很多技术难题，发现和总结出了数字近景摄影测量的新规律。

4.2 数字摄影测量在城市三维景观建模中的应用

数字摄影测量作为一种新的摄影测量方法，在各种空间数据生产中发挥着一定的作用。在城市三维景观建模中主要有以下作用：

4.2.1 生成城市基础信息

数字线划图（DLG）是城市基本图件的最主要形式，是进行规划、设计、管理等的基础。数字高程模型（DEM）是建立数字城市的基础信息之一，是赖以构建城市三维景观和进行各种工程设计的基础信息。数字正射影像图（DOM），根据数字高程模型对中心投影的航摄影像进行纠正处理、消除了投影差的垂直投影的影像地图。由于它包含地表的各种原始信息，而且通过纠正处理，比例尺和相关位置是准确的，可用于城市规划、环境保护、资源调查、灾害防治以及军事等多种领域。

4.2.2 建立城市真实三维景观模型

城市真实三维景观模型是根据建筑物的实际三维地理坐标，构建真实的城市三维景观模型。城市真实三维景观模型可根据大比例尺航摄影像通过数字摄影测量方法，精确测得结构物的空间三维坐标，由软件自动生成建筑物的结构模型并贴上相应的纹理而构成。

5 结语

数字摄影测量应该是一门相对年轻的学科，由于它利用计算机替代人眼，使得数字摄影测量无论在理论上还是其实践中都将得到迅速发展。它将在三维可视化、GIS数据更新、数学近景摄影测量等方面得到广泛的应用与发展。它对国家基本图更新与其现实性的作用将会显得愈来愈重要。

參考文献：

[1] 范玖国.  三维数字地形图测绘技术的研究[D]. 西安科技大学2009

[2] 邾继贵，叶声华.  基于近景数字摄影的坐标精密测量关键技术研究[J]. 计量学报. 2005（03）

[3] 任宏.  三维场景建模中像片拼接算法与应用研究[D]. 太原理工大学 2004

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