数字近景摄影测量技术在文物保护以及工业摄影测量中的应用
数字近景摄影测量技术在文物保护以及工业摄影测量中的应用
学院：测绘工程
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日期：年4月30日
摘要
对珍贵文物进行数字化处理，建成基于网络的数字化博物馆系统，可以较好地解决丰富的展品与有限的展览空间、时间的矛盾，进一步开拓博物馆藏品保护、研究和展示的新领域，还可以实现博物馆管理观念和管理手段的现代化。更重要的是精确的文物数字模型记录了文物原始的真实三维信息和纹理信息，为文物修缮和恢复提供了重要的数据和模型支持。
ABSTR AC T
Valuable cultural relics are digitized , built ne t work base d digital museum system , what can better solve the problem what is the space and time about the exhibits , and further explore the museum protection, research and di splay a new field , also can realize the museum manage ment ideas and modern management tools . More import ant is the precise relics digital model recorded relics pri mitive true 3D information and texture information , for the resto ration of cultural relics and recovery and provide important data model support .
目录
1.1 背景和意义 (4)
1.2 国内外研究现状 (5)
2 摄影测量基本原理及一些方法 (7)
3 近景摄影测量在考古中的运用 (7)
4 案例分析 (8)
5近景摄影测量在工业中的运用 (11)
6 案列分析 (11)
参考文献 (18)
1. 1 研究背景和意义
陕西是中华远古文明的重要发祥地，早在一百万年以前，就有人类在此繁衍生息。
先后有十三个王朝建都陕西，可谓是物华天宝。丰富的文化遗存，深厚的文化积淀，形成了陕西独特的历史文化风貌，也给陕西留下了宝贵的物质遗产——古建筑和古文物。
从远古时期的西安半坡遗址和姜寨遗址，到闻名世界的被称之为“中国雕塑艺术史上奇峰”的秦始皇兵马俑，大雁塔、小雁塔，以及各种各样的珍贵稀有文物，可谓数不胜数。
但陕西作为一个文物大省，如何更好的保护和展示这些古文物古建筑就成为一个至关重要的问题。
从1964年至198 4 年，数字近景摄影测量早期阶段，这个时期主要是一些理论的研究，包括误差理论图像处理算法、 C C D 器件的研究及应用、模板匹配算法与多张像片的同时处理技术等，奠定了数字近景摄影测量的理论基础。
从 1 98 4 至 1 98 8 年，初进入数字阶段的逐步发展期，以早期阶段的各种理论为支撑，许多研究者和公司都开始研发数字摄影测量系统，在系统设计、开发、标定等方面都取得了一定成果，为后续的研发奠定了基础[。
从1988 年至1992 年，数字近景摄影测量步入了全面发展时期，越来越多的研究者和大型企业投入到数字近景摄影测量的研究中,成功开发了各种数字近景摄影测量系统,使得近景摄影测量应用领域得到前所未有地拓展，在工业测量、生物立体测量、流量测量、汽车碰撞实验测量和空间探测等领域得到成功的应用。
从1992 年至1996 年，数字近景摄影测量的研究和开发处于更加稳步的发展，许多研究机构研制出了新型的高精度数字摄影测量产品,如美国GS I 公司在1994年对模拟测量系统进行改造后推出了数字测量系统V- S T A R S ，加拿大的EOS公司的P hotoModeler系统、AI C O N 3 D 公司DP A - P ro 系统，挪威的Me t r o no r 公司的Me t r o no r 系统等。
从1996年至今，数字近景摄影测量的研究及应用已步入成熟期。它已能
满足医学领域对图像实时性、几何高精度方面的要求，可用于外科、人体测量学、人类行为动作的监控测量等。并且研究的重点从几何量测精度转为了实时性、全自动化和测量结果的深加工如三维建模与虚拟现实等方面，尤其是激光扫描技术的发展,使得多传感器数据采集及数据融合等问题倍受关注，从而也使数字近景摄影与计算机视觉的关系越发密切。
由于数字近景摄影测量技术的诸多优点，相信在不久后，数字近景摄影测量技术在文物测绘、考古等领域中的应用将越来越广泛，为考古与遗址测绘、古迹保护与古代建筑的变形测量、文物修复和克隆、现场保护性数字影像记录、负载分析与安全监测提供测量数据，并将为艺术地展现其精美传神的雕刻艺术和扩大文物成果的人文研究及旅游价值提供极佳的手段。随着数字近景摄影测量在文物、考古、建筑中的广泛应用，将为文物考古和建筑测绘事业带来开拓性的进展。
1. 2 国内外研究现状
文物三维建模主要包括中小型的单件文物建模和古建筑、遗址等大型古文物的建模工作。近几年，由于古文物保护意识的不断加强以及数字化手段的不断进步，国内外许多科研机构都对文物三维建模进行了应用研究。在国外，美国的斯坦福大学利用激光测距仪对米开郎基罗雕像进行了数字化，使艺术雕像得到了更好的展示与保护；为收集文物、艺术画廊的原始数据，加拿大开发了N RC ' s 3D Im a g i n g 系统；在国内，浙江大学与敦煌研究院合作对敦煌洞窟壁画进行了数字化，并且敦煌研究院承担的“濒危珍贵文物信息的计算机存储与再现系统”列入了国家科委重大课题；为了保护首都博物馆的部分珍贵文物，东北林业大学与北京朝日公司合作对文物进行了数字化工作。最近几十年，文物数字化工作更是数不胜数，摄影测量的原理及一些方法。
2.1基本原理
数字化摄影测量的主要任务是由二维数字化影像恢复空间点的三维坐标.物方点经过像机镜头摄影成像在像平面上(图1),理想的投影成像模型是光学中的小孔成像模型,其本质就是射影几何中的中心透视投影过程.在二维测量中,一般常
用单站摄影测量,由于测量点共面,取Z=0则共线方程(1)可表示为:
为计算方便,常将ai,bi,ci看成相互独立的参数,则式(1)可表示为
各l系数的解算
至少选择4个分布适当的控制点,可以列出多8个的方程,式(3)所示,可以采用最小二乘法解得各l系数的值.
写成矩阵形式为
物方坐标的解算
在求解各个像片的l系数后,对每个物方点,列出2个的解算物方空间坐标(X,Y)方程如式(5)所示
矩阵形式为
1近景摄影测量在考古中的应用
随着社会文物保护意识的提高和计算机技术的日发展,随着测量仪器的不断改进和提高,随着数字化技术和
MIS技术的发展,又为近景摄影测量技术和方法在文物考古、文物保护等方面的应用带来了新的机遇,也为其技术手段和表示方法上增添了新的内容。
现在近景摄影测量及其成果的处理和表示方法在文物保护方面的主要过程和应用领域包括：
1）摄影测量和控制测量
这方面基本上还是沿用过去相同的作业仪器和作业方法,获取被摄物体的立体影像资料,虽然目前民用型数字相机发展极快,但要利用数字相机的影像资料进行制图处理尚待时日,一则是因为目前商用型数字相机的分辨率远远落后于光学影像的分辨率;二是因为数字相机的成像原理以及物点像点间关系完全不同于传统光学相机,对影像资料的处理手段暂无法采用原来的那一套,要建立起全新的一套处理方法和处理设备还有待时日。
2）影像处理及影像资料的建档
在我国这一点是薄弱环节,或者讲是根本没有被重视的环节,对测绘人员来讲,影像资料仅是一种信息载体,是一个中间生产工序环节,而对文物考古部门来讲,也没有认为这类影像资料是文物档案资料中的重要一员。影像资料虽然可以有许多的来源,有些甚至是高品质、高艺术水准和高艺术再现的影像资料,但为测绘目的而拍摄的像片因其所具有的时效性、可量测性、不可重复和不可替代性,使其在文物档案中有极其重要的地位,而且绘图和制图仅是一种信息的分类、综合、获取和处理手段,随着时间的推移、社会
的发展、文物保护和考古研究的需要,旧的信息分类和信息表示方法也会有所变化,或者还需要获取其它的分类信息,如果仍保留原有的近景影像资料则会使后续的工作得以顺利展开。希望这一点能够引起文物保护部门和从事文物摄影测绘工作部门的重视。
2案列分析
安丙家族墓的近景摄影测绘
我们知道文物测绘主要包括两个方面或称两个阶段的工作:外业摄影及控制测量和内业制图处理,良好的外业摄影和控制测量工作是内业制图能否圆满完成的基础和前提,而内业制图方式和图件内容的表达方法又决定了外业工作的技术设计和组织实施。
其中外业摄影采用德国产Zeiss UMK10 1318摄影经纬仪,摄影前针对所摄对像和墓室基本情况进行摄影站点的布置设计,基本要求是涵盖全部制图范围,又要构成有效的立体像对,同时要使立体构像便于观测。现场拍摄最关键的工作是要施光适当,因为安丙家族墓墓室内都是高不过5厘米的浅浮雕和平面凹刻设计的造型图案,而且绝大部份的雕刻图案。都无棱无角平滑过度的,这个时候就要求施光一定要合适,仔细选择施光位置和光照方向;且应当人为地制造和增强一些局部阴影,并保证在拍摄过程中尽量稳定,相位差的存在是微起伏立体感获得的原因,这样才能保证内业制图中能将浅浮雕的细微部分艺术地表现出来。
A 外业控制
控制测量是对按一定构形布设在被摄面上的像片控制点(人工标志点)进行前方交会测量以获得其三维坐标,由于各壁面相对独立,控制测量基线的布设采取了灵活多变的方式,另外对一些比较繁复的装饰花纹图案、墓室顶部的图案、横梁侧面和底部的浅浮雕图案、墓室多层后龛中的浅浮雕图案以及M3、M4、M5中的全部浅浮雕图案,因考虑到了其特殊性(浅雕平面图案),有计划在内业制图时采用一些特殊的手段,对这部分内容进行外业控制时也采取了特殊的方法,如采用相对控制法,即将标志点布置成四边形,钢尺丈量相互间的六条边,通过数学解算求取其相对坐标;为了对M3和M4的弧形墓壁进行摄影制图,有意识地选择5～6个平面拟合替代曲面,控制点就
选择在平面间结合处,并且有意识地加了一些距离控制和垂线方向控制条件,这样既保证了外业控制的准确又使得内业制图时更加方便和有效。
B 内业制图
内业制图是文物测绘中最关键最重要的组成部分,如果说外业摄影和控制测量主要还是沿袭传统测绘作业方法和组织管理,那么内业制图的方法和图种则全面综合考虑了文物档案的特殊要求、艺术表现的合理性和真实性原则以及史料研究和文保设计的要求。
对安丙家族墓的文物测绘考虑到绝大部分都是浅浮雕(高出基面不足5cm),图案细腻,细部丰富,如若测绘微距等值线图也将很难反映出微起伏的变化,图件将毫无艺术性可言,也难以准确表现出雕刻图案的形态和神态,最终采用的是立面图形式。对用立面图表现一个立体形态物体的情况,事先应做好绘图的设计工作,人们观察一个物体或者拍摄下来一个物体,这个物体的不同细部已经通过不同的颜色、不同的色调、不同的阴暗程度、不同的大小、不同的前后景压盖和叠置关系以及大脑的理性思辨建立起了一种透视关系,那么在绘图时就应该通过选择合适的线条、选择线条的联接方式,选择线条的粗细、选择线条的压盖关系等来艺术地再现这样一种透视关系。其中选择必要的线条和综合考虑线条的联接方式非常重要,因为对一个立体化的目标,其本身的体面上并不存在明确的线型体,用线段表示本身就是一种创造性的抽象化的、艺术化的和透视化的表现方法。所以在用立面图方式表示立体型文物时,要求作业人员一定要熟悉艺术表现和视觉表示的一些基本规律,一定要先设计好线段的主次和联接方式,只有这样才能使测绘的平面图件能够真实地艺术地反映出立体文物的形态和神态(图1),才能使我们的测绘产品具有史料性和艺术性,在现代文物测绘中,史料性和艺术性不可分割,相互作用才能推进社会的文保事业发展。
考虑到墓室中还有大量厚度在2～3cm以内的浅浮雕和平面凹刻的图案(藻井、横梁顶面及侧面、壁面下部、供台下部及后龛等),内业制图时对这部分的处理利用控制点(坐标控制点和距离控制点)在光学摄影纠正仪上生成一张比例尺已被归化且投影差已被消除的透明像片,然后手工透绘出全部内容(图2),采用这种方法不但极大地提高了工效,而且也避免了在狭小的墓室中拍摄立体像对的工作。为了保证单片纠正及透描的成果满足要求,我们还采用了相应的辅助措施和检查措施。辅助措施包括控制布置和摄影面选择,检查措施有两项,其一是根据标志点的坐标值在解析投影仪上打印一个十字标志到透明像片上,根据打印标志和原影像标志的重叠程度来判断像片平面图制做是否满足要求(在安丙家族墓的文物测绘中共约制做60幅像片平面图,检查精度在图面上不超过1mm),其二是对有多重龛的情况，首先由立体观测绘制出各重龛的轮廓线,然后用各重龛分别的影像平面图套绘并检查已绘的轮廓线与影像图上线段的重合情况。从制作影像平面图并手工描绘的结果来看,该法所取得的成效极其显著,而且手工描绘时对图案细部的综合和取舍都更加有效,对绘图成果的艺术性把握和操作方面都更便利一些(图3)。所不足的是其成果形式将是传统型和模拟型的,但若通过扫描及矢量化方式仍可将其成果转化成数字型的,且为保护设计、考古研究和出版制图提供了基础。整个安丙家族墓文物测绘成果共计40余幅,
包括各种立面、大样和剖线图。
3近景摄影测量在工业中的应用
摄影测量是一门通过分析记录在胶片或电子载体上的影像"来确定被测物体的位置、大小和形状的科学。近景摄影测量是摄影测量的一个重要分支"是利用对物距不大于300m ( 的目标物摄取的立体像对进行的。伴随着数码相机技术的发展和应用"数字近景摄影测量已经成为一种必然趋势它是近距离获取数字影像相关信息的一种有效手段。近景摄影测量在工业的发展中，起了无法比拟的作用。
4案例分析
A 水利工程监测中的应用
1 外业测量
应用近景摄影测量是摄影测量的一个重要分
支数字近景摄影测量是随着数码相机，数字影像技术，图像处理技术，计算机视觉，三维重建等数字技术发展而发展起来的，数字近景摄影测量在建筑行业水利行业、工业、医学等各个领域也得到了广泛的应用。近景摄影测量比普通测量方法的优越性体现在能在短时间内快速实时实地测定大量准确点的坐标，还能帮助研究各个行业领域内不可触及的对象此外，近景摄影测量在研究某些特定的动态过程时能够在瞬间准确记录下物体的空间位置和状态，并通过对记录下来的动态物体进行定量分析，对变形体变形的发展态势进行很好地预测研究近景摄影测量在水利工程变形监测中的应用不仅在理论上对变形体进行有效论证，而且能提早发现工程实际运用过程中的问题"并及时做出处
理方案"减少变形变形监测属于精密测量的范畴" 测量精度要求。优于
1 mm，为满足精度要求"一般要在监测方案采取一系列措施，以达到
预期效果"这需要根据具体情况进行细述。控制点的选取是近景摄影测
量工作中对周围被测物体实施控制的第一步工作" 其控制的方式多种
多样. 控制点的选择要遵守成像清晰，便于辨认的基本原则同时控制
点的材质选取和数量的多少也是影响控制点坐标精度的主要原因.监
测方法是选取两个不同位置的固定基准点将近景摄影仪安置于选定的
两个基准点上，对变形体上的监测点同时进行摄影"构成立体影像资
料，通过摄影仪的内置立体坐标仪量测相片上各点的三维坐标生成变
形体上各监测点的数据
外业摄影测量.
基本摄影方式有正直摄影和交向摄影两种基本方式，一般情况下，近景摄影测量采用交向摄影方式左右片的拍摄位置是固定的这样就能
保证每次拍摄的变形监测照片都在基本相同的外界条件下拍摄。为提
高监测精度"所选择的两个拍摄位置经常是地形简单，无较大变形移
动，外界干扰较少的地方，且保持所摄对象的两张相片基本对称摄影
比例尺也基本一致两张相片的旋角保持很小。
数据处理
近景摄影相片的处理方法分为模拟法和解析法。模拟法是借助立体测图仪测制被摄影物体的等值线图、立面图、其成果形式单一。
解析法是主要的方法能处理各类摄影机所摄的相片提供较高精度的成
果，而且借助计算机和绘图仪可绘制等值线图、断面图以及立体透视
图还可用数字形式或图解形式输出。工程设计所需要的各类参数如面
积、体积、周长曲率半径、速度、加速度轨迹和质量分布等。
B 近景摄影测量在工业检测中的应用
概述
工业量测检测是在工业生产中不可缺少的一个环节。随着工业技术的进步和发展,市场竞争日趋激烈,把产品的外形、外观设计、内在质量等因素都归并到产品质量的范畴,对产品的质量控制相应提出了更高的要求。作为产品质量控制的
主要部分的工业零件检测系统,其性能和作用发挥得好坏在一定程度上直接影响着产品质量的控制和生产效率的提高。随着数字图像处理、计算机视觉及数字近景摄影测量等技术的发展,高精度影像匹配和相应的数字图像处理技术可达到子像素的精度,甚至达到1/10或1/100个像素的精度。数字近景摄影测量的数据处理所采用严密的自检校光线束平差,对于物方可达10μm级的精度。随着实时与准实时的3维目标信息获取方面技术日臻完善,人们有可能通过实时地利用CCD 摄像机作为图像传感器,通过非接触方式,综合运用数字图像处理、精密测量等技术对目标进行2维或者3维坐
标的高精度量测。实时或准实时数字近景摄影测量主要应用于从获取数字图像到确定所摄物体的形状、位置信息,必须在极短的时间内完成的工作中。实时或准实时数字近景摄影测量技术应用于工业零件的检测,为实时或准实时、全自动、高精度的完成检验过程提供了保证,且能满足工业方面的高标准的要求。利用实时或准实时数字近景摄影测量技术建立起一套这样的系统,其最终目的是使该系统能通过机器实时或准实时的一致性判断的结果,来替代人的非一致性判断,从而实现对工业零件的高精度、全自动检测。系统检验的简要工作流程如下:首先,将2个或2个以上经标定的CCD数字相机,对已布好控制的系统工作台的工业成品直接摄取数字影像,
并构成立体像对,通过传输电缆将获取的数字影像传输到计算机中。通过自动的量测过程、数字图像处理、影像目标点的匹配和摄影测量计算等过程,在计算机中完成量测和处理分析。而计算机内部自动量测过程主要包括:影像增强、特征提取、目标识别,以及点的精确定位(达到子像元素的精度)等过程。处理分析过程主要包括:自动匹配和摄影测量处理以求得物体的3维空间坐标。接下来的工作是对所取得的目标物体信息作进一步的处理,在此是将计算的3维目标信息结果同设计数据信息或CAD数据模型相比较, 并将获得的检验结果和相应的误差分析显示、输出,或与已存储的信息比较进行多时相分析等过程,这样整体实现了实时或准实时的应用数字近景摄影测量技术的工业零件检测过程。
1坐标的自动量测
数字影像坐标的自动量测是获取被检测目标的像点坐标的过程。其量测的精度对匹配速度、匹配算法的适应性、检测结果的准确性具有决定性作用。一
般被摄目标与光源特性、被摄物体的性质、形状等因素有较大的关系。为了使系统在没有人介入的情况下,自动完成处理影像信息的功能,针对我们所选择的检测目标的特性和被检目标的几何特征,对2台或2台以上CCD相机获取的数字立体影像,采用了目标点像素级的概略定位和子像素级的高精度定位。
2目标点的概略定位
1.噪声衰减与图像增强。由于外界环境和CCD相机光电转换的不稳定在获取影像中有噪声,可分别对高频和低频噪声进行处理。影像增强是为了强调一些重要的特征,如目标点或
边缘线等。
2.影像的二值化。经噪声衰减与图像增强的影像,采用先利用阈值T=(最小灰度值+平均灰度值)/2将搜索窗口中的影像二值化为gij(i=0,1,…,n-1;j=0,1,…,m-1)。
3.圆孔影像的圆心坐标点定位。在二值化影像基础上,可采用四连通或八连通域的方法对整个图像进行扫描,给每一连通区域进行惟一的标记,扫描完成后可得到具有不同标记的二值灰度影像。
4.非检测目标的剔除。为了防止将其他灰度均匀的区域错误地搜索为圆形目标,可根据影像的特征先滤去这些区域。利用扫描标记的灰度的统计特性,将具有相同标记的像素进行统计,将远大于或小于某灰度范围的影像进行剔除。也要将同一标记的圆度γ,作为剔除的标准。求得灰度重心后按式(2)计算这个区域的圆度
γ
3 目标点的精确定位
为进行子像素级的高精度定位,运用概略坐
标一定范围的窗口,利用原始灰度影像,采取最小二乘法匹配以达到子像素级的目的。最小二乘影像匹配法充分利用影像窗口内的信息进行平差计算,影像匹配可达到1/10像素甚
至1/100像素的高精度。最小二乘影像匹配以“灰度差的平方和为最小”作为影像匹配的测度。对于一个影像对
g1(x,y)与g2(x,y),如果我们认为影像灰度只存在偶然误差(随机噪声n),即
则最小二乘影像匹配可表示为
∑vv=min(5)一般最小二乘影像匹配同时考虑数字影像的
线性辐射畸变与一次正形几何畸变,即设
x2=a0+a1x+a2y
y2=b0+b1x+b2y
g2=h0+h1g1
其中,a0,a1,a2,b0,b1,b2为数字影像的几何畸变参数;h0,h1为辐射畸变参数。于是最小二乘影像匹配模型转化为
即
式中,dh0,dh1,da0,da1,da2,db0,db1,db2是变形参数改正值;c1,…,c8是误差方程式系数。列出所有点的误差方程后按迭代求解的方法解出各变形参数,再由变形参数计算出目标点在影像上的精确位置。这一过程是在Wong圆点定位算子求得的目标点周围的一个小范围内进行。
4数字摄影测量处理
数字摄影测量处理是在坐标自动量测基础之
上的计算处理。为了进行高精度的计算,必须采
用理论严密的自检校光线束法进行3维坐标的计
算。由于光线束法采用迭代方法,需要较为精确
的初始值,直接线性变换可提供较为准确的初值。
所以,计算过程应主要包括直接线性变换和严密
的自检校光束法平差计算过程。利用不同摄取方
向构成立体像对的影像,其中影像要包含控制台
内的控制点,以作为目标点坐标计算起算的基准。
4.1直接线性变换
直接线性变换算法既不需要在影像上有框标也不需要有摄影机内外方位参数的起始近似值。特别适合于对非量测相机摄取的影像的归化。直接线性变换的基本公式为
DI=L1x+L2y+L3z+L4L9x+L10y+L11z+1
DJ=L5x+L6y+L7z+L8L9x+L10y+L11z+1(8)
其中,x,y为物方坐标;DI,DJ为转换后的影像坐标;L1,…,L11是数字化影像坐标和像片坐标之间的变换参数。式(8)没有考虑影像的畸变。内方位元素和外方位元素的值由L1,…,L11变换参数求得。
光线束法平差
为了获得高精度的近景摄影测量结果,平差系统应采用严密的数学模型，
其中,内外方位元素的初值由直接线性变换结果参数进行计算获得。
系统误差的补偿
平差系统均使用附加参数来扩展平差的函数模型,以抵消部分系统误差的影响。对于附加参数组的选取,数字相机的误差来源主要有:数字化影像变形、镜头畸变和CCD阵列的线性位移。CCD阵列的镜头畸变(δi,δj)可写为
δi=δri+δdi+δm
δj=δrj+δdj(10)
这里,δri,δrj表示镜头x,y方向的径向畸变;δdi,δdj表示离心畸变;δm是扫描方向的线性位移。一般镜头的径向畸变可以写为δr=k1r3+k2r5+k3r7
r=】(I-I0)2+(J-J0)2〈(11)
式中,k1,k2,k3是径向畸变系数;r是像点辐射距。于是,x,y方向的径向畸变可以表示为δri=DIrδr=DI(k1r2+k2r4+k3r6)
δrj=DJrδr=DJ(k1r2+k2r4+k3r6)(12)
离心畸变可以表示为
δdi=[1+p3r2][p1(r2+2DI2)+2p2DIDJ]
δdj=[1+p3r2][p2(r2+2DJ2)+2p1DIDJ] (13)
其中,p1,p2,p3表示离心畸变的改正系数。对于CCD阵列的线性变形一般用一个多项式逼近δm=m1l+m2l3+m3l5+m4l7 (14)。
这样就得到了与式(9)相对应的考虑畸变的严密的自检校光束法平差数学模型。
联合平差
在控制网中,做一些相对控制,对精度的提高会有很大的帮助,相对控制的信息纳入到整体平差可分为2种类型:
1.视量测数据为观测值,相对控制中含有观测值时,由条件方程建立观测值的误差方程式V=BX-D (16)，连同共线条件方程的线性化式V=AX-L (17)按间接平差方法整体解算。
2.相对控制中,不含观测值时,相对控制为共线方程式提供一种制约条件,从而构成附有条件的间接平差模型
CX+W=0 (18)
V=AX-L (19)
按附有条件的间接平差方法求解。
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数字近景摄影测量测图应用探讨
数字近景摄影测量测图应用探讨 摘要：国家社会经济的不断进步与发展，极大地促进了数字近景摄影测量测图 技术的飞跃，研究其相关课题对于提升测图的整体效果具有极为关键的意义。本 文首先介绍了数字图像处理，分析了数字近景摄影测量关键技术，并研究了数字 近景摄影测量技术的应用，望对相关工作的开展有所裨益。 关键词：数字近景摄影；测量；测图；应用 1前言 随着数字近景摄影测量测图应用条件的不断变化，对其技术方法提出了新的要求，因此 有必要对其相关课题展开深入研究与探讨，以期用以指导相关工作的开展与实践。基于此， 本文从概述相关内容着手本课题的研究。 2数字图像处理 图像处理技术作为一项基础技术在各种领域都有着应用。图像是三维景物的二维投影， 三维景物的很多信息并不能在二维图像上体现出来。摄影测量双像测量是图像三维信息提取 的基础技术，通过影像匹配代替传统人工观测，将原始相片的灰度转变为电子、光学、数字 等不同形式信号。影像相关是通过不同信号之间的关联函数评价相似性。取出特定点中心小 区域影像信号，之后在另一个影像区域中区域对应区域影像信号，求得相关函数，以影像新 红分布相似区域作为同名区域。这是自动化立体测量的基本原理。 2.1数字相关 数字图像处理使用了数字相关技术，利用计算机进行数字影像数值计算，进行影像的匹配。数字相关算法除了相关函数，还有协方差函数、差绝对值和、相关精度等方法，数字相 关通常都是二维搜索过程，通过核线相关原理的引入，能够进一步简化为一维搜索。 2.2二维相关 二维相关首先在影像上确定一个待定点作为目标点，之后以目标点选择一定像素数的灰 度阵列，作为目标区域，同时在另一个影像上搜索同名点，估算同名点可能存在的范围，建 立同样大小的灰度阵列进行搜索，计算和目标区域的相似度。 2.3一维相关 核线影响上进行一维搜索，理论来说，目标窗和搜索窗均可视作一维窗口，但是两个影 像窗口相似性通常都是统计量，为了提高结果可靠性，需要尽量丰富的样本，所以目标窗口 像素不能过少，而且目标区域过长会造成灰度信号中心和集合中心之间不重合，相关函数高 峰值和最高信号值一致，影像几何变形影响下会出现很大误差。因此目标区和二维相同时搜 索工作从一个方向进行即可。 3数字近景摄影测量关键技术研究分析 1）现代化数字图像的直接获取与处理。分析传统的图像获取，即电子管摄像机，根据功 能划分，主要包括量测像机、半量测像机、非量测像机，对于量测像机，其主要目的是精密 测量物体的位置、尺寸、运动轨迹，其具有机械结构稳定、镜头光学畸变小、长焦距和相片 尺寸大的特点，但是，随着现代工业的发展，固体式数字摄像机已不断涌现在市场中，即数 字像机，数字像机在各个领域中得到广泛应用，尤其是广播电视，其主要有CCD图像传感器、摄影镜头及相关电子电路等附件构成，根据性能的不同，数字像机分为标准视频摄像机和数 码相机，其主要通过定向反光标志和标志中心的亚像素精确定位的亚像素边缘检测、子像素 精度中心定位来实现物体测量，对于定向反光标志中的RRT标志的“准二值摄影”，可以采用 梯度幅值法来提高图像测量的精度，亚像素精度边缘定位后，采用椭圆最小二乘拟合的方法 来获取反光标志中心，最后确定像素的精度。 2）数字像机的试验场法标定技术、自标定技术。试验场法标定是指对已控制点摄影的单 片相机空间后交会进行求解，其具有计算简单、摄影几何图形要求低、内外参数相关性影响 小的特点，例如某实验采用了28mm/2.8D、视场角为60°*46°的尼康D2H数码相机，在拍摄 过程中，由于相机焦距是固定的，并且设置的摄影距离为3.2m，分别在不同摄影位置对事物 进行顺时针拍摄和逆时针拍摄，为了验证不同参数对标定结果的影响，分别选择不同的畸变
数字近景摄影测量技术在文物保护以及工业摄影测量中的应用
数字近景摄影测量技术在文物保护以及工业摄影测量中的应用 学院：测绘工程 班级： 姓名： 学号： 日期：年4月30日
摘要 对珍贵文物进行数字化处理，建成基于网络的数字化博物馆系统，可以较好地解决丰富的展品与有限的展览空间、时间的矛盾，进一步开拓博物馆藏品保护、研究和展示的新领域，还可以实现博物馆管理观念和管理手段的现代化。更重要的是精确的文物数字模型记录了文物原始的真实三维信息和纹理信息，为文物修缮和恢复提供了重要的数据和模型支持。 ABSTR AC T Valuable cultural relics are digitized , built ne t work base d digital museum system , what can better solve the problem what is the space and time about the exhibits , and further explore the museum protection, research and di splay a new field , also can realize the museum manage ment ideas and modern management tools . More import ant is the precise relics digital model recorded relics pri mitive true 3D information and texture information , for the resto ration of cultural relics and recovery and provide important data model support . 目录
近景摄影测量复习提纲及答案
近景定义：通过摄影手段以确定（地形以外）目标的外形和运动准柜台的科学手段。 优点：1.它是一种瞬间获取被测物体大量物理信息和几何信息的测量手段。2.它是一种非接触性量测手段，不伤及测量目标，不干扰被测物自然状态，可在恶劣条件下作业。3.它是一种适合于动态物体外形和运动状态测定的手段，是一种适用于微观世界和较远目标的测量手段。4.它是一种基于严谨的理论和现代的硬软件，可提供相当高的精度与可靠性的测量手段。 5.它是一种基于数字信息和数字影像技术以及自控技术手段。 6.可提供基于三维空间坐标的各种产品。 缺点：1.技术含量高，需要昂贵的硬件设备投入和较高素质的技术人员，设备的不足以及技术含量的欠缺均会导致不良的测量结果。2.对所有测量对象不一个定是最佳选择。 主要用途：1.古建筑与古文物摄影测量。2.生物医学摄影测量。3.工业摄影测量。 发展状况：在国际上已有五六十年历史，在进京摄影测量与机器视觉委员令的组织下，每两年召开一次国际性的学术讨论会。近景摄影测量，在国内近十余年有较大发展。中国测绘学会摄影测量与遥感委员会负责协调学术交流工作。 内外方位元素的选择：1.内方位元素：恢复（摄影时）光束形状的要素。若有四个框标像在像片P上它们构成一个框标坐标系，像主点在此框标坐标系内的坐标（X0,Y0）以及主距f，即为像片P的内方位元素。 外外方位元素的选择：确定光束在给定物方空间坐标系中的位置与朝向要素。三个直线元素，即坐标值XYZ，用以形容各光束定点（摄影中心）S在物方空间坐标系中的位置。三个角元素，用以形容光束在物方空间坐标系中的朝向。 摄影机的分类：量测摄影机、格网量测摄影机、半量测摄影机、非量测摄影机。 各类摄影机的性能与技术指标：量测摄影机：机械结构稳定，光学性能好； 格网量测摄影机：配有标准网格以改正底片变形，并具备量测摄影机功能； 半量测摄影机：不具备量测摄影机众多功能但配有改正底片变形的格网； 非量测摄影机：内方为元素不能记录，光学畸变颇大，未采取减少或改正底片变形的措施并且不具备记载外部定向参数的功能。 何谓一步像机：一步相机又称一次成像照相机。利用此类相机，在启动快门一分钟后，即可获得照片。感光材料自身，集感光片、电源以及显影定影药浆于一体构成。 非量测用像机有哪些优点和特性：1、社会拥有量大，包括它的通用性与普及性；2、使用方法灵活，包括调焦范围大，可手持摄影，可对任意方向摄影；3、价格相对低廉；4、适合某种专业的特殊要求，如连续摄影、高速摄影、同步摄影、跟踪摄影、显微摄影、有线或无线遥控摄影、全景摄影和水下摄影。 立体摄影机：在已知长度的摄影基线两端，配有两台主光轴平行且与基线垂直的量测摄影机的设备，称之为立体量测摄影机。 CCD的概念、原理和形式：电荷耦合器件CCD是20世纪70年代发展起来的半导体器件。原理：CCD是在N型或P型硅衬底上，生长一层很薄的（约10nm）二氧化硅绝缘层，再在此氧化层上，按一定序列，淀积多个相隔很近的金属电极而生成的。通过光注入方式或电注入方式，将代表输入信号的电荷，引入金属电极下的表面势阱后，通过附加在金属电极上的控制信号，使电荷做存储及转移动作，最后在输出端收集输出信号。 形式：线阵CCD图像传感器、面阵CCD图像传感器、CCD摄影机、固态摄像机 彩色电视机的制式有哪几种：NTSC制式、PAL制式、SECAM制式、EIA制式 夜视器的作用和适应范围：作用：对照度很低的对象进行观察、监视以至测量。 适用范围：应用于黑暗条件下的隐蔽性监视，如野生动物观察、工厂、仓库、海关、边防的巡视、公安与法院的取证以及银行、公司的保安等方面。
近景摄影测量
多基线数字近景摄影测量 近景摄影测量 传统把近到一米内远到100米以内的摄影测量称为近景摄影测量。这样近当然不可能在飞机上，因此，近景又可以称为地面摄影测量。 近景摄影测量难点：航空摄影测量是平行摄影,摄影要求简单,摄影很规范化, 基线不变,摄影关系不变.交会角不变,利于匹配。它的照片也很规则,各单模型是固定基线、摄摄影关系及交会角,非常规范.因而当计算机技术高速发展时,它容易通过连续的空中三角测量实现各单模 型的连接和点的匹配传递从而达到自动化.但是同样是双目视觉的近景摄影测量是交向摄影,它的摄影条件非常复杂,拍摄要求非常苛刻,拍的照片远没有航摄平行摄影那样规范.它本身 的这些因素使它永远解决不了匹配,交会角,精度三者的三角矛盾.无法实现自动化. 三者矛盾：从精度而言: 交会角大,基线长,精度高; 交会角小,基线短,精度低. 从匹配而言: 交会角大,变形大,匹配难; 交会角小,变形小匹配易; 能满足两张影像变形不超过匹配的许可,而又能满足起码的精度,这样的交会角在传统的近景摄影测量---即基于双目观测原理中的近景摄影测量的地面摄影条件几乎是不存在的.这便是近几十年来近景摄影测量无实质进展的根本原因. 矛盾解决：张院士把从空间一个点由两条光线交会的摄影测量基本法则变化为空间一个点由多条光线交会而成的全新概念，彻底解决了数字近景发展的难题。Lensphoto Lensphoto介绍：A.新的理论原理; 传统摄影测量无论是模拟方式，解析方式或是数字化方式，都是基于人眼双目立体视觉的基本原理。Lensphoto实现了从传统基于人眼双目视觉原理到真正基于计算机视觉原理完成摄影测量的跨越；从近景摄影测量技术上讲，这是一套实现了质的飞跃的崭新技术。以计算机视觉原理（多基线）代替人眼双目视觉（单基线）传统摄影测量原理，从空间一个点由两条光线交会的摄影测量基本法则变化为空间一个点由多条光线交会而成的全新概念。B.新的数据获取方式; 旋转多基线摄影: 一个模型可以由多张照片生成,不再是一条摄影基线.多条基线多张照片同时构成多个模型.多基线摄影又分旋转和平行两种摄影方式.这是一种全新的摄影机制.与它对应的软件新处理技术基础便是计算机视觉原理.它将原来按“单模型”处理的交向摄影，扩展为多个模型的区域；比常规的“交向 摄影的单模型”，可大大的减少控制点。C.新的匹配技术; 多片立体匹配: 多基线摄影新机制的引入,使近摄影测量首次有了影像匹配的条件.Lensphoto所采用的是目前国内外最先进的 多片立体匹配技术, 适应于被摄物体的空间分布不连续、断裂、遮挡的新的影像匹配,此技术也是公司的专利.它优于现有一切数字航空摄影测量工作站中的匹配技术.D.首次在近景摄影测量中运用了空中三角测量及平差技术.Lensphoto是世界上第一套将自动空中三角测量和 区域网平差引入近景摄影测量的数字近景摄影测量软件。故它具有极高的精度及自动化。 Lensphoto采用的普通的单反数码相机获得多基线影像，利用可靠的近景多片匹配算法获取大量的同名点，然后通过近景空中三角测量获取向片外方位元素和相机参数，最终通过多光线前方交会及区域自由网平差，自动生成物方区域三维坐标点的点云，从而建立高精度的数字表面模型，进行各种比例尺的线划地形图测绘等等。 性能优势：（1）以普通数码相机取代量测相机，使该技术易于普及。数据采集简单迅速。大大减少外业工作量。内业处理简单容易。（2）精度高。从而可应用行业广。（3）近景摄影测量历史上首次将空中三角测量和平差技术引入。实现了高自动化，高效率。将空中三角测
近景摄影测量应用于建筑测绘
数字近景摄影测量在建筑物变形监测中的应用 摘要：本文介绍了数字近景摄影测量的基本概念，回顾了数字近景摄影测量技术应用于建筑物测绘的研究，并重点分析了在建筑物变形监测中的应用，表明利用数字近景摄影测量技术观测建筑物变形的方法具有效率高、质量好等显著优点。并展望了数字近景摄影测量技术的未来发展。 1.数字近景摄影测量 1.1 数字近景摄影测量的基本概念 近景摄影测量也称非地形摄影测量，是指在0-300m 近距离范围对所研究的各类目标进行摄影，通过对拍摄的图像加工处理，从而确定静态目标的点坐标、表面形状以及动态目标的活动轨迹。近景摄影测量一般包括近景摄影和图像处理两个过程。 随着数码相机的广泛应用，价格愈来愈低廉，使用数码相机的数字近景摄影测量发展越来越快。数字近景摄影测量是指以数字相机为图像采集传感器、并对所摄图像进行数字处理的近景摄影测量。数码相机的出现和不断发展，极大地推动了数字近景摄影测量的发展[1]。 近景摄影测量的摄影机一般分为两种，即量测用的和非量测用的。量测用的摄影机是指专为摄影测量设计的，在像框上设有框标，内方位元素已知或可记录，物镜畸变差很小，主距为固定的或可以调焦的。非量测用的摄影机就是一般使用的相机，特点是内外方位元素一般不知，物镜畸变差比较大，且常常不够稳定。进行数字近景摄影测量的多为以半导体技术CCD 电荷耦合器为基础的数码相机，属于非量测相机。CCD 的状态及灵敏度可长期稳定，因此是可以检校的。在进行精确摄影测量工作前，必须对普通数码相机进行严格的检校。摄影机的检校是指检查和矫正摄影机内方位元素和光学畸变系数的过程。 1.2 数字近景摄影测量的解算模型 数码相机所拍摄的影像内方位元素值未知，因此可以采用直接线性变换模型（Direct Linear Transformation 简称DLT ）。DLT 解法是建立像点坐标仪坐标和相应物点物方空间坐标之间直接的线性关系的解法[2,3]。其基本公式为： 01 111094321=+++++++Z L Y L X L L Z L Y L X L x （1） 01 111098765=+++++++Z L Y L X L L Z L Y L X L y （2） 式（1）和（2）中，L1至L11是11个系数，分别为相片的6个外方位元素（X s ,Y s ,Z s ,φ,ω,К），3个内方位元素（主点的坐标仪坐标x 0、y 0以及拍摄相片的x 方向主距f x ），y 方向相对x 方向的比例变化率d s （即比例尺不一性）以及x 、y 轴间的不正交性d β这11个参数的函数；X 、Y 、Z 是点的空间坐标；x 、y 是相应点的影像坐标。 由于摄影物镜光学畸变差的影响，使得像点、摄站和相应地面点之间的共线关系受到破坏，因此，必须考虑畸变的影响，而光学畸变差主要以辐射方向为主。可考虑加入改正项： 210r κ)x (x Δx ?-= （3） 210r κ)y (y Δy ?-= （4）
多基线数字近景摄影测量
多基线数字近景摄影测量系统Lensphoto 近景摄影测量技术的飞跃 近景摄影测量 传统把近到一米内远到100米以内的摄影测量称为近景摄影测量。这样近当然不可能在飞机上，因此，近景又可以称为地面摄影测量。 近景摄影测量难点：航空摄影测量是平行摄影,摄影要求简单,摄影很规范化, 基线不变,摄影关系不变.交会角不变,利于匹配。它的照片也很规则,各单模型是固定基线、摄摄影关系及交会角,非常规范.因而当计算机技术高速发展时,它容易通过连续的空中三角测量实现各单模型的连接和点的匹配传递从而达到自动化.但是同样是双目视觉的近景摄影测量是交向摄影,它的摄影条件非常复杂,拍摄要求非常苛刻,拍的照片远没有航摄平行摄影那样规范.它本身的这些因素使它永远解决不了匹配,交会角,精度三者的三角矛盾.无法实现自动化. 三者矛盾：从精度而言: 交会角大,基线长,精度高; 交会角小,基线短,精度低. 从匹配而言: 交会角大,变形大,匹配难; 交会角小,变形小匹配易; 能满足两张影像变形不超过匹配的许可,而又能满足起码的精度,这样的交会角在传统的近景摄影测量---即基于双目观测原理中的近景摄影测量的地面摄影条件几乎是不存在的.这便是近几十年来近景摄影测量无实质进展的根本原因. 矛盾解决：张院士把从空间一个点由两条光线交会的摄影测量基本法则变化为空间一个点由多条光线交会而成的全新概念，彻底解决了数字近景发展的难题。 顶级影像匹配技术 Lensphoto采用了著名摄影测量专家张祖勋院士最先进的多片立体匹配技术，其创新发明的多基线摄影测量技术将传统的基于双目视觉的近景摄影测量提高至高度自动化的计算机视觉阶段。 ?新可视化极强的RGB密集点云DSM LensphotoV3.0能便捷生成高精度的RGB数字表面模型DSM，其成果不逊激光扫描仪点云，且在效率、后续处理、外业采集条件限制等方面具有优势，是目前性价比甚高的新技术。 ?独创全新摄影机制——旋转多基线摄影 ?快高自动化操作便捷 Lensphoto首次将自动空三及区域网平差运用到近景之中，更重要的是运用了著名摄影测量专家张祖勋院士的最新的世界领先水平的多片立体匹配技术，使得该系统具有高精度、高自动化、操作便捷、高效率等卓越特点。 ?高精度自由网精度像素级相对精度可达1/10000 高可视化的 RGB点云DSM、DEM、DOM、DLG、真纹理自动映射的三维模型等。
近景摄影测量复习资料
第一章 1.近景摄影测量（Close-range Photogrammetry）：通过摄影手段以确定（地形以外）目标的外形和运动状态。是摄影测量与遥感（Photogrammetry & Remote Sensing）学科的一个分支。 2.与航空摄影测量的异同点 相同点 ⑴.基本原理相同 ⑵.模拟处理方法、解析处理方法、 数字影像处理方法相同 ⑶.某些内业摄影测量仪器的使用 不同点： ⑴.被测量目标物不同 航空摄影测量目标物以地形、地貌为主；近景摄影测量目标物各式各样、千差万别，大到寺庙、飞机、海轮，中到汽车、脚印，小到青蛙、手腕骨、弹壳撞击孔甚至花粉。 ⑵. 测量目的不同 航空摄影测量以测制地形、地貌为主，注重其绝对位置； 近景摄影测量以测定目标物的形状、大小和运动状态为目的，并不注重目标物的绝对位置。⑶. 影像获取设备不同 航空摄影以航摄仪为主； 近景摄影除各种量测摄影机外，还有各类非量测摄影机，如X光机、普通相机、CCD 相机等。 ⑷. 摄影方式不同 航空摄影为近似竖直摄影方式； 近景摄影除正直摄影方式外，还有交向摄影方式（包括多重交向摄影方式） ⑸.目标物纵深尺寸与摄影距离比不同 ⑹. 控制方式不同 航空摄影测量控制以绝对控制点方式为主，且多为明显地物、地貌点； 近景摄影测量除控制点方式外， 还有相对控制方式，常使用人工标志。⑺.近景摄影测量适合动态目标
3.近景摄影测量技术的优缺点 优 ⑴．瞬间获取被测目标的大量几何和物理 信息，适合于测量点数众多的目标； ⑵．非接触测量手段，可在恶劣条件下作 业； ⑶．适合于动态目标测量。 ⑷．可提供相当高的精度与可靠性⑸．可提供基于三维空间坐标的各种产品 缺 ⑴．技术含量高，需较昂贵的设备和高素质人员； ⑵．对所有测量目标并非最佳技术选择；--不能获得质量合格的影像； --待测量点数稀少 4.近景摄影测量的主要应用领域是什么？ ?古文物古建筑摄影测量 ?生物医学摄影测量 ?工业摄影测量 ?5.近景摄影测量常用坐标系(R) 1）像平面坐标系：(x,y) 2）像空间坐标系：(x,y，-f) 3）物方空间坐标系：(XP,YP,ZP) 4）辅助空间坐标系：(Xm,Ym,Zm) 1.内方位元素：恢复摄影时光束形状的要素，包括像主点在框标坐标系的坐标(x0,y0)及像片的主距f。 外方位元素 2.外方位元素：确定摄影光束在物方空间坐标系中的位置与朝向的要素，包括三个直线元素（XS,YS,ZS）,描述摄影中心在物方空间坐标系中的位置以及三个角元素（ψ, ω, κ），描述摄影光束在物方空间坐标系中的朝向。 共线条件方程式描述了像点、摄影中心、物点位于同一直线上的几何关系。
近景摄影测量总结
近景摄影测量总结 1、近景摄影测量是摄影测量与遥感学科的一个分支它通过摄影手段以确定地形以外目标的外形和运动状态。主要包括古文物古建筑摄影测量、工业摄影测量、生物医学摄影测量三个部分。 2、近景摄影测量与航空摄影测量的比较1、相 同点基本原理相同模拟处理方法、解析处理方法、数字影像处理方法基本相同某些内业摄影测量仪器的使用。2、不同点1）测量目的 不同。航空摄影测量以测制地形、地貌为主注重其绝对位置近景摄影测量以测定目标物的形状、大小和运动状态为目的并不注重目标物的绝对位置。2）被测量目标物不同。航空摄影测量目标物以地形、地貌为主近景摄影测量目标物各式各样、千差万别3）目标物纵深尺寸与摄影距离比的变化范围不
同。4）摄影方式不同。航空摄影为近似竖直摄影方式近景摄影除正 直摄影方式外还有交向摄影方式等。5）影像获取设备不同。6）控制方式不同。航空摄影测量的控制方式以控制点为主且多为明显的地 面点近景摄影测量除控制点方式外还有相 对控制方式且常常使用人工标志。7）近景摄 影测量适合动态目标 3、近景摄影测量技术的优点1、瞬间获取被测 目标的大量几何和物理信息适合于测量点数 众多的目标2、非接触测量手段可在恶劣条件下作业3、适合于动态目标测量。 4、近景摄影测量技术的不足1、技术含量高需较昂贵设备和高素质人员2、对所有测量目标并非最佳技术选择--当不能获得质量合格的影像--当待测量点数稀少 5、近景摄影测量精度统计的方法衡量精度的基本指标是被测点的坐标中误差精度1、估算精度: 摄影前按控制方式、条件等的理论估算精度2、内精度:影像处理时按方程组健康度直接计算3、外精度:用多余控制点或条件客观的精度检验 6、影响近景摄影测量精度的因素1、像点坐标的质
近景摄影测量软件
近景摄影测量 传统把近到一米内远到100米以内的摄影测量称为近景摄影测量。这样近当然不可能在飞机上，因此，近景又可以称为地面摄影测量。 近景摄影测量难点：航空摄影测量是平行摄影,摄影要求简单,摄影很规范化, 基线不变,摄影关系不变.交会角不变,利于匹配。它的照片也很规则,各单模型是固定基线、摄摄影关系 及交会角,非常规范.因而当计算机技术高速发展时,它容易通过连续的空中三角测量实现各 单模型的连接和点的匹配传递从而达到自动化.但是同样是双目视觉的近景摄影测量是交向 摄影,它的摄影条件非常复杂,拍摄要求非常苛刻,拍的照片远没有航摄平行摄影那样规范.它本身的这些因素使它永远解决不了匹配,交会角,精度三者的三角矛盾.无法实现自动化. 三者矛盾：从精度而言: 交会角大,基线长,精度高; 交会角小,基线短,精度低. 从匹配而言: 交会角大,变形大,匹配难; 交会角小,变形小匹配易; 能满足两张影像变形不超过匹配的许可,而又能满足起码的精度,这样的交会角在传统 的近景摄影测量---即基于双目观测原理中的近景摄影测量的地面摄影条件几乎是不存在的.这便是近几十年来近景摄影测量无实质进展的根本原因. 矛盾解决：张院士把从空间一个点由两条光线交会的摄影测量基本法则变化为空间一个点由多条光线交会而成的全新概念，彻底解决了数字近景发展的难题。 Lensphoto原理介绍 Lensphoto介绍：A.新的理论原理; 传统摄影测量无论是模拟方式，解析方式或是数字化方式，都是基于人眼双目立体视觉的基本原理。Lensphoto实现了从传统基于人眼双目视觉原理到真正基于计算机视觉原理完成摄影测量的跨越；从近景摄影测量技术上讲，这是一套实现了质的飞跃的崭新技术。以计算机视觉原理（多基线）代替人眼双目视觉（单基线）传统摄影测量原理，从空间一个点由两条光线交会的摄影测量基本法则变化为空间一个点由多条光线交会而成的全新概念。B.新的数据获取方式; 旋转多基线摄影: 一个模型可以由多张照片生成,不再是一条摄影基线.多条基线多张照片同时构成多个模型.多基线摄影又分旋转和平行两种摄影方式.这是一种全新的摄影机制.与它对应的软件新处理技术基础便是计算机视觉原理.它将原来按“单模型”处理的交向摄影，扩展为多个模型的区域；比常规的“交 向摄影的单模型”，可大大的减少控制点。C.新的匹配技术; 多片立体匹配: 多基线摄影新机
近景摄影测量试题
一．填空（1×20=20分）[做在试卷上]： 1．近景摄影测量是摄影测量与遥感学科的分支，主要通过（）手段以确定目标物的（）和（）。 2．近景摄影测量的应用领域主要包括（）摄影测量、（）摄影测量和（）摄影测量三个部分。 3．近景摄影测量的摄影设备按功能可分为（）、（）、（）和（）。 4．摄影机改变主距的方法有（）、（）和（）。 5．近景摄影测量中的两种基本摄影方式是（）和（）。 6．动态目标立体像对获取需两台或两台以上相机进行（）； 7．使用回光反射标志配合近轴光源摄影，可以得到（）影像。 8．恒星检校法可用于相机内方位元素及光学畸变系数的解算，此时，相机需调焦至（）。 kk的单像空间后方交会解法中，物方空9．在解求内外方位元素、畸变系数、21间至少要布置（）个控制点。 10．摄影机中加装密集格网的作用是（）。 二．判断对错（1×10=10分）[做在试卷上]： 1．近景摄影测量主要以测量目标的形状、大小及运动状态为目的，因此物方空间坐标系可以定义为自由坐标系（）。 2．德国UMK型量测摄影机有4个框标，并且其主点偏心（）。 3．被测目标上互相正交的平行线组可用于摄影机内方位元素和外方位直线元素）。的确定（． 4．近景摄影测量中布置的距离相对控制只能作为真值看待（）。 5．使用近景摄影测量方法对人脸进行三维重建时，不需对其实施表面处理（）。6．室内控制场建立中，若没有任何误差，自两测站使用全站仪采用三角高程方法测量任意标志点时的高差之差等于两测站间的高差（）。 7．X光摄影测量中，X光机的主距大于摄影距离（）。
8．近景摄影测量的空间前方交会解法可用于解求待定点的物方空间坐标以及内方位元素（）。 9．在武汉大学近景摄影实验室中检校相机时，不必将相机安置在室内的固定测墩上对三维控制场摄影（）。 10．数字化近景摄影测量就是直接对数字影像进行处理（）。 三、简答题（共25分） 1．近景摄影中常用的坐标系有那几个？（4分） 2．什么是相对控制？举出3个例子。（5分） 3．与航空摄影测量比较，简述近景摄影测量的不同点。（7分） 4．近景摄影测量中建立室内控制场的目的是什么？（3分） 5．进行近景摄影测量精度统计的主要方法有哪些？简要叙述其计算思想？（6分） 四、计算题（共12分） 1．使用Kodak Professional DCS Pro SLR/n型数码相机对某目标物摄影，该目标若取模，11安置的光圈号数为，50mm镜头焦距为，2.5m物在摄影方向的纵深为糊圈直径为20mm，相机调焦在目标物的中心，距离为4m，请计算超焦距，并判断能否获得清晰影像。（6分） 2．由两台Hasselblad 555ELD型数码相机组成的立体摄影测量系统，使用40mm 镜头，两相机间的距离为1.5m，现对某试验模型按正直摄影方式拍摄立体影像对，同名点的影像坐标按单片方式量测，量测精度为±2像素，像素大小为7.07 mm，若要求摄影方向的测量精度优于±3.0mm，请估算最长摄影距离应设置为多少？（6分） 五．就共线条件方程，回答下列问题（共20分） 1．写出以像点坐标为观测值的误差方程一般式，并写出各符号所代表的含义；
近景摄影测量实习心得
近景摄影测量实习心得 摄影测量与遥感实习是摄影测量学和遥感技术相应用的综合实习课。以下是XX收集的近景摄影测量实习心得，仅供大家阅读参考! 近景摄影测量实习心得鉴于学校的性质和地位，学校以城建为特色，以应用性人才为宗旨和目的，所以学校很重视我们的实践，给了本次上机进行摄影测量设计实习，摄影测量教学实习是《摄影测量学》有关实践的重点应用环节。 通过本周的为期一周的实习，使我们本学年将课本理论与实践相结合，使我们深入掌握摄影测量学基本概念和原理，也满足胡锦涛书记在清华大学100年校庆提出的对当代大学生的关于要把学习科学知识与应用实践相结合的要求。同时又利于摄影测量学的基本技能的训练，进一步培养我们分析问题与解决实际应用实践问题的能力，同时也加强了我们的动手能力。通过实际应用使用数字摄影测量工作站，了解数字摄影测量的内定向，相对定向，绝对定向，测图过程及其方法。 编制数字影像分割程序，使我们掌握摄影测量的基本方法与面向应用，为马上到来的工作打下坚实的基础。我们本周实习的重点是数字摄影测量工作程序的操作，数字测量系统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，提取所摄影对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品。 我们有理由与有信心相信，未来的测绘必定是基于远程遥感与近距离的摄影测绘的基本应用，就掌握好摄影测量的基本应用，就掌握了当今测绘的核心，就拥有了整个测绘的半边天，当然，本次实习显然不够，我们对摄影测量的了解还是相当少，根本无法应对更高深的测绘应用，所以，硬勇于探求测绘的知识全面性与应用性，以满足社会的需求。 近景摄影测量实习心得《摄影测量学》是测绘工程专业重要的专业课程。按照培养目标和教学大纲的要求，本课程进行了一周的课程实习。旨在通过本次课程实习来加深对摄影测量学的基础理论、测量原理及方法的理解和掌握程度，切实提高同学们的实践技能。并达到将所学的各章节知识融会贯通，基本能够综合运用已学知识来解决一些实际问题的目的。要求每位同学在实习老师的指导下能独立完成各项实习内容，尤其应熟练操作各种摄影测量仪器，掌握解析摄影测量的全过程，了解数字摄影测量的主要内容及发展趋势。 本次实习院领导予以足够的重视和精心的安排，老师调节好各个方面的关系，给我创造最好的实习环境。在第一天的实习动员会上，赵老师就本次实习的意义、要求实习注意
近景摄影测量考试
填空题 8．恒星检校法可用于相机内方位元素及光学畸变系数的解算，此时，相机需调焦至（）。 9．在解求内外方位元素、畸变系数k1、k2的单像空间后方交会解法中，物方空间至少要布置（）个控制点。 10．摄影机中加装密集格网的作用是（）。 二．判断对错（1×10=10分）[做在试卷上]： 1．近景摄影测量主要以测量目标的形状、大小及运动状态为目的，因此物方空间坐标系可以定义为自由坐标系（）。 2．德国UMK型量测摄影机有4个框标，并且其主点偏心（）。 3．被测目标上互相正交的平行线组可用于摄影机内方位元素和外方位直线元素的确定（）。 4．近景摄影测量中布置的距离相对控制只能作为真值看待（）。 5．使用近景摄影测量方法对人脸进行三维重建时，不需对其实施表面处理（）。6．室内控制场建立中，若没有任何误差，自两测站使用全站仪采用三角高程方法测量任意标志点时的高差之差等于两测站间的高差（）。 8．近景摄影测量的空间前方交会解法可用于解求待定点的物方空间坐标以及内方位元素（）。 四、计算题（共12分） 1．使用Kodak Professional DCS Pro SLR/n型数码相机对某目标物摄影，该目标物在摄影方向的纵深为2.5m，镜头焦距为50mm，安置的光圈号数为11，若取模糊圈直径为20mm，相机调焦在目标物的中心，距离为4m，请计算超焦距，并判断能否获得清晰影像。（6分） 2．由两台Hasselblad 555ELD型数码相机组成的立体摄影测量系统，使用40mm 镜头，两相机间的距离为1.5m，现对某试验模型按正直摄影方式拍摄立体影像对，同名点的影像坐标按单片方式量测，量测精度为±2像素，像素大小为7.07 mm，若要求摄影方向的测量精度优于±3.0mm，请估算最长摄影距离应设置为多少？（6分） 五．就共线条件方程，回答下列问题（共20分） 1．写出以像点坐标为观测值的误差方程一般式，并写出各符号所代表的含义；（6分） 2．如图1所示，为测量某矿体模型的变形情况，在其表面贴敷215个标志点作为变形监测点，另外在边框上布置20个分布合理的标志点用全站仪测量其三维坐标作为控制点。使用数码相机在9个摄站对矿体模型摄影（不调焦），重叠度为100%。若物方控制点坐标作为真值，实地不测外方位元素，列出以内、外方位元素及待定点物方坐标为未知数的光束法平差的误差方程式。指出哪类参数是观测值？误差方程式的个数是多少？多余观测数是多少？（7分）
武汉大学近景摄影测量习题精选
习题精选 1.近景摄影测量的定义及包含的三个组成部分是什么？ 2.近景摄影测量与航空摄影测量的异同点有那些？ 3.近景摄影测量技术的有点与不足各是什么？ 4.进行近景摄影测量精度统计的主要方法有哪三个？并简要叙述其计算原理？ 5.影响近景摄影测量精度的因素有那些？ 6.近景摄影测量中涉及哪些常用坐标系？ 7.共线条件方程、共面条件方程各自代表的几何含义是什么？ 8.近景摄影测量中的影像获取设备是如何分类的？ 9.数字近景摄影测量与数字化近景摄影测量的区别是什么？ 10.近景摄影测量的摄影设备分为哪几类？各类设备的特点是什么？ 11.Wild P31型量测摄影机的性能特点有那些？ 12.UMK型量测摄影机的性能特点有那些？ 13.摄影机改变主距的方法有那些？ 14.什么是立体量测摄影机？ 15.固态摄像设备有那些特点？ 16.固态摄像机按分辨率可以分为哪几类？ 17.近景摄影测量的两种基本摄影方式是什么？ 18.试推导正直摄影条件下的精度估算式。 19.调焦距、超焦距是如何定义的？ 20.景深的概念是什么？如何计算景深？ 21.设物镜焦距f=100mm，取光圈号数k=16，模糊圈直径E=0.05mm，当调焦距D=2m 时， 计算超焦距H、前景距D1、后景距D2及景深ΔD。 22.确定正确曝光时间的推算比较法是如何操作的？如分步推算，保持曝光量不变，遵循 的原则是什么？ 23.如用一架普通135相机对某目标进行测光，安置的感光度为ISO100，光圈号数安 置为8， 此时测得的曝光时间为1/60秒。用P31摄影机对此目标摄影，选用的感光材料的 感光度 为ISO400，安置的光圈号数为11，试确定P31相机的正确曝光时间？（分步推算） 24.获取目标物立体像对的方法主要有那些？ 25.动态目标立体像对的获取方法有那些？ 26.进行被测目标表面处理的目的是什么？方法有那些？ 27.近景摄影测量中，如何设计和使用人工标志？ 28.近景摄影测量中实施控制的目的是什么? 29.近景摄影测量中对控制点的测量精度要求是什么？ 30.什么是相对控制？试举几例。 31.近景摄影测量中，测量控制点一般方法的基本原理与操作步骤是什么？ 32.测量控制点一般方法中，确定控制点高程时，为何无需确定经纬仪高程？ 33.控制点测量中，测站基线如何确定？ 34.室内控制场建立的目的和建设中遵循的原则是什么？ 35.建立活动控制系统的目的是什么？ 36.解析法近景摄影测量按处理方法的原理可以分为哪几类？ 37.基于共线条件方程的解析处理方法主要有哪几种？ 38.解释共线条件方程中各符号的含义。 39.写出以像点坐标为观测值的共线条件方程误差方程一般式，并指出各符号的含义。 40.什么是多片空间前方交会？写出其误差方程式。影响其计算精度的因素有那些？ 41.什么是单像空间后方交会？写出同时解求内外方位元素及畸变系数k1的误差方程
实习心得体会 近景摄影测量实习心得
近景摄影测量实习心得 通过近景摄影测量实习将课堂理论与实践相结合，使学生深入掌握摄影测量学基本概念和原理，加强摄影测量学的基本技能训练。下面是为大家收集整理的近景摄影测量实习心得，欢迎大家阅读。 近景摄影测量实习心得篇1 这次暑期实习，没有像往年那样选择**县，而是不远千里的前往内蒙古区满洲里市，参与到**矿区控制及地形测量的工程当中。相比于以往的教学型实习，真正的工程(实习)显然能够更好的体会所学到的知识。事实也确实是如此，通过这次实习，我真正的体会到了理论联系实际的重要性。测区属于呼伦贝尔草原的一部分，动植物种类较少，地势较为平坦，地貌相对简单，但在这实习的十多天里还是体会到了从未有过的艰辛。现在细细想来，那十多天的经历，虽然艰苦，但却学到了很多，不仅仅是测量的实际能力，更有面对困难的忍耐。 测量学首先是一项精确的工作，通过在学校期间在课堂上对测量学的学习，使我在脑海中形成了一个基本的、理论的测量学轮廓，而实习的目的，就是要将这些理论与实际工程联系起来，这就是工科的特点。测量学是研究地球的形状和大小以及地面点位的科学，从本质上讲，测量学主要完成的任务就是确定地面目标在三维空间的位置以及随时间的变化。在信息社会里，测量学的作用日益重要，测量成果做为地球信息系统的基础，提供了最基本的空间位置信息。构建信息高速公路、基础地理信息系统及各种专题的和专业的地理信息系统，均迫切要求建立具有统一标准，可共享的测量数据库和测量成果信息
系统。因此测量成为获取和更新基础地理信息最可靠，最准确的手段。测量学的分类有很多种，如普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学。作为测绘工程专业的学生，我们要学习测量的各个方面。测绘学基础就是这些专业知识的基础。 通过这次实习，锻炼了很多测绘的基本能力。首先，是熟悉了全站仪的用途，熟练了全站仪的各种使用方法，掌握了仪器的检验和校正方法。其次，在对数据的检查和矫正的过程中，明白了各种测量误差的来源，其主要有三个方面：仪器误差(仪器本身所决定，属客观误差来源)、观测误差(由于人员的技术水平而造成，属于主观误差来源)、外界影响误差(受到如温度、大气折射等外界因素的影响而这些因素又时时处于变动中而难以控制，属于可变动误差来源)。了解了如何避免测量结果错误，最大限度的减少测量误差的方法，即要作到：(1)在仪器选择上要选择精度较高的合适仪器。(2)提高自身的测量水平，降低误差水平。(3)通过各种处理数据的数学方法如：距离测量中的温度改正、尺长改正，多次测量取平均值等来减少误差。第三，除了熟悉了仪器的使用和明白了误差的来源和减少措施，还应掌握一套科学的测量方法，在测量中要遵循一定的测量原则，如："从整体到局部"、"先控制后碎部"、"由高级到低级"的工作原则，并做到"步步有检核"。这样做不但可以防止误差的积累，及时发现错误，更可以提高测量的效率。通过工程实践，真正学到了很多实实在在的东西，比如对测量仪器的操作、整平更加熟练，学会了数字化地形图的绘制和碎部的测量等课堂上无法做到的东西，很大程度上提高了动手和动
近景摄影测量
1.近景摄影测量（Close-range Photogrammetry）是摄影测量与遥感（Photogrammetry & Remote Sensing）学科的一个分支，它通过摄影手段以确定（地形以外）目标的外形和运动状态。主要包括古文物古建筑摄影测量、工业摄影测量和生物医学摄影测量三个部分 2. 近景摄影测量与航空摄影测量的比较 相同点：基本原理相同；模拟处理方法、解析处理方法、数字影像处理方法相同；某些内业摄影测量仪器的使用。 不同点：1）被测量目标物不同。航空摄影测量目标物以地形、地貌为主；近景摄影测量目标物各式各样、千差万别，大到寺庙、飞机、海轮，中到汽车、脚印，小到青蛙、手腕骨、弹壳撞击孔甚至花粉。2）测量目的不同。航空摄影测量以测制地形、地貌为主，注重其绝对位置；近景摄影测量以测定目标物的形状、大小和运动状态为目的，并不注重目标物的绝对位置3）目标物纵深尺寸与摄影距离比不同。4）摄影方式不同。航空摄影为近似竖直摄影方式；近景摄影除正直摄影方式外，还有交向摄影方式（包括多重交向摄影方式）5）影像获取设备不同。航空摄影以航摄仪为主；近景摄影除各种量测摄影机外，还有各类非量测摄影机，如X光机、普通相机、CCD相机等6）控制方式不同。航空摄影测量控制以绝对控制点方式为主，且多为明显地物、地貌点；近景摄影测量除控制点方式外，还有相对控制方式，常使用人工标志7）近景摄影测量适合动态目标。 3. 现有三维测量技术：1)基于测距测角的工程测量；2）基于全球定位系统GNSS的方法；3）三坐标量测仪；4）光截面摄影测量技术；5）基于磁力场的三维坐标测量技术；6）基于三维激光扫描技术的方法；7）基于光干涉原理的测量技术；8）全息技术； 4. 近景摄影测量技术的优点：1）瞬间获取被测目标的大量几何和物理信息，适合于测量点数众多的目标；2）非接触测量手段，可在恶劣条件下作业；3）适合于动态目标测量。 5. 近景摄影测量技术的不足：1）技术含量高，需较昂贵的设备和高素质人员；2）对所有测量目标并非最佳技术选择；--不能获得质量合格的影像；--待测量点数稀少 6. 近景摄影测量精度统计的方法：1）估算精度；2）内精度；3）外精度； 7. 影响近景摄影测量精度的因素：1）像点坐标的质量（影像获取设备的性能、像点坐标量测精度、系统误差的改正程度等）；2）摄影条件（照明、标志）、摄影方式、控制质量；3）图像处理与摄影测量处理的能力、水平，如人工量测与自动量测 1. 近景摄影测量的摄像设备是各类固态摄像机，可以直接获取被测目标的数字影像。光敏元件与物镜系统结合构成固态摄像机。固态摄像机的核心部分是光敏元件，主要有：CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)、CID(Charge Injection Device,电荷注入器件)、PSD(Position Sensitive Detector，位置传感器) 2. CCD的一般知识：CCD实质是按某种规律排列的MOS（金属-氧化物-半导体）电容阵列移位存储器。CCD具有光电转换功能。CCD的工作过程就是电荷的产生、存储和移动 3.固态摄像机的特点：1）全固化，体积小，重量轻；2）像元几何位置精度高，且不会变动3）具有快速的影像获取速度，普通CCD摄像机可达到25-30幅/每秒4）像幅小5）空间分辨率低；6）存在电学误差 4. CCD固态摄像机的分类：1）按结构分为：线阵CCD相机(单线阵，3线阵），面阵CCD 相机;2)按性能分为：标准视频幅面摄像机，高分辨率电视摄像机，静止视频画面照相机 1. 检查和校正摄影机内方位元素和光学畸变系数的过程称为近景摄影机的检校。 2. 检校内容: 1)摄影机主点位置(x0,y0)和主距f ; 2)光学畸变系数；3)调焦后主距变化的测定； 4)调焦后畸变差变化的测定;5)摄影机框标坐标系的测定:6)摄影机偏心常数的测定;7)立体摄影机内外方位元素的检校；8）摄影机同步精度的测定 3. 主距：物镜系统摄影中心到影像平面间的垂直距离，称为主距; 主点：物镜系统摄影中心向影像平面间作垂线，垂足称为主点; 自准直主点: 物镜系统与垂直此光轴的理想像平面的