第八章数字摄影测量.docVIP

第八章 数字摄影测量 §8.1 概 述 摄影测量的基本任务是从影像中提取几何信息和物理信息。传统的模拟摄影测量和解析摄影测量方法，都是人工作业完成这两项工作。在模拟立体测图仪或解析测图仪上进行相对定向、绝对定向、测绘地物与地貌，都需要作业员在双眼立体观察情况下完成。而数字摄影测量是利用影像相关技术来代替人眼的目视观测、自动识别同名点，实现几何信息的自动提取。目前，对于物理信息的自动提取，还处于研究阶段，在实际工作中，仍然沿用传统的目视判读方法。 一、数字摄影测量的定义和分类 数字摄影测量是基于摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字图像处理、计算机视觉、模式识别等多学科的理论与方法，从影像提取所摄对象用数字方式表达的几何和物理信息的摄影测量的分支学科。它包括计算机辅助测图和影像数字化测图。 1.计算机辅助测图 计算机辅助测图又称为数字测图，是利用解析测图仪或具有机助系统的模拟测图仪，进行数据采集和数据处理，测绘数字地图，制作数字高程模型，建立测量数据库。如果需要，也可用数控绘图仪输出线划图，或用数控正射投影仪输出正射影像图，或用打印机打印各种表格。计算机辅助测图系统所处理的依然是传统的像片，且对影像的处理仍然需要人眼的立体量测，计算机则起数据记录与辅助处理的作用，是一种半自动化的方式。计算机辅助测图是摄影测量从解析向数字的过渡阶段所采用的技术。 2.影像数字化测图 影像数字化测图是利用计算机对数字影像或数字化影像进行处理，由计算机视觉代替人眼进行立体量测与识别，完成影像几何与物理信息的自动提取。此时不再需要传统的光学和机械仪器，不再采用传统的人工操作方式而是自动化的方式。若处理的原始资料是传统的模拟像片，则要用高精度的影像数字化仪对其数字化，获得数字影像。按对影像进行数字化的程度，影像数字化测图又可分为混合数字摄影测量和全数字摄影测量。 混合数字摄影测量系统是在解析测图仪上安装一对CCD数字相机，对要进行量测的局部影像进行数字化，然后由数字相关(匹配)方式获得点的空间坐标。 全数字摄影测量(也称软拷贝摄影测量)处理的是完整的数字影像或数字化影像。若原始资料是像片，则首先利用影像数字化仪对影像进行完全数字化。利用数字相机获得的数字影像可直接输入计算机。由于自动影像解释仍然处于研究阶段，因而目前全数字摄影测量主要用于测绘数字线划图，生成数字地面模型，制作正射影像图。其主要内容包括：方位参数的解算、核线影像的建立、影像匹配、空间坐标解算、数字表面模型的建立、等值线自动绘制、数字纠正产生正射影像及生成带等值线的正射影像图等。通常所说的数字摄影测量系统就是指全数字摄影测量系统，也是当前测绘部门普遍采用的摄影测量设备。 当影像获取与处理几乎同步进行并在一个视频周期内完成，这就是实时摄影测量，它是全数字摄影测量的一个分支。在实时摄影测量系统中，数字相机必须与计算机联机使用，实时地获取与处理数字影像。实时摄影测量系统需要高性能硬件的支持并运用快速适用的算法。当前，实时摄影测量被用于视觉科学，如计算机视觉、机器视觉及机器人视觉等。它在工业上的典型应用是流水生产线上移动零件或产品的监测。它可用于制造工业、运输、导航及各种需要实时监视与识别物体的情况。对于摄影测量来说，实时摄影测量也是近景摄影测量的数字自动化的进一步发展。 二、数字摄影测量要解决的主要问题 1.影像匹配 影像匹配是实现自动立体量测的关键，也是数字摄影测量的重要研究课题之—。影像匹配的精确性、可靠性、算法的适应性及运算速度均是其重要的研究内容，特别是影像匹配的可靠性一直是其关键之一。多级影像匹配以及从粗到细的匹配策略是早期提出的，但至今仍不失为提高可靠性的有效方法，而近年来发展起来的整体匹配是提高影像匹配可靠性的极其重要的进展。从单点匹配到整体匹配是数字摄影测量影像匹配理论和实践的一个飞跃。多点最小二乘影像匹配、动态规划法影像匹配与松弛法影像匹配等整体影像匹配方法考虑了匹配点与点之间的相互关联性，因而提高了匹配结果的可靠性与结果的相容性、一致性。 2.影像解译 当前，全数字摄影测量主要用于测绘数字地图、自动产生数字地面模型与正射影像图。事实上，数字摄影测量还有另一项基本任务——利用影像信息确定被摄对象的物理属性，即对影像进行自动解译。常规摄影测量采用人工目视判读识别影像对应的物体，而遥感技术则利用多光谱信息和其它信息实现自动分类。数字摄影测量中对居民地、道路、河流等地面目标的自动识别与提取，主要是依赖于对影像结构与纹理的分析，需要提取各种影像特征，包括点特征、线特征与面特征。影像特征提取也是利用基于特征匹配与关系(结构)匹配方法，进行城镇地区大比例尺数字摄影测量和数字近景摄影测量，提取几何信息的需要。 数字摄影测量的基本任务仍然是确定被摄对象的几何与物理属性，实现影像