計(jì)算機(jī)發(fā)展對(duì)攝影測(cè)量的影響

發(fā)布日期：2018-05-22 00:00 瀏覽量：10916

　　航空攝影測(cè)量是通過量測(cè)航空像片計(jì)算地面真實(shí)坐標(biāo)。攝影測(cè)量工作者早就關(guān)注計(jì)算機(jī)在該領(lǐng)域中的應(yīng)用,但是由于這種計(jì)算極為復(fù)雜,因此隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)在攝影測(cè)量中的應(yīng)用才逐步深入。

　　攝影測(cè)量中的航片與地面關(guān)系公式是攝影測(cè)量中最基本公式,該公式為:

　　x=-fa1(X-Xs)+b1(Y-Ys)+c1(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)
　　y=-fa2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)
　　式中a、b、c為方向余弦,與航向、旁向傾角和旋角有關(guān),其關(guān)系式為:
　　a1=cosφcosκ+sinφsinωsinκ
　　b1=cosφsinκ-sinφsinωcosκ
　　c1=sinφcosω
　　a2=-cosωsinκ
　　b2=cosωcosκ
　　c2=sinω
　　a3=-sinφcosκ+cosφsinωsinκ
　　b3=-sinφsinκ-cosφsinωcosκ
　　c3=cosφcosω
　　f為攝影機(jī)焦距。
　　x、y為像點(diǎn)坐標(biāo)。
　　Xs、Ys、Zs為攝站投影中心坐標(biāo)。
　　X、Y、Z為地面點(diǎn)坐標(biāo)。

　　攝影測(cè)量中的其它許多公式可由此公式推導(dǎo)而成,因此該公式是攝影測(cè)量的基礎(chǔ),從該公式中可清楚看到計(jì)算關(guān)系的復(fù)雜性。在此介紹該公式的目的是為了說明解算該公式的方法確定了攝影測(cè)量發(fā)展的三個(gè)階段,即模擬、解析和全數(shù)字測(cè)圖。在計(jì)算機(jī)水平發(fā)展還不高時(shí),測(cè)圖無法用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn),只能用機(jī)械模擬的辦法,例如多倍儀和各種精密全能測(cè)圖儀,還有為了降低造價(jià),利用簡化公式設(shè)計(jì)的模擬儀器。這些儀器由于精度要求極高,因此制造困難,價(jià)格昂貴。這些儀器在測(cè)繪事業(yè)中起到了一定的歷史作用。在60-70年代,由于容量和計(jì)算速度的限制,計(jì)算機(jī)僅用于攝影測(cè)量的加密。到80年代,計(jì)算機(jī)的發(fā)展,使得解析測(cè)圖儀問世,將計(jì)算機(jī)用于測(cè)圖領(lǐng)域,把原來模擬儀器的機(jī)械交會(huì)求解改用計(jì)算機(jī)計(jì)算,從而簡化了儀器結(jié)構(gòu),降低儀器造價(jià)。測(cè)圖過程與模擬儀器相仿。到90年代,計(jì)算機(jī)有了飛躍發(fā)展,特別是1995年以后,其計(jì)算速度和存儲(chǔ)容量有了明顯提高,使數(shù)字攝影測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)。

　　2、計(jì)算機(jī)發(fā)展對(duì)攝影測(cè)量的影響

　　隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展,攝影測(cè)量中最困難的測(cè)圖部分用計(jì)算機(jī)來解決,從而使攝影測(cè)量步入計(jì)算機(jī)處理的新時(shí)代,使得攝影測(cè)量產(chǎn)生了巨大的變化,該變化可從下列四個(gè)方面得到反映。

　　(1)測(cè)量儀器的徹底改變

　　傳統(tǒng)攝影測(cè)量儀器主要分二大類,一類用于測(cè)量像片的坐標(biāo),用于加密,提供測(cè)圖時(shí)控制點(diǎn)坐標(biāo)。第二類是用于測(cè)圖,通常為機(jī)械模擬方式。這些儀器由于精度高,制造比較困難,過去大部分從德國、瑞士進(jìn)口,價(jià)格自然昂貴。而現(xiàn)在只要有高精度像片數(shù)字化儀和基于計(jì)算機(jī)的處理系統(tǒng),便可實(shí)現(xiàn)航測(cè)生產(chǎn)的全過程。這些儀器與原來儀器相比,具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價(jià)格低、效率高等特點(diǎn)。如果將來航空攝影采用數(shù)碼像機(jī),直接得到數(shù)字影像,到那時(shí)像片數(shù)字化儀都不要,利用基于計(jì)算機(jī)的一些處理系統(tǒng)便可實(shí)現(xiàn)地形圖等測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)。由此可看出,計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)航測(cè)儀器帶來了徹底變革。

　　(2)產(chǎn)品形式的改變

　　由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展,測(cè)繪生產(chǎn)的產(chǎn)品模式發(fā)生了根本變化,由過去的模擬表達(dá)方式改為全數(shù)字形式,即4D產(chǎn)品。在數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品生產(chǎn)中,首先應(yīng)重視數(shù)據(jù)的格式,即制訂數(shù)據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。目前各國的標(biāo)準(zhǔn)不一致,因此在用數(shù)據(jù)前,必須先了解數(shù)據(jù)格式,否則無法應(yīng)用。在數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品中,另一重要轉(zhuǎn)變是產(chǎn)品的管理,在模擬圖時(shí)代,利用倉庫儲(chǔ)存,用戶親自領(lǐng)取的方式。在數(shù)字時(shí)代,利用計(jì)算機(jī)管理。在管理上更為科學(xué),使用更為方便。

　　(3)生產(chǎn)工藝的改變

　　由于處理方法和產(chǎn)品形式的改變,使得生產(chǎn)工藝流程也產(chǎn)生重大變化,朝著簡單、高效方向發(fā)展。模擬產(chǎn)品生產(chǎn)中一個(gè)重要缺陷是繪圖結(jié)果不能有效利用,從生產(chǎn)原圖到出版須重復(fù)標(biāo)描多次,而在數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)中該問題就不存在。由此也導(dǎo)致航測(cè)與制圖無明確分界。現(xiàn)在的生產(chǎn)工藝流程主要包括下列部分:航片數(shù)字化,把模擬圖像變?yōu)閿?shù)字影像;影像處理和信息提取,包括影像幾何糾正及產(chǎn)品信息的提取與編輯;建立數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效管理和應(yīng)用。

　　(4)理論方法上的改變

　　在過去,攝影測(cè)量主要著重模型的研究,目的是為了提高測(cè)量精度,而現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的水平,對(duì)攝影測(cè)量計(jì)算而言,已根本解決,可以用最嚴(yán)密的公式計(jì)算,解算精度能得到完全保證。攝影測(cè)量幾何模型已不再是研究的重點(diǎn),而轉(zhuǎn)向影像匹配與信息自動(dòng)提取方面。影像匹配是數(shù)字攝影測(cè)量的核心,數(shù)字攝影測(cè)量的效能能否得到充分發(fā)揮在某種程度上取決于影像自動(dòng)匹配的水平。影像匹配不僅在數(shù)字攝影測(cè)量中占有重要地位,同時(shí)也是計(jì)算機(jī)視覺目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別的核心,為此影像匹配引起許多學(xué)者的關(guān)注。經(jīng)過多年研究,結(jié)合計(jì)算機(jī)發(fā)展水平,影像匹配已從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用,這是攝影測(cè)量取得的重大進(jìn)展。由于地面影像極其復(fù)雜,影像匹配尚不能做到完全成功,目前當(dāng)匹配失敗時(shí)尚需人工干預(yù)。在信息提取方面,已進(jìn)行了大量研究,有些進(jìn)展,但距實(shí)際應(yīng)用尚有較大距離,這方面是今后應(yīng)努力研究的方向。

　　3、計(jì)算機(jī)的發(fā)展在測(cè)繪變革中的作用

　　測(cè)繪技術(shù)由于現(xiàn)代科技的發(fā)展正在經(jīng)歷一場深刻的變革,從該變革中我們可清楚看到科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率所起的作用。

　　由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展,使得測(cè)繪生產(chǎn)工具發(fā)生徹底變革,例如航測(cè)成圖生產(chǎn)中所使用的全能測(cè)圖儀將要進(jìn)入歷史博物館,基于計(jì)算機(jī)的各種處理和管理系統(tǒng)登上歷史舞臺(tái)。由于生產(chǎn)工具的改進(jìn),使得傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式得到徹底的改變。

　　由于測(cè)繪中引用了這些高科技,使得信息獲取更為方便,生產(chǎn)速度加快,生產(chǎn)成本降低,勞動(dòng)強(qiáng)度減輕。不僅如此,還為測(cè)繪產(chǎn)品的應(yīng)用提供了廣闊前景。由于測(cè)繪產(chǎn)品為數(shù)字形式,不僅使用方便,經(jīng)過適當(dāng)組合和處理,便可生成形式多樣的產(chǎn)品或其它形式的副產(chǎn)品,例如,從DEM可以生成坡度圖、坡向圖、暈渲圖,利用DEM和專題圖可生成暈渲專題圖。由于是數(shù)字形式,為綜合分析提供了條件,為深層次的應(yīng)用提供了可能。

　　測(cè)繪技術(shù)雖然得到很大發(fā)展,但在發(fā)展進(jìn)程中又面臨著新的問題和困難,例如航天遙感的發(fā)展,可以大量獲取各種信息,如何快速、高效處理這些數(shù)據(jù),己擺在我們面前。目前計(jì)算機(jī)的水平,對(duì)于數(shù)值計(jì)算和文字處理己能滿足,但是對(duì)于數(shù)字影像的信息提取和影像分析尚不能適應(yīng),期望新一代計(jì)算機(jī)的研制。我們相信,隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,攝影測(cè)量將會(huì)提高到一個(gè)新的水平。

　　4、攝影測(cè)量發(fā)展的新契機(jī)

　　從20世紀(jì)初起,以純精密、光機(jī)的模擬攝影測(cè)量儀器為特征的攝影測(cè)量一直持續(xù)了半個(gè)多世紀(jì)。在此期間,攝影測(cè)量的教學(xué)、極少量的科研,除所謂的變換光束理論研究以外,多數(shù)是圍繞歐洲的幾個(gè)著名廠商生產(chǎn)的模擬攝影測(cè)量儀器進(jìn)行。到50年代末計(jì)算機(jī)開始進(jìn)入攝影測(cè)量,攝影測(cè)量的研究領(lǐng)域得到了很大的擴(kuò)展:如解析法空中三角測(cè)量、在線空中三角測(cè)量、區(qū)域網(wǎng)平差、粗差檢測(cè)理論、正射糾正、數(shù)字測(cè)圖等。90年代隨著數(shù)字攝影測(cè)量時(shí)代的到來,相對(duì)于傳統(tǒng)的模擬、解析攝影測(cè)量,其最大的特點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)視覺、模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到攝影測(cè)量,實(shí)現(xiàn)了內(nèi)定向、相對(duì)定向、空中三角測(cè)量、數(shù)字高程模型(DEM)生成等的(半)自動(dòng)化。數(shù)字攝影測(cè)量不僅僅將傳統(tǒng)攝影測(cè)量儀器各種功能全部應(yīng)用計(jì)算機(jī),以提高工效、降低對(duì)作業(yè)員的要求,而且正在不斷地?cái)U(kuò)充攝影測(cè)量的功能。

　　但是我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到:一些數(shù)字攝影測(cè)量工作站只是解析測(cè)圖儀的替代品;目前的數(shù)字攝影測(cè)量工作站主要只適合于航空、航天攝影測(cè)量,而近景、地面攝影測(cè)量與它有很大差異,將數(shù)字攝影測(cè)量應(yīng)用于近景攝影測(cè)量,攝影測(cè)量的理論必須進(jìn)一步發(fā)展;即使是當(dāng)前自動(dòng)化程度較高的數(shù)字攝影測(cè)量工作站,攝影測(cè)量的主要研究還僅僅在“同名點(diǎn)”的影像匹配技術(shù)。因此,我們必須跳出傳統(tǒng)攝影測(cè)量的束縛,必須從計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)考慮數(shù)字攝影測(cè)量的理論發(fā)展,這正是數(shù)字攝影測(cè)量為其理論與實(shí)踐的發(fā)展提出了嶄新的契機(jī),例如:滅點(diǎn)理論與應(yīng)用、廣義點(diǎn)理論與應(yīng)用和多基線立體理論與應(yīng)用。