計算機發展對攝影測量的影響

發布日期：2018-05-22 00:00 瀏覽量：16269

　　航空攝影測量是通過量測航空像片計算地面真實坐標。攝影測量工作者早就關注計算機在該領域中的應用,但是由于這種計算極為復雜,因此隨著計算機的發展,計算機在攝影測量中的應用才逐步深入。

　　攝影測量中的航片與地面關系公式是攝影測量中最基本公式,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,其關系式為:
　　a1=cosφcosκ+sinφsinωsinκ
　　b1=cosφsinκ-sinφsinωcosκ
　　c1=sinφcosω
　　a2=-cosωsinκ
　　b2=cosωcosκ
　　c2=sinω
　　a3=-sinφcosκ+cosφsinωsinκ
　　b3=-sinφsinκ-cosφsinωcosκ
　　c3=cosφcosω
　　f為攝影機焦距。
　　x、y為像點坐標。
　　Xs、Ys、Zs為攝站投影中心坐標。
　　X、Y、Z為地面點坐標。

　　攝影測量中的其它許多公式可由此公式推導而成,因此該公式是攝影測量的基礎,從該公式中可清楚看到計算關系的復雜性。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量發展的三個階段,即模擬、解析和全數字測圖。在計算機水平發展還不高時,測圖無法用計算機來實現,只能用機械模擬的辦法,例如多倍儀和各種精密全能測圖儀,還有為了降低造價,利用簡化公式設計的模擬儀器。這些儀器由于精度要求極高,因此制造困難,價格昂貴。這些儀器在測繪事業中起到了一定的歷史作用。在60-70年代,由于容量和計算速度的限制,計算機僅用于攝影測量的加密。到80年代,計算機的發展,使得解析測圖儀問世,將計算機用于測圖領域,把原來模擬儀器的機械交會求解改用計算機計算,從而簡化了儀器結構,降低儀器造價。測圖過程與模擬儀器相仿。到90年代,計算機有了飛躍發展,特別是1995年以后,其計算速度和存儲容量有了明顯提高,使數字攝影測量成為現實。

　　2、計算機發展對攝影測量的影響

　　隨著計算機的不斷發展,攝影測量中最困難的測圖部分用計算機來解決,從而使攝影測量步入計算機處理的新時代,使得攝影測量產生了巨大的變化,該變化可從下列四個方面得到反映。

　　(1)測量儀器的徹底改變

　　傳統攝影測量儀器主要分二大類,一類用于測量像片的坐標,用于加密,提供測圖時控制點坐標。第二類是用于測圖,通常為機械模擬方式。這些儀器由于精度高,制造比較困難,過去大部分從德國、瑞士進口,價格自然昂貴。而現在只要有高精度像片數字化儀和基于計算機的處理系統,便可實現航測生產的全過程。這些儀器與原來儀器相比,具有結構簡單、體積小、重量輕、價格低、效率高等特點。如果將來航空攝影采用數碼像機,直接得到數字影像,到那時像片數字化儀都不要,利用基于計算機的一些處理系統便可實現地形圖等測繪產品的生產。由此可看出,計算機的發展對航測儀器帶來了徹底變革。

　　(2)產品形式的改變

　　由于計算機的發展,測繪生產的產品模式發生了根本變化,由過去的模擬表達方式改為全數字形式,即4D產品。在數字測繪產品生產中,首先應重視數據的格式,即制訂數據生產標準。目前各國的標準不一致,因此在用數據前,必須先了解數據格式,否則無法應用。在數字測繪產品中,另一重要轉變是產品的管理,在模擬圖時代,利用倉庫儲存,用戶親自領取的方式。在數字時代,利用計算機管理。在管理上更為科學,使用更為方便。

　　(3)生產工藝的改變

　　由于處理方法和產品形式的改變,使得生產工藝流程也產生重大變化,朝著簡單、高效方向發展。模擬產品生產中一個重要缺陷是繪圖結果不能有效利用,從生產原圖到出版須重復標描多次,而在數字產品生產中該問題就不存在。由此也導致航測與制圖無明確分界。現在的生產工藝流程主要包括下列部分:航片數字化,把模擬圖像變為數字影像;影像處理和信息提取,包括影像幾何糾正及產品信息的提取與編輯;建立數據庫,實現數據的有效管理和應用。

　　(4)理論方法上的改變

　　在過去,攝影測量主要著重模型的研究,目的是為了提高測量精度,而現在計算機的水平,對攝影測量計算而言,已根本解決,可以用最嚴密的公式計算,解算精度能得到完全保證。攝影測量幾何模型已不再是研究的重點,而轉向影像匹配與信息自動提取方面。影像匹配是數字攝影測量的核心,數字攝影測量的效能能否得到充分發揮在某種程度上取決于影像自動匹配的水平。影像匹配不僅在數字攝影測量中占有重要地位,同時也是計算機視覺目標自動識別的核心,為此影像匹配引起許多學者的關注。經過多年研究,結合計算機發展水平,影像匹配已從理論研究走向實際應用,這是攝影測量取得的重大進展。由于地面影像極其復雜,影像匹配尚不能做到完全成功,目前當匹配失敗時尚需人工干預。在信息提取方面,已進行了大量研究,有些進展,但距實際應用尚有較大距離,這方面是今后應努力研究的方向。

　　3、計算機的發展在測繪變革中的作用

　　測繪技術由于現代科技的發展正在經歷一場深刻的變革,從該變革中我們可清楚看到科學技術的發展對提高勞動生產率所起的作用。

　　由于計算機的發展,使得測繪生產工具發生徹底變革,例如航測成圖生產中所使用的全能測圖儀將要進入歷史博物館,基于計算機的各種處理和管理系統登上歷史舞臺。由于生產工具的改進,使得傳統的生產方式得到徹底的改變。

　　由于測繪中引用了這些高科技,使得信息獲取更為方便,生產速度加快,生產成本降低,勞動強度減輕。不僅如此,還為測繪產品的應用提供了廣闊前景。由于測繪產品為數字形式,不僅使用方便,經過適當組合和處理,便可生成形式多樣的產品或其它形式的副產品,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。由于是數字形式,為綜合分析提供了條件,為深層次的應用提供了可能。

　　測繪技術雖然得到很大發展,但在發展進程中又面臨著新的問題和困難,例如航天遙感的發展,可以大量獲取各種信息,如何快速、高效處理這些數據,己擺在我們面前。目前計算機的水平,對于數值計算和文字處理己能滿足,但是對于數字影像的信息提取和影像分析尚不能適應,期望新一代計算機的研制。我們相信,隨著現代科技的發展,攝影測量將會提高到一個新的水平。

　　4、攝影測量發展的新契機

　　從20世紀初起,以純精密、光機的模擬攝影測量儀器為特征的攝影測量一直持續了半個多世紀。在此期間,攝影測量的教學、極少量的科研,除所謂的變換光束理論研究以外,多數是圍繞歐洲的幾個著名廠商生產的模擬攝影測量儀器進行。到50年代末計算機開始進入攝影測量,攝影測量的研究領域得到了很大的擴展:如解析法空中三角測量、在線空中三角測量、區域網平差、粗差檢測理論、正射糾正、數字測圖等。90年代隨著數字攝影測量時代的到來,相對于傳統的模擬、解析攝影測量,其最大的特點是將計算機視覺、模式識別技術應用到攝影測量,實現了內定向、相對定向、空中三角測量、數字高程模型(DEM)生成等的(半)自動化。數字攝影測量不僅僅將傳統攝影測量儀器各種功能全部應用計算機,以提高工效、降低對作業員的要求,而且正在不斷地擴充攝影測量的功能。

　　但是我們必須清醒地認識到:一些數字攝影測量工作站只是解析測圖儀的替代品;目前的數字攝影測量工作站主要只適合于航空、航天攝影測量,而近景、地面攝影測量與它有很大差異,將數字攝影測量應用于近景攝影測量,攝影測量的理論必須進一步發展;即使是當前自動化程度較高的數字攝影測量工作站,攝影測量的主要研究還僅僅在“同名點”的影像匹配技術。因此,我們必須跳出傳統攝影測量的束縛,必須從計算機的特點考慮數字攝影測量的理論發展,這正是數字攝影測量為其理論與實踐的發展提出了嶄新的契機,例如:滅點理論與應用、廣義點理論與應用和多基線立體理論與應用。