計(jì)算機(jī)發(fā)展對攝影測量的影響

發(fā)布日期：2018-05-22 00:00 瀏覽量：10800

　　航空攝影測量是通過量測航空像片計(jì)算地面真實(shí)坐標(biāo)。攝影測量工作者早就關(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)在攝影測量中的應(yīng)用才逐步深入。

　　攝影測量中的航片與地面關(guān)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(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量發(fā)展的三個階段,即模擬、解析和全數(shù)字測圖。在計(jì)算機(jī)水平發(fā)展還不高時,測圖無法用計(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圖儀,還有為了降低造價,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,價格昂貴。這些儀器在測繪事業(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)僅用于攝影測量的加密。到80年代,計(jì)算機(jī)的發(fā)展,使得解析測圖儀問世,將計(jì)算機(jī)用于測圖領(lǐng)域,把原來模擬儀器的機(jī)械交會求解改用計(jì)算機(jī)計(jì)算,從而簡化了儀器結(jié)構(gòu),降低儀器造價。測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)算速度和存儲容量有了明顯提高,使數(shù)字攝影測量成為現(xiàn)實(shí)。

　　2、計(jì)算機(jī)發(fā)展對攝影測量的影響

　　隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展,攝影測量中最困難的測圖部分用計(jì)算機(jī)來解決,從而使攝影測量步入計(jì)算機(jī)處理的新時代,使得攝影測量產(chǎn)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(tǒng)攝影測量儀器主要分二大類,一類用于測量像片的坐標(biāo),用于加密,提供測圖時控制點(diǎn)坐標(biāo)。第二類是用于測圖,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)地形圖等測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)。由此可看出,計(jì)算機(jī)的發(fā)展對航測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)字測繪產(chǎn)品中,另一重要轉(zhuǎn)變是產(chǎn)品的管理,在模擬圖時代,利用倉庫儲存,用戶親自領(lǐng)取的方式。在數(shù)字時代,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,攝影測量主要著重模型的研究,目的是為了提高測量精度,而現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的水平,對攝影測量計(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提取方面。影像匹配是數(shù)字攝影測量的核心,數(shù)字攝影測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匹配的水平。影像匹配不僅在數(shù)字攝影測量中占有重要地位,同時也是計(jì)算機(jī)視覺目標(biāo)自動識別的核心,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)展在測繪變革中的作用

　　測繪技術(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)展對提高勞動生產(chǎn)率所起的作用。

　　由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展,使得測繪生產(chǎn)工具發(fā)生徹底變革,例如航測成圖生產(chǎn)中所使用的全能測圖儀將要進(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。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,勞動強(qiáng)度減輕。不僅如此,還為測繪產(chǎn)品的應(yīng)用提供了廣闊前景。由于測繪產(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,對于數(shù)值計(jì)算和文字處理己能滿足,但是對于數(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,攝影測量將會提高到一個新的水平。

　　4、攝影測量發(fā)展的新契機(jī)

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

　　但是我們必須清醒地認(rèn)識到:一些數(shù)字攝影測量工作站只是解析測圖儀的替代品;目前的數(shù)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(shù)字攝影測量應(yīng)用于近景攝影測量,攝影測量的理論必須進(jìn)一步發(fā)展;即使是當(dāng)前自動化程度較高的數(shù)字攝影測量工作站,攝影測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)攝影測量的束縛,必須從計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)考慮數(shù)字攝影測量的理論發(fā)展,這正是數(shù)字攝影測量為其理論與實(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。