計算機發(fā)展對攝影測量的影響

　　1、攝影測量的回顧

　　航空攝影測量是通過(guò)量測航空像片計算地面真實(shí)坐標。攝影測量工作者早就關(guān)注計算機在該領(lǐng)域中的應用,但是由于這種計算極為復雜,因此隨著(zhù)計算機的發(fā)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(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為攝影機焦距。
　　x、y為像點(diǎn)坐標。
　　Xs、Ys、Zs為攝站投影中心坐標。
　　X、Y、Z為地面點(diǎn)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(guān)系的復雜性。在此介紹該公式的目的是為了說(shuō)明解算該公式的方法確定了攝影測量發(fā)展的三個(gè)階段,即模擬、解析和全數字測圖。在計算機水平發(fā)展還不高時(shí),測圖無(wú)法用計算機來(lái)實(shí)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(jià),利用簡(jiǎn)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(jià)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(fā)展,使得解析測圖儀問(wèn)世,將計算機用于測圖領(lǐng)域,把原來(lái)模擬儀器的機械交會(huì )求解改用計算機計算,從而簡(jiǎn)化了儀器結構,降低儀器造價(jià)。測圖過(guò)程與模擬儀器相仿。到90年代,計算機有了飛躍發(fā)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(shí)。

　　2、計算機發(fā)展對攝影測量的影響

　　隨著(zhù)計算機的不斷發(fā)展,攝影測量中最困難的測圖部分用計算機來(lái)解決,從而使攝影測量步入計算機處理的新時(shí)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(gè)方面得到反映。

　　(1)測量?jì)x器的徹底改變

　　傳統攝影測量儀器主要分二大類(lèi),一類(lèi)用于測量像片的坐標,用于加密,提供測圖時(shí)控制點(diǎn)坐標。第二類(lèi)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(guò)去大部分從德國、瑞士進(jìn)口,價(jià)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(shí)現航測生產(chǎn)的全過(guò)程。這些儀器與原來(lái)儀器相比,具有結構簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、價(jià)格低、效率高等特點(diǎn)。如果將來(lái)航空攝影采用數碼像機,直接得到數字影像,到那時(shí)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(shí)現地形圖等測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)。由此可看出,計算機的發(fā)展對航測儀器帶來(lái)了徹底變革。

　　(2)產(chǎn)品形式的改變

　　由于計算機的發(fā)展,測繪生產(chǎn)的產(chǎn)品模式發(fā)生了根本變化,由過(guò)去的模擬表達方式改為全數字形式,即4D產(chǎn)品。在數字測繪產(chǎn)品生產(chǎn)中,首先應重視數據的格式,即制訂數據生產(chǎn)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(wú)法應用。在數字測繪產(chǎn)品中,另一重要轉變是產(chǎn)品的管理,在模擬圖時(shí)代,利用倉庫儲存,用戶(hù)親自領(lǐng)取的方式。在數字時(shí)代,利用計算機管理。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(zhù)簡(jiǎn)單、高效方向發(fā)展。模擬產(chǎn)品生產(chǎn)中一個(gè)重要缺陷是繪圖結果不能有效利用,從生產(chǎn)原圖到出版須重復標描多次,而在數字產(chǎn)品生產(chǎn)中該問(wèn)題就不存在。由此也導致航測與制圖無(wú)明確分界?，F在的生產(chǎn)工藝流程主要包括下列部分:航片數字化,把模擬圖像變?yōu)閿底钟跋?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;建立數據庫,實(shí)現數據的有效管理和應用。

　　(4)理論方法上的改變

　　在過(guò)去,攝影測量主要著(zhù)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(diǎn),而轉向影像匹配與信息自動(dòng)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(fā)揮在某種程度上取決于影像自動(dòng)匹配的水平。影像匹配不僅在數字攝影測量中占有重要地位,同時(shí)也是計算機視覺(jué)目標自動(dòng)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(guò)多年研究,結合計算機發(fā)展水平,影像匹配已從理論研究走向實(shí)際應用,這是攝影測量取得的重大進(jìn)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(shí)尚需人工干預。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(fā)展在測繪變革中的作用

　　測繪技術(shù)由于現代科技的發(fā)展正在經(jīng)歷一場(chǎng)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(dòng)生產(chǎn)率所起的作用。

　　由于計算機的發(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,基于計算機的各種處理和管理系統登上歷史舞臺。由于生產(chǎn)工具的改進(jìn),使得傳統的生產(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(dòng)強度減輕。不僅如此,還為測繪產(chǎn)品的應用提供了廣闊前景。由于測繪產(chǎn)品為數字形式,不僅使用方便,經(jīng)過(guò)適當組合和處理,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(zhuān)題圖可生成暈渲專(zhuān)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(shù)雖然得到很大發(fā)展,但在發(fā)展進(jìn)程中又面臨著(zhù)新的問(wèn)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(mǎn)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(zhù)現代科技的發(fā)展,攝影測量將會(huì )提高到一個(gè)新的水平。

　　4、攝影測量發(fā)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(gè)多世紀。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,多數是圍繞歐洲的幾個(gè)著(zhù)名廠(chǎng)商生產(chǎn)的模擬攝影測量儀器進(jìn)行。到50年代末計算機開(kāi)始進(jìn)入攝影測量,攝影測量的研究領(lǐng)域得到了很大的擴展:如解析法空中三角測量、在線(xiàn)空中三角測量、區域網(wǎng)平差、粗差檢測理論、正射糾正、數字測圖等。90年代隨著(zhù)數字攝影測量時(shí)代的到來(lái),相對于傳統的模擬、解析攝影測量,其最大的特點(diǎn)是將計算機視覺(jué)、模式識別技術(shù)應用到攝影測量,實(shí)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(dòng)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(yè)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(jìn)一步發(fā)展;即使是當前自動(dòng)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(diǎn)”的影像匹配技術(shù)。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(diǎn)考慮數字攝影測量的理論發(fā)展,這正是數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,例如:滅點(diǎn)理論與應用、廣義點(diǎn)理論與應用和多基線(xiàn)立體理論與應用。

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