当代摄影测量的发展与定位

当代摄影测量的发展与定位

当代摄影测量的发展与定位

摘要本文从摄影测量最基本的原理出发～简单回顾了它的发展历程～着重讨论了当代信息技术对摄影测量技术的影响以及最新理论的发展～最后～对全数字摄影测量作为一门学科和技术的定位进行了讨论。得出了以下结论:全数字摄影测量是对传统摄影测量学技术意义上的否定～理论意义上的发展～应用意义上的拓宽。是传统摄影测量学符合发展逻辑的必然和新阶段～既是终结～又是新的开始。

关健词全数字摄影测量,计算机视觉,遥感,配准,模式识别,信息技术,空间技术

引言当代高科技发展的一个显著特征就是某个领域的突破对邻域的强带动性和强融合性，并反过来促进本领域更强劲的发展，从而导致新产业的诞生。摄影测量的发展就是一个很好的例证，当代信息技术的发展，促使摄影测量不可避免的进入了“全数字摄影测量”阶段，无论是从技术设备，理论方法，还是产品形式极其应用，都给人焕然一新的感觉。面对这种局面，就产生了两种截

[1]然不同的看法:一种认为是“摄影测量的终结”，而另一种则认为“摄影测量很有活力”。这两种看法各有合理和不合理之处，我认为:应辨证的看待摄影测量的发展，在迎接新的发展机遇的同时，还应意识到严峻的挑战，过于悲观或过于乐观的“极端”态度，都不利于学科的发展。 1 摄影测量的历史回顾

1.1摄影测量的基本原理

摄影测量就是对研究对象进行摄影，根据透视几何的原理，通过像点的位置推求出物点的位置。

[8]摄影测量中的航片与地面之间的关系公式是摄影测量中的最基本公式，该公式为:

a1( X- Xs) + b1( Y- Ys) + c1( Z- Zs)x=-fa3( X- Xs) + b3( Y- Ys) +

c3( Z- Zs)

a2( X- Xs) + b2( Y- Ys) + c2( Z- Zs)y=-fa3( X- Xs) + b3( Y- Ys) +

c3( Z- Zs)

式中 a、b、c为方向余弦 ,与航向、旁向倾角和旋角有关 ,其关系式为: a1=cosφcosκ+ sinφsinωsinκ，b1=cosφsinκ- sinφsinωcosκ，

c1=sinφcosω;

a2=-cosωsinκ，b2=cosωcosκ，c2=sinω;

a3=- sinφcosκ+ cosφsinωsinκ，b3=- sinφsinκ- cosφsinωcosκ，c3=cosφcosω;

f为摄影机焦距，x、y为像点坐标，Xs、Ys、Zs为摄站投影中心坐标，X、Y、Z为地面点坐标。摄影测量中的其它许多公式可由此公式推导而成，因此该公式是摄影测量的基础，是摄影测量最基本的原理，可称为摄影测量“生命的魂”。摄影测量的技术设备可以更新，理论方法可以丰富，应用范围可以拓宽，而该基本原理是不会改变的，也永远不会被“淘汰”;因为它是真理，反映了摄影测量学所包含的基本矛盾的客观规律，因此，任何所谓“摄影测量的消失”的担心都是多余的。

1.2 摄影测量的发展阶段

从上面的公式中可清楚看到摄影测量计算关系的复杂性。起初，为了避免“繁琐的计算”，人们只好利用光学器械“模拟”装置，实现了复杂的摄影测量计算。这就是所谓的“模拟摄影测量”阶段;后来，随着摸数转换技术、计算机技术与自动控制技术的发展，人们利用计算机实时地进行共线方程的解算，从而交会出被摄物体的空间位置，实现了“数字投影代替物理投影”的梦想，迈进了“解析摄影测量”阶段;到了现代，随着计算机技术的进步及其应用的发展以及数字图像处理、

模式识别、人工智能、计算机视觉等学科的不断发展，摄影测量技术与理论的各个环节都“数字化”

了，尤其是数字影像(如SPOT影像)或数字化图像更多地代替了(航空)像片;计算机视觉代替了人眼的立体观测;计算机及其外设代替了昂贵的立体摄影测量仪器—人类跨进了数字摄影测量时代，而且数字摄影测量的内涵已远远超过了传统摄影测量的范围，成为摄影测量学与计算机科学的

，，[345]交叉科学。这三个阶段的特点如图1.1所示，从以上的分析中，我们不难体会到高新技术对传统学科的推动作用。

表1.1 摄影测量三个发展阶段的特点(摘自文献[8]) 发展阶段原始资料投影方式仪器操作方式产品模拟摄影测量像片物理投影模拟测图仪作业员手工模拟产品解析摄影测量像片数字投影解析测图仪机助作业员操作模拟产品数字产品

像片数字产品自动化操作

数字摄影测量数字化影像数字投影计算机 +作业员干预模拟产品

数字影像

2 当代信息(数字化)技术对摄影测量的影响

2.1 技术意义上的影响，[46] 基于当代信息技术的数字摄影测量首先彻底淘汰了传统的摄影测量仪器。传统摄影测量仪器主要分二大类 ,一类用于测量像片的坐标 ,用于加密 ,提供测图时控制点坐标。第二类是用于测图 ,通常为机械模拟方式。这些仪器精度高 ,制造工艺复杂 ,过去大部分从德国、瑞士进口 ,价格自然昂贵 ,而现在只要有高精度像片数字化仪和基于计算机的处理系统 ,便可实现航测生产的全过程。这些仪器与原来仪器相比 ,具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、效率高等特点。如果将来航

,直接得到数字影像 ,那么到那时连像片数字化仪都不要 ,只需利用基于计算空摄影采用数码像机

机的一些处理系统便可实现地形图等测绘产品的生产。由此可看出 ,计算机的发展给航测仪器带来了彻底变革。

数字摄影测量完全改变了传统的生产工艺。由于处理方法和产品形式的改变 ,使得生产工艺流程也产生了根本的变革 ,朝着简单、高效方向发展。虽然基本的处理流程，如影像的定向(内定向、相对定向、绝对定向)、DEM生成、正射影像的产生以及立体测图等名称并没有改变，但其技术实质已完全不同，那些与摄影测量仪器(如纠正仪、转点仪、立体坐标仪、各种类型的测图仪、正射投影仪等)有关的理论、方法、技术已经或正在被淘汰。模拟产品生产中一个重要缺陷是绘图结果不能有效利用 ,从生产原图到出版须重复标描多次 ,精度难以保证，而在数字产品生产中该问题就不

[6]存在。由此也导致航测与制图无明确分界的一体化生产。现在的生产工艺流程主要包括下列部分:1航片数字化 ,把模拟图像变为数字影像。 2影像处理和信息提取 ,包括影像几何纠正及产品信息的提取与编辑。3建立数据库 ,把数字产品入库并进行检索和查询 ,实现数据的有效管理。 2.2 理论意义上的影响数字摄影测量在理论上取得了许多重要的突破和进展，尤其是，正如前面所提到的，摄影测量与计算机视觉的融合，使当代摄影测量成为摄影测量学与计算机科学的交叉学科。在过去 ,摄影测量主要着重模型的研究 ,目的是为了提高测量精度 ,而现在计算机的水平 ,对摄影测量计算而言 ,已根本解决 ,可以用最严密的公式计算,解算精度能得到完全保证。摄影测量几何模型已不再是研究

[6]的重点 ,而转向影像匹配与信息自动提取方面。影像匹配是数字摄影测量的核心,数字摄影测量的效能能否得到充分发挥 ,在某种程度上取决于影像自动匹配的水平。影像匹配不仅在数字摄影测量中占有重要地位 ,同时也是计算机视觉目