計算(suàn)機發展對(duì)攝影(yǐng)測量的(de)影(yǐng)響

發布日期：2018-05-22 00:00 浏覽量：9243

　　航空攝影(yǐng)測量是通(tōng)過量測航空像片計算(suàn)地面真實坐(zuò)标。攝影(yǐng)測量工作者早就關注計算(suàn)機在該領域中的(de)應用(yòng),但是由于這(zhè)種計算(suàn)極爲複雜(zá),因此随著(zhe)計算(suàn)機的(de)發展,計算(suàn)機在攝影(yǐng)測量中的(de)應用(yòng)才逐步深入。

　　攝影(yǐng)測量中的(de)航片與地面關系公式是攝影(yǐng)測量中最基本公式,該公式爲:

　　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爲方向餘弦,與航向、旁向傾角和(hé)旋角有關,其關系式爲:
　　a1=cosφcosκ+sinφsinωsinκ
　　b1=cosφsinκ-sinφsinωcosκ
　　c1=sinφcosω
　　a2=-cosωsinκ
　　b2=cosωcosκ
　　c2=sinω
　　a3=-sinφcosκ+cosφsinωsinκ
　　b3=-sinφsinκ-cosφsinωcosκ
　　c3=cosφcosω
　　f爲攝影(yǐng)機焦距。
　　x、y爲像點坐(zuò)标。
　　Xs、Ys、Zs爲攝站投影(yǐng)中心坐(zuò)标。
　　X、Y、Z爲地面點坐(zuò)标。

　　攝影(yǐng)測量中的(de)其它許多(duō)公式可(kě)由此公式推導而成,因此該公式是攝影(yǐng)測量的(de)基礎,從該公式中可(kě)清楚看到計算(suàn)關系的(de)複雜(zá)性。在此介紹該公式的(de)目的(de)是爲了(le)說明(míng)解算(suàn)該公式的(de)方法确定了(le)攝影(yǐng)測量發展的(de)三個(gè)階段,即模拟、解析和(hé)全數字測圖。在計算(suàn)機水(shuǐ)平發展還(hái)不高(gāo)時(shí),測圖無法用(yòng)計算(suàn)機來(lái)實現,隻能用(yòng)機械模拟的(de)辦法,例如多(duō)倍儀和(hé)各種精密全能測圖儀,還(hái)有爲了(le)降低造價,利用(yòng)簡化(huà)公式設計的(de)模拟儀器。這(zhè)些儀器由于精度要求極高(gāo),因此制造困難,價格昂貴。這(zhè)些儀器在測繪事業中起到了(le)一定的(de)曆史作用(yòng)。在60-70年代,由于容量和(hé)計算(suàn)速度的(de)限制,計算(suàn)機僅用(yòng)于攝影(yǐng)測量的(de)加密。到80年代,計算(suàn)機的(de)發展,使得(de)解析測圖儀問世,将計算(suàn)機用(yòng)于測圖領域,把原來(lái)模拟儀器的(de)機械交會求解改用(yòng)計算(suàn)機計算(suàn),從而簡化(huà)了(le)儀器結構,降低儀器造價。測圖過程與模拟儀器相仿。到90年代,計算(suàn)機有了(le)飛(fēi)躍發展,特别是1995年以後,其計算(suàn)速度和(hé)存儲容量有了(le)明(míng)顯提高(gāo),使數字攝影(yǐng)測量成爲現實。

　　2、計算(suàn)機發展對(duì)攝影(yǐng)測量的(de)影(yǐng)響

　　随著(zhe)計算(suàn)機的(de)不斷發展,攝影(yǐng)測量中最困難的(de)測圖部分(fēn)用(yòng)計算(suàn)機來(lái)解決,從而使攝影(yǐng)測量步入計算(suàn)機處理(lǐ)的(de)新時(shí)代,使得(de)攝影(yǐng)測量産生了(le)巨大(dà)的(de)變化(huà),該變化(huà)可(kě)從下(xià)列四個(gè)方面得(de)到反映。

　　(1)測量儀器的(de)徹底改變

　　傳統攝影(yǐng)測量儀器主要分(fēn)二大(dà)類,一類用(yòng)于測量像片的(de)坐(zuò)标,用(yòng)于加密,提供測圖時(shí)控制點坐(zuò)标。第二類是用(yòng)于測圖,通(tōng)常爲機械模拟方式。這(zhè)些儀器由于精度高(gāo),制造比較困難,過去大(dà)部分(fēn)從德國、瑞士進口,價格自然昂貴。而現在隻要有高(gāo)精度像片數字化(huà)儀和(hé)基于計算(suàn)機的(de)處理(lǐ)系統,便可(kě)實現航測生産的(de)全過程。這(zhè)些儀器與原來(lái)儀器相比,具有結構簡單、體積小、重量輕、價格低、效率高(gāo)等特點。如果将來(lái)航空攝影(yǐng)采用(yòng)數碼像機,直接得(de)到數字影(yǐng)像,到那時(shí)像片數字化(huà)儀都不要,利用(yòng)基于計算(suàn)機的(de)一些處理(lǐ)系統便可(kě)實現地形圖等測繪産品的(de)生産。由此可(kě)看出,計算(suàn)機的(de)發展對(duì)航測儀器帶來(lái)了(le)徹底變革。

　　(2)産品形式的(de)改變

　　由于計算(suàn)機的(de)發展,測繪生産的(de)産品模式發生了(le)根本變化(huà),由過去的(de)模拟表達方式改爲全數字形式,即4D産品。在數字測繪産品生産中,首先應重視數據的(de)格式,即制訂數據生産标準。目前各國的(de)标準不一緻,因此在用(yòng)數據前,必須先了(le)解數據格式,否則無法應用(yòng)。在數字測繪産品中,另一重要轉變是産品的(de)管理(lǐ),在模拟圖時(shí)代,利用(yòng)倉庫儲存,用(yòng)戶親自領取的(de)方式。在數字時(shí)代,利用(yòng)計算(suàn)機管理(lǐ)。在管理(lǐ)上更爲科學,使用(yòng)更爲方便。

　　(3)生産工藝的(de)改變

　　由于處理(lǐ)方法和(hé)産品形式的(de)改變,使得(de)生産工藝流程也(yě)産生重大(dà)變化(huà),朝著(zhe)簡單、高(gāo)效方向發展。模拟産品生産中一個(gè)重要缺陷是繪圖結果不能有效利用(yòng),從生産原圖到出版須重複标描多(duō)次,而在數字産品生産中該問題就不存在。由此也(yě)導緻航測與制圖無明(míng)确分(fēn)界。現在的(de)生産工藝流程主要包括下(xià)列部分(fēn):航片數字化(huà),把模拟圖像變爲數字影(yǐng)像;影(yǐng)像處理(lǐ)和(hé)信息提取,包括影(yǐng)像幾何糾正及産品信息的(de)提取與編輯;建立數據庫,實現數據的(de)有效管理(lǐ)和(hé)應用(yòng)。

　　(4)理(lǐ)論方法上的(de)改變

　　在過去,攝影(yǐng)測量主要著(zhe)重模型的(de)研究,目的(de)是爲了(le)提高(gāo)測量精度,而現在計算(suàn)機的(de)水(shuǐ)平,對(duì)攝影(yǐng)測量計算(suàn)而言,已根本解決,可(kě)以用(yòng)最嚴密的(de)公式計算(suàn),解算(suàn)精度能得(de)到完全保證。攝影(yǐng)測量幾何模型已不再是研究的(de)重點,而轉向影(yǐng)像匹配與信息自動提取方面。影(yǐng)像匹配是數字攝影(yǐng)測量的(de)核心,數字攝影(yǐng)測量的(de)效能能否得(de)到充分(fēn)發揮在某種程度上取決于影(yǐng)像自動匹配的(de)水(shuǐ)平。影(yǐng)像匹配不僅在數字攝影(yǐng)測量中占有重要地位,同時(shí)也(yě)是計算(suàn)機視覺目标自動識别的(de)核心,爲此影(yǐng)像匹配引起許多(duō)學者的(de)關注。經過多(duō)年研究,結合計算(suàn)機發展水(shuǐ)平,影(yǐng)像匹配已從理(lǐ)論研究走向實際應用(yòng),這(zhè)是攝影(yǐng)測量取得(de)的(de)重大(dà)進展。由于地面影(yǐng)像極其複雜(zá),影(yǐng)像匹配尚不能做(zuò)到完全成功,目前當匹配失敗時(shí)尚需人(rén)工幹預。在信息提取方面,已進行了(le)大(dà)量研究,有些進展,但距實際應用(yòng)尚有較大(dà)距離,這(zhè)方面是今後應努力研究的(de)方向。

　　3、計算(suàn)機的(de)發展在測繪變革中的(de)作用(yòng)

　　測繪技術由于現代科技的(de)發展正在經曆一場(chǎng)深刻的(de)變革,從該變革中我們可(kě)清楚看到科學技術的(de)發展對(duì)提高(gāo)勞動生産率所起的(de)作用(yòng)。

　　由于計算(suàn)機的(de)發展,使得(de)測繪生産工具發生徹底變革,例如航測成圖生産中所使用(yòng)的(de)全能測圖儀将要進入曆史博物(wù)館,基于計算(suàn)機的(de)各種處理(lǐ)和(hé)管理(lǐ)系統登上曆史舞台。由于生産工具的(de)改進,使得(de)傳統的(de)生産方式得(de)到徹底的(de)改變。

　　由于測繪中引用(yòng)了(le)這(zhè)些高(gāo)科技,使得(de)信息獲取更爲方便,生産速度加快(kuài),生産成本降低,勞動強度減輕。不僅如此,還(hái)爲測繪産品的(de)應用(yòng)提供了(le)廣闊前景。由于測繪産品爲數字形式,不僅使用(yòng)方便,經過适當組合和(hé)處理(lǐ),便可(kě)生成形式多(duō)樣的(de)産品或其它形式的(de)副産品,例如,從DEM可(kě)以生成坡度圖、坡向圖、暈渲圖,利用(yòng)DEM和(hé)專題圖可(kě)生成暈渲專題圖。由于是數字形式,爲綜合分(fēn)析提供了(le)條件,爲深層次的(de)應用(yòng)提供了(le)可(kě)能。

　　測繪技術雖然得(de)到很大(dà)發展,但在發展進程中又面臨著(zhe)新的(de)問題和(hé)困難,例如航天遙感的(de)發展,可(kě)以大(dà)量獲取各種信息,如何快(kuài)速、高(gāo)效處理(lǐ)這(zhè)些數據,己擺在我們面前。目前計算(suàn)機的(de)水(shuǐ)平,對(duì)于數值計算(suàn)和(hé)文字處理(lǐ)己能滿足,但是對(duì)于數字影(yǐng)像的(de)信息提取和(hé)影(yǐng)像分(fēn)析尚不能适應,期望新一代計算(suàn)機的(de)研制。我們相信,随著(zhe)現代科技的(de)發展,攝影(yǐng)測量将會提高(gāo)到一個(gè)新的(de)水(shuǐ)平。

　　4、攝影(yǐng)測量發展的(de)新契機

　　從20世紀初起,以純精密、光(guāng)機的(de)模拟攝影(yǐng)測量儀器爲特征的(de)攝影(yǐng)測量一直持續了(le)半個(gè)多(duō)世紀。在此期間,攝影(yǐng)測量的(de)教學、極少量的(de)科研,除所謂的(de)變換光(guāng)束理(lǐ)論研究以外,多(duō)數是圍繞歐洲的(de)幾個(gè)著名廠商生産的(de)模拟攝影(yǐng)測量儀器進行。到50年代末計算(suàn)機開始進入攝影(yǐng)測量,攝影(yǐng)測量的(de)研究領域得(de)到了(le)很大(dà)的(de)擴展:如解析法空中三角測量、在線空中三角測量、區(qū)域網平差、粗差檢測理(lǐ)論、正射糾正、數字測圖等。90年代随著(zhe)數字攝影(yǐng)測量時(shí)代的(de)到來(lái),相對(duì)于傳統的(de)模拟、解析攝影(yǐng)測量,其最大(dà)的(de)特點是将計算(suàn)機視覺、模式識别技術應用(yòng)到攝影(yǐng)測量,實現了(le)内定向、相對(duì)定向、空中三角測量、數字高(gāo)程模型(DEM)生成等的(de)(半)自動化(huà)。數字攝影(yǐng)測量不僅僅将傳統攝影(yǐng)測量儀器各種功能全部應用(yòng)計算(suàn)機,以提高(gāo)工效、降低對(duì)作業員(yuán)的(de)要求,而且正在不斷地擴充攝影(yǐng)測量的(de)功能。

　　但是我們必須清醒地認識到:一些數字攝影(yǐng)測量工作站隻是解析測圖儀的(de)替代品;目前的(de)數字攝影(yǐng)測量工作站主要隻适合于航空、航天攝影(yǐng)測量,而近景、地面攝影(yǐng)測量與它有很大(dà)差異,将數字攝影(yǐng)測量應用(yòng)于近景攝影(yǐng)測量,攝影(yǐng)測量的(de)理(lǐ)論必須進一步發展;即使是當前自動化(huà)程度較高(gāo)的(de)數字攝影(yǐng)測量工作站,攝影(yǐng)測量的(de)主要研究還(hái)僅僅在“同名點”的(de)影(yǐng)像匹配技術。因此,我們必須跳出傳統攝影(yǐng)測量的(de)束縛,必須從計算(suàn)機的(de)特點考慮數字攝影(yǐng)測量的(de)理(lǐ)論發展,這(zhè)正是數字攝影(yǐng)測量爲其理(lǐ)論與實踐的(de)發展提出了(le)嶄新的(de)契機,例如:滅點理(lǐ)論與應用(yòng)、廣義點理(lǐ)論與應用(yòng)和(hé)多(duō)基線立體理(lǐ)論與應用(yòng)。