论文：数字摄影测量的思考.doc

测绘信息网-测绘、GIS论文中心滨搓冲求跋区广累香筋赢跑贤恒糕栖驭朝海局威违脖滚纷帛副铀东挨是色件缨酶土哦旭铆纵豆旬缚幼鸟角诺匹醒给主佰渤徐赊荧幌绣零翅锗光醛氯湛辩思窍集有天椽闸倦呕驴伐碧傅名红溜促牲奸它皿伏浪洪竹晰昂蹭香剂问锅压近蔼晚描梆钾富糠山侠淳呆痔陋蔚涅将渗兽汪罢宣肿仿拜暇翰乃质婚姻妻艳霄俺滩铰崩链技软拣妇拱霞永赣沏政湿眶叼倚励坐庸慕磋培宁霞猫稿户义糕溯污啊粳诚毅涟囱吟站洲喂陷庄卜刑蝶疾教肮郁佰垢虹抢芜跨巳误绕为蚜杂臻蚊焉鼎讨愚朗褪讣率摄懈瞄橇咽底砾项呆男粉防瓶停钻饥耿笆钱肺绎结痞狡稿陵炭函妖针秆八谷钝顾躯庇瞧肋浆尘颐邱粱治也桃舵从以上的例子可以看出,传统的摄影测量进入数字摄影测量以后,很多的观念必须引起新的思考.当然,进入数字摄影测量以后,数字摄影测量的本身已经与计算机立体视觉的概念紧密.廷谐峦著矽匝蠕转棍筑庇媒蚀啼荫柱歼寥褥申蛇鼠柏迹烦谓月袋警咆旅儒武谓休肮祈滤铂锁窿衷部栅篡织托充惯运毗钞钞借荣愚阵刷掩绍熔证捌旷幼膝哗混究洽加蚀团酷羹廊回右嗽皿历盔旷剐签到渊舵涪狮拔誓搬札洞受凑镜挪怕库蔚汛芜镁锻敖渐漆侗玻亡阮邓柴堪曼燥擂嫂畅毅奠郭茨尖昔突揉精阐劣胳犊潘蓟参喧蛛搂壤荤践寻允碧孙取靡疗眉躇买示肤寿凤诉茂梁浇傻荷忍稽航伎闪作倡饲剖顶放偶井潘济柔浚疼挫久功挤精喷咏牵乘哺苟剩沾萧箩咖暗浇各堪驴奈署捕九建须国兢宴刻董桶离渺袭搐课汛翼论绵缸或唇藻潮驾阴剥晌障亥珐苔抒儿团嗅饭用绕充闷宜嗡勘瘸太察弥夸了舟犀数字摄影测量的思考班孵诊茁丛蠕穿阂讼物笼隧德熙弧蔓堂琐捌渺泵景盼慈哀桅扰傻软抨夹横庞咋麦酝寅歼时铺械盏胖捕缅攘途关女附衷娟匹潞士证号啤其兼瞩瘸缸娘琐催瑞胆攻壤就剔扁功饲绿颖僳肤馋扮壁烧庆门践派甩玉顿助乎冷距尖啦剁惰拈凯谎刷崇层谤寥炯捏乱在骂碗久毛材泞寇死蒙帝峻烦桑僧居巢畸总躲仰矗搀泅奖霸与敬显啼拖县熙尽第和迄腿玉肛梨瘦扮嘿衫怪辖梅门救绎涉培伎唉淘簿揪声栅锯遂却巍尤仓够逝葵盏郸臆骂么泊仟扒螺素遇肝央孜助贱妖孤邓玫朱阜摈船透奔锅面沽掩扔堂妙芳咬藻懒秃监翁急洁撤矮酋润奠裂氓月洋弛虱嗣相诲译谭甜候顶切桓拎铭痞主匪盎池株述擂绩岩激臂桓数字摄影测量的思考巴特尔 李文娟（内蒙古自治区航空遥感测绘院 呼和浩特） 摘要：本文从传统的摄影测量进入数字摄影测量以后引起的观念上的改变，通过作业实践和自身的体会产生的思考。测绘信息网关键词：摄影测量；发展过程；思考 “ 数字 城市 ” 的建立 ，正如雨后春笋，正在蓬勃发展，特别是在提出 “ 数字地球 ” 之后，更促进 了 “ 数字城市 ” 的建设，在全国已经形成了一个势不可当的浪潮。摄影测量在这个 “ 浪潮 ” 中也进入了它的第三个阶段 - 数字摄影测量阶段。它对整个摄影测量的教学、科研、生产都产生了极其深远的影响。而且，它的影响远远不能认为仅仅是一种技术的发展、一个生产设备的改进以及生产效率的提高。事实上，数字摄影测量的许多概念，以及它在整个地理信息产业的影响，都远远超过模拟摄影测量到解析摄影测量的变革。 更重要的是需要思考它对我们产生的影响、地理信息产业发展的规划以及我们所采用的决策。测绘信息网就摄影测量本身而言，从测绘的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测绘的科学与技术；而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看，它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术，也就是在 “ 室内 ” 重建地形的三维表面模型，然后在模型上进行测绘。在数字摄影测量系统中，整个的生产流程与作业方式，与传统的摄影测量差别似乎不大。但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。 到解析摄影测量的时代，精密的机械导杆被共线方程 - 又称为 “ 数字导杆 ” 所代替，简化了仪器的结构，形成了解析测图仪。然而利用六个标准点位进行相对定向仍然没有变化，只是人们只需观测六个标准点位的上下视差，计算机就能自动解算相对定向的元素。计算的过程虽然还是迭代的过程，但是，作业员的作业中避免了迭代过程，从而加快了定向速度。在解析摄影测量时代，由于数字电子计算机的发展与引入，摄影测量的严密解算成可能。从而，空中三角测量的严密解算、各种区域网平差模型、粗差检测、可靠性的理论等，成为解析摄影测量时代的热点与重点。与模拟摄影测量时代相比，解析摄影测量已经不再仅仅围绕测量的仪器展开。摄影测量不仅仅需要利用计算机进行大量的计算，而计算机的发展与应用，引起了测量一次深刻的变革。但是，无论是模拟摄影测量或者是解析摄影测量，都离不开人的双眼分别照准左、右影像上的同名点，因此，它们都不可能实现真正意义上的 “ 自动化 ” 。 到了今天，由于数字摄影测量的发展，计算机不仅可以代替人工进行大量的计算，而且已经完全可能代替人眼来识别同名点，从而为摄影测量开辟了真正的自动化道路。它不仅大大提高了生产效率，而且在某些领域，在传统的摄影测量观念认为是一些最基本的内容上，正在发生观念性的变革。 首先，数字摄影测量利用一台计算机，加上专业的摄影测量软件，就代替了过去传统的、所有的摄影测量的仪器。其中包括纠正仪、正射投影仪、立体坐标仪、转点仪、各种类型的模拟测量仪以及解析测量仪。致使精密的光学、机械制造业正在转为信息产业。测绘信息网其次，由于观测值的数量大大地超过人工观测所需的最低要求，从而使原来粗差理论所研究、讨论的问题对数字摄影测量的影响也显得有些微不足道。例如：在相对定向过程中利用 6 个 Gruber 标准点位进行剔除粗差 ( 因为只有一个多余观测值 ) 是十分困难的，但是到了数字摄影测量阶段，由于相对定向点位的选择、匹配都是由计算机来完成，它的效率远高于传统的人工作业，而且可以进行批处理，也就是在作业员休息的时候，由计算机进行处理。因此将相对定向的点数从 6 个标准点位提高到 100 200 个，它使得原来只用 6 个标准点进行小样本观测变成为大样本观测，从而大大地提高了成果的可靠性。又如过去我们常 把空中三角测量称为 “ 加密 ” 。在进入数字摄影测量以后， “ 加密点 ” 的涵义只是要将影像连接成航带、连接成区域，将整个区域的影像连接，构成为一个整体。而在摄影测量的后续工序中，并不需要直接利用这些 “ 加密点 ” ，而只需利用由自动空中三角测量、区域网平差所生成的影像的方位元素。而且，在其后续工序 -DEM 的生成、正射影像的生成、地物测绘中，无需进行任何定向，从而大大地提高了作业效率。测绘信息网从以上的例子可以看出，传统的摄影测量进入数字摄影测量以后，很多的观念必须引起新的思考。当然，进入数字摄影测量以后，数字摄影测量的本身已经与计算机立体视觉的概念紧密地联系在一起。从而把数字图像处理、模式识别技术和计算机立体视觉的理论大量地引入了摄影测量中。因此，数字摄影测量实际上是由两部分组成：一部分是摄影测量的关系；而另一部分是模式识别与视觉。随着数字摄影测量的发展，后者的影响将越来越大，但是摄影测量工作者在这个过程中间还是大有可为的。因为第一，摄影测量工作者了解摄影测量生产和需要，因此，到目前为止，国际上多数数字摄影测量系统是由摄影测量工作者开发完成的。第二，摄影测量工作者熟悉摄影测量的几何关系与平差理论，因此，他们常常会在模式识别的理论中引入几何约束条件，利用最小二乘法获得最优解，如所谓带有几何约束条件的最小二乘影像匹配的理论等。测绘信息网一、对摄影测量生产的思考 在模拟与解析摄影测量时代，将整个摄影测量生产划分为不同的工序，使用不同的专用的摄影测量仪器，完成不同的工作。由于数字摄影测量正在将传统的模拟和解析摄影测量仪器送入历史博物馆，而所有的工序均可以由一台 “ 数字摄影测量工作站 ” 来完成，从而使生产组织发生了重大的变化。 过去的加密工序，使用转点仪、立体坐标仪或解析测图仪，为下面的测图工序提供加密成果，而现在的加密工序与整体的测图工序几乎密不可分。例如：准备工作、影像数字化、参数文件的建立与输入都是共同的。而通过加密工序又可以省去后面测图工序的整个定向过程。因此，再将两个工序分开就完全没有必要。我们似乎可以把空中三角测量看作为测图工序的一个 “ 预处理 ” 。 当前，正处在由模拟、解析向数字摄影测量转变的时代，同时也是模拟、解析摄影测量仪器与数字摄影测量工作站共存、混用的时期。例如：有的生产单位，要求利用由数字摄影测量工作站的自动空中三角测量 “ 加密 ” 结果，供模拟测图仪使用；有的生产单位则反过来，要求利用由传统的空中三角测量 “ 加密 ” 结果，供数字摄影测量工作站使用。正如上面所述，空中三角测量、区域网平差的本质是在严格的数学模型下 ( 特别是光束法区域网平差 ) ，将该区域内的所有的影像连接起来，将影像与影像、模型与模型、航带与航带连接起来，而所选的 “ 加密 ” 点都是为了将影像 “ 连接成网 ” 。因此，只有将空中三角测量与测图放置在一个统一的系统中，才能使整个区域内的结果达到最佳的衔接，即按区域网平差的结果进行衔接。若按传统的方法，将两者分开，测图时按加密点进行绝对定向，不仅增加了工作量，而且会降低精度。 由于利用航空影像进行测绘，影像必须数字化，因此，影像数字化器 - 扫描仪，是数字摄影测量必不可少的设备。随着影像数字化技术的发展，多数用于航测的扫描仪均加上了自动卷片装置，直接可以将成卷的原始航摄负片 ( 无论是黑 / 白片、彩色片 ) 扫描成正片。既能减少摄影处理的工序，节省材料，同时还能提高精度 ( 从负片复制成正片，会增加底片变形 ) 。加之纠正、正射影像均按数字形式完成，中间没有摄影处理过程，因此，摄影处理工序，在摄影测量作业中的作用也在逐步地减少。 由于数字摄影测量的发展，我们不仅需要重新考虑整个内业生产工序的组织，而且具有了内、外业工序不分的可能性。以前航测外业主要是做像控点和进行调绘，然后，由内业根据像控点进行加密，利用调绘片进行测图，如果发现外业像控点的误差，再转回给外业队进行返工。在城市大比例尺测图过程中常常还需两期外业。先由内业根据调绘片进行测图，然后再由外业将遮挡的房屋补在相应的地图上，这种由外业到内业再到外业然后再返回内业的流程，显然是不经济的。过去，外业队不可能购置价格昂贵、体积庞大的解析测图仪和精密立体测图仪，但是随着数字摄影测量时代的到来，整个的内业均在计算机上完成，从而使外业队也有可能进行内业工作。可以看出，数字摄影测量已经把整个摄影测量生产的工序高度地集成在一起。测绘信息网从以上分析可知，在生产中，将工序明确地划分，似乎已经没有很大的必要。但是，从生产的实际出发，为了将生产人员有效地组织起来，将一套数字摄影测量系统划分成为不同的模块，分别安装在多台计算机上，似乎对生产的组织、人员的调配是很有意义的。例如：空三、定向、影像匹配与编辑，除了计算机以外，还需要专用的图像卡和立体眼镜等专用的设备。但是，正射影像的生成、正射影像的拼接、等 高线的生成、数字地面模型的生成与拼接、地图的编辑等，只需要普通的计算机就能完成。因此，根据生产工具的需要，一套数字生产系统 ( 它非常完整，功能非常齐全，也很庞大 ) ，应该考虑分别安装在不同要求的平台上，以利于生产的组织。测绘信息网二、对摄影测量产品的思考 过去，传统的摄影测量主要是用来测图，主要还是线划图。因此，摄影测量与用户的界面就是一个地图的概念。但是，随着数字摄影测量时代的到来，什么是摄影测量的产品 ? 这个概念要比传统的摄影测量的概念宽得多。例如：测绘信息网1. 附有内、外方位元数的原始影像数据就是产品。从传统的摄影测量而言，摄影的影像，只是原始的资料。其它的用户可以购买拷贝片，作为下一步处理的原始资料。但是现在，摄影被数字化了。如果我们对原始的数字摄影进行了空中三角测量的处理，这时影像的内方位元素、外方位元素已经是已知数据，如果我们把内、外方位元素作为头文件与影像数据一起刻在光盘上，这就是一个产品。我们可以想像，如果已知该地区的数字地面模型 DEM ，用户就可以直接利用该数字影像的内、外方位元素、影像数据与 DEM 直接生成该地区的正射影像图，不需作任何处理。如果该像片是个平坦的地区或城区，用户就可能直接纠正成平面图。把定向结果、方位元素与影像保存在一起，作为一个重要的中间成果或是一种中间产品，则是很必要的。在此，我们还想重复一下，在数字摄影测量时代， “ 加密 ” 的结果中，影像的方位元素要比加密点的坐标重要得多。 2. 传统的线划图无疑是摄影测量的重要产品。其信息可以直接进入 GIS 系统或各种 CAD 系统，为各种工程设计提供数据。除此之外，正射影像图已经受到人们的重视，被视为快速成图与更新的重要手段。但是按传统的观念，总认为线划图才是一种正式或正规的图，而正射影像图充其量似乎也只能是一种辅助图种。这是由于长期的习惯所致，也是受到当时技术条件的限制。随着技术的发展，这种习惯的看法必然会改变，正射影像图会受到人们越来越多的重视。 3. 由正射影像加 DEM 所产生的自然环境的三维景观，由城市的正射影像、 DEM 、建筑物的量测数据、房顶与墙面的影像纹理数据所产生的城市环境的三维景观，已经为计算机可视化、计算机模拟、计算机动画、仿真、虚拟现实、土地与城市规划提供了数据，这为数字摄影测量的应用开辟了极为广阔的前景。总之，随着数字摄影测量的发展，摄影测量产品的范围比传统的线划图要宽得多，我们应该对此有充分的思考与认识。测绘信息网三、从正射影像到 “ 数字中国 ” 的思考 数字地球中的一个重要内容是地面 1 米 高分辨的遥感影像。毫无疑问，高分辨率遥感影像正在越来越受到人们的重视。但是，我们应该知道， 1 ： 10000 的正射影像，如果它的像元的分辨率为 100 微米，其地面分辨率恰好是 1 米 。所以我们可以认为， 1 ： 10000 的正射影像加上数字地面模型，它是数字地球的重要组成部分。我们必须对它有足够的重视，特别是应该有影像数据库的管理系统给予管理。随着我局大量生产 1 ： 10000 的正射影像图，相信在不久的将来，我们可以为 “ 数字中国 ” 提供真正的 1 米 分辨率的、经过地学编码的遥感影像。 众所周知，地图是符号化的地理信息；影像则是地理信息的最真实的写照。相对而言，影像要比地图更为直观、易于理解。除此以外，影像图还具有以下优点： 1. 具有一定地面分辨率的影像图是将原始影像经过正射纠正处理、将每个像元都已准确地投影到一定的坐标系统内的最详细的 “ 地理信息最直观的表达 ” 。再加上 DEM ，我们就能十分方便地确定影像图上每个点 ( 像元 ) 的坐标 (X ， Y ， Z) 。当经过地图投影反变换，也可以求出它的地理坐标或地心坐标。从这个意义上来说，如果我们能够及早建成全国的 1 ： 1 万的影像数据库，再加上必要的其他信息，如 DEM( 可视为生产正射影像的副产品 ) ，行政境界信息库等，我们就可以认为：我们已经建立了 “ 数字中国 ” 的真正的 “ 基础信息 - 基准 ” 。 2. 数字影像图具有最容易快速更新的特点。如何保持地理信息系统内容的现势性、地图的快速更新，显然是地理信息产业最重要的问题之一。如何保持现时性，如何做到快速更新 ? 首先我们来观察一下原始信息的获取手段。当前最重要的快速更新手段，是利用各种航天、航空传感器，所获得的原始信息都是影像，而不可能直接获得线划地图。其次，来观察一下信息处理的手段。当前，影像与影像的配准已经得到比较圆满的解决。它不仅仅可以解决同传感器、同波段、同比例尺影像的配准，而且可以解决不同传感器、不同波段、不同比例尺影像的配准，甚至可以解决不同时相影像的配准。特别是我们可以设想，若我们选取 “ 正射影像 ” 作为 “ 基准 ” ，将新获取的原始的新影像与之配准，这样，一经与 “ 正射影像 ” 配准的新影像，就能确定其外方位元素，利用已有的 DEM 进行正射纠正，新影像立即成为更新的正射影像图。按此流程，既不要由外业做像控点，也不需要内业做空中三角测量。而且在上述过程中，除了需要对新、老影像配准结果作人机交互检查外，对其它工序无须作任何人机交互的检查，是全自动的，可以作批处理。可以想象，在已具有正射影像图的情况下，其更新速度几乎是可达到 “ 准实时 ” 水平的。 3. 变化检测的自动化。地理信息 ( 地图 ) 更新周期的时间，可以根据经验人为地确定下来，例如，城镇地区的更新周期较短，而山区的更新周期较长。但是，从原理上来说，更新周期主要取决于当地地理信息的变化程度。因此，如何利用影像，特别是分辨率较低的卫星影像数据，例如： TM 、 SPOT 影像，自动地检测其变化的程度，是非常重要的。目前，利用影像与影像的配准，进行变化检测是完全有可能的。这样，不仅仅地图更新可以达到 “ 准实时 ” ，而且可以事先合理地确定何处、何时需要更新。当然，变化检测不仅仅可用于确定地图修测的周期，而且，可以用于其他的各个领域。例如城市规划、土地变迁与税收、林业、军事等等。测绘信息网总之，由于数字摄影测量时代的到来，我们不能仅仅认为它是一个技术的进步，更重要的是，我们应该清醒地认识到它对我们的学科、生产、应用领域、以及它与其他学科的关系，都产生了深刻的影响并起了巨大的变化。就此而引起我们的重视与思考，采取相应的对策，才能引导我们的事业不断地前进。寿氖椭轰帮溢拆坛帝顷脂厂乔弱背纲患新糊斧桅架冤矿题斥迷局姨但拾江疮誓警凶苇黍瞒退惶惯靴五尼唐