第4章 近景摄影测量的摄影技术.ppt

第四章近景摄影测量的摄影技术 4 0概述 摄影技术的主要内容 摄影方式精度估算确定摄影参数立体像对的获取方法动态目标的同步摄影方法被测目标的表面处理 照明人工标志的设计与使用 4 1近景摄影测量的摄影方式 主要有正直摄影 交向摄影 还有等偏摄影 等倾摄影 1 正直摄影 摄影时两摄影机主光轴相互平行且垂直于摄影基线的摄影方式 摄影基线方向可以是任意的 2 交向摄影 两摄影机主光轴大体位于同一平面内且不平行 不同时垂直于摄影基线的摄影方式 交向摄影适合于解析法及数字近景摄影测量 常采取100 重叠方式 3 正直摄影与交向摄影 正直摄影特点 影像对的 变形 由物体表面的 起伏 产生 比较符合于人眼观察 因此尤其适合于模拟摄影测量 不可能100 重合 交向摄影特点 影像对的 变形 由物体表面的 起伏 和交向角共同产生 不太符合人眼观察 适合于数字摄影测量 可采用100 重叠方式 航带网或区域网 摄影 基于交向摄影的多摄站摄影 特点 获取被测目标多张相互重叠的像片目的 大幅度提高摄影测量精度与可靠性 等偏摄影摄影基线两端摄影机主光轴保持水平 相对于摄影基线的垂线偏转同一角度的摄影 分为左偏摄影和右偏摄影 等倾摄影摄影基线两端摄影机主光轴保持平行 且相对于水平面倾斜相同角度的摄影 等偏摄影与等倾摄影 4 2正直摄影方式的精度估算式 设正直摄影像对 以左摄影中心为原点 两摄影中心的连线 摄影基线 作为X轴 设物方有一点A X Y Z 在两张像片上的对应像点为a1 a2 H 摄影距离 Z B 摄影基线 f 摄影机主距 mp 左右视差中误差 mx x向像点坐标中误差 my y向像点坐标中误差 a1 a2在各自像片坐标系中的坐标为 x1 y1 x2 y2 p 左右视差 p x1 x2 根据摄影测量学原理有 或 1 以 x y p 为观测值的估算式 即以 x1 y1 p 为观测值 且不考虑B f的量测误差 相当于立体观测时的量测情况 同样推证有 按误差传播律 有 令 称为构形系数 与交会图形有关 为摄影比例尺分母 前页三式可简化为 B H 分析 1 k1 mZ 即H 或B 3 mp mZ 2 k2 mZ 即H 或f k1 mZ 即H 或B k2 mZ 即H 或f mp mZ 2 以 x1 y1 x2 y2 为观测值的估算式 即相当于单片量测时的情况 x1 y1 x2 y2 为同名像点在两张像片上的坐标 因为左右视差p x1 x2 则dp dx1 dx2 有mp2 mx12 mx22 2mx2 代入立体观测估算式 有 像点量测误差在x y方向相同 几点结论 为提高精度 应尽可能拍摄摄影基线大的像对为提高精度 应尽可能拍摄摄影比例尺大的像片 即尽可能减小摄影距离 选用主距大的摄影机为提高精度 应尽可能提高像点坐标的质量 包括像点坐标的量测质量 剔除各类系统误差的能力一般情况下 摄影方向的中误差最大 常以mZ估算精度 4 3景深与曝光时间的确定 一 有关概念 1 调焦距D 摄影中心与调焦最清晰点之间的距离 通俗的说即为摄影中心与被摄物体之间的距离 简称物距 2 超焦距H 给定光圈和模糊圈的大小 当摄影机调焦到无穷远时 从摄影中心开始的某一距离到无穷远范围内的景物成像都是清晰的 这一距离称为超焦距 此清晰点称为无穷远起点 其中k为光圈号数 E为模糊圈直径 F为摄影机焦距 镜头焦距长 超焦距大 镜头焦距短 越焦距小 光圈大 越焦距大 光圈小 越焦距小 超焦点距离 无穷远起点 二 景深 D 1 定义 给定光圈和模糊圈大小 被摄影空间能够获得清晰构像的深度范围 称为景深 景深 D为沿光轴方向的后景距D2与前景距D1的差值 D D2 D1 超焦距H与景深 D成反比 2 前景距D1 3 后景距D2 4 景深 D 此景深 D大小与调焦距D相应 5 举例 a 设物镜焦距F 100mm 取光圈号数k 16 模糊圈直径E 0 05mm 当调焦距D 2m时 计算超焦距H 前景距D1 后景距D2及景深 D b 设物镜焦距F 100mm 取光圈号数k 5 6 模糊圈直径E 0 05mm 当调焦距D 2m时 计算超焦距H 前景距D1 后景距D2及景深 D c 有P31摄影机 物镜焦距F 100mm 取光圈号数k 22 模糊圈直径E 0 05mm 若对25m远的目标摄影时 计算超焦距H 前景距D1 后景距D2及景深 D 三 曝光时间的确定 1 方法 A 经验法 B 使用测光表 C 试片法 D 推算比较法 2 推算比较法 用一架可以自动测光的普通相机推算近景摄影机的正确曝光时间 已知用普通相机测光时 正确的曝光参数为 相机上安置的感光度为s 光圈号数为k 测得的曝光时间为t 光圈优先 近景摄影机使用的底片感光度为S 安置光圈号数为K 则应安置的正确曝光时间T为 其中感光度单位采用ISO制 举例 a 如用一架普通135相机对某目标进行测光 安置的感光度为ISO100 光圈号数安置为8 此时测得的曝光时间为1 60秒 用P31摄影机对此目标摄影 选用的感光材料的感光度为ISO400 安置的光圈号数为11 试确定其正确的曝光时间 或1 120秒 视相机决定 b 如用一架普通135相机对某目标进行测光 安置的感光度为ISO100 光圈号数安置为8 此时测得的曝光时间为1 60秒 用P31摄影机对此目标摄影 选用的感光材料的感光度为ISO12 5 安置的光圈号数为16 试确定其正确的曝光时间 推算比较法也可通过逐步推算得出结果 推算原则是 a 光圈号数不变 感光度增大一倍 曝光时间减小一档 感光度减小一倍 曝光时间增大一档 b 感光度不变 光圈号数增大一档 曝光时间增加一档 光圈号数减小一档 曝光时间减小一档 注意 相邻光圈号数间的关系为倍 普通感光度光圈号数曝光时间相机ISO10081 60秒 近景摄感光度光圈号数曝光时间影机P31ISO40011 秒 ISO2008 ISO4008 ISO40011 1 120秒 1 240秒 1 120秒 普通感光度光圈号数曝光时间相机ISO10081 60秒 近景摄感光度光圈号数曝光时间影机P31ISO12 516 秒 ISO508 ISO258 ISO12 58 1 30秒 1 15秒 1 8秒 ISO12 511 1 4秒 ISO12 516 1 2秒 已知用普通相机测光时 正确的曝光参数为 相机上安置的感光度为s 曝光时间为t 测得的光圈号数为k 时间优先 近景摄影机使用的底片感光度为S 安置曝光时间为T 则应安置的正确光圈号数K为 其中感光度单位采用ISO制 3 光圈号数的确定 快门优先 4 4立体像对的获取方法 1 使用立体摄影机或立体摄影系统 2 使用两台单个摄影机 3 使用单个摄影机 a 移动相机法 b 移动目标法 c 旋转目标法 d 投影标准格网法 e 利用分光装置法 4 5动态目标立体像对获取方法 对动态目标拍摄立体像对 需要两台或以上的摄影机在同一时刻对此动态目标进行摄影 即同步摄影 同步的标准是考察两摄影机在拍摄的瞬间 由于曝光不在绝对的同一时刻 造成运动目标在影像上的位移是否可以容忍 1 同步快门 机械同步快门 电子同步快门 2 记时装置 3 频闪照明 4 立体摄影的同一物镜法 主动频闪照明 被动频闪照明 4 6被测物体的表面处理 目的 是为了提高影像的识别能力 包括人工识别和自动识别 对近景摄影测量的大多数目标 无需进行表面处理 而对色调单一 缺乏纹理的目标需进行表面处理 色调单一 缺乏纹理的目标举例 汽车外壳 飞机外壳 石膏像 皮肤 房屋内墙 金属管道等 方法 1 利用投影设备将光栅 格网 及图案 图象投影到物体表面 形成人工纹理 投影纹理 人脸纹理 2 利用激光经纬仪 激光笔 按一定规则将激光投射到被测目标上 形成人工纹理 结构光扫描实验室 结构光扫描汽车 3 在被测目标表面粘贴人工标志 形成人工纹理 4 在被测目标表面上绘制人工纹理 4 7照明 原则 1 使用自然光时 要照度均匀 避免出现反差过大的现象 2 使用人工光源时照明灯要布置适宜 3 有些情况下要注意局部照明 如黑暗情况下的控制点 标准尺照明 4 特殊光源的使用 自然光照明 岩土工程及地下工程引起的岩土体变形分析中矿体相似性材料模型变形测量模拟实验 闪光灯照明 效果好 闪光灯照明 闪光灯照明局部 4 8标志 近景摄影测量中大量使用人工标志 标志点既可以用作控制点 也可以用作待定点 一 分类 1 按用途分 a控制点b待定点c检查点 2 按外形分 a平面型标志b立体标志 3 按质地分 a纸质b金属c搪瓷 4 按是否发光分 a主动发光标志b被动发光标志 5 按色彩分 a黑白标志b彩色标志 回光反射标志 可旋转的立体标志 二 人工标志的设计 1 大小 a 标志构像大小一般为0 05 0 2mm b 标志构像与测标相比 标志