数字摄影测量的发展

数字摄影测量的发展

1数字航摄影像生产的基本特征摄影测量的发展经历了三个阶段。现在，它进入了数字摄影测量阶段。数字摄影测量以数字影像为基础,通过计算机分析和量测来获取被摄物体的三维空间信息,正在成为国际公认的地球空间数据获取的重要手段。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。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。数字摄影测量的数据获取主要是通过数字摄像机。随着计算机技术的飞速发展,数码影像因其便于计算机处理、存储和通过网络进行传输,在航空摄影测量中的应用已越来越普遍。全数字摄影测量工作站虽全面替代了传统的解析测图仪,但航空摄影的成果变化不大,仍然是胶片,对胶片的后期处理也没有多大的改变,使用的是高精度扫描仪将航空底片扫描成为数码影像。这种生产模式只能称为数字摄影测量,而不能称全数字摄影测量。数码影像的直接获取已成为现代航空摄影测量所面对的一个首要问题。当前,美国等发达国家将数字航摄像机、GPS定位系统、IMU惯性测量装置组合使用,使航空摄影从常规的光学摄影发展到了数码摄影。用数码摄影测量方式生产的地形图、DEM和DOM,不仅精度可达到分米级,而且减少了野外地面控制测量、像片扫描、解析空中三角测量等作业过程中许多中间环节。数字航摄像机是一种用于完成高精度、高分辨率的航空摄影测量任务的数字像机。因此用其航摄的DMC影像与传统扫描影像相比,具有以下特点:1)多源性。一次拍摄,可同时获得全色(真彩色)数据,RGB多光谱彩红外数据、黑白数据。使得一次拍摄的效率和数据获取的效率大大提高,同时也获得了比原来传统相机更多的信息.从而获得更多的用途。2)精度高。与原来传统的扫描影像比较.省掉了好几个中间环节,如胶片的冲洗、扫描。1:6000的DMC影像相当于1:3500的普通扫描影像。3)不会产生漏洞,自动化程度高。所有的航线设计在地面设计好后输入计算机,飞机在航摄时从航线进入启拍点,每张像片的定位到关闭点都是由计算机控制,每张像片拍摄完成后即时在计算机上看到拍摄的成果,如有漏拍就能即时发现。4)快速低成本获取,相对于原来的传统影像数据获取来说,数据获取的周期可以缩短1/3,由于同时获取3种数据,避免了中间环节,数据获取的成本降低了40%。5)在航飞时加上了惯导GPS,可以大大减少外业像控点的布设。数字摄影测量时期的大量数据处理是通过数字摄影测量软件来完成的,不仅速度快还可以节省大量的人力。2数字图像测量系统目前,在国内应用较多的全数字摄影测量软件,有武汉适普公司的VirtuoZo和中国测绘研究所的JX4,两套软件各有所长,在国内国际享有盛誉。JX-4CDPS是中国测绘科学院下属的中国四维测绘技术北京公司开发的一套自动化微机数字摄影测量系统,该系统可生产高精度、高密度数字高程模型(DEM)、数字正射影像图(DOM)和矢量图,是一套实用性强、人机交互功能好、有很强的产品质量控制的数字摄影测量系统。在整个作业流程中,自动空中三角测量是重要的一个环节,直接影响到最终成图的质量。该系统是集自动采集、平差为一体的空中三角测量软件,其采用了数字影像相关技术,功能齐全、操作简单、自动化程度高、观测精度高等特点。适普VirtuoZo是全数字摄影测量系统,能完成从自动空中三角测量(AAT)到测绘各种比例尺数字线划地图(DLG),数字高程模型(DEM),数字正射影像图(DOM)的生产,该系统采用国际最先进的快速影像匹配算法,可处理航空影像、SPOT影像、IKONOS立体影像和近景影像。不仅大大地丰富了4D测绘产品,也是3S技术集成、三维景观、城市建模和GIS空间数据集的理想操作平台。数字测量工作站(DPW)也是一台计算机+各种功能的摄影测量软件。DPW处理的原始数据就是数字影像,它利用数字图像处理、模式识别等技术,开始实现摄影量的自动化。如利用“框标”模板对数字影像进行“模板识别”,实现摄影测量内定向自动化;利用影像兴趣算子(in1erestingoperator)在一张影像上提取特点,然后以它为模板,在另一张影像上确定同名点,实现摄影测量相对定向的自动化、数字高程模型生成的自动化,正射影像生成的自动化等。数字摄影测量时代的到来,实现了自动化和快速生成DEM、DOM,并从DOM上自动或人机交互式提取各种专题信息,然后将这些结果直接送入GIS数据库中,以实现GIS数据库的自动建立和更新。所以数字摄影测量不仅仅是测绘地形图重要的应用,而且是为各种地理信息系统建立或更新提供基础数据。数字摄影测量为GIS数据的获取注入了很多活力。利用数字摄影测量,GIS可以高效率的获得现势性好的数字线划地图、DEM和数字影像等形式多样的数据,就目前数字摄影测量的发展情况来看,我们还不能完全依靠数字摄影测量来获得我们需要的所有的GIS数据。典型的就是数字摄影测量还无法为GIS提供属性数据。近几年来,模式识别、人工智能的快速发展,使我们找到了解决这个问题的方向。自动获取航空影像的地物信息将成为能否进一步融合数字摄影测量与GIS的关键。就计算机视觉的研究内容而言,它与摄影测量十分相近。计算机视觉的研究目标是使计算机具有通过二维图像认知三维环境信息的能力,这种能力将不仅使机器感知三维环境中物体的几何信息,包括其形状、位置、姿态、运动等,而且能对它们进行描述、存储、识别与理解。最近,人们利用立体视觉的原理,正在探索综合运用同一地区的多张不同角度拍摄所得的照片来恢复出地面的高度信息,以获得真正的三维地形图,并已取得了相当的进展。3数字影像测量的应用近景摄影测量是利用近距离摄影取得的影像信息,研究物体大小形状和时空位置的一门新技术。近景摄影测量与常规的以测制地形图为主要目的的航空摄影测量相比。两者不论是在基本理论方面,还是在某些摄影仪器的使用方面,均有很多相通之处;但是近景摄影测量也有自身的特点,如采用交向摄影、倾斜摄影等大角度大重叠度的多重摄影方式,通常需要近景摄影测量工作者完成从优化设计、控制、摄影机选择、摄影到图像处理和摄影测量处理的全部工作等。随着数码相机技术的发展和应用,数字近景摄影测量已成必然趋势,它是一种基于数字信息和数字影像技术的数据获取手段。数字近景摄影测量应用于测图是以数字摄影测量的经典理论为基础,主要分为相机检校、外业数据获取和内业数据处理三个步骤。相机检校采用控制场检校法;外业包括控制点联测和影像获取,控制点联测可采用常规控制测量手段,影像信息采用大面阵非量测数码相机获取,能直接获取大幅面数字影像;内业数据处理包括数字影像预处理和数字摄影测量工作站处理。近景摄影与全数字摄影测量相结合,使近景摄影测量的内业处理速度有了空前提高,是数字化测图的有效手段之一。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,是地理信息产业最重要的问题之一。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。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。4数字图像压缩技术应用的必要性数字摄影测量的发展趋势随着航空、航天技术和计算机技术的发展,必将对遥感技术发展起到积极的推动作用,同时,数字摄影测量与遥感技术相互结合,应用范围会更加广泛。其一,数字摄影测量与遥感技术将会成为数字地球空间数据采集和更新的直接手段。在数字摄影测量系统中,生成的DEM和DOM,并从DOM上自动或人机交互式地提取各种专题信息,包括道路、水系、居民地等,然后将这些结果直接送入数据库中,以实现数据库的自动建立和更新,构成地球空间数据框架。其二,数字摄影测量与遥感技术必将在线路设计中发挥更大的作用。由于数字摄影测量获得的地形图和断面图以及数字高程模型是线路设计的主要资料,而航空或卫星遥感图像可直接或间接地提供大量的有关各种地物属性信息,为解译各种地质现象和水文要素,创造良好的条件。随着技术的不断进步,遥感图像分辨率会进一步提高,数字摄影测量系统也会更加完善,借助GIS技术,使得线路设计工作更趋于自动化。其三,数字摄影测量为三维虚拟实现提供技术支持。基于DEM、DOM以立体的方式显示地表景观,实现三维显示,为地表三维可视化分析、虚拟设计和建设提供三维可视化环境。数