1、中國地質大學課程名稱 測繪學概論 班 級 115093-18 學 生 姓名 沙松齡 學 號 20091002564 數字攝影測量的發展和展望摘要：數字攝影測量對現代測量產生了深遠的影響，本文重點探討了數字攝影測量的發展現狀和趨勢，隨著計算機技術的發展以及數字圖像處理、模式識別、計算機視覺等學科的發展，數字攝影測量已經占據了極其重要的位置。信息化測繪是數字攝影的趨勢。關鍵字：數字攝影測量 測繪 計算機 地理信息系統概述：1.1數字攝影測量國內外的發展現狀目前，世界上對于數字攝影測量的定義，主要有以下兩種觀點：1)是基于數字影像和攝影測量的基本原理，應用計算機技術、數字影像處理、影像匹配、模式識別

2、等多學科的理論與方法，提取所攝對像以數字方式表達的幾何與物理信息的的分支學科。美國等國稱之為軟拷貝攝影測量(Softcopy Photogrammetry)，我國王之卓教授稱為全數字攝影測量(Full Digital Photogrammetry)。這種定義認為，在數字攝影測量過程中，不僅產品是數字。2)另一種定義，則只強調其中間數據記錄及最終產品是數字形式的，即數字攝影測量是基于攝影測量的基本原理，應用計算機技術，從影像(包括硬拷貝，數字影像或數字化影像)提取所攝對象以數字方式表達的幾何與物理信息的攝影測量分支學科。這種定義的數字攝影測量，包括計算機輔助測圖(常稱為數字測圖)與影像數字化圖。

3、數字攝影測量系統主要由兩部分組成：一部分是影像獲取裝置與成果輸出設備；另一部分是一臺計算機、數字攝影測量軟件及其他外圍設備。攝影測量發展到今天，己經進入它的第三個階段 數字攝影測量階段。它對整個攝影測量的教學、科研 生產都產生了極其深遠的影響。而且，它的影響遠遠不能認為僅僅是一種技術的發展一個生產設備的改進以及生產效率的提高。數字攝影測量的發展起源于攝影測景自動化的實踐，主要就是實現利用計算機立體視覺代替人眼的觀側，確定相應光的過程。1 9 5 0年，美國工程兵研究發展實驗室與博士倫光學儀器公司合作研制了第一臺自動化攝影測鼉測圖儀。20世紀60年代初。美國研制成功的DAM(Digital At

4、omatic Map Compilation System)系統成功的將影像灰度轉化成的電信號又轉化為數字信號，并在此基礎上由計算機來實現了攝影測量的自動化過程。這一套系統被認為是世界上第一套數字攝影測量系統。列20世紀90年代。隨著計算機技術的高速發展，數字攝影測量也進入高速發展階段，各種各樣的數字攝影測量系統相繼推向市場。比較著名有：Zeiss的PHODIS，LeicaHelave的DPWS系列，lntergraph的ImageStation，Vision International的SoftPloter等。我國對數字攝影測量的研究也開始的很早，早在20世紀7 0年代，中國地學家提出了航空

5、攝影測繪地圖，數寧化的理論、技術和方法，得到了德國科學界的高度評價和推崇。隨后，由于計算機技術等方面的落后，使得我們國家的數字攝影測量系統的研究落后于發達國家。但是，l 9 7 8年，我國著名的測繪學科學家王之卓先生提出了發展全數字自動化測圖系統的設想與方案。存此基礎卜，武漢測繪科技大學于l 9 8 5年完成了我 第一套全數字自動化測圖軟件系統WUDAMS。數字攝影測量的發展，是攝影測量發展史上一次重大的變革。它對攝影測量的影響是非常巨大的。過去，傳統的攝影測量主要是用來測圖， 國內主要還是線劃圖。因此，攝影測量與用戶的界面就是一個地圖的概念。但是，隨著數字攝影測量時代的到來，什么是攝影測量的

6、產品?這個概念要比傳統的攝影測量的概念寬得多。例如：1.2 附有內、外方位元素的原始影像數據就是產品從傳統的攝影測量而言，攝影的影像，只是原始的資料。其它的用戶可以購買拷貝片，作為下一步處理的原始資料。但是現在，攝影被數字化了。如果我們對原始的數字攝影進行了空中三角測量的處理，這時影像的內方位元素、外方位元素己經是己知數據，如果我們把內、外方位元素作為頭文件與影像數據一起刻在光盤上。這就是一個產品。我們可以想象。如果已知該地區的數字地面模 DEM ，用戶就可以直接利 該數字影像的內、外方位元素、影像數據與DEM 直接生成該地區的正68 科技創新導報Science and Technology

7、Innovation Herald射影像圖，不需作任何處理。如果該像片是個平坦的地區或城區，用戶就可能直接糾正成平面圖。但是，目前生產單位仍然按照傳統的觀念，并沒有把定向結果、方位元素與影像保存在一起。作為一個重要的中間成果或是一種中間產品，顯然這是十分可惜的。 數字表面模型DSM，同樣是重要信息D SM 通常被認為是無用的信息，給攝影測量作業人員帶來很多麻煩。例如在森林地區測圖還必須減掉樹高，因為。傳統的攝影鋇9 量都是以地形為準，所以它必須表達地形的等高線，當然今后還是這樣。但是大家可能并不知道，D S M 同樣非常重要。它可以用于“變化檢測”，在森林地區，可以用干檢測森林的生長情況；在城

8、區，DSM 可以用r檢查城市的發展情況。特別是眾所周知的巡航導彈，它不僅需要數字地面模型，而更需要的是數字表面模型，這樣才有可能使巡航導彈在低空飛行過程中，逢山讓 ，逢森林讓森林。但是，直至今天，數字表面模型始終沒有被認為是一個重要的產品或信息而被保留下來。傳統的線劃圖無疑是攝影測量的重要產品其信息可以直接進入G I S系統或各種C A D 系統，為各種工程設計提供數據。除此之外，正射影像圖已經受到人們的重視，被視為快速成圖與更新的重要手段。但是按傳統的觀念，總認為線劃圖才是一種正式或正規的圖，而正射影像圖充其量似乎也只能是一種輔助圖種。這是由于長期的_J慣所斂，也是受到當時技術條件的限制。隨

9、著技術的發展。這種 慣的看法必然會改變，正射影像圖會受到人們越來越多的重視。由正射影像加DEM所產生的自然環境的三維景觀由城市的正射影像、D EM ，建筑物的量測數據、房頂與墻面的影像紋理數據所產生的城市環境的三維景觀，已經為計算機可視化、計算機模擬、計算機動畫、仿真、虛擬現實、土地與城市規劃提供了數據，這為數字攝影測量的應用開辟了極為廠 闊的前景。目前在國內，己經有用戶將VirtuoZo，用于為虛擬現實的軟件產生數據制作動畫、仿真及可視化。總之，隨著數字攝影測量的發展，攝影測量產品的范圍比傳統的線劃圖要寬得多，我 必須對此有充分的思考與認識2.1計算機軟件與數字攝影測量22.1 Virtuo

10、Zo全數字攝影測量系統VirtuoZ1)全軟件化o全數字攝影測量系統的主要特點：設計VirtuoZo是一個全軟件化設計、功能齊全和高度智能化的全數字攝影測量系統。2)高度自動化影像的內定向、相對定向、影像匹配、建立DEM以及由DEM提取的等高線和制作正射影像等操作，均不需人工干預，可自動批處理進行。3)相對定向的高效率4)靈活性該系統提供了“自動化”和“交互處理”，用戶可根據實際情況靈活選擇。5)通用性系統不僅能基于航空影像生產從l：50 000到1：50o各種比例尺的4D產品，還能處理近景影像、中等分辨率的衛星影像、IKONOS衛星影像、QuickBird衛星影像和可量測數碼相機影像。6)采

11、集3維基礎地理信息的理想平臺計算機視覺與數字攝影測量的區別1)兩者發展的歷史、目的不同。世界上第一臺電子數字計算機(ENIAC)在美國誕生后，計算機立體視覺的開創性工作是從20世紀60年代中期開始的。l851l859年，法國陸軍上校勞賽達特提出的交會攝影測量被稱為攝影測量學的真正起點 。攝影測量的發展遠早于計算機與計算機立體視覺。在電子數字計算機出現之前，攝影測量已經是測繪產業的一個重要組成部分。攝影測量始終是測繪學科的一個分支，通過攝影方式進行測繪，特別是測繪地形圖。因此，計算機視覺與攝影測量的目的有很大的差異。2)出發點不同導致基本參數物理意義不同。計算機視覺是研究怎樣用計算機模擬人的眼睛

12、，實現機器人的視覺，它是以眼睛(攝影機)中心與光軸構成的坐標系為準，它定義的平移量是空間坐標系相對于攝影機坐標系的平移量。而攝影測量是測繪地形圖的重要生產手段，它以空間(地面)統一坐標系為基準。3)出發點不同導致基本公式的不同。4)處理的對象不同，處理流程也不同。航空攝影測量需要對一個區域測繪地形圖，是計算機視覺處理的范圍一般較小，通常為一個立體像對(立體視覺)。5)研究方法的不同。計算機視覺通常采用矩陣分解 ，確定線性方程直接解， 計算機視覺總是設法將非線性問題轉化為線性問題，盡可能避免求解非線性方程。最小二乘法在計算機視覺上也有應用，但是它不是主要方法。測繪學科對觀測值處理的方法是測量平差

13、，其數學基礎是最小二乘法。計算機視覺與數字攝影測量的聯系就計算機視覺(特別是計算機立體視覺)的研究內容而言，它與攝影測量十分相近。計算機視覺的研究目標是使計算機具有通過二維圖像認知三維環境信息的能力，這種能力將不僅使機器感知三維環境中物體的幾何信息，包括其形狀、位置、姿態、運動等，而且能對它們進行描述、存儲、識別與理解。雙目立體視覺是計算機視覺的一個重要分支，是研究如何利用二維投影圖像恢復三維景物世界，即由不同位置的兩臺或者一臺攝像機(ccD)經過移動或旋轉拍攝同一幅場景，通過計算空間點在兩幅圖像中的視差，獲得該點的三維坐標值。美國麻省理工學院人工智能實驗室的Mart提出了一種視覺計算理論并應

14、用了雙目匹配上，使兩張有視差的平面圖產生了深度的立體圖形，奠定了雙目立體視覺發展理論基礎。雙目視覺直接模擬人類雙眼處理景物的方式，可靠簡便，在許多領域均極具應用價值，如機器人導航、三維測量以及虛擬現實等。攝影測量是一門從物體二維影像重建三維空間物體的學科。顯然，攝影測量與計算機視覺具有同樣的目標，數字攝影測量的發展已經借鑒了許多計算機視覺的研究成果。攝影測量進入數字攝影測量以來，它已與計算機視覺緊密地連接在一起。兩者的學科內容相似，如計算機視覺研究特征匹配與影像配準，而攝影測量討論影像相關與影像拼接3.1數字攝影測量在城市地理信息更新中的優勢與發展隨著“數字城市”的發展，作為“數字城市”數據框

15、架的城市地理信息數據庫的快速更新顯得尤為重要。采用科學的數據更新手段，可為“數字城市”維護、應用與發展提供可靠的數據支持，為決策層的正確決策提供科學的依據。“數字城市”的數據更新體現在空間數據和屬性數據的更新上，而空間數據體現在現勢性、準確性、邏輯一致性等要求，包括基礎測繪、數據整理、檢查、拓撲重建、數據入庫等。數據庫包括了二維、二點五維、三維等多維多實相空間實體數據及屬性信息數據等，建庫遵循以下幾大特點：易于拓展、更新快捷、數據源的統一性和延續性等。因此選擇科學的數據更新方法是十分必要的。優勢：1.降低成本縮短周期。與傳統測繪手段比較，數字攝影測量大大降低外業工作的強度，將外業大部分的工作轉

16、入內業，尤其在測繪等高線方面優勢突出，其他如測繪老城區、高層建筑物等與常規極坐標測繪法相比速度也快。應用數字航空攝影測量數據可以迅速確定需要大面積更新的區域，甚至在突發自然災害后可以快速更新影像學資料，為專家和決策層提供科學的技術支持。目前最快的處理速度可以在幾天之內自動處理完畢上千平方公里的影像數據，繪制出數字地面模型和正射影像圖，可以在防洪減災、快速響應等諸多領域快速處理所需的空間信息。2.信息量豐富。原始航攝資料經過專業數字攝影測量軟件的處理后可以更新包括地表景觀、地面高程模型，尤其是基于上述地形數據結合人工合成模型、數碼影像等數據建立起來的三維瀏覽景觀。諸如一些好的三維景觀瀏覽系統“數

17、字小區”、“數字校園”等，以點帶面為“數字城市”提供了一些借鑒技術和經驗。隨著數碼航空相機、航空激光雷達、CCD衛星等的大批量投入應用，更是可以直接提供信息量豐富的多光譜、多尺度、多數據源的遙感影像和三維實體數據。3 更新的拓展性和可延續性強。城市地理信息數據庫可以為多源、單一源等。多源數據是指數據獲取的方式多樣性，數據格式的多樣性。獲取方式的多樣性必然導致地理幾何精度的不一致，這對于地理信息數據的共享產生了不利影響，譬如一套多源地理信息數據往往不能同時滿足規劃、國土、房產管理等多部門的要求。數據格式的多樣性往往需要格式轉換，而格式轉換是數據獲取的下策，通常會產生數據丟失，因此在數據建庫時應盡

18、量減少格式轉換的次數。數字攝影測量可以同時獲取線劃圖、影像及高程模型數據。更新的一般流程為采用全區域數字航攝的方式獲取影像資料，通過影像疊加和匹配技術確定更新區域，利用已有的同源高程模型庫和像控點數據庫快速更新DOM數據庫，進行線劃圖數據更新的同時，利用更新的地形數據重建或更新高程模型數據，實現3D產品的互動更新，達到了數據更新的拓展性和可延續性，同時減少了數據轉換的環節，使得現有數據可以被最大化地利用。發展1.原始數據獲取手段的發展。航空攝影測量最重要的原始數據就是航片了。傳統的航空攝影主要是以框幅式相機如RC10或RC30 為代表，攝影后需要進行沖洗、負片壓正、掃面等過程，獲取膠片，工序比

19、較多。同時由于中心投影經常引起較大的航片畸變差，這都會對精度產生較大影像。近幾年來，面陣式數碼相機（如DMC、UCD等）以及三線陣推掃式數碼相機（如ADS40）、機載激光雷達等先進傳感器相繼的采用可直接獲取高分辨率數字影像，多光譜、彩紅外等影像數據以及高程數據。隨著GPS輔助空三系統、POS直接定向系統、差分GPS+慣性導航系統（DGPS+IMU）等定向系統應用于航攝過程，在航飛的同時以少量的地面控制點甚至是在無地面控制的情況下可直接獲取不同精度的航片外方位元素，改變了傳統航空攝影測量的作業模式，大大減少了航測外業像控點的布測工作，縮短了數據更新的周期。2.數字攝影測量系統的發展。數字攝影測量

20、的硬件系統由工作站版、微機版、集成網絡版等一系列的發展過程。隨著計算機技術的快速發展，數字攝影測量系統的處理速度也在不斷地提高。計算機處理器性能、顯卡性能、顯示器性能、光電傳感靈敏度等都直接影響數字攝影測量系統的應用潛力，反過來數字攝影測量系統可與計算機視覺、計算機仿真、模擬、計算機動畫、計算機網絡聯系起來又極大地擴展了數字攝影測量系統的應用領域。3.2數字攝影測量工作站的使用與發展實現數字攝影測量的系統稱為數字攝影測量工作站DPWfDigitalPhotogrammetric Workstation)。下面對DPW作簡單的介紹。3.2.1 DPW 作業簡介 DPW 的作業流程(如圖1所示)1

21、 DPW 的作業方式2自動化與人工干預。自動化作業應無需任何的人二r于預，人工干預在自動化處理之前進行預處理或系統無法處理的問題應記錄下來留給人工進行后處理。3人T干預與半自動化。在DPW 中人工干預并不完全由人 控制，而應盡可能達到半自動化。即在大多數情況下，只需作業人員給出一些簡單的“指示”系統就能自動地處理。3.DPW 的主要功能31數據的輸入和輸出。DPW 可以對多種格式的影像數據、矢量數據和DEM數據等進行輸入和輸出。3_2影像數字化。由數字攝影機直接獲得的像片不需要進行影像的數字化。用傳統光學攝影機所攝的像片要經影像掃描儀轉化為數字影像。33影像處理。大多數的DPW有一些基本的影像

22、處理功能，如影像增強和幾何變換等，但是少數系統有較強的影像處理功能，有時可用一些圖像處理軟件里進行一些簡單處理。34建立工程。利用影像數據、相機參數文件和控制點文件建立各個：I：程，生成各個立體像對。35影像定向。利用相機檢校參數，自動或人工識別影像的框標并進行框標中心定位，計算掃描坐標系與影像坐標系之間的相互轉換參數，自動進行內定向，改正掃描過程所引起的誤差。自動提取影像中足夠的分布合理的特征點，并尋找同名像點，計算相對定向參數，自動進行相對定向。由人工方式在左(右)影像上定位控制點點位，采用影像匹配技術確定同名像點，計算絕對定向參數，完成絕對定向。36自動空中三角測量。人工干預或全自動內定

23、向、選點、相對定向、轉點，半自動量測地面控制點。區域網平差，剔除粗差，檢查定向點的數量和分布情況，自動整理結果，建立各模型的參數文件。237核線影像。在相對定向完成后，利用相對定向參數，按同名核線將影像的灰度沿核線方向重新排列，構成核線影像，將二維相關問題簡化為一維相關問題，以便立體量測和大大減少相關的計算工作量。38數字影像匹配。沿核線方向進行一維搜索，在左右影像上自動、高效地尋找大量的同名點。39制作DEM。根據像點對應的地面點的空間坐標，內插生成TIN，再進行插值計算，建立DEM。310自動生成等高線。利用TIN或DEM自動生成一定精度的等高線圖。311制作DOM。由DEM自動生成正射影

24、像。312 DOM與等高線疊合。將等高線疊合到DOM上，獲得帶有等高線的正射影像圖。313 DOM鑲嵌與修補。對多個立體模型進行DOM拼接，進行無縫鑲嵌，生成整個測區的正射影像圖。314數字測圖。基于數字影像的計算機輔助量測，如特征提取與更新、屬性化、注記和測圖等。315制作透視圖和景觀圖。根據透視變換原理與DEM制作透視圖，將正射影像疊加到DEM透視圖上制作景觀圖。3-16制作影像地圖和可視化圖。如正射影像疊置在數字高程模型上進行地形三維顯示。_4.基于數字攝影測量的城市三維仿真模型的建設城市三維仿真模型建設城市三維仿真模型根據立體空間剖分結構及模型建設方法不同的特點分為地表三維模型(地形地貌模型)和地上三維模型(三維景觀模型)。城市三維仿真模型建設的步驟如下：第一步：根據DEM 和DOM 數據疊加建設地形地貌模型；第二步：根據數字攝影測量數據建設三維景觀模型；第三步：將這兩類模型進行疊加生成城市三維仿真模型。利用數字攝影測量技術生成城市三維仿真模型與其他技術方法相比具有以下幾個優勢：(1)數據獲取速度快、效率高和質量好；(2)建筑物高度數據準確，應用性強；(3)地面紋理和建筑頂部紋理都可以直接采用由立體像對生成的測區的正射投影圖，模型的真實性強。結束語：1、 隨著數字攝影測量的發展，攝影 測量產品的范