模擬攝影測量簡介

模擬攝影測量是利用光學(xué)或機(jī)械交會方法 ，直接將象點坐標(biāo)交會成空間模型坐標(biāo)，它是一種避免計算的攝影測量。它主要是研究攝影測量的基本原理，包括單張像片和雙像成圖原理，即攝影過程和幾何反轉(zhuǎn)原理、恢復(fù)和變換光束原理、像片上地物地貌影像變形規(guī)律等，根據(jù)這些原理制造各種模擬型測圖儀器，包括糾正儀（利用單張像片生成影像圖）、立體測圖儀（利用雙像建立立體模型一次測繪地形圖）等儀器的結(jié)構(gòu)原理、操作方法與成圖過程等。

模擬型測圖儀器的操作比較復(fù)雜，對操作員的素質(zhì)要求比較高，對像片比例尺、成圖比例尺都有一定的限制，而且成果產(chǎn)品單一，只能以影像或地形圖的開式輸出，不利于地形圖的保管、修測與補(bǔ)測。

19世紀(jì)中葉，勞塞達(dá)用攝影像片和所謂的“明箱”裝置，測制萬森城堡圖，標(biāo)志著攝影測量的誕生。當(dāng)時采用的是圖解法逐點測繪。直到本世紀(jì)初，才由維也納軍事地理研究所按奧雷爾的思想制成了“自動立體測圖儀”，后來由德國卡爾蔡司廠進(jìn)一步發(fā)展，成功地制造出實用的“立體自動測圖儀”。由于這些儀器均采用光學(xué)投影器或機(jī)械投影器或是光學(xué)一機(jī)械投影器“模擬”攝影過程，用它們交會被攝物體的空間位置，所以我們稱之為“模擬攝影測量儀器”。因此，這一發(fā)展時期也被稱為“模擬攝影測量時代”。在這時期，能夠用來解決攝影測量主要問題的現(xiàn)有的全部的攝影測量測圖儀，實際上都以同樣的原理為基礎(chǔ)，這個原理可以稱為“模擬原理”。儀器雖冠以“自動”二字，但它只是說能夠避免繁瑣的計算，即利用光學(xué)機(jī)械模擬的裝置，實現(xiàn)了復(fù)雜的攝影測量解算。但它并不是不需要人工來觀測。攝影測量技術(shù)的發(fā)展可以說基本上是圍繞開發(fā)十分昂貴的立體測圖儀來進(jìn)行的。到了六、七十年代，這種類型的儀器發(fā)展到了頂峰。

攝影測量的發(fā)展可分為三個階段，即模擬攝影測量、解析攝影測量、數(shù)字?jǐn)z影測量。模擬攝影測量與其他兩者相比，其特點如圖《攝影量三個發(fā)展階段的特點》所示。

模擬攝影測量解析攝影測量

電子計算機(jī)的出現(xiàn)和自動控制技術(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的實用化，為攝影測量立體測圖儀的發(fā)展提供了新的技術(shù)條件。Helava于1957年提出了攝影測量的一個新概念，就是用“數(shù)字投影代替物理投影”。所謂“物理投影”，就是指“光學(xué)的、機(jī)械的、或光學(xué)一機(jī)械”的模擬投影。“數(shù)字投影”就是利用電子計算機(jī)實時地進(jìn)行共線方程的計算。從而交會被攝物體的空間位置。解析攝影測量是依據(jù)像點與相應(yīng)的地面點間的數(shù)學(xué)關(guān)系，用電子計算機(jī)解算像點相應(yīng)地面點的坐標(biāo)并進(jìn)行測圖解算的技術(shù)。在解析攝影測量中，利用少量的野外控制點，加密測圖用的控制點或其它用途的更加密集的控制點的工作，叫做解析空中三角測量，也稱為電算加密。電算加密和解析測圖儀的出現(xiàn)標(biāo)志著攝影測量進(jìn)入解析攝影測量的時代。

解析測圖儀與模擬測圖儀的主要區(qū)別有三點:

(一)、前者使用數(shù)字投影方式，后者使用模擬的物理投影方式。(二)、在儀器設(shè)計和結(jié)構(gòu)上前者為由計算機(jī)控制的坐標(biāo)量測系統(tǒng)，后者使用純光學(xué)、機(jī)械型的模擬測圖裝置。(三)、在操作方式上前者是計算機(jī)輔助的人工操作、后者是完全手工操作。

模擬攝影測量數(shù)字?jǐn)z影測量

用影像相關(guān)(或影像匹配)技術(shù)代替雙眼觀測，實現(xiàn)真正的自動化測圖，采用數(shù)字方式實現(xiàn)攝影測量自動化，這樣，攝影測量發(fā)展到了數(shù)字?jǐn)z影測量階段。隨著數(shù)字圖像處理、模式識別、人工智能、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)和計算機(jī)視覺等學(xué)科的不斷發(fā)展，以及計算機(jī)性能的快速提高，數(shù)字?jǐn)z影測量被公認(rèn)為攝影測量的第三個階段。數(shù)字?jǐn)z影測量就是以數(shù)字影像為基礎(chǔ)，用電子計算機(jī)進(jìn)行分析和處理，確定被攝物體的形狀、大小、空間位置及其性質(zhì)的技術(shù)。

數(shù)字?jǐn)z影測量與模擬、解析攝影測量的最大區(qū)別在于:它處理的原始信息不僅可以是像片，更主要的是數(shù)字?jǐn)z影(如CCD影像)或數(shù)字化影像，它最終是以計算機(jī)視覺代替人眼的主體觀測，因而它所使用的儀器最終將只是通用計算機(jī)及其相應(yīng)外部設(shè)備。

攝影測量學(xué)距今以有二百多年的歷史了。最初叫圖像量測學(xué)(據(jù)Ieonometry而來，或譯作量影術(shù))。1837年，發(fā)明攝影技術(shù)后，才叫攝影測量學(xué)。數(shù)學(xué)家勃蘭特早在18世紀(jì)就論述了攝影測量學(xué)的基礎(chǔ)—透視幾何理論。1839年，法國報導(dǎo)了第一張攝影像片的產(chǎn)生后，攝影測量學(xué)開始了它的發(fā)展歷程。

19世紀(jì)中葉，法國陸軍上校勞塞達(dá)利用所謂“明箱”裝置，測制了萬森城堡圖。勞塞達(dá)被公認(rèn)為“攝影測量之父”。航空技術(shù)發(fā)達(dá)之后，攝影測量學(xué)被稱作航空攝影測量學(xué)。1975年，衛(wèi)星上天后，航空測量發(fā)展到了航天測量，再隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，1980年，國際攝影測量學(xué)會改稱為“國際攝影測量與遙感學(xué)會”。攝影測量進(jìn)人到遙感這個新的歷史時期。

攝影測量就是利用攝影技術(shù)(主要是航空攝影，也可是地面攝影)攝取物體的影像，從而識別此物體并測求其形狀及位置。攝影測量的發(fā)展可分為三個階段，即模擬攝影測量、解析攝影測量、數(shù)字?jǐn)z影測量。

攝影測量三個發(fā)展階段從時間上來看沒有嚴(yán)格準(zhǔn)確的劃分，但基本上，在50年代早期，沒有計算機(jī)，那時的攝影測量就是要避免計算，對于制圖和影像輸出都采用模擬技術(shù)來實施。60年代早期出現(xiàn)第一批數(shù)字式計算機(jī)，但攝影測量還是沒能跳出傳統(tǒng)攝影測量的范圍。因此，以上時期屬于模擬攝影時期。到了70年代，正射影像和解析測圖儀的出現(xiàn)，標(biāo)志著解析攝影測量時代的到來。當(dāng)時的攝影測量儀器制造業(yè)沒有參與軟件的研制而且沒有嚴(yán)格地考慮硬件，這種情況持續(xù)了10年。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)字制圖和計算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，同時遙感也逐漸發(fā)展，最終到了80年代左右，開始了數(shù)字?jǐn)z影測量的發(fā)展。

模擬攝影測量測制各種比例尺地形圖

這是模擬攝影測量最主要的應(yīng)用之一，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，城鄉(xiāng)建設(shè)日新月異，對地形圖成圖的速度、質(zhì)量要求愈來愈高，利用攝影測量方法測制地形圖，具有精度高、現(xiàn)勢性好、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點，正逐漸地被國家級測繪單位采用。還有一些單位已進(jìn)行了各種比例尺全數(shù)字化地形成圖試驗，并且正在提高生產(chǎn)效率，為以后全面推廣奠定了基礎(chǔ)。

模擬攝影測量為地理信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是集計算機(jī)科學(xué)、地理學(xué)、遙感、環(huán)境、城市、空間、信息、管理科學(xué)為一體的新興科學(xué)，在我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著不可估量的作用。平板、攝影測量模擬法成圖可以通過先測繪地形圖，再將地形圖數(shù)學(xué)化獲得數(shù)據(jù)，或者利用解析法成圖獲得數(shù)據(jù)，從而為GIS提供數(shù)據(jù)。

模擬攝影測量與CAO數(shù)據(jù)間的交換

模擬攝影測量采集的數(shù)據(jù)，可以形成各種形式的數(shù)據(jù)文件，也可以轉(zhuǎn)換成廣泛的CAD圖形文件。

近景攝影測量可劃分為建筑攝影測量、工業(yè)攝影測量和生物醫(yī)學(xué)攝影測量等。

建筑攝影測量包括亭臺樓閣等古老建筑或石窟雕琢的等值線圖、立面圖、平面圖的制作，可用于古跡遺址的發(fā)掘和歷史文物的復(fù)制等。

工業(yè)攝影測量可用于汽車外殼形狀的測定，大型機(jī)械部件加工質(zhì)量和裝配質(zhì)量的檢查，水利工程模型的量測，爆破量的計算，爆破過程的演示，各類建筑物的變形觀測等。

生物醫(yī)學(xué)攝影測量包括動物軀體的外形測量，生物發(fā)育過程的記錄，以及對醫(yī)學(xué)內(nèi)科、外科、牙科、眼科、骨傷科、矯形科的臨床診斷提供量測技術(shù),配合X光立體攝影量測體內(nèi)異物或病灶的位置等。

近景攝影測量包括近景攝影和圖像處理兩個過程。近景攝影一般使用量測攝影機(jī)，它是框標(biāo)、內(nèi)方位元素已知并且物鏡畸變小的專用儀器，有的還備有外部定向、同步攝影、連續(xù)攝影等設(shè)備。也可以使用非量測攝影機(jī)，如電影攝影機(jī)、高速攝影機(jī)、全息攝影機(jī)、顯微攝影機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)、X光攝影機(jī)等。圖像處理同通常的攝影測量類似，分為模擬法和解析法，可以獲得平面圖、立體圖、斷面圖、透視圖、等值線圖以及包括物點坐標(biāo)在內(nèi)的多種物理參數(shù)。近景攝影測量在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究中有廣泛的用途，特別適用于重要工程的變形和自動生產(chǎn)線的監(jiān)測，彈體運動軌跡、炮口沖擊波等不可接觸物體的量測等。

多基線數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)（Lensphoto）屬于地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域最新數(shù)字近景攝影測量應(yīng)用軟件。它是近幾十年來首次在理論上突破了傳統(tǒng)近景攝影測量原理，以計算機(jī)視覺替代傳統(tǒng)的人眼雙目視覺原理而獲得實質(zhì)性發(fā)展的一套全數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)。

它能對普通單反數(shù)碼相機(jī)獲得的影像，完成從自動空三測量到測繪各種比例尺的線劃地形圖的生產(chǎn)，及對普通數(shù)碼相機(jī)所獲的近景影像進(jìn)行快速精密三維重建；并可作為直接由地面攝影的數(shù)字影像中獲取測繪信息的軟件平臺。它填補(bǔ)了國內(nèi)國際近景攝影測量技術(shù)五十多年無實質(zhì)性發(fā)展的空白，是一項應(yīng)用前景遠(yuǎn)大的測量新技術(shù)。