模擬攝影測(cè)量攝影測(cè)量簡(jiǎn)介

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

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

攝影測(cè)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(shí)別此物體并測(cè)求其形狀及位置。攝影測(cè)量的發(fā)展可分為三個(gè)階段，即模擬攝影測(cè)量、解析攝影測(cè)量、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。

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

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

模擬攝影測(cè)量解析攝影測(cè)量

電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和自動(dòng)控制技術(shù)、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)用化，為攝影測(cè)量立體測(cè)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(cè)量的一個(gè)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?！皵?shù)字投影”就是利用電子計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)地進(jìn)行共線方程的計(jì)算。從而交會(huì)被攝物體的空間位置。解析攝影測(cè)量是依據(jù)像點(diǎn)與相應(yīng)的地面點(diǎn)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，用電子計(jì)算機(jī)解算像點(diǎn)相應(yīng)地面點(diǎn)的坐標(biāo)并進(jìn)行測(cè)圖解算的技術(shù)。在解析攝影測(cè)量中，利用少量的野外控制點(diǎn)，加密測(cè)圖用的控制點(diǎn)或其它用途的更加密集的控制點(diǎn)的工作，叫做解析空中三角測(cè)量，也稱(chēng)為電算加密。電算加密和解析測(cè)圖儀的出現(xiàn)標(biāo)志著攝影測(cè)量進(jìn)入解析攝影測(cè)量的時(shí)代。

解析測(cè)圖儀與模擬測(cè)圖儀的主要區(qū)別有三點(diǎn):

(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(jì)和結(jié)構(gòu)上前者為由計(jì)算機(jī)控制的坐標(biāo)量測(cè)系統(tǒng)，后者使用純光學(xué)、機(jī)械型的模擬測(cè)圖裝置。(三)、在操作方式上前者是計(jì)算機(jī)輔助的人工操作、后者是完全手工操作。

模擬攝影測(cè)量數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量

用影像相關(guān)(或影像匹配)技術(shù)代替雙眼觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化測(cè)圖，采用數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量自動(dòng)化，這樣，攝影測(cè)量發(fā)展到了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量階段。隨著數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別、人工智能、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等學(xué)科的不斷發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)性能的快速提高，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量被公認(rèn)為攝影測(cè)量的第三個(gè)階段。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量就是以數(shù)字影像為基礎(chǔ)，用電子計(jì)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(cè)量與模擬、解析攝影測(cè)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(jì)算機(jī)視覺(jué)代替人眼的主體觀測(cè)，因而它所使用的儀器最終將只是通用計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)外部設(shè)備。

19世紀(jì)中葉，勞塞達(dá)用攝影像片和所謂的“明箱”裝置，測(cè)制萬(wàn)森城堡圖，標(biāo)志著攝影測(cè)量的誕生。當(dāng)時(shí)采用的是圖解法逐點(diǎn)測(cè)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(dòng)立體測(cè)圖儀”，后來(lái)由德國(guó)卡爾蔡司廠進(jìn)一步發(fā)展，成功地制造出實(shí)用的“立體自動(dòng)測(cè)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(guò)程，用它們交會(huì)被攝物體的空間位置，所以我們稱(chēng)之為“模擬攝影測(cè)量?jī)x器”。因此，這一發(fā)展時(shí)期也被稱(chēng)為“模擬攝影測(cè)量時(shí)代”。在這時(shí)期，能夠用來(lái)解決攝影測(cè)量主要問(wèn)題的現(xiàn)有的全部的攝影測(cè)量測(cè)圖儀，實(shí)際上都以同樣的原理為基礎(chǔ)，這個(gè)原理可以稱(chēng)為“模擬原理”。儀器雖冠以“自動(dòng)”二字，但它只是說(shuō)能夠避免繁瑣的計(jì)算，即利用光學(xué)機(jī)械模擬的裝置，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的攝影測(cè)量解算。但它并不是不需要人工來(lái)觀測(cè)。攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展可以說(shuō)基本上是圍繞開(kāi)發(fā)十分昂貴的立體測(cè)圖儀來(lái)進(jìn)行的。到了六、七十年代，這種類(lèi)型的儀器發(fā)展到了頂峰。

模擬攝影測(cè)量是利用光學(xué)或機(jī)械交會(huì)方法 ，直接將象點(diǎn)坐標(biāo)交會(huì)成空間模型坐標(biāo)，它是一種避免計(jì)算的攝影測(cè)量。它主要是研究攝影測(cè)量的基本原理，包括單張像片和雙像成圖原理，即攝影過(guò)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(cè)圖儀器，包括糾正儀（利用單張像片生成影像圖）、立體測(cè)圖儀（利用雙像建立立體模型一次測(cè)繪地形圖）等儀器的結(jié)構(gòu)原理、操作方法與成圖過(guò)程等。

模擬型測(cè)圖儀器的操作比較復(fù)雜，對(duì)操作員的素質(zhì)要求比較高，對(duì)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(kāi)式輸出，不利于地形圖的保管、修測(cè)與補(bǔ)測(cè)。

模擬攝影測(cè)量測(cè)制各種比例尺地形圖

這是模擬攝影測(cè)量最主要的應(yīng)用之一，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，城鄉(xiāng)建設(shè)日新月異，對(duì)地形圖成圖的速度、質(zhì)量要求愈來(lái)愈高，利用攝影測(cè)量方法測(cè)制地形圖，具有精度高、現(xiàn)勢(shì)性好、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸地被國(guó)家級(jí)測(cè)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(yàn)，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(cè)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(jì)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(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著不可估量的作用。平板、攝影測(cè)量模擬法成圖可以通過(guò)先測(cè)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(cè)量與CAO數(shù)據(jù)間的交換

模擬攝影測(cè)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(cè)量可劃分為建筑攝影測(cè)量、工業(yè)攝影測(cè)量和生物醫(yī)學(xué)攝影測(cè)量等。

建筑攝影測(cè)量包括亭臺(tái)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(cè)量可用于汽車(chē)外殼形狀的測(cè)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(cè)，爆破量的計(jì)算，爆破過(guò)程的演示，各類(lèi)建筑物的變形觀測(cè)等。

生物醫(yī)學(xué)攝影測(cè)量包括動(dòng)物軀體的外形測(cè)量，生物發(fā)育過(guò)程的記錄，以及對(duì)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(cè)技術(shù),配合X光立體攝影量測(cè)體內(nèi)異物或病灶的位置等。

近景攝影測(cè)量包括近景攝影和圖像處理兩個(gè)過(guò)程。近景攝影一般使用量測(cè)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(zhuān)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(cè)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(cè)量類(lèi)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(diǎn)坐標(biāo)在內(nèi)的多種物理參數(shù)。近景攝影測(cè)量在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)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(dòng)生產(chǎn)線的監(jiān)測(cè)，彈體運(yùn)動(dòng)軌跡、炮口沖擊波等不可接觸物體的量測(cè)等。

多基線數(shù)字近景攝影測(cè)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(cè)量應(yīng)用軟件。它是近幾十年來(lái)首次在理論上突破了傳統(tǒng)近景攝影測(cè)量原理，以計(jì)算機(jī)視覺(jué)替代傳統(tǒng)的人眼雙目視覺(jué)原理而獲得實(shí)質(zhì)性發(fā)展的一套全數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)。

它能對(duì)普通單反數(shù)碼相機(jī)獲得的影像，完成從自動(dòng)空三測(cè)量到測(cè)繪各種比例尺的線劃地形圖的生產(chǎn)，及對(duì)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(cè)繪信息的軟件平臺(tái)。它填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)國(guó)際近景攝影測(cè)量技術(shù)五十多年無(wú)實(shí)質(zhì)性發(fā)展的空白，是一項(xiàng)應(yīng)用前景遠(yuǎn)大的測(cè)量新技術(shù)。