于數碼相機的近景攝影測量技術研究

1、東北大學博士學位論文 獨創(chuàng)聲明 獨創(chuàng)聲明本人聲明所呈交的學位論文是在導師的指導下完成的。論文中取得的研究成果除加以標注和致謝的地方外，不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包括本人為獲得其他學位而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示誠摯的謝意。學位論文作者簽名：簽 字 日 期：學位論文版權使用授權書本學位論文作者和指導教師完全了解東北大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定：即學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學可以將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索、交流。（如作者和導師同

2、意網上交流，請在下方簽名：否則視為不同意）學位論文作者簽名： 導 師 簽 名：簽 字 日 期： 簽 字 日 期：- I -東北大學博士學位論文 摘 要 基于數碼相機的近景攝影測量技術研究關鍵詞：摘 要 - II -東北大學博士學位論文Key words： Abstract Camera Based Abstract - III -東北大學博士學位論文 目 錄 目 錄獨創(chuàng)聲明 . I 摘 要 . II Abstract. III 目 錄 . IV第一章 緒論 . 11.1 引言 . 11.2 近景攝影測量的起源和發(fā)展 . 21.3 近景攝影測量的應用 . 41.4 數字近景攝影測量的現狀及本文研

3、究的主要內容 . 9第二章 近景攝影測量的基礎理論 . 122.1 坐標系統(tǒng)與坐標變換 . 122.1.1 世界坐標系 . 122.1.2 攝象機坐標系 . 122.1.3 圖象坐標系 . 122.1.4 像素陣列坐標系 . 122.1.5 歸一化坐標系 . 132.1.6 坐標變換 . 132.2 攝象機模型 . 132.2.1 針孔模型和透視投影 . 142.2.2 攝象機外參數 . 152.2.3 攝象機內參數和歸一化攝象機 . 162.2.4 攝象機模型 . 182.3 空間點的三維重構 . 18第三章 數碼相機及其標定 . 213.1 數碼相機 . 21- IV -東北大學博士學位論

4、文 目 錄 3.1.1 數碼相機的工作原理 . 213.1.2 數碼相機的性能指標 . 213.1.3 數碼相機的鏡頭 . 223.1.4 數碼相機鏡頭的特點 . 233.1.5 數碼相機鏡頭的類型 . 283.1.6 數碼相機選擇的標準 . 283.2 攝像機定標基本方法 . 293.3 基于二維棋盤狀參照物的定標原理 . 31第四章 自動標定計算 . 344.1 引言 . 344.2 棋盤格模板內部角點的特征分析 . 354.3 棋盤格模板內部角點的識別 . 364.3.1 棋盤格模板圖像角點的檢測 . 364.3.2 棋盤格模板黑白方格交點的識別 . 374.3.3 棋盤格模板柵格線交點

5、的識別 . 394.4 棋盤格模板內部角點的定位 . 414.4.1 內部角點陣列的確定 . 414.4.2 棋盤格模板參考坐標系統(tǒng)原點的確定 . 424.5 實驗結果及分析 . 444.6 結論 . 46第五章 近景攝影測量中的攝影技術與方法 . 485.1 攝影技術 . 485.1.1 視場 (f.o.v) . 485.1.2 聚焦 . 495.1.3 曝光 . 495.2 測量原理攝影測量的第二核心部分（攝影測量過程） . 495.2.1 三角測量法 . 50- V -東北大學博士學位論文 目 錄 5.2.2 后方交會 . 515.2.3 自我標定 . 515.2.4 成組調整（前方交會

6、） . 525.2.5 影響測量精度的因素分析 . 535.2.6 確定攝影測量的比例 . 545.3 攝影測量過程（步驟） . 555.3.1 制定測量計劃 . 555.3.2 定義物體空間坐標系統(tǒng) . 565.4 攝影測量方法 . 565.4.1 測量方法的分類 . 565.4.2 制訂不同類型的測量方案 . 59第六章 對應點的確定 . 706.1 引言 . 706.2 雙目立體視覺中的極線約束 . 716.3 匹配算法 . 736.4 匹配方案的決策性討論 . 78第七章 精度與誤差分析 . 827.1 影響精度的主要因素 . 827.2 誤差仿真分析 . 837.2.1 計算機仿真模

7、型的建立 . 847.2.2 仿真分析 . 847.2.3 仿真試驗及結果 . 857.3 提高精度的措施 . 93第八章 雙目數字近景攝影測量系統(tǒng) . 958.1 系統(tǒng)的硬件構成 . 958.2 系統(tǒng)的軟件構成 . 958.3 系統(tǒng)的主要功能 . 95- VI -東北大學博士學位論文 目 錄 8.3.1 攝象機標定 . 978.3.2 雙目結構參數標定 . 998.3.3 目標點三維坐標計算 . 1018.3.4 其它功能 . 103第九章 總結與展望 . 104 參考文獻 . 105 致謝 . 106- VII -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 第1章 緒論1.1 引言攝影測量可以在不

8、接觸被測對象的情況下，瞬間獲取被測對象的高密度信息，有著其它測量方法所不能比擬的優(yōu)勢。非接觸測量對被測物體不用加以任何干擾限制，因此可以獨立地、客觀地對被測物進行靜態(tài)或動態(tài)的測量。這使得許多不能在被測物上附加傳感器的測量成為可能，而且更客觀和直觀。攝影測量可從不同角度進行分類。按攝影距離的遠近分，可分為航天攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量、近景攝影測量和顯微攝影測量。按處理的技術手段分，有模擬法攝影測量、解析法攝影測量和數字攝影測量。按用途分類，有地形攝影測量與非地形攝影測量。地形攝影測量主要用于測繪國家基本地形圖，工程勘察設計和城鎮(zhèn)、農業(yè)、林業(yè)、土地等部門的規(guī)劃與資源調查用圖和相應的數據

9、庫；非地形鑷影測量用于解決資源調查、變形觀測、環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察、彈道軌跡測量、爆破以及工業(yè)、建筑、考古、地質工程、生物醫(yī)學等方面的科學技術問題。傳統(tǒng)攝影測量中，信息源是一幅圖像或圖像序列，其記錄介質主要是各種感光膠片，包括靜態(tài)測量的照相底片和動態(tài)測量的各種規(guī)格的電影膠片。以往對攝影圖像主要是由人工進行處理。例如直接在照片上使用直尺、腳規(guī)等工具進行測量，或用投影儀將膠片放大到屏幕上再對目標進行判讀測量。這種采用人工判讀處理的方式，不但需要專門的判讀設備，而且耗時費力，易出錯，精度低，從而限制了攝影測量的應用。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，攝影測量已經進入了數字攝影測量時代。數碼影像因其便于計算機處

10、理、存儲和通過網絡進行傳輸得到了廣泛的應用，數字圖像或數字圖像序列取代傳統(tǒng)的底片和膠片已經成為不可扭轉的趨勢。利用計算機數字圖像處理分析技術對攝影圖像進行處理和分析就形成了數字攝影測量技術。該技術使得攝影測量方法有了質的飛躍，增強了攝影測量的手段，擴大了攝影測量的應用范圍，有效提高了測量精度。數字攝影測量技術與傳統(tǒng)攝影測量技術相比有以下幾個突出優(yōu)點：（1）提高圖像的質量。利用數字圖像處理技術可以對圖像進行各種處理，如圖像- 1 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 增強、邊緣銳化、濾除噪聲等。（2）提高測量的精度。利用提高攝像機、掃描儀等圖像采集設備的硬件分辨率，或調整光學鏡頭放大倍數等方法，

11、使獲得的圖像目標點比傳統(tǒng)方法更多、更精確。同時利用各種圖像目標模式定位方法，特別是亞像素定位技術，可以明顯地提高圖像目標的定位精度。（3）可測量傳統(tǒng)方法不易測量的物理量。許多肉眼無法分辨的物理量，如干涉條紋的亮度變化量，某異形區(qū)域的面積，某連續(xù)變化的亮度場、色彩場、條紋方位場等，都可以利用數字圖像處理分析技術來進行測量。（4）對成象系統(tǒng)的高精度標定和誤差修正。（5）自動化程度高。隨著數碼相機的廣泛應用，其性能越來越高、價格越來越低，數碼相機在攝影測量的應用將是攝影測量發(fā)展的必然趨勢。1.2 近景攝影測量的起源和發(fā)展攝影的像就是物體在底片平面上的中心投影或物體的透視成像。透視成像方法早在遠古時候

12、就被發(fā)現，不過當時還是以幾何學為基礎的。比較詳細闡明這一透視成像的幾何原理是學者廉翁獨大維契(1452-1519年)。1839年達蔡爾發(fā)明了攝影學，隨之在1858年由巴黎攝影師納達首先從空中對地面進行了攝影試驗。十九世紀中，法國人Laussedat研究應用量測相機拍攝地面像片來繪制地形圖。1901年德國的Pulfrich和1903年南非的Fourcado分別研究并制出了立體坐標量測儀，發(fā)展為地面立體攝影測量。1838年Wheatstne發(fā)明了立體鏡。到1907年Jena Zeiss廠設計了第一臺立體自動測圖儀，使測圖方法得到進一步完善。地面立體攝影測量與平板儀測圖相比，成圖質量高，勞動強度低。

13、許多部門對小范圍山地和山區(qū)中局部陡峭的地段，仍然在應用地面立體攝影測量測制地形圖。只是在1911年發(fā)明飛機以后，航空攝影測量方法得到迅速的發(fā)展。航空攝影測量早己成為世界各國測繪地形圖的主要方法，這種方法在二十世紀初，由于受到攝影條件和儀器精度的限制，一般僅用于在中、小比例尺(1: 10萬一1: 2.5萬)的地形圖測繪上。直到- 2 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 六十年代，各種精密立體測圖儀的大量出現，攝影測量就被廣泛應用于經濟建設的各種大比例尺測圖工作中。自1957年U.Helava發(fā)表“攝影測量測圖儀的新原理”，首次提出解析測圖儀的設計思想以來，到目前已出現十幾種解析測圖儀。隨著電子

14、計算機的飛速發(fā)展，解析測圖儀也已發(fā)展到自動化的解析測圖儀。近年來攝影像片數字化有了很大的發(fā)展，主要是攝影像片影像(密度)變成數字或是把大量像點坐標記錄下來，然后用電子計算機進行運算，自動繪制等高線，用繪圖儀繪成線劃圖或是直接用數字形式進行工程設計，這就是數字攝影測量。攝影測量從七十年起，由于科學技術的飛躍發(fā)展，使它完全突破了測繪地形圖的范圍，因而發(fā)展出來一個新的分支非地形攝影測量或稱為近景攝影測量，其實質就是攝影測量在各個學科中的應用。近景攝影測量最早是在建筑上應用。就建筑攝影測量的任務而言，不只是記錄建筑物和紀念碑，還要考慮到損壞后的重建工作，以及測定其變形等工作。目前，全世界在建筑學上已廣

15、泛應用近景攝影測量。直到第一次世界大戰(zhàn)，近景攝影測量的發(fā)展幾乎和攝影測量的發(fā)展是一樣的。二者都是從地面站拍攝像片，使用的方法和儀器也相同。到1920年攝影測量己經主要使用航空像片了。同時為使用航空像片而發(fā)展了立體測圖儀器，這些儀器是用光學、機械辦法來恢復被攝地區(qū)的立體模型。這些儀器主要用于測制地形圖，而有些儀器的設計也可適用于地面攝影測量和近景攝影測量。從1920年到1960年期間，發(fā)展了使用固定基線的立體量測相機，這種相機的測圖系統(tǒng)能用于建筑、考古、工程、采礦和事故等方面，這些都是近景攝影測量的重要發(fā)展。當時近景攝影測量所使用的模擬儀器主要有三種類型:(1) 專為近景攝影測量所設計的正直攝影

16、測圖儀；(2) 兼用于航空攝影和地面攝影的全能型儀器，這種儀器具有相當大的傾斜范圍、景深、主距和基線安置范圍；(3) 專為航空攝影測圖所設計的全能型儀器，使用垂直和近似垂直航攝像片，但有時也可用來進行近景攝影測量。由于電子計算機的廣泛應用以及高精度立體(平面)坐標儀的生產，因而使解析法- 3 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 得到應用，人們認真研究了解析空中三角測量，進行電算加密，不但提高了加密點的精度，同時也減輕了野外體力勞動。這是航空攝影測量的重大發(fā)展。為提高地面攝影測量的精度，以適應非地形攝影測量日益廣泛的應用需要，人們己將空中解析三角測量的基本原理應用到地面攝影測量中，亦即所謂解析

17、地面攝影測量。70年代初己進一步發(fā)展到直接線性變換DLT的解算方法，使近景攝影測量的應用有了更大的靈活性，并在實際應用中己取得了令人滿意的成果。為解決活動目標及快速變化物體的有關問題，儀器制造也有了新的發(fā)展，其特點是：兩部攝影機快門的同步化并能自動連續(xù)拍攝以及帶有時標的高速攝影機等。實際應用中的一個重大發(fā)展，不但使用量測攝影機(即有框標與定向設備)，而且已廣泛使用非量測攝影機，亦即所謂的普通業(yè)余照相機，普通業(yè)余照相機不但價錢便宜，而且具有較大的靈活性。特別是數字相機的出現，以及其精度的不斷提高和價格的不斷降低，使得數字近景攝影測量在實際中得到廣泛地應用。1.3 近景攝影測量的應用近年來發(fā)展迅速

18、的非地形攝影測量就是為適應國民經濟各部門的需要，由地面攝影測量而發(fā)展起來的。目前己經在許多學科領域內應用非地形攝影測量的方法解決某些特定的問題。例如在一些科學技術工作中，往往要知道所研究對象的變化規(guī)律或變化軌跡，非地形攝影測量不但能測量目標物的位置、形狀、大小，而且可以得到更多標量，例如面積、周長、重心、容積、角度和不均勻度、并能測得速度、加速度和變形時間等研究其三維或四維的空間變化。在這方面，非地形攝影測量是一種高速、精確甚至有時無法用其它途徑所能取代的量測方法。近景攝影測量可采用構成影像數學模型的中心投影光束，也可采用掃描確定影像(方向和距離)的平行投影和其他投影方式等，其傳感系統(tǒng)不單使用

19、照相機和軟片，也可使用X射線，掃描和電傳輸顯微鏡或帶有模擬數字輸出的光電二極管。近景攝影測量應用范圍很廣，如變形攝影測量、建筑攝影測量、工程攝影測量、工業(yè)攝影測量、考古攝影測量、生物醫(yī)學攝影測量、水中攝影測量、事故攝影測量、波浪攝影測量以及特殊攝影測量等。以下就近景攝影測量在許多方面應用情況進行介- 4 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 紹和總結:(一) 變形攝影測量用近景攝影測量方法量測物體的變形，主要是確定在像片上被測求點的坐標與其實際的坐標的較差(或與設計的已知數據比較)，從而確定某個方向的變形，或確定幾個方向的變形。例如用近景攝影測量方法觀測高層建筑物的變形。高層建筑物變形觀測工作

20、是工程測量的一個重要工作。由于高層建筑(如高層大樓、高煙囪、高塔、大油罐、冷卻塔等)用傳統(tǒng)的大地測量方法作業(yè)比較困難，而要測定各個部位的變形情況，應用近景攝影測量方法就比較有利，許多國家近年來在這方面做了不少研究工作，并己取得不少實際成果。例如西德Darmstadt工程院發(fā)表了他們對高142m的43層大樓進行變形觀測的研究成果。采用了大地測量和攝影測量綜合測定點位的方案。使用的攝影機是Wild BC4型彈導攝影機，焦距為45cm，像幅為17X 17cm。在六個攝站對該建筑物各個方向進行了測定，攝影距離在120-180m之間，其中二個攝站在屋頂上?？刂泣c測量使用的是AGA710激光電子速測儀及N

21、it水準儀，內業(yè)量測儀器為精密立體坐標量測儀PSK-2，大地測量與攝影測量的計算工作均在計算機上進行。近景攝影測量是用光束法進行計算的。最后成果表明，近景攝影測量方法達到了應用高精度大地測量方法的精度。前蘇聯(lián)在“高教通訊”上發(fā)表了關于“用立體攝影測量方法測定高層建筑的傾斜”。他們用攝影經緯儀，9/1318對煙囪的傾斜進行了測定。用該法可以達到施工規(guī)范中對傾斜與煙囪高度比所規(guī)定的要求，即相對誤差1/16000。東德Freiberg礦山研究所發(fā)表了對某露天煤礦運輸橋在負載情況下進行變形研究的報告。使用的攝影機為UMK10/1918和19/1318攝影經緯儀，內業(yè)量測為立體坐標量測儀1818。用視差

22、變形的計算公式進行計算。在不同負載的情況下，研究了橋的各個支點及各個部位的變形情況(主要是垂直變形)，平均精度在士1cm以內。(二) 建筑攝影測量的情況近景攝影測量在建筑業(yè)上是最早得到使用的，甚至就連“攝影測量”這個術語，也是早在1867年由一位建筑師阿爾布雷特邁登鮑埃爾AlbrechtMeydenbauer)命名- 5 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 的。目前近景攝影測量在建筑方面的應用極其廣泛，包括歷史紀念物測量、考古測量和歷史遺址的測量。測量任務不只是記錄建筑物和紀念碑，還能考慮建筑物損壞后的重建工作，以及量測、變遷、變形和修復工作等等。在一些國家對古跡建筑物，如教堂、宮殿、廟宇等

23、古代建筑物，用地面立體攝影測量方法進行藝術研究與修復工作。如柏林博物館應用地面立體攝影測量方法來復制某些有價值的藝術品，英國對愛丁堡城北部的懸崖也用地面立體攝影測量來確定破壞地段的加固工程。對被測物的精度要求不高時，可用快速簡易攝影測量，進行歷史紀念物的初步研究，以供修復或重建、提供修復方案、對歷史紀念物的資料編目工作以及對藝術歷史的研究。一般僅用立體攝影機或者其他小像幅相機進行攝影，在立體測圖儀上測圖，制圖比例尺一般選在1:100左右。用于提供珍貴建筑遺產或珍貴建筑傳統(tǒng)詳盡而系統(tǒng)的資料，可用精確完整的測量。測圖比例尺一般選在1: 50左右，對細部則采用1: 20或1: 10的比例尺。這類工作

24、最好采用長焦距大像幅量測用攝影機，以滿足精度要求。對各類歷史建筑物結構上的技術履歷則用精密攝影測量，用一級立體測圖儀處理像片資料，研究紀念物的結構線條，提出保護和修復紀念物的條件和需要。前不久我國也開展了采用數字近景攝影測量進行莫高窟壁畫的保護測量。(三) 工程攝影測量的情況隨著各國測繪工作的進展和國民經濟發(fā)展的需要，大地測量工作比重有所下降，而地形測圖任務逐漸增加，特別是城市大比例尺測圖和工程上用的大比例尺測圖任務增加得很快。而攝影測量在工程上的應用也逐年增多。目前攝影測量方法己成功地應用于工程建筑物的勘測設計、施工及運轉的各個階段的測量工作，包括廠房、高層建筑物、橋梁、水壩、隧道、礦山開采

25、等各個方面。尤其是近年來用解析法可進行精度要求高的變形觀測。根據像片可編制各種比例尺的廠址平面圖。應用立體像對可繪制地形圖，供勘測設計之用。在建筑物施工過程中可檢查建筑物的裝配精度。在變形觀測中，應用解析地面攝影測量精度可達1:10000-1:100000(相對于攝影距離而言)。利用近距離同步攝影測量方法，可在實驗室內進行各種建筑物的模型試驗。- 6 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 目前越來越多的重要建筑物和設備的變形及位移，如橋梁、高樓、機器、水壩以及測定地形的運動、環(huán)境的其它參數等都采用攝影測量方法。利用攝影像片可以進行路線設計、水利工程設計、土地整理、林業(yè)建設，城市和鄉(xiāng)村(鎮(zhèn))的平

26、面規(guī)劃等工程攝影測量工作。在許多場合，尤其在建筑施工中可以用攝影測量的檢驗代替大地測量的檢驗。特別是對大批量以及難以接近的點位的檢驗。(四) 工業(yè)攝影測量工業(yè)攝影測量的主要任務是研究攝影測量用于工業(yè)測量技術和開辟攝影測量應用的新領域。工業(yè)攝影測量范圍有:汽車制造、機械制造、冶金、船舶制造、飛機制造等，包括研究、規(guī)劃、生產、試驗、監(jiān)視、修復等各個階段。例如在機械制造與金屬加工方面，可以利用近景攝影測量進行復雜機械零件的量測、離心泵的流程量測、震動量測、質量控制等；在汽車制造方面，例如車身模型尺寸的量測、試驗事故中的變形觀測、側面風力反作用的量測、汽車與障礙物碰撞后的特性量測、輪胎變形觀測等都可以

27、用近景攝影測量方法來解決。在船舶制造中，如超級油船的船體安裝、大型斷面維度與開關的檢核、監(jiān)視生產過程、船內管道圖形設計、不同制造階段的螺旋漿測量、模型試驗中波形測量與定位等。(五) 在考古遺址方面的應用在許多國 際會議上，經常討論修復歷史古城的問題。聯(lián)合國教科文組織也選擇某些歷史古跡作為世界文化最寶貴和最有價值的遺產。應用近景攝影測量方法對考古遺址進行測繪，在世界各國都己取得了很好的效果。日本奈良國立文化遺產研究所，利用配有攝影機平臺的直升機或使用能升降很高專門設備的攝影機對考古遺址進行了攝影，并使用攝影測量測量成圖方法測繪了發(fā)掘后的考古遺址圖，其比例尺分別為1:20, 1:50。波蘭古城 K

28、rakow城，需要對城內的許多古跡進行測繪。這項復雜的測量工作是由110多名大地測量、攝影測量、建筑以及藝術史專家組成的工作組完成的。其中攝影測量工作占有很大的比例，約占全部工作量的50-60%左右.攝影測量常用于立面圖、斷面攝影圖、小建筑物裝修、內部裝飾以及設備測量等，有時還測量垂直和水平投影- 7 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 的外部輪廓圖等。目前在很多國家或地區(qū)的歷史文物機構都設立了自己的攝影測量部門。攝影測量在保護文物中的意義和必要性愈來愈被人們所了解。在國際建筑攝影測量委員會中就專門設立了一個國際古跡遺址委員會，它設在羅馬國際文物保管及修復研究中心。(六) 在生物醫(yī)學中的應用

29、生物醫(yī)學攝影測量主要包括用攝影測量方法研究生物結構和生物醫(yī)學與非生物醫(yī)學領域(如植物學、昆蟲學等)內的作業(yè)技術。生物、醫(yī)學立體攝影測量己經成為國際攝影測量與遙感協(xié)會（ISPRS)第五委員會的一個重要課題。利用立體像對可以測定人體參數指標，配合X射線成像可以更為合理地處理外科手術。利用立體像對能對眼底要素及其病理變化進行分析，還能研究牙齒的排列與結構以校正牙齒，利用X射線立體攝影測量還可以進行神經外科手術及人體結構病理變化的合理運用，利用電子掃描顯微鏡拍攝立體像對測定人血球的體積。在外貌整容手術中可以充分利用近景攝影測量的成果。(七) 在海洋研究中的應用海洋占全球面積的7096,蘊藏著極度為豐富

30、的生物和礦產資源，各國對海洋測繪也越來越重視?，F代海洋測繪發(fā)展為三個方面，即常規(guī)海洋測繪、海洋工程測繪和海洋科學測繪。用攝影測量方法研究海底和海岸帶的問題己在一些國家中開展。如1970年美國成立了一個美洲攝影測量協(xié)會所屬的海底攝影委員會在進行海底攝影時，由于光線穿過具有不同折射率的層體而產生折射，因而所攝圖像就偏離了中心投影，同時還要將測量儀器加上密封窗的光學系統(tǒng)，這就產生了多介質攝影問題。德國學者Hohll在他的“水下攝影的理論與實踐”的博士論文中指出，海底攝影儀器經過嚴密計算，可以換算成單介質攝影的情況，他研究了一種全能解析法，對未知的外方位元素、各介質間的分界面參數、水的折射率和目標點坐

31、標用逐次趨近法一并平差計算可求得，并提出相應的數字模型。在美國、蘇聯(lián)等國家對水下攝影測量進行了廣泛的研究試驗，并對攝影儀器、照相設備等進行改革，組成了專門的水下攝影測量系列設備。有的國家把“聲納”回聲定位法與攝影測量方法相結合施測海底地形圖。- 8 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 (八) 非常規(guī)構像系統(tǒng)的應用非常規(guī)構像系統(tǒng)主要包括有：全息攝影測量、各種固態(tài)構像系統(tǒng)、雙介質測圖電視、X射線、掃描電子顯微鏡系統(tǒng)及其應用等。近年來在非常規(guī)構像系統(tǒng)方面己取得了某些成果，例如美國Worcester工業(yè)學院R.J. Pr yputniewicz介紹了對飛機翼形狀的全息攝影測量；美國光學研究院的K.B

32、i edermam介紹了變形觀測全息攝影測量系統(tǒng):英國Rolls-Royce介紹了關于“試驗中的汽輪機近景X光攝影測量”的論文。此外，還有高速攝影測量的應用。高速攝影己廣泛應用在機械零件的火花加工、流體力學的螺旋漿設計過程中風洞試驗、電工技術的電弧焊接、爆炸過程的監(jiān)視及沖擊波特性的測試、原子武器的試驗、火箭的彈道、以及體育等方面。如歐洲彈道研究所采用高速攝影機對各種子彈在不同的介質中的運行速度及軌跡進行研究。實時攝影測量(Real-Time Photogrammetry)簡稱RTP，這項新技術的發(fā)展是隨著數字圖像處理技術和微型計算機技術的迅速發(fā)展，特別是近年來工業(yè)市場對機器人三維視覺系統(tǒng)即機器

33、視覺(Machine Vision)日益增長的需要和數字相機(CCD)的出現和發(fā)展，使得視覺系統(tǒng)、人工智能等成為現實，它為實時攝影測量開創(chuàng)了廣闊的前景。許多用于解析攝影測量和影像處理的基礎理論可與固態(tài)相機一道，用來完成實時測量任務。從而將近景攝影測量推進到實時攝影測量(RT P)的新領域。目前在汽車下線檢測、工業(yè)零件的檢測等方面己經采用實時攝影測量。1.4 數字近景攝影測量的現狀及本文研究的主要內容攝影測量經過了三個發(fā)展階段，即模擬攝影測量、解析攝影測量與數字攝影測量。數字攝影測量是近二十年以來由模擬和解析攝影測量發(fā)展而來。近年來取得的飛躍進展主要得益于數字傳感器、微處理器、陣列傳感器、機器人

34、視覺的飛速發(fā)展以及硬件軟件成本的大幅下降。毫無疑問，數字攝影測量已成為攝影測量領域中的重要部分。數字攝影測量是基于人眼視覺原理將影像的灰度電信號通過耦合裝置CCD轉換為數字信號，然后應用圖像處理、模式識別、人工智能以及計算機視覺等方法求出被攝物體的空間坐標，進而精確描繪出其三維形體的全自動化過程。數字攝影測量從原始影像到中間數據及最終產品都是數字形式的，即數字攝影測- 9 -東北大學博士學位論文 第1章 緒論 量是基于攝影測量的基本原理，應用計算機技術，從影像(包括硬拷貝與數字影像或數字化影像)提取所攝對象用數字方式表達的幾何與物理信息的攝影測量分支學科。近景攝影測量是攝影測量的一個重要分支，數字近景攝影測量是隨著CCD數碼相機、數字影像技術、圖像處理技術、計算機視覺、三維重建等數字技術發(fā)展而發(fā)展起來的，數字近景攝影測量在工程建設、工業(yè)、醫(yī)學等領域的應用也