數(shù)碼影像光線束算法實(shí)驗(yàn)和特性分析

1、數(shù)碼影像光線束算法實(shí)驗(yàn)和特性分析目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc355296026 摘要：( 頁(yè) 共 14 頁(yè)第 頁(yè)數(shù)碼影像光線束算法實(shí)驗(yàn)和特性分析 1 緒論1.1論文研究的背景數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是基于數(shù)字影像與攝影基測(cè)量的本原理，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字圖像處理、影像匹配、模式識(shí)別等多學(xué)科的理論和方法，提取所攝對(duì)象用數(shù)字方式表達(dá)的幾何與物理信息的攝影測(cè)量學(xué)。數(shù)字近景攝影測(cè)量又是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的一個(gè)重要的分支學(xué)科，凡可被攝取影像的目標(biāo)，均可作為數(shù)字近景攝影測(cè)量的對(duì)象，以獲得目標(biāo)上點(diǎn)群的三維空間坐標(biāo)，以及基于這些三維空間坐標(biāo)的長(zhǎng)度、面積、體積、等值線等。在同時(shí)記載時(shí)間

2、信號(hào)的情況下，還可獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(點(diǎn))的速度、加速度和運(yùn)動(dòng)軌跡等信息。在過(guò)去的二十年中，隨著數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展和數(shù)碼相機(jī)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)近景攝影測(cè)量的方法和工作設(shè)備也發(fā)生了巨大的變化。早期的近景攝影測(cè)量是采用專業(yè)的光學(xué)量測(cè)相機(jī)，如WLID公司的P31陸攝儀，獲取光學(xué)影像后在測(cè)圖儀上進(jìn)行攝影測(cè)量處理，這種作業(yè)方式下儀器價(jià)格昂貴、操作繁瑣，且產(chǎn)品多是線地圖，不利于產(chǎn)品成果的共享;隨著數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件的出現(xiàn)，可將光學(xué)影像通過(guò)數(shù)字掃描后轉(zhuǎn)化成數(shù)字影像，然后在數(shù)字近景攝測(cè)量軟件中進(jìn)行攝影測(cè)量處理;近年來(lái)隨著CCO數(shù)碼技術(shù)、數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)、圖像處理技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)視

3、覺(jué)、三維重建等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)在信息記錄、處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理方面發(fā)生了根本性的變化，引發(fā)了攝影測(cè)量的一場(chǎng)深刻變革。量測(cè)數(shù)碼相機(jī)如德國(guó)Roleli公司D30的出現(xiàn)和普通數(shù)碼相機(jī)量測(cè)化應(yīng)用技術(shù)的研究，以及相應(yīng)近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的出現(xiàn)，使攝影測(cè)量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可同時(shí)進(jìn)行數(shù)字影像記錄和數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)了從傳感器到處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)直接而快速地?cái)?shù)據(jù)傳送，改變了過(guò)去用專業(yè)光學(xué)相機(jī)獲取影像，然后通過(guò)數(shù)字化的方法得到數(shù)字影像的作業(yè)方式。攝影測(cè)量軟件還可對(duì)整個(gè)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行平差計(jì)算，對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，這樣就產(chǎn)生了“實(shí)時(shí)攝影測(cè)量”。隨著固態(tài)攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、圖像處理硬件以及微型計(jì)算機(jī)在精度、穩(wěn)定性

4、和功能上的迅速提高，以及這些設(shè)備造價(jià)不斷降低，數(shù)字近景攝影測(cè)量的發(fā)展及應(yīng)用前景是極其廣闊的;數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)廣泛的應(yīng)用于各類建筑工程、機(jī)械制造、航空航天技術(shù)、汽車制造、城市區(qū)域規(guī)劃、地質(zhì)、醫(yī)學(xué)、生物、采礦、冶金、船舶制造、結(jié)構(gòu)變形、海洋、粒子運(yùn)動(dòng)等方面，其發(fā)展前景十分廣闊。根據(jù)不同的應(yīng)用精度要求，可分為高精度應(yīng)用:如機(jī)械構(gòu)件的量測(cè)檢測(cè);車生產(chǎn)中的外殼的設(shè)計(jì)、仿制或改型中所需的測(cè)量工作;飛機(jī)外形測(cè)量，用計(jì)、仿制、改型;航天飛機(jī)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程中的測(cè)量、檢測(cè)與放樣任大型船艦推進(jìn)器葉片的外形測(cè)定，艦船主設(shè)備的安裝，等等。中低精度的應(yīng)在工程建設(shè)中，對(duì)水電站的排水泄水洞、排沙洞和壩內(nèi)結(jié)構(gòu)、大型管

5、道、窟亭臺(tái)樓閣的內(nèi)結(jié)構(gòu)的量測(cè)，以及對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，快速地提供土石成果，生成各種比例尺的地形圖及其它影像圖;在環(huán)境保護(hù)中，對(duì)污水處理中產(chǎn)生的氣泡大小和數(shù)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè);在交通事故中，對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)準(zhǔn)確分析事故成因;在文物保護(hù)中，對(duì)古建筑物文物進(jìn)行三維量測(cè)及重建等等隨著CCO數(shù)碼技術(shù)的發(fā)展，普通數(shù)碼相機(jī)因其價(jià)格低廉、數(shù)據(jù)采集快操作方便等原因，使得數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)在中低精度的測(cè)量領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。1.2數(shù)字近景攝影測(cè)量的特點(diǎn)(1)與其它的測(cè)量手段相比數(shù)字近景攝影測(cè)量有不傷及被測(cè)物體，信息量高，信息可重復(fù)使用，精度速度快，躲避危險(xiǎn)環(huán)境而遠(yuǎn)離被攝影對(duì)象等優(yōu)點(diǎn)，并且它能夠在瞬間記錄物空間

6、位置和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，及時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)物體進(jìn)行定量分析。(2)與其他攝影測(cè)量技術(shù)相比數(shù)字近景攝影測(cè)量采用各類攝像設(shè)備，不但獲取的原始數(shù)據(jù)是數(shù)字形式其記錄的中間數(shù)據(jù)及其最終成果也均是數(shù)字形式的，而且它能夠快速甚至實(shí)處理數(shù)據(jù)、輸出產(chǎn)品。(3)從應(yīng)用領(lǐng)域看數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)因具有測(cè)量復(fù)雜形態(tài)目標(biāo)和動(dòng)態(tài)目標(biāo)的能力，又接式測(cè)量及可攝即可測(cè)的特點(diǎn)，從而使數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。1.3數(shù)碼相機(jī)對(duì)近景攝影測(cè)量的影響數(shù)碼相機(jī)是一種利用電子傳感器把光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)的照相機(jī)。隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，日益被廣大消費(fèi)者接受。上世紀(jì)70年代， Adbel-Aziz和

7、Karara首先提出了直接線性變換解法，開(kāi)創(chuàng)了解析近景攝影測(cè)量的時(shí)代，同時(shí)非量測(cè)相機(jī)進(jìn)入近景攝影測(cè)量領(lǐng)域成為可能。 普通數(shù)碼相機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、適用方便、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于近景攝影測(cè)量領(lǐng)域，主要用于近景攝影測(cè)量時(shí)立體像對(duì)的獲得。隨著數(shù)碼相機(jī)分辨率的不斷提高及性能的大幅度提高，數(shù)碼相機(jī)將成為近景攝影測(cè)量的首選，而數(shù)碼相機(jī)的出現(xiàn)也將極大的推動(dòng)近景攝影測(cè)量朝數(shù)字化和自動(dòng)化方向發(fā)展。然而，普通數(shù)碼相機(jī)是一種非量測(cè)用相機(jī)，其內(nèi)方位元素未知，并存在物像構(gòu)象畸變差較大、內(nèi)方位元素未知且不穩(wěn)定等特點(diǎn)，不能直接進(jìn)行像位的解析計(jì)算，不利于近景攝影測(cè)量作業(yè)的精度和可靠性，因此，需要對(duì)普通數(shù)碼相機(jī)進(jìn)

8、行相機(jī)檢校，或者使用添加了畸變參數(shù)的自檢校光束法平差模型對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，才能達(dá)到近景攝影測(cè)量的要求。而相機(jī)參數(shù)的檢校成果質(zhì)量的高低直接關(guān)系著能否滿足測(cè)量精度的要求。普通數(shù)碼相機(jī)檢校的目的就是得到?jīng)]有變形或變形極小的影像，即通過(guò)檢校準(zhǔn)確測(cè)定數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)方位元素（主距和像主點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（）和各項(xiàng)畸變系數(shù)。 數(shù)碼相機(jī)檢校的方法有很多種，如基于透視變換和空間后交的聯(lián)合檢校方法、基于二維控制場(chǎng)的附加直線約束的參數(shù)獨(dú)立檢校方法，還有三維控制場(chǎng)的光束法自檢校方法等。1.4光束法的應(yīng)用現(xiàn)狀 光束法由Brown于1958年在攝影測(cè)量領(lǐng)域首次提出。20世紀(jì)90年代,機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域掀起了由運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)的研

9、究高潮,此項(xiàng)研究促使光束法平差受到機(jī)器視覺(jué)研究者的注意,并被廣泛接受,成為機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域的又一研究熱點(diǎn)。作為一種非線性優(yōu)化方法,光束法通常被用于基于序列圖像的攝影測(cè)量分析的最后一步,它能夠有效提高三維重建的精度。傳統(tǒng)算法目前,對(duì)光束法平差的研究主要集中在兩個(gè)方面:一方面是采取措施提高平差速度,例如,M.I.A.Lourakis等人提出了優(yōu)化程序設(shè)計(jì),SebastienCornou等人提出減少優(yōu)化的未知數(shù)個(gè)數(shù),AdrienBartoli提出將非線性轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)線性求解;另一方面是通過(guò)邊界約束非凸二次規(guī)劃方法,使光束法平差能夠全局收斂。上述研究主要是從理論上提高優(yōu)化的速度和精度,雖然此類研究很多,但均未

10、形成成熟可靠的求解方法。在實(shí)際工程中,廣泛應(yīng)用的仍是經(jīng)典的光束法平差。光束法以共線條件方程式為基礎(chǔ)，控制點(diǎn)和待定點(diǎn)一起列誤差方程式，同時(shí)解算待定點(diǎn)坐標(biāo)和像片的外方為元素。共線條件方程式為 （1-1）上式中，含有像片的外方位元素（），是未知數(shù)；（X,Y,Z）為地面點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)控制點(diǎn)是已知值，對(duì)待定點(diǎn)則是未知數(shù)。誤差方程式形式為 （1-2）誤差方程式對(duì)應(yīng)的法方程式為 （1-3）將上式中的系數(shù)矩陣和常數(shù)項(xiàng)用新的符號(hào)代替，寫為 （1-4）用消元法消去待定點(diǎn)地面坐標(biāo)改正數(shù)得改化法方程式，即 （1-5）也可以消去外方位元素改正數(shù)得改化法方程式，即 （1-6）用（1-5）和（1-6）即可解算像片的外方位元素和

11、待定點(diǎn)地面坐標(biāo)的改正數(shù)。求得所有未知數(shù)改正數(shù)后，加到近似值上作為新的近似值。計(jì)算需反復(fù)迭代，直到滿足精度要求為止。1.5論文研究的目的 光束法是數(shù)碼影像量測(cè)的最主要的數(shù)據(jù)處理方法，其有著精度高、易于引入系統(tǒng)誤差改正、適應(yīng)不同觀測(cè)值的聯(lián)合平差等優(yōu)點(diǎn)。但是，該算法也存在著對(duì)控制點(diǎn)數(shù)量要求多、不適用平面控制、未知數(shù)多且相互干擾大、參數(shù)檢校精度不高等缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)在不同的應(yīng)用條件下，其影響會(huì)得以放大或縮小，然而至今對(duì)光束法的評(píng)價(jià)大都限于檢查點(diǎn)位中誤差，缺乏對(duì)各影響因素系統(tǒng)的、定量的研究，從而缺乏對(duì)作業(yè)的指導(dǎo)依據(jù)。本課題將選擇其中一種關(guān)鍵的因素開(kāi)展算法試驗(yàn)及分析，結(jié)果將使一些速算法特性得以明確，對(duì)光線束

12、算法的應(yīng)用起到具體指導(dǎo)作用。1.6 采用的技術(shù)路線及論文章節(jié)的安排 光束法是近景攝影測(cè)量中數(shù)碼影像量測(cè)的最主要的數(shù)據(jù)處理方法，然而，普通數(shù)碼相機(jī)是一種非量測(cè)用相機(jī)，其內(nèi)方位元素未知，并存在物像構(gòu)象畸變差較大、內(nèi)方位元素未知且不穩(wěn)定等特點(diǎn)，不能直接進(jìn)行像位的解析計(jì)算，不利于近景攝影測(cè)量作業(yè)的精度和可靠性。本文就實(shí)測(cè)的物方和像方數(shù)據(jù)并利用控制點(diǎn)的數(shù)量和分布來(lái)研究其對(duì)光束法的影響。主要完成了以下工作：首先設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的獲取方案，即利用測(cè)量試驗(yàn)場(chǎng)來(lái)獲取數(shù)據(jù)。然后就是實(shí)地建立精密的控制場(chǎng)來(lái)模擬實(shí)際工作，拍攝過(guò)后通過(guò)測(cè)量實(shí)際的物方數(shù)據(jù)坐標(biāo)和像方數(shù)據(jù)坐標(biāo)，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證控制點(diǎn)數(shù)量和分布對(duì)光束法的影響。通

13、過(guò)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的計(jì)算的比較來(lái)說(shuō)明。論文安排如下：第一章是緒論，主要介紹論文研究的背景和近景攝影測(cè)量和數(shù)碼相機(jī)以及光束法的發(fā)展和現(xiàn)狀，介紹論文研究的目的。第二章介紹精密攝影測(cè)量試驗(yàn)場(chǎng)的建立。第三章介紹實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。第四章介紹不同物像條件下對(duì)光束法的影響。第五章是總結(jié)和展望。2 建立攝影測(cè)量試驗(yàn)場(chǎng)2.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取方案為了能夠更加準(zhǔn)確并且科學(xué)進(jìn)行光束法特性的分析，得到提高算法精度和穩(wěn)定性的影響因素和作業(yè)方法。為了驗(yàn)證控制點(diǎn)對(duì)光束法計(jì)算結(jié)果精度的影響。我們需要獲得實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)采用精密室內(nèi)的控制場(chǎng)來(lái)模擬實(shí)際工作，用一部分標(biāo)志點(diǎn)作為像控點(diǎn)，另外一部分作為檢查點(diǎn)。設(shè)計(jì)分為兩組：其中第一組采用空間

14、三維均勻分布的9個(gè)像控點(diǎn)和8個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，每次更換不同像控點(diǎn)和4個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，并且每次更換不同像控點(diǎn)進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)。第二組采用平面均勻分布的9個(gè)像控點(diǎn)和4個(gè)檢查點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，更換不同的平面進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)精度計(jì)算時(shí)只考慮檢查點(diǎn)，內(nèi)方位已知處理時(shí)，內(nèi)方位元素通過(guò)對(duì)普通數(shù)碼相機(jī)量測(cè)檢校得到。2.2建立精密控制場(chǎng)首先建立的是室內(nèi)精密三維控制場(chǎng)，即攝影距離為幾米的試驗(yàn)場(chǎng)。該試驗(yàn)場(chǎng)要求控制點(diǎn)分布合理、精度高且穩(wěn)定。本文試驗(yàn)所采用的三維控制場(chǎng)的布設(shè)是在大約相距1m的空間金屬架的三個(gè)層面上貼標(biāo)志點(diǎn)，第一層17個(gè)，第二層17個(gè)，第三層（墻壁上）21個(gè)，共55個(gè)。各控制點(diǎn)穩(wěn)定性很強(qiáng)，并呈均勻?qū)ΨQ分布?？刂泣c(diǎn)標(biāo)志

15、為黑白相間的同心圓，內(nèi)部圓有一個(gè)半徑約0.5mm的圓環(huán)。對(duì)控制場(chǎng)拍攝時(shí)盡量使攝站位于控制場(chǎng)中軸線上，控制點(diǎn)在影像上呈對(duì)稱分布?？刂泣c(diǎn)點(diǎn)號(hào)表示為一個(gè)三位數(shù)的數(shù)字，第一個(gè)數(shù)字表示控制點(diǎn)所在層面，后面兩個(gè)數(shù)字表示在其層面的點(diǎn)號(hào)，如點(diǎn)109表示第一層的09號(hào)點(diǎn)，點(diǎn)214表示第二層14號(hào)點(diǎn)，點(diǎn)307表示第三層的07號(hào)點(diǎn)。（控制點(diǎn)的分布情況如圖1） 圖1控制點(diǎn)的分布為了得到高精度的控制點(diǎn)物方坐標(biāo)，利用T2經(jīng)緯儀采用前方交會(huì)的算法進(jìn)行平面坐標(biāo)的測(cè)量，再采用三角高程的方法解求其Z坐標(biāo)，并通過(guò)精密格網(wǎng)尺改正歸化控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)。2.3控制點(diǎn)物方坐標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取室內(nèi)三維控制場(chǎng)中的物方坐標(biāo)由T2經(jīng)緯儀測(cè)得，即在控制場(chǎng)

16、正前方幾米處設(shè)置2個(gè)測(cè)站，分別對(duì)55個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行水平角和豎直角觀測(cè)，然后利用前方交會(huì)原理解算出控制點(diǎn)坐標(biāo)，再經(jīng)過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換，取得我們?cè)囼?yàn)所需的控制場(chǎng)坐標(biāo)。試驗(yàn)要求2個(gè)測(cè)站能同時(shí)測(cè)量控制場(chǎng)內(nèi)的55個(gè)控制點(diǎn)。測(cè)站間連線稱為測(cè)量基線，基線要求與控制場(chǎng)平面大致平行。由于試驗(yàn)精度要求達(dá)到毫米級(jí)，故需要計(jì)算多測(cè)回前方交會(huì)所得標(biāo)志點(diǎn)點(diǎn)位中誤差。在獲得標(biāo)志點(diǎn)物方坐標(biāo)后，需要進(jìn)行光束法實(shí)驗(yàn)，并且獲取標(biāo)志點(diǎn)的像方坐標(biāo)。像方坐標(biāo)由相片量測(cè)得出。攝影時(shí)，照相機(jī)鏡頭高度需要與控制架中心相齊平，距離控制架4m左右，攝影基線0.8m左右。101999.222978.26-10172123470.391464.74-180

17、0.91023465.432978.21-1029.232132232.512970.91-1817.381033468.431005.63-10002142237.682513.57-1812.1210410001000-10002152237.71969.76-1805.451051619.882470.37-1016.062162235.591259.69-1795.171062809.112453.18-1018.242172233.66543.52-1783.661072720.491592.91-1007.783019102922.68-2618.331081602.781487.

18、85-1006.343023549.052932.12-2632.171092222.591983.6-1005.63033614.71965.01-2630.621101801.772978.82-1021.12304967.9921-2619.261112671.832977.4-1025.723052266.963312.57-2626.111121793.931004.82-1002.153063975.071993.77-2633.691132689.341004.05-1002.293072236.17617.63-2611.071141001.882452.69-1013.443

19、08528.291993.69-2616.51152365.512460.64-1022.043092270.652632.02-2626.311161001.811634.07-1002.093103148.81999.58-2638.121173468.081632.56-1006.623112275.761292.03-2626.82011005.152959.07-1810.983121402.922005.09-2621.862023473.322963.23-1823.523132256.181988.79-2624.652033471.1554.54-1786.653141123

20、.112926.99-2619.28204998.96565.89-1788.193153345.432920.02-2631.262051633.312974.4-1814.833162026.762639.72-2624.852062877.352974.97-1820.973172534.592625.49-2626.52071648.11508.19-1783.583181998.181989.83-2624.222082872.71508.91-1783.923192529.552001.1-2625.912091004.862499.62-1804.923201998.631282

21、.72-2624.22103472.672516.14-1815.373212504.681285.46-2626.112111003.671460.69-1796.29圖2 室內(nèi)控制場(chǎng)各控制點(diǎn)物方坐標(biāo)（mm）2.4控制點(diǎn)像方坐標(biāo)的獲取 室內(nèi)控制場(chǎng)像片拍攝的基線與經(jīng)緯儀測(cè)量的基線類似，大致與控制場(chǎng)平面平行，并與控制場(chǎng)平面相距幾米。在基線上左右兩邊各選一個(gè)拍攝點(diǎn)，拍攝點(diǎn)要求能觀察到幾乎所有的控制點(diǎn)，拍攝時(shí)控制場(chǎng)應(yīng)充滿整個(gè)相機(jī)屏幕。為滿足本實(shí)驗(yàn)不同試驗(yàn)方案要求，分別采用了固定對(duì)焦模式和實(shí)時(shí)對(duì)焦模式進(jìn)行拍攝，實(shí)時(shí)對(duì)焦模式使用尺寸為2592*1944的分辨率（簡(jiǎn)稱變焦L），固定對(duì)焦模式下分別使用尺寸為

22、2592*1944、1600*1200和1024*768的分辨率（分別簡(jiǎn)稱定焦L、定焦M1和定焦M2）。像片拍攝完后，用像片量測(cè)系統(tǒng)量出控制點(diǎn)的像方坐標(biāo)，再按照光束法要求，獲得控制點(diǎn)的相片坐標(biāo)（如圖3所示為室內(nèi)控制場(chǎng)部分控制點(diǎn)的相片坐標(biāo)）。101-627.419835.101-1134.5739.0831021170.94840.35662.519883.441031243.48-565.593730.501-653.972104-557.585-720.512-1078.726-664.995105-125.515456.49-710.54410.467106756.946461.97417

23、2.335454.371107727.456-181.476131.894-217.843108-103.03-314.97-693.601-316.036109355.57195.37-262.62269.403110-2.41846.089-591.662790.824111935.543844.04848.8520843.91111261.947-675.999123.477-668.983113719.525-617.999123.477-668.547114-613.028426.488-1123.723367.5721151193.467473.497686.006486.0441

24、16-585.587-224.588-1103.33-216.4681171227.927-118.782717.621-165.589圖3 室內(nèi)控制場(chǎng)部分控制點(diǎn)相片坐標(biāo)（定焦L） 室外控制場(chǎng)1中控制點(diǎn)像方坐標(biāo)獲取方法與室內(nèi)控制場(chǎng)相同，只是拍攝距增加為30米左右，基線長(zhǎng)度為3米左右。根據(jù)本論文實(shí)驗(yàn)要求，只拍攝定焦L和變焦L兩對(duì)像對(duì)。 室外控制場(chǎng)2與上面兩個(gè)控制場(chǎng)像片獲取方法相同，但拍攝距離為250米基線也相應(yīng)的增加到25米左右。根據(jù)本論文試驗(yàn)要求，只拍攝定焦L和變焦L兩對(duì)像對(duì)即可。3 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)3.1試驗(yàn)方案1（控制點(diǎn)數(shù)量）該試驗(yàn)方案分別采用12、16、20、24個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行光束法試驗(yàn)，其

25、余點(diǎn)作為檢查點(diǎn)。12個(gè)控點(diǎn)方案的控制點(diǎn)分別為三個(gè)面上的角點(diǎn)，即點(diǎn)101-104、201-204、301-304。16個(gè)控制點(diǎn)方案的控制點(diǎn)組合有3種，即A：點(diǎn)101-108、201-204、301-304； B：點(diǎn)101-104、201-208、301-304； C：點(diǎn)101-104、201-204、301-308。20個(gè)控制點(diǎn)方案的控制點(diǎn)組合有3種，即A：點(diǎn)101-108、201-208、301-304； B：點(diǎn)101-108、201-204、301-308； C：點(diǎn)101-104、201-208、 301-308。24個(gè)控制點(diǎn)方案的控制點(diǎn)組合為：點(diǎn)101-108、201-208、301-30

26、8。3.2試驗(yàn)方案2（控制點(diǎn)的分布）該試驗(yàn)分別從3個(gè)面取3-5個(gè)（共12個(gè)）控制點(diǎn)，按照控制點(diǎn)位置分布狀態(tài)，分別設(shè)計(jì)了控制點(diǎn)呈均勻分布、集中分布和四周分布三種控制點(diǎn)組合方式，其中集中分布并非指所選控制點(diǎn)均分布于像片中心附近，而是密集分布于控制場(chǎng)其他某一處。4 不同物像條件下光束法算法試驗(yàn)及特性分析4.1 控制點(diǎn)數(shù)量對(duì)光束法的影響 表1是方案中各組數(shù)據(jù)進(jìn)行光束法算法后的試驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)均保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位）。 表1 控制點(diǎn)數(shù)量分布對(duì)光束法的影像（定焦L）dx （mm） dy（mm）dz（mm）點(diǎn)位中誤差平均點(diǎn)位中誤差12個(gè)控制點(diǎn)3.062.193.335.025.0216個(gè)控制點(diǎn)2.211.782

27、.373.704.552.962.053.334.912.572.123.815.0520個(gè)控制點(diǎn)2.702.094.095.324.322.212.143.034.322.041.532.163.3424控制點(diǎn)2.071.872.733.903.90由表1可以看出，在其他條件一致，僅控制點(diǎn)數(shù)量不同時(shí)，所選控制點(diǎn)越多，光束法精度越高。 4.2控制點(diǎn)分布對(duì)光束法的影響 表2是方案二中各組數(shù)據(jù)進(jìn)行光束法算法后的試驗(yàn)結(jié)果（數(shù)據(jù)均保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位）。 該試驗(yàn)分別從控制場(chǎng)3個(gè)面取3-5個(gè)（共12個(gè)）控制點(diǎn)，按照控制點(diǎn)位置分布狀態(tài)，分別設(shè)計(jì)了控制點(diǎn)呈均勻分布、集中分布和四周分布三種方案。表2 控制點(diǎn)位置

28、分布狀態(tài)對(duì)光束法的影響（定焦L）dx(mm)dy(mm)dz(mm)平均點(diǎn)位中誤差均勻分布3.353.012.265.05四周分布3.062.193.335.02集中分布9.828.065.4813.84由上可以看出，當(dāng)控制點(diǎn)均勻分布，或者布滿整個(gè)控制場(chǎng)時(shí)，其精度比控制點(diǎn)集中分布于控制場(chǎng)中心精度要高得多。5 總結(jié)與展望5.1 總結(jié)文介紹了光束法算法試驗(yàn)所需控制場(chǎng)的建立及控制點(diǎn)的布設(shè)，主要針對(duì)光束法計(jì)算時(shí)所需的四個(gè)文件, 即“控制點(diǎn)物方文件.txt”、“相片坐 .txt”、“camera.txt”和“外方位初值.txt”，按照不同物像條件、采用不同處理方法，分別對(duì)光束法進(jìn)行算法試驗(yàn)和特性分析。根

29、據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可得以下光束法特性：在試驗(yàn)中，當(dāng)光束法計(jì)算條件一致，僅所選控制點(diǎn)數(shù)量不同時(shí)，所選取的控制點(diǎn)越多，光束法精度越高；在所選控制點(diǎn)數(shù)量相同的情況下，僅位置分布不一樣時(shí)，控制點(diǎn)呈均勻分布比控制點(diǎn)無(wú)規(guī)律分布時(shí)光束法精度高；當(dāng)控制點(diǎn)數(shù)量相同時(shí)，控制點(diǎn)均勻分布或布滿整個(gè)控制場(chǎng)的光束法精度比控制點(diǎn)集中分布的精度要高。5.2展望由于作者水平有限，因此在論文中相關(guān)內(nèi)容的研究還不夠深入，有待進(jìn)一步探討：（1）制點(diǎn)物方坐標(biāo)由全站儀和經(jīng)緯儀測(cè)得，由于測(cè)量條件（光線強(qiáng)弱等）的影響及測(cè)量時(shí)儀器操作中偶然存在的誤差，數(shù)據(jù)并不能按照我們所設(shè)想的那樣精確，所以在獲取物方坐標(biāo)時(shí)應(yīng)盡量選擇測(cè)量條件好的時(shí)間和測(cè)站，儀器操作

30、時(shí)細(xì)心謹(jǐn)慎，爭(zhēng)取使數(shù)據(jù)更加精確，以確保后面試驗(yàn)結(jié)論的準(zhǔn)確性。（2）受實(shí)際場(chǎng)地的影響，拍攝像對(duì)時(shí)的基線并不能完全與拍攝面嚴(yán)格平行，故拍攝時(shí)應(yīng)綜合考慮基線與拍攝面平行、基線長(zhǎng)度等因素，選擇最合適的基線。（3）由于光束法計(jì)算前的初值對(duì)光束法精度的精度有一定影響，故給定合適的初值對(duì)本論文試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和重要，這需要結(jié)合實(shí)際拍攝時(shí)的具體情況；試驗(yàn)的熟練度及經(jīng)驗(yàn)對(duì)給定準(zhǔn)確初值有很大幫助。（4）光束法程序各個(gè)參數(shù)之間的相關(guān)性很強(qiáng)，編寫光束法程序時(shí)應(yīng)結(jié)合光束法這個(gè)特點(diǎn)，重復(fù)調(diào)試，優(yōu)化程序，使得試驗(yàn)結(jié)果能準(zhǔn)確的反應(yīng)出光束法的特性。（5）光束法特性遠(yuǎn)不止本論文所分析出來(lái)的這些，在今后使用光束法算法的過(guò)程中，應(yīng)該

31、逐一總結(jié)出光束法的更多特性，使光束法能夠更好的為人們所用。參 考 文 獻(xiàn) 1 楊朝輝，李浩，楊林.數(shù)碼相機(jī)可量測(cè)化的改造 J .測(cè)繪工程，2003，12(2)，34-37.2 馮文灝.近景攝影測(cè)量M.武漢：武漢大學(xué)出版社，2002:23-33.3 朱肇光.攝影測(cè)量學(xué)M.北京： 測(cè)繪出版社，1999:11-16.4 張曼祺，李浩，陳新璽.普通數(shù)碼影像的光束法算法探討 J .測(cè)繪通報(bào)，2000,11（6）10-12.5 陳建華，張雷，阮善發(fā).非量測(cè)相機(jī)同步攝影控制器 J.南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，25（5）：92-94.6 于君明、黃曉波. 基于數(shù)碼相機(jī)立體像對(duì)的物體 三維信息快速獲

32、取方法 測(cè)繪學(xué)院報(bào)，2002，19（4）：276-279.7 崔紅霞，孫杰，林宗堅(jiān)等.非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)的畸變差檢測(cè)研究J.測(cè)繪科學(xué)，2005,30 （1）：105-107.8 張慧鑫，李非栗，雷巨光.基于普通數(shù)碼相機(jī)的近景攝影測(cè)量方法與精度的試驗(yàn)研究J.北京測(cè)繪，2008,11（4）：4-7. Testing and analysis of digital imaging light beam algorithmAbstract: Photogrammetry is by imaging studies access to information, processing, extraction,

33、 and results of the expression of an information science. Obtained by the optical camera photo, treated the subject to obtain the shape of the object, size, location, characteristics, and their relations a discipline. An important branch of close-range photogrammetry as photogrammetry, its convenien

34、t and efficient non-contact features, has been widely used in industry, engineering, manufacturing and other fields. The advent of digital cameras has greatly promoted the development toward the direction of digitization and automation of close-range photogrammetry. The digital images acquired by an

35、 ordinary digital camera has the advantages of low cost, high resolution, easy data acquisition, image transmission and processing fast to solve the problem of on-site rapid access to images and reduce the job of close-range photogrammetry equipment and skills requirements.Part of a close-range phot

36、ogrammetry light beam Adjustment Method, Photography ground point, station and like the points are collinear conditions, the pixel coordinates of the control points to be determined point pixel coordinates as well as other internal and external industry data or All considered observations integer co

37、ordinates to Solve its or the value undetermined point spatial coordinates of a photogrammetric solution method.Bundle close-range photogrammetry, digital imaging measurements of the most important data processing method, an important tool in the camera calibration, with high precision, easy to introduce a system error correction, Combined Adjustment to adapt to diff