數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展

數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展

1數(shù)字航攝影像生產(chǎn)的基本特征攝影測(cè)量的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段?，F(xiàn)在，它進(jìn)入了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量階段。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量以數(shù)字影像為基礎(chǔ),通過(guò)計(jì)算機(jī)分析和量測(cè)來(lái)獲取被攝物體的三維空間信息,正在成為國(guó)際公認(rèn)的地球空間數(shù)據(jù)獲取的重要手段。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量利用一臺(tái)計(jì)算機(jī),加上專(zhuān)業(yè)的攝影測(cè)量軟件,就代替了過(guò)去傳統(tǒng)的、所有的攝影測(cè)量的儀器。其中包括糾正儀、正射投影儀、立體坐標(biāo)儀、轉(zhuǎn)點(diǎn)儀、各種類(lèi)型的模擬測(cè)量?jī)x以及解析測(cè)量?jī)x。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展,計(jì)算機(jī)不僅可以代替人工進(jìn)行大量的計(jì)算,而且已經(jīng)完全可能代替人眼來(lái)識(shí)別同名點(diǎn),從而為攝影測(cè)量開(kāi)辟了真正的自動(dòng)化道路。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的數(shù)據(jù)獲取主要是通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)碼影像因其便于計(jì)算機(jī)處理、存儲(chǔ)和通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,在航空攝影測(cè)量中的應(yīng)用已越來(lái)越普遍。全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站雖全面替代了傳統(tǒng)的解析測(cè)圖儀,但航空攝影的成果變化不大,仍然是膠片,對(duì)膠片的后期處理也沒(méi)有多大的改變,使用的是高精度掃描儀將航空底片掃描成為數(shù)碼影像。這種生產(chǎn)模式只能稱(chēng)為數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量,而不能稱(chēng)全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量。數(shù)碼影像的直接獲取已成為現(xiàn)代航空攝影測(cè)量所面對(duì)的一個(gè)首要問(wèn)題。當(dāng)前,美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家將數(shù)字航攝像機(jī)、GPS定位系統(tǒng)、IMU慣性測(cè)量裝置組合使用,使航空攝影從常規(guī)的光學(xué)攝影發(fā)展到了數(shù)碼攝影。用數(shù)碼攝影測(cè)量方式生產(chǎn)的地形圖、DEM和DOM,不僅精度可達(dá)到分米級(jí),而且減少了野外地面控制測(cè)量、像片掃描、解析空中三角測(cè)量等作業(yè)過(guò)程中許多中間環(huán)節(jié)。數(shù)字航攝像機(jī)是一種用于完成高精度、高分辨率的航空攝影測(cè)量任務(wù)的數(shù)字像機(jī)。因此用其航攝的DMC影像與傳統(tǒng)掃描影像相比,具有以下特點(diǎn):1)多源性。一次拍攝,可同時(shí)獲得全色(真彩色)數(shù)據(jù),RGB多光譜彩紅外數(shù)據(jù)、黑白數(shù)據(jù)。使得一次拍攝的效率和數(shù)據(jù)獲取的效率大大提高,同時(shí)也獲得了比原來(lái)傳統(tǒng)相機(jī)更多的信息.從而獲得更多的用途。2)精度高。與原來(lái)傳統(tǒng)的掃描影像比較.省掉了好幾個(gè)中間環(huán)節(jié),如膠片的沖洗、掃描。1:6000的DMC影像相當(dāng)于1:3500的普通掃描影像。3)不會(huì)產(chǎn)生漏洞,自動(dòng)化程度高。所有的航線(xiàn)設(shè)計(jì)在地面設(shè)計(jì)好后輸入計(jì)算機(jī),飛機(jī)在航攝時(shí)從航線(xiàn)進(jìn)入啟拍點(diǎn),每張像片的定位到關(guān)閉點(diǎn)都是由計(jì)算機(jī)控制,每張像片拍攝完成后即時(shí)在計(jì)算機(jī)上看到拍攝的成果,如有漏拍就能即時(shí)發(fā)現(xiàn)。4)快速低成本獲取,相對(duì)于原來(lái)的傳統(tǒng)影像數(shù)據(jù)獲取來(lái)說(shuō),數(shù)據(jù)獲取的周期可以縮短1/3,由于同時(shí)獲取3種數(shù)據(jù),避免了中間環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)獲取的成本降低了40%。5)在航飛時(shí)加上了慣導(dǎo)GPS,可以大大減少外業(yè)像控點(diǎn)的布設(shè)。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量時(shí)期的大量數(shù)據(jù)處理是通過(guò)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件來(lái)完成的,不僅速度快還可以節(jié)省大量的人力。2數(shù)字圖像測(cè)量系統(tǒng)目前,在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件,有武漢適普公司的VirtuoZo和中國(guó)測(cè)繪研究所的JX4,兩套軟件各有所長(zhǎng),在國(guó)內(nèi)國(guó)際享有盛譽(yù)。JX-4CDPS是中國(guó)測(cè)繪科學(xué)院下屬的中國(guó)四維測(cè)繪技術(shù)北京公司開(kāi)發(fā)的一套自動(dòng)化微機(jī)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng),該系統(tǒng)可生產(chǎn)高精度、高密度數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字正射影像圖(DOM)和矢量圖,是一套實(shí)用性強(qiáng)、人機(jī)交互功能好、有很強(qiáng)的產(chǎn)品質(zhì)量控制的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)。在整個(gè)作業(yè)流程中,自動(dòng)空中三角測(cè)量是重要的一個(gè)環(huán)節(jié),直接影響到最終成圖的質(zhì)量。該系統(tǒng)是集自動(dòng)采集、平差為一體的空中三角測(cè)量軟件,其采用了數(shù)字影像相關(guān)技術(shù),功能齊全、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高、觀測(cè)精度高等特點(diǎn)。適普VirtuoZo是全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng),能完成從自動(dòng)空中三角測(cè)量(AAT)到測(cè)繪各種比例尺數(shù)字線(xiàn)劃地圖(DLG),數(shù)字高程模型(DEM),數(shù)字正射影像圖(DOM)的生產(chǎn),該系統(tǒng)采用國(guó)際最先進(jìn)的快速影像匹配算法,可處理航空影像、SPOT影像、IKONOS立體影像和近景影像。不僅大大地豐富了4D測(cè)繪產(chǎn)品,也是3S技術(shù)集成、三維景觀、城市建模和GIS空間數(shù)據(jù)集的理想操作平臺(tái)。數(shù)字測(cè)量工作站(DPW)也是一臺(tái)計(jì)算機(jī)+各種功能的攝影測(cè)量軟件。DPW處理的原始數(shù)據(jù)就是數(shù)字影像,它利用數(shù)字圖像處理、模式識(shí)別等技術(shù),開(kāi)始實(shí)現(xiàn)攝影量的自動(dòng)化。如利用“框標(biāo)”模板對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行“模板識(shí)別”,實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量?jī)?nèi)定向自動(dòng)化;利用影像興趣算子(in1erestingoperator)在一張影像上提取特點(diǎn),然后以它為模板,在另一張影像上確定同名點(diǎn),實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量相對(duì)定向的自動(dòng)化、數(shù)字高程模型生成的自動(dòng)化,正射影像生成的自動(dòng)化等。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量時(shí)代的到來(lái),實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和快速生成DEM、DOM,并從DOM上自動(dòng)或人機(jī)交互式提取各種專(zhuān)題信息,然后將這些結(jié)果直接送入GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中,以實(shí)現(xiàn)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)建立和更新。所以數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量不僅僅是測(cè)繪地形圖重要的應(yīng)用,而且是為各種地理信息系統(tǒng)建立或更新提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量為GIS數(shù)據(jù)的獲取注入了很多活力。利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量,GIS可以高效率的獲得現(xiàn)勢(shì)性好的數(shù)字線(xiàn)劃地圖、DEM和數(shù)字影像等形式多樣的數(shù)據(jù),就目前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展情況來(lái)看,我們還不能完全依靠數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量來(lái)獲得我們需要的所有的GIS數(shù)據(jù)。典型的就是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量還無(wú)法為GIS提供屬性數(shù)據(jù)。近幾年來(lái),模式識(shí)別、人工智能的快速發(fā)展,使我們找到了解決這個(gè)問(wèn)題的方向。自動(dòng)獲取航空影像的地物信息將成為能否進(jìn)一步融合數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量與GIS的關(guān)鍵。就計(jì)算機(jī)視覺(jué)的研究?jī)?nèi)容而言,它與攝影測(cè)量十分相近。計(jì)算機(jī)視覺(jué)的研究目標(biāo)是使計(jì)算機(jī)具有通過(guò)二維圖像認(rèn)知三維環(huán)境信息的能力,這種能力將不僅使機(jī)器感知三維環(huán)境中物體的幾何信息,包括其形狀、位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)等,而且能對(duì)它們進(jìn)行描述、存儲(chǔ)、識(shí)別與理解。最近,人們利用立體視覺(jué)的原理,正在探索綜合運(yùn)用同一地區(qū)的多張不同角度拍攝所得的照片來(lái)恢復(fù)出地面的高度信息,以獲得真正的三維地形圖,并已取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。3數(shù)字影像測(cè)量的應(yīng)用近景攝影測(cè)量是利用近距離攝影取得的影像信息,研究物體大小形狀和時(shí)空位置的一門(mén)新技術(shù)。近景攝影測(cè)量與常規(guī)的以測(cè)制地形圖為主要目的的航空攝影測(cè)量相比。兩者不論是在基本理論方面,還是在某些攝影儀器的使用方面,均有很多相通之處;但是近景攝影測(cè)量也有自身的特點(diǎn),如采用交向攝影、傾斜攝影等大角度大重疊度的多重?cái)z影方式,通常需要近景攝影測(cè)量工作者完成從優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制、攝影機(jī)選擇、攝影到圖像處理和攝影測(cè)量處理的全部工作等。隨著數(shù)碼相機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,數(shù)字近景攝影測(cè)量已成必然趨勢(shì),它是一種基于數(shù)字信息和數(shù)字影像技術(shù)的數(shù)據(jù)獲取手段。數(shù)字近景攝影測(cè)量應(yīng)用于測(cè)圖是以數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的經(jīng)典理論為基礎(chǔ),主要分為相機(jī)檢校、外業(yè)數(shù)據(jù)獲取和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個(gè)步驟。相機(jī)檢校采用控制場(chǎng)檢校法;外業(yè)包括控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)和影像獲取,控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)可采用常規(guī)控制測(cè)量手段,影像信息采用大面陣非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)獲取,能直接獲取大幅面數(shù)字影像;內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理包括數(shù)字影像預(yù)處理和數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站處理。近景攝影與全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量相結(jié)合,使近景攝影測(cè)量的內(nèi)業(yè)處理速度有了空前提高,是數(shù)字化測(cè)圖的有效手段之一。數(shù)字影像圖具有最容易快速更新的特點(diǎn)。如何保持地理信息系統(tǒng)內(nèi)容的現(xiàn)勢(shì)性、地圖的快速更新,是地理信息產(chǎn)業(yè)最重要的問(wèn)題之一。當(dāng)前最重要的快速更新手段,是利用各種航天、航空傳感器,所獲得的原始信息都是影像,而不可能直接獲得線(xiàn)劃地圖。當(dāng)前,影像與影像的配準(zhǔn)已經(jīng)得到比較圓滿(mǎn)的解決。它不僅僅可以解決同傳感器、同波段、同比例尺影像的配準(zhǔn),而且可以解決不同傳感器、不同波段、不同比例尺影像的配準(zhǔn),甚至可以解決不同時(shí)相影像的配準(zhǔn)。4數(shù)字圖像壓縮技術(shù)應(yīng)用的必要性數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展趨勢(shì)隨著航空、航天技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,必將對(duì)遙感技術(shù)發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用,同時(shí),數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量與遙感技術(shù)相互結(jié)合,應(yīng)用范圍會(huì)更加廣泛。其一,數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量與遙感技術(shù)將會(huì)成為數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)采集和更新的直接手段。在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)中,生成的DEM和DOM,并從DOM上自動(dòng)或人機(jī)交互式地提取各種專(zhuān)題信息,包括道路、水系、居民地等,然后將這些結(jié)果直接送入數(shù)據(jù)庫(kù)中,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的自動(dòng)建立和更新,構(gòu)成地球空間數(shù)據(jù)框架。其二,數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量與遙感技術(shù)必將在線(xiàn)路設(shè)計(jì)中發(fā)揮更大的作用。由于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量獲得的地形圖和斷面圖以及數(shù)字高程模型是線(xiàn)路設(shè)計(jì)的主要資料,而航空或衛(wèi)星遙感圖像可直接或間接地提供大量的有關(guān)各種地物屬性信息,為解譯各種地質(zhì)現(xiàn)象和水文要素,創(chuàng)造良好的條件。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,遙感圖像分辨率會(huì)進(jìn)一步提高,數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)也會(huì)更加完善,借助GIS技術(shù),使得線(xiàn)路設(shè)計(jì)工作更趨于自動(dòng)化。其三,數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量為三維虛擬實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持?；贒EM、DOM以立體的方式顯示地表景觀,實(shí)現(xiàn)三維顯示,為地表三維可視化分析、虛擬設(shè)計(jì)和建設(shè)提供三維可視化環(huán)境。數(shù)