数字摄影测量

数字摄影测量的发展和影响课程名称：数字摄影测量指导老师：魏长寿学院名称：矿业工程学院班级：测绘08-1姓名：段昊强学号：0872143109数字摄影测量的发展和影响Thedevelopmentandinfluenceofdigitalphotogrammetry（矿业工程学院测绘08-1班段昊强学号：0872143109邮编：014010）(Schoolofminingengineering；surveying08-1；；DuanHaohighschoolnumber:0872143109；zipcode:014010)中文摘要：论述了数字摄影测量给学科、产业带来的机遇、变革与挑战,指出数字摄影测量的发展已超出了摄影测量的范畴,它是摄影测量与计算机（计算机视觉）界共同的责任。讨论了数字摄影测量与数字地球的关系。Abstract:Discussesdigitalphotogrammetricdiscipline,industryopportunities,changeandchallenge,pointedoutthatthedevelopmentofdigitalphotogrammetryisbeyondthescopeofphotogrammetry,whichisPhotogrammetryandcomputer(computervision)sharedresponsibility.Discussestherelationshipofdigitalphotogrammetryanddigitalearth.中文关键词：数字摄影测量；计算机视觉；遥感；配准；正射影像更新；模式识别Keywords:digitalphotogrammetry;Computervision；remotesensing；registration；orthophotoupdate；patternrecognition正文：众所周知,摄影测量发展到今天,已经进入了它的第三个阶段—数字摄影测量阶段,它对整个摄影测量的教学、科研、生产都产生了极其深远的影响。这种影响不能简单地认为仅仅是一种技术的发展、教学内容的更新、生产设备的改造、生产效率的提高。数字摄影测量的许多概念、与其他学科的相互关系及其对整个地理信息产业的影响,都远远超过了以前从模拟到解析摄影测量的变革。它掀起的是一次产业的**,直接与21世纪我们对人类共同家园的认识,即与数字地球紧密地联系在一起。从测绘学科而言,它已从传统的摄影测量发展为新兴的信息产业从摄影测量学科而言,它已从经典的摄影测量发展为摄影测量与计算机视觉。它的发展既给我们带来了前所未有的发展机遇,同时又使摄影测量工作者面临最严峻的挑战。我们必须抓住机遇,迎接挑战,在摄影测量学科发展中充分发挥我们的作用。一、数字摄影测量给学科带来的机遇与挑战摄影测量与遥感是一门“从影像重建被摄物体表面”的学科,摄影测量侧重于重建物体的几何表面,并进行“量测”，如量测DEM、测绘地形图等。而遥感则侧重于重建物体的物理表面，恢复问题表面的物理属性，如土地的分类等。因此，从本质而言，摄影测量与遥感是研究影像的获取、理解、加工、处理的科学与技术，使人们更容易直观地理解与应用有关信息。从测绘学科的角度来理解,摄影测量是一门“量测的学科”，著名的摄影测量学者Helava(1995)就认为“摄影测量的范畴是量测”而从信息科学和计算机视觉科学来看，它是从影像来重建三维表面模型的科学与技术—计算机立体视觉。但是，人们一般并没有将摄影测量与计算机立体视觉联系在一起。这是因为，摄影测量的历史要比计算机立体视觉的历史长得多，并早已成为测绘产业的重要组成部分；而且，长期以来，摄影测量是依赖于精密的光学机械仪器，特别是在模拟摄影测量时代，摄影测量以模拟摄影测量仪器为代表，与计算机没有任何联系。在30年代，针对当时的模拟摄影测量仪器，德国著名的摄影测量专家Cruber给摄影测量下了这样的定义“摄影测量是一种技术，它可以避免计算”，即摄影测量是一门不需要计算的技术。**上，摄影测量的模拟测图仪本身就是一台精密的、机械的“模拟计算器”。该“计算器”是利用两根精密的空间导杆模拟前方交会，从像点坐标直接解算其模型坐标。因此，当时的模拟测量仪器多称为自动测图仪。所谓自动，就是可以避免人工的计算，而不是可以离开作业员的观测，而实现真正意义上的自动测图。尔后发展起来的解析摄影测量、数字计算机不仅大量地应用于摄影测量（解析法空中三角测量、区域网平差），而且用于实时控制（解析测图仪）。但是,仍没有利用计算机来代替作业人员的“眼睛”（严格地说应该是“视觉系统”）来分析、处理影像，还是与计算机视觉没有任何联系。今天，摄影测量进入了数字摄影测量时代，它已经脱离了传统的精密光机仪器（模拟测图仪、解析测图仪），摄影测量的原始信息—影像,全部由计算机来进行处理。正如王之卓先生早在1978年底提出“全数字化自动测图系统的研究方案”时指出的“全数字化自动测图系统是使用航摄像片按灰度元素数字化形式,利用数字电子计算机运算并通过数字地面模型测制线划等高线及正射影像地图。”从而，摄影测量与计算机视觉两者紧密地联系在一起。另外,从计算机视觉的角度也对此作了描述：“最近，人们利用立体视觉的原理，正在探索综合运用同一地区的多张不同角度拍摄所得的照片来恢复出地面的高度信息，以获得真正的三维地形图,并已取得了相当的进展。”因此，我们必须清楚地认识到，摄影测量发展到今天，已经超越了传统摄影测量的范畴，它已经不属于摄影测量工作者“独家所有”，这是摄影测量工作者面临的最严峻的挑战。同时,数字摄影测量也为我们带来了发展机遇。在模拟摄影测量时代,摄影测量的教学、科研以及生产的组织与流程,一切均以模拟摄影测量仪器的制造者为中心。摄影测量仪器的理论、结构,各种控制器、仪器的定向理论与操作方法,变换光束测图的理论等,均以相应的仪器为中心。进人了解析摄影测量时代,由于计算机引人了摄影测量,大大地拓宽了摄影测量教学、科研的领域,例如,解析法空中三角测量、区域网平差、粗差理论、机助测图、在线空中三角测量等等。当摄影测量进人“全数字化”时代,摄影测量被全部“软化”,为此,有人将数字摄影测量称为“软拷贝摄影测量”,它为每个摄影测量工作者提供了最大的发展空间和**的发展机遇。数字摄影测量并没有改变摄影测量的基本的解析关系，也就是说，摄影测量的基本理论与数学关系仍然是数字摄影测量的基础，基本的处理流程，如影像的定向（内定向、相对定向、绝对定向），的生成、正射影像的产生、立体测图均是数字摄影测量工作站的基本功能。但是，那些与摄影测量仪器（如纠正仪、转点仪、立体坐标仪、各种类型的测图仪、正射投影仪等）有关的理论、方法已经（或正在）被淘汰。同时，由于数字摄影测量引人了数字图像处理、模式识别等理论与技术，为摄影测量的（半）自动化开辟了最广泛的前景。特别是模式识别的理论、算法，极大地推动了摄影测量自动化的进程，它解决了数字摄影测量中框标识别—内定向的自动化；特征点的识别与匹配—相对定向的自动化；基于灰度的整体匹配—断面扫描的自动化。在地物（道路、房屋）提取半自动化方面,模板匹配同样也起到了重要作用。但是,摄影测量科技工作者了解摄影测量生产的需求,他们不仅熟悉摄影测量的解析关系、最小二乘法的最优解,同时也了解计算机立体视觉的原理。因此,为摄影测量研制、开发及生产了各种型号的数字摄影测量工作站,推动了数字摄影测量实用化的进程。在此期间,高精度影像匹配、带几何约束条件的最小二乘匹配、多点最小二乘匹配、基于物方的最小二乘匹配等方法，扩充了影像匹配理论,提高了影像匹配的精度,增强了影像匹配的可靠性,为发展实用的摄影测量工作站作出了积极的贡献。数字摄影测量自动化、半自动化的程度正在迅速发展,其应用的范围正在迅速扩大。摄影测量进入全数字化时代,计算机在摄影测量中的作用已经不仅仅是一个工具,而是摄影测量的重要组成部分。摄影测量理论的发展也与计算机的发展密切相关,如多基线影像匹配的出现与发展、广义点摄影测量理论的提出与应用都是过去基于光学、机械仪器的摄影测量时代不可能实现的**。无论是计算机、传感器,还是摄影测量理论的发展,都为摄影测量由数字化进一步发展为信息化摄影测量奠定了基础��二、数字摄影测量给产业带来的变革从模拟、解析摄影测量发展到数字摄影测量阶段,这种变革带来的冲击,首先反映在摄影测量仪器（系统）制造者的自身。众所周知,基于精密光机的摄影测量仪器的制造者多数集中在欧洲,特别是瑞士、德国、意大利等国,例如,瑞士Leica公司和德国的Zeiss公司都是国际上著名的摄影测量仪器的制造者,主导着当时摄影测量的发展。但是进人数字摄影测量时代后,摄影测量的全部功能,其自动化与半自动化及广泛应用的*人前景,均由“计算机”来体现,即全部数字化,或者说全部计算机化。除了影像扫描仪（数字化）外,抛弃了一切精密的光机仪器。而当代的数字摄影测量工作站的研制和生产者主要集中在美国,。由模拟、解析到数字的发展,使摄影测量生产也从传统的测绘产业发展为新兴的信息产业,它极大地拓宽了摄影测量的应用领域。对“影像信息”进行加工、处理的结果,除了传统的各种比例尺的线划地形图外,它将为与地学有关的产业、计算机信息产业以及直接为建立数字地球提供各种地学（或非地学）的空间三维信息,即数字高程模型DEM、正射影像DOM、GIS的矢量（DLG）与栅格数据、三维景观、城市三维建模与纹理信息以及非地学的三维信息,它们可直接应用于国民经济的各项工程建设、交通、通信、城市规划、国防军事建设等领域。除上述的DEM、DOM、DLG等数据信息外,影像的内、外方位元素、数字表面模型DSM均是过去（直至今日）未被重视但却是十分重要与有用的信息。另外,数字摄影测量系统可以与计算机可视化、计算机仿真、模拟、计算机动画、计算机网络密切地联系在一起,从而极大地扩展了数字摄影测量的应用领域。应用领域的扩大也对摄影测量工作站提出了更高的要求,它必须易于使用和推广。有人认为,操作专业的数字摄影测量工作站对摄影测量理论知识的要求正在消失。我们必须清楚地认识到,数字摄影测量的发展不仅给传统的摄影测量生产带来了新的发展机遇,而且也带来了挑战。传统的摄影测量仪器品种繁多、价格昂贵、作业环境要求高、不易组织。它通常只能由省级***、国家部委的专业测绘院等来组织进行摄影测量的生产,但是数字摄影测量的发展将会很快打破这一格局。首先,摄影测量生产的“内、外业”可能不分；其次,原来没有摄影测量生产能力的机构也将参与摄影测量生产市场的竞争。总之,对于数字摄影测量时代的到来,我们不能简单地认为它是一个技术的进步,更重要的是,应该清醒地认识到它在我们的学科、生产、应用领域以及与其他学科的关系等方面都发生了深刻的变化。我们必须抓住机遇,迎接挑战,才能在激烈的竞争中不断发展,引导我们的事业不断前进。参考文献：1、张祖勋.数字摄影测量的发展谈信息化测绘武汉测绘科技大学报2002年2月第一期2、田峰.模式识别技术及其应用.中国科学报1995-09-273、王之卓.全数字化自动测图系统研究方案(讨论稿)武汉测绘科技大学学报(重印)1988.23（4）4、张祖勋,张剑清,廖明生,等.遥感影像的高精度自动配准.武汉测绘科技大学学报,