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马钢集团设计研究院 安徽马鞍山市 243000
摘要：简要说明数字摄影测量的发展历史，理论方法与实际应用，特别是数字近景摄影测量已经成为数字摄影测量发展的重要方向，提出数字近景摄影测量技术将在经济建设、国防建设和科学研究中有广泛的用途，尤其用于解决工程现场的空间信息快速获取、自动化处理、可视化分析应用等技术难题，有着无比广阔的应用前景。
关键词：数字近景摄影测量、灭点理论、线特征理论
一、数字近景摄影測量的分类
近景摄影测量可划分为建筑摄影测量、工业摄影测量和生物医学摄影测量等。建筑摄影测量包括亭台楼阁等古老建筑或石窟雕琢的等值线图、立面图、平面图的制作，可用于古迹遗址的发掘和历史文物的复制等。工业摄影测量可用于汽车外壳形状的测定，大型机械部件加工质量和装配质量的检查，水利工程模型的量测，爆破量的计算，爆破过程的演示，各类建筑物的变形观测等。生物医学摄影测量包括动物躯体的外形测量，生物发育过程的记录，以及对医学内科、外科、牙科、眼科、骨伤科、矫形科的临床诊断提供量测技术，配合X光立体摄影量测体内异物或病灶的位置等。
二、数字近景摄影测量的理论方法
1、传统摄影测量的理论方法
传统的摄影测量是一个基于点状目标量测的过程，该量测过程要求在一张影像上量测一个像点，同时在另一张对应影像上或物方空间识别相对应的同名点。其对应的数学公式为传统的共线条件方程或者对于立体像对的共面条件方程。
2线特征理论方法及其应用
理论方法：在空间信息中，存在着大量的线状特征，例如地面上的道路、水系、湖泊边缘；建筑物量测中的直线、圆弧；工业摄影测量中工件的边缘等等。
利用这些大量存在的线状特征作为控制，完成摄影测量诸多任务，可大大增加摄影测量系统的性能和自动化程度，具有重要的理论和现实意义。
线特征理论优点：
线状特征的自动提取较点特征的提取更为容易
同名直线上的点不要求一一对应（同名），甚至不要求代表同一段地物，即只要求同名直线，不要求同名线段
增加线特征将增加平差计算的观测值冗余度和几何约束条件，可提高解算的精度和可靠性。
线特征可提供更为丰富的语义信息。
在处理带有遮掩和不确定信息的情况下，线特征具有点特征所没有的优点。
3线特征理论的应用
线特征空间后方交会：只含有内外方位元素、像点坐标、控制点物方坐标，可进行单像空间后方交会的解算。
线特征相机检校：可加入直线几何约束，采用自检校光束法解算。利用量测相机德国的Rollei进行了实验，表中内容表示其标定的结果与已知相机内外方位元素的比较。
线特征相对定向：利用物方直线约束和共线方程进行像对的定向，其采用的同名直线上的点不要求一一对应，可避开同名像点匹配，许多应用条件下优于传统相对定向。
线特征遥感影像配准：
由于具有点特征不可比拟的优势，线特征已在数字摄影测量的诸多方面有了初步的应用，并提高了摄影测量系统的性能和自动化程度。而在线状地物的自动提取及利用线特征进行三维重建等方面，还可有进一步更加深入的研究
4灭点理论与应用
灭点是空间一组平行线的无穷远点在影像上的构像及该组平行线在影像上的直线影像的交点。我们可以认为该空间的无穷远点与对应的灭点是一对“对应点”。它们满足共线方程。在模拟解析摄影测量中，灭点不可能有任何实用意义。除了其定义外，它的理论也没有多少研究。在数字摄影测量，计算机图形学中，对空间平行线的自动分类、灭点的提取、应用是一个重要的研究方向，它不仅仅是利用单张非量测相机所获得的影像建筑物三维重建的基础而且它将成为城市利用大比例尺地形图进行空中三角测量进行控制的信息，并被用于城市大比例尺地形图的更新。
5多基线近景摄影测量系统
多基线数字近景摄影测量系统（Lensphoto）属于地理信息系统领域最新数字近景摄影测量应用软件。它是近几十年来首次在理论上突破了传统近景摄影测量原理，以计算机视觉替代传统的人眼双目视觉原理而获得实质性发展的一套全数字近景摄影测量系统.它能对普通单反数码相机获得的影像，完成从自动空三测量到测绘各种比例尺的线划地形图的生产，及对普通数码相机所获的近景影像进行快速精密三维重建；并可作为直接由地面摄影的数字影像中获取测绘信息的软件平台。它填补了国内国际近景摄影测量技术五十多年无实质性发展的空白，是一项应用前景远大的测量新技术。
三、近景摄影测量技术的实际应用
1 数码影像的工程外部监测关键技术
对边坡、基坑、大坝、道路等，以立体监测为主，获得工程三维空间形态、位移和变形、工程土石方量、地质结构面信息、对象属性等。对硐室、隧道、竖井、斜井、地下厂房等，以单片监测为主，获得工程二维形态、位移和变形等。在设计参数辅助下，同样可得到工程土石方量、地质结构面信息、对象属性等。工程原型监测的研究关键是精度，工程模型监测的研究关键是自动化。应用不同的量测算法、像方控制、定向重复拍摄技术、各类定制标志点、专用数字近景摄影机、长焦拍摄、多基线摄影、平行摄影、断裂影像自动匹配、断面成像、自由网平差、影像数据实时传输等技术方法。
2数码影像的工程真实纹理三维定量建模及分析技术
普通数码影像在大范围、控制弱的高山峡谷地区采集表面数据点，将采用引入自由网平差、多基线摄影、预处理畸变差、精化构像模型、虚拟大幅面影像提供初始计算等的光束法解决。相应的外业工作量少、作业速度快，特别是在陡峭地区有利于保障工作人员的安全。
从像点构像精度、像点在目标面的投影精度、目标影像展示图的精度、像对立体定点精度、展示影像测定地质结构面信息精度等方面，研究像方控制影像的普通数码影像测控精度估计方法。从影像外方位元素的精度、影像几何纠正的精度、像对定向、立体定点及测定地质结构面信息精度等方面，探讨物方控制的普通数码影像测控精度估计方法。 3摄影测量在古建筑物重建中的应用
在古文物、古建筑领域，自动的或班自动的数字近景摄影测量系统是一个强有力的工具，可用于古文物、古建筑物的重建、维护、修复、研究和资料记录等。
该技术完成了包括88米高的无锡灵山大佛在内的多个特大型青铜佛像的近景摄影测量数字化造型工程，获得了江苏省科技进步三等奖。开展了文物研究、保护和复原的近景摄影测量和三维建模工作，承担了南京猿人考古、栖霞山六朝佛教遗存修复、明孝陵世界文化遗产申报等的摄影测量工作。
4.影像地质编录技术方法体系及信息系统
影像地质编录技术方法体系及信息系统，以数字摄影测量、数字图像处理、地理信息系统等技术为手段，以多学科技术集成为特色，实现了工程地质编录方法的手工作业向计算机辅助作业与信息化管理的转换。全面提高了工程地质编录在数据采集、数据处理与管理方面的技术水平和工作效率。
系统结合多个重大水电工程的建设开展研究及应用，并被交通工程、采矿工程等行业所重视和采用。成果具有显著的特色、原创性和先进性，获奖多项专利和多种奖励。
5.数字矿山系统
该系统通过省国土资源厅的评审，并得到国土资源部的认可。系统被写入《南京市国土资源局2007年工作总结和2008年主要任务 》。系统通过2007年度江苏省国土资源科技创新奖评审。系统在国土资源报得到报道，并在“全面开展矿山储量动态监测管理”中推广应用。
系统功能模块
系统特点
3S集成
普通数码相机量测化
简单易用、作业强度低、速度快
自动影像匹配，自动化程度高
全数字化处理，储量计算精度高
采用三维可视化技术，产品直观
数据库技术实现多期数据管理、数据分析
6.高山峡谷影像量测系统
高山峡谷数码影像测量系统是高效、便捷、低成本、高精度的攝影测量专门系统。
它是以数字摄影测量、数字图像处理和GIS技术为基础，以普通数码相机作为野外数据采集工具，以实现DTM数据快速采集为主要目标，以高山峡谷的形态测绘、三维建模、4D产品输出及可视化分析为基本功能的先进的影像信空间息系统。
四、结束语
综上所述，数字近景摄影测量应该是一门相对年轻的学科，由于它利用计算机替代“人眼”，使得数字摄影测量无论在理论上还是其实践都将得到迅速发展。它对国家基本地形图图更新与其现势性将会显得愈来愈重要。
参考文献：
[1]黄桂平.数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用.天津：天津大学博士论文，2005
摘要：简要说明数字摄影测量的发展历史，理论方法与实际应用，特别是数字近景摄影测量已经成为数字摄影测量发展的重要方向，提出数字近景摄影测量技术将在经济建设、国防建设和科学研究中有广泛的用途，尤其用于解决工程现场的空间信息快速获取、自动化处理、可视化分析应用等技术难题，有着无比广阔的应用前景。
关键词：数字近景摄影测量、灭点理论、线特征理论
一、数字近景摄影測量的分类
近景摄影测量可划分为建筑摄影测量、工业摄影测量和生物医学摄影测量等。建筑摄影测量包括亭台楼阁等古老建筑或石窟雕琢的等值线图、立面图、平面图的制作，可用于古迹遗址的发掘和历史文物的复制等。工业摄影测量可用于汽车外壳形状的测定，大型机械部件加工质量和装配质量的检查，水利工程模型的量测，爆破量的计算，爆破过程的演示，各类建筑物的变形观测等。生物医学摄影测量包括动物躯体的外形测量，生物发育过程的记录，以及对医学内科、外科、牙科、眼科、骨伤科、矫形科的临床诊断提供量测技术，配合X光立体摄影量测体内异物或病灶的位置等。
二、数字近景摄影测量的理论方法
1、传统摄影测量的理论方法
传统的摄影测量是一个基于点状目标量测的过程，该量测过程要求在一张影像上量测一个像点，同时在另一张对应影像上或物方空间识别相对应的同名点。其对应的数学公式为传统的共线条件方程或者对于立体像对的共面条件方程。
2线特征理论方法及其应用
理论方法：在空间信息中，存在着大量的线状特征，例如地面上的道路、水系、湖泊边缘；建筑物量测中的直线、圆弧；工业摄影测量中工件的边缘等等。
利用这些大量存在的线状特征作为控制，完成摄影测量诸多任务，可大大增加摄影测量系统的性能和自动化程度，具有重要的理论和现实意义。
线特征理论优点：
线状特征的自动提取较点特征的提取更为容易
同名直线上的点不要求一一对应（同名），甚至不要求代表同一段地物，即只要求同名直线，不要求同名线段
增加线特征将增加平差计算的观测值冗余度和几何约束条件，可提高解算的精度和可靠性。
线特征可提供更为丰富的语义信息。
在处理带有遮掩和不确定信息的情况下，线特征具有点特征所没有的优点。
3线特征理论的应用
线特征空间后方交会：只含有内外方位元素、像点坐标、控制点物方坐标，可进行单像空间后方交会的解算。
线特征相机检校：可加入直线几何约束，采用自检校光束法解算。利用量测相机德国的Rollei进行了实验，表中内容表示其标定的结果与已知相机内外方位元素的比较。
线特征相对定向：利用物方直线约束和共线方程进行像对的定向，其采用的同名直线上的点不要求一一对应，可避开同名像点匹配，许多应用条件下优于传统相对定向。
线特征遥感影像配准：
由于具有点特征不可比拟的优势，线特征已在数字摄影测量的诸多方面有了初步的应用，并提高了摄影测量系统的性能和自动化程度。而在线状地物的自动提取及利用线特征进行三维重建等方面，还可有进一步更加深入的研究
4灭点理论与应用
灭点是空间一组平行线的无穷远点在影像上的构像及该组平行线在影像上的直线影像的交点。我们可以认为该空间的无穷远点与对应的灭点是一对“对应点”。它们满足共线方程。在模拟解析摄影测量中，灭点不可能有任何实用意义。除了其定义外，它的理论也没有多少研究。在数字摄影测量，计算机图形学中，对空间平行线的自动分类、灭点的提取、应用是一个重要的研究方向，它不仅仅是利用单张非量测相机所获得的影像建筑物三维重建的基础而且它将成为城市利用大比例尺地形图进行空中三角测量进行控制的信息，并被用于城市大比例尺地形图的更新。
5多基线近景摄影测量系统
多基线数字近景摄影测量系统（Lensphoto）属于地理信息系统领域最新数字近景摄影测量应用软件。它是近几十年来首次在理论上突破了传统近景摄影测量原理，以计算机视觉替代传统的人眼双目视觉原理而获得实质性发展的一套全数字近景摄影测量系统.它能对普通单反数码相机获得的影像，完成从自动空三测量到测绘各种比例尺的线划地形图的生产，及对普通数码相机所获的近景影像进行快速精密三维重建；并可作为直接由地面摄影的数字影像中获取测绘信息的软件平台。它填补了国内国际近景摄影测量技术五十多年无实质性发展的空白，是一项应用前景远大的测量新技术。
三、近景摄影测量技术的实际应用
1 数码影像的工程外部监测关键技术
对边坡、基坑、大坝、道路等，以立体监测为主，获得工程三维空间形态、位移和变形、工程土石方量、地质结构面信息、对象属性等。对硐室、隧道、竖井、斜井、地下厂房等，以单片监测为主，获得工程二维形态、位移和变形等。在设计参数辅助下，同样可得到工程土石方量、地质结构面信息、对象属性等。工程原型监测的研究关键是精度，工程模型监测的研究关键是自动化。应用不同的量测算法、像方控制、定向重复拍摄技术、各类定制标志点、专用数字近景摄影机、长焦拍摄、多基线摄影、平行摄影、断裂影像自动匹配、断面成像、自由网平差、影像数据实时传输等技术方法。
2数码影像的工程真实纹理三维定量建模及分析技术
普通数码影像在大范围、控制弱的高山峡谷地区采集表面数据点，将采用引入自由网平差、多基线摄影、预处理畸变差、精化构像模型、虚拟大幅面影像提供初始计算等的光束法解决。相应的外业工作量少、作业速度快，特别是在陡峭地区有利于保障工作人员的安全。
从像点构像精度、像点在目标面的投影精度、目标影像展示图的精度、像对立体定点精度、展示影像测定地质结构面信息精度等方面，研究像方控制影像的普通数码影像测控精度估计方法。从影像外方位元素的精度、影像几何纠正的精度、像对定向、立体定点及测定地质结构面信息精度等方面，探讨物方控制的普通数码影像测控精度估计方法。 3摄影测量在古建筑物重建中的应用
在古文物、古建筑领域，自动的或班自动的数字近景摄影测量系统是一个强有力的工具，可用于古文物、古建筑物的重建、维护、修复、研究和资料记录等。
该技术完成了包括88米高的无锡灵山大佛在内的多个特大型青铜佛像的近景摄影测量数字化造型工程，获得了江苏省科技进步三等奖。开展了文物研究、保护和复原的近景摄影测量和三维建模工作，承担了南京猿人考古、栖霞山六朝佛教遗存修复、明孝陵世界文化遗产申报等的摄影测量工作。
4.影像地质编录技术方法体系及信息系统
影像地质编录技术方法体系及信息系统，以数字摄影测量、数字图像处理、地理信息系统等技术为手段，以多学科技术集成为特色，实现了工程地质编录方法的手工作业向计算机辅助作业与信息化管理的转换。全面提高了工程地质编录在数据采集、数据处理与管理方面的技术水平和工作效率。
系统结合多个重大水电工程的建设开展研究及应用，并被交通工程、采矿工程等行业所重视和采用。成果具有显著的特色、原创性和先进性，获奖多项专利和多种奖励。
5.数字矿山系统
该系统通过省国土资源厅的评审，并得到国土资源部的认可。系统被写入《南京市国土资源局2007年工作总结和2008年主要任务 》。系统通过2007年度江苏省国土资源科技创新奖评审。系统在国土资源报得到报道，并在“全面开展矿山储量动态监测管理”中推广应用。
系统功能模块
系统特点
3S集成
普通数码相机量测化
简单易用、作业强度低、速度快
自动影像匹配，自动化程度高
全数字化处理，储量计算精度高
采用三维可视化技术，产品直观
数据库技术实现多期数据管理、数据分析
6.高山峡谷影像量测系统
高山峡谷数码影像测量系统是高效、便捷、低成本、高精度的攝影测量专门系统。
它是以数字摄影测量、数字图像处理和GIS技术为基础，以普通数码相机作为野外数据采集工具，以实现DTM数据快速采集为主要目标，以高山峡谷的形态测绘、三维建模、4D产品输出及可视化分析为基本功能的先进的影像信空间息系统。
四、结束语
综上所述，数字近景摄影测量应该是一门相对年轻的学科，由于它利用计算机替代“人眼”，使得数字摄影测量无论在理论上还是其实践都将得到迅速发展。它对国家基本地形图图更新与其现势性将会显得愈来愈重要。
参考文献：
[1]黄桂平.数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用.天津：天津大学博士论文，2005