近景攝影測量

前言

　　近景攝影測量是通過攝影（攝像）和隨后的圖像處理和攝影測量處理以獲取被攝目標形狀、大小和運動狀態(tài)的一門技術(shù)。凡可攝取其影像的目標，均可作為近景攝影測量的對象，以獲得目標上點群的三維空間坐標，以及基于這些三維空間坐標的長度、面積、體積、等值線（剖面線）等。在同時記載時間信號的情況下，還可獲取運動目標的運動狀態(tài)，即獲取運動目標（點）的速度、加速度和運動軌跡等。　　與其他測量手段相比，近景攝影測量的優(yōu)點在于它兼有非接觸性量測手段，不傷及被測物體，信息容量高，信息易存儲，可重復(fù)使用信息，精度高，速度快，特別適用于測量容有大批量點位的目標，躲蔽危險環(huán)境而遠離攝影對象等眾多優(yōu)點?！　?shù)十年來世界各國的研究與實踐表明，幾乎所有民用或軍用部門均使用過近景攝影測量技術(shù)。目前此技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類建筑工程、機械制造、航空航天技術(shù)、船舶制造、汽車制造、城市區(qū)域規(guī)劃、地質(zhì)、采礦、冶金、化工、醫(yī)學(xué)、生物、古建筑與古文物研究、考古乃至音樂器材、美術(shù)作品研究等國民經(jīng)濟部門?！　⌒枰獪y量其外形的攝影目標，可以是石窟雕刻、考古現(xiàn)場、飛機外形、水輪機葉片形狀、車禍現(xiàn)場、人體或其器官的外形、細胞和花粉的幾何結(jié)構(gòu)、船體乃至風(fēng)帆的形狀、汽車或集裝箱牌號的快速識別等。相比較地，需要測量其運動狀態(tài)的攝影目標，可以是優(yōu)秀運動員各關(guān)節(jié)的運動軌跡與分析、機器人（手）運動的跟蹤、材料的沖擊與拉伸試驗、金屬切削過程研究、可控的各類工業(yè)爆炸過程的記錄、焊接機理研究以及槍炮彈出膛及運動狀態(tài)的分析等?！　?985年出版的教科書《非地形攝影測量》基本上是1980年原武漢測繪學(xué)院出版的教材《非地形攝影測量》的“復(fù)印本”。20年來此學(xué)科已得到飛躍發(fā)展，我們也積累了更多的教學(xué)經(jīng)驗并取得了很多科研成果，現(xiàn)今為大學(xué)本科生和研究生重新編著的本書取名為“近景攝影測量”，一是適應(yīng)當(dāng)前國際的習(xí)慣稱呼；二是在內(nèi)容與結(jié)構(gòu)上已有非常明顯的質(zhì)變。本書力求達到內(nèi)容豐富、反映當(dāng)前世界先進技術(shù)水平、注重系統(tǒng)性、用黑體給出重要專業(yè)術(shù)語定義、理論結(jié)合實際等教科書應(yīng)具備的種種特點，同時也希望本著作能成為近景攝影測量工作者和相關(guān)的其他專業(yè)工作者的專業(yè)參考文獻。為了增強其他專業(yè)人員對本學(xué)科的了解，書中補充了攝影測量的一些基本概念與知識?！　”窘滩墓卜謨蓛?，這里先行出版的是上冊。下冊共有十三章，另行出版，其內(nèi)容包括模擬法近景攝影測量的應(yīng)用、解析法近景攝影測量的應(yīng)用、數(shù)字近景攝影測量與其應(yīng)用、激光掃描系統(tǒng)與其應(yīng)用、含CCD的多傳感器系統(tǒng)、高速影像的三維測量處理、x射線影像的三維攝影測量處理、水下攝影測量、光學(xué)與電子顯微攝影測量、鏡面攝影測量、結(jié)構(gòu)光攝影測量與其應(yīng)用、莫爾條紋影像的圖像處理與攝影測量處理，以及動態(tài)目標軌跡的攝影測量記錄等?！　∈褂帽緯鳛榻虒W(xué)資料時，教師可依學(xué)時和需要自由摘選適宜的章節(jié)內(nèi)容?！　「兄x20余年來與我從事近景攝影測量教學(xué)與研究的各方人士的支持與幫助。感謝李欣副教授為本書精心繪制了插圖。本人專業(yè)水平有限，誠摯地歡迎讀者指正?！　●T文灝　　2001年5月

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)而全面地闡述近景攝影測量的基本原理、設(shè)備方法與應(yīng)用。主要內(nèi)容包括：近景攝影測量的理論基礎(chǔ)，近景攝影測量的攝影設(shè)備與攝像設(shè)備，近景攝影測量的攝影技術(shù)與控制，基于共線條件方程式的各種解析處理方法的原理與分析，直接線性變換解法的原理與分析，其他具有特點的近景攝影測量解析處理方法以及與近景攝影機檢校有關(guān)的理論與方法。全書理論系統(tǒng)完整，聯(lián)系實際應(yīng)用，內(nèi)容豐富，充分反映當(dāng)代近景攝影測量的水平。本書可作為測繪工程專業(yè)本科生的基本教材，也可供本專業(yè)的研究生、研究人員以及相關(guān)的其他專業(yè)工作者參考使用。

書籍目錄

第一章  緒論  1 概述  2 近景攝影測量常用坐標系  3 像片的內(nèi)方位元素與外方位元素  4 共線條件方程式  5 共面條件方程式第二章  近景攝影測量的攝影設(shè)備  1 量測攝影機的攝影測量性能  2 量測攝影機  3 格網(wǎng)量測攝影機  4 半量測攝影機  5 立位量測攝影機  6 非量測攝影機第三章  近景攝影測量的攝像設(shè)備  1 固態(tài)攝像機基本知識  2 關(guān)于電荷耦合器件CCD的一般知識  3 線陣CCD圖像傳感器  4 面陣CCD圖像傳感器  5 CCD攝像機的分類  6 固態(tài)攝像機的結(jié)構(gòu)  7 固態(tài)攝像機的性能指標  8 Nikon公司E2N型數(shù)字照相機  9 柯達DCS型系列數(shù)字攝像機  10 MATCH-1 型數(shù)字攝影測量系統(tǒng)  11 UMK-SCAN型攝影測量系統(tǒng)  12 HSV-1000型攝影測量系統(tǒng)  13 卡攝像機  14 Rollei Q16型量測攝像機  15 普通數(shù)碼相機  16 夜視器  17 Finepix S1 Pro型數(shù)碼相機第四章  近景攝影測量的攝影技術(shù)第五章  近景攝影測量的控制第六章  基于共線條件方程式的近景像片解析處理方法第七章  直接線性變換解法第八章  近景攝影測量的其他解析處理方法第九章  近景攝影機的檢校參考文獻

章節(jié)摘錄

書摘近景攝影測量作業(yè)全過程大體分為兩個階段：獲取被測物體的照片(或影像)的攝影(或攝像)階段以及對照片(或影像)進行再處理，以獲取被測物體靜態(tài)的形狀、大小或動態(tài)物體運動參數(shù)的攝影測量處理階段。本章主要介紹近景攝影測量的攝影設(shè)備，第三章主要介紹近景攝影測量的攝像設(shè)備。對照片或影像進行攝影測量處理的主要設(shè)備當(dāng)屬計算機及其外圍設(shè)備，而數(shù)十年來沿用的一些專用的攝影測量設(shè)備，諸如各種型號的測圖儀和坐標量測儀等，將在相應(yīng)的章節(jié)里予以簡單介紹。攝影機或攝像機是攝影(攝像)階段的關(guān)鍵設(shè)備。借助攝影機可獲得被測物體的照片或底片(俗稱“硬拷貝”)。借助攝像機可獲得被測物體的影像(俗稱“軟拷貝”)，在攝像現(xiàn)場把這些影像或存貯在磁盤一類的介質(zhì)上，或直接由攝像機輸人到聯(lián)機的計算機內(nèi)。在攝影測量處理階段，對像片或影像可使用模擬攝影測量方式、解析攝影測量方式或數(shù)字攝影測量方式予以處理。按所具備的攝影測量功能的多寡分類，攝影機可分為量測攝影機、格網(wǎng)量測攝影機、半量測攝影機和非量測攝影機四類。前三類攝影機是為測量目的而設(shè)計制造的，非量測攝影機設(shè)計制造的初衷不是出于測量目的。粗略地說，光學(xué)畸變小，具備記錄內(nèi)方位元素功能，但無改正底片變形的標準格網(wǎng)者，可稱之為量測攝影機。具有量測攝影機上述各功能，且配備有格網(wǎng)的量測攝影機，則稱之為格網(wǎng)量測攝影機。光學(xué)畸變未經(jīng)測定，無記錄內(nèi)方位元素功能，但設(shè)置有改正底片變形格網(wǎng)者，稱之為半量測攝影機。按作業(yè)方法分類，量測攝影機可分為拍攝單張像片的單個使用的量測攝影機，以及拍攝立體像片對的具有固定基線的立體量測攝影機。對攝影機及攝像機性能的全面了解，對攝影機及攝像機的選擇、購置和檢校，對新型像機設(shè)計參數(shù)的制定等，是近景攝影測量工作者的職責(zé)?！?．1  量測攝影機的攝影測量性能專為測量目的而設(shè)計制造的攝影機稱作量測攝影機。專為測量目的而設(shè)計的各種量測攝影機，機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，光學(xué)性能好。常具有以下特性：(1)確定光束形狀的內(nèi)方位元素x。、y。f，即攝影中心s相對所攝影像的相對位置經(jīng)過嚴格檢校。常在承影框上布置有機械框標或光學(xué)框標，以確定主點相對它們的位置。攝影機上常采取某種措施，以記錄或讀取主距／，以及調(diào)焦改變后的主距變化值A(chǔ)f。(2)特別注意攝影機光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計，以減少光學(xué)畸變的影響。光學(xué)畸變也是影響光束形狀的重要負面因素，每臺量測攝影機出廠時應(yīng)附有畸變殘值的檢定報告。(3)常采取措施以減少底片壓平不佳和底片變形對像點位移的影響。這些措施可能有抽氣壓平、機械壓平以及在影像上生成標準位置的格網(wǎng)。布有此類標準格網(wǎng)的量測攝影機，稱作格網(wǎng)量測攝影機。標準位置格網(wǎng)一般是刻有十字刻劃線的透明承片玻璃。應(yīng)注意到，十字刻劃線的影像質(zhì)量，與被測物體上相應(yīng)點的照度有關(guān)。這種生成標準位置格網(wǎng)影像的方法稱之為前向投影方法。較新穎的格網(wǎng)影像的生成方法稱作后向投影方法，那是借助攝影鏡箱內(nèi)，在底片后方布置的成面陣形式排列的光學(xué)成像構(gòu)件組成。(4)較現(xiàn)代的量測攝影機主要由攝影機及其定向設(shè)備兩部分組成。定向設(shè)備用來確定光束在給定物方空間坐標系內(nèi)的方位，一般配備記錄角元素的裝置，如水準管、確定兩像機間相對角度關(guān)系的定向裝置等?！?/pre>



媒體關(guān)注與評論
前言近景攝影測量是通過攝影(攝像)和隨后的圖像處理和攝影測量處理以獲取被攝目標形狀、大小和運動狀態(tài)的一門技術(shù)。凡可攝取其影像的目標，均可作為近景攝影測量的對象，以獲得目標上點群的三維空間坐標，以及基于這些三維空間坐標的長度、面積、體積、等值線(剖面線)等。在同時記載時間信號的情況下，還可獲取運動目標的運動狀態(tài)，即獲取運動目標(點)的速度、加速度和運動軌跡等。與其他測量手段相比，近景攝影測量的優(yōu)點在于它兼有非接觸性量測手段，不傷及被測物體，信息容量高，信息易存儲，可重復(fù)使用信息，精度高，速度快，特別適用于測量容有大批量點位的目標，躲蔽危險環(huán)境而遠離攝影對象等眾多優(yōu)點。數(shù)十年來世界各國的研究與實踐表明，幾乎所有民用或軍用部門均使用過近景攝影測量技術(shù)。目前此技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類建筑工程、機械制造、航空航天技術(shù)、船舶制造、汽車制造、城市區(qū)域規(guī)劃、地質(zhì)、采礦、冶金、化工、醫(yī)學(xué)、生物、古建筑與古文物研究、考古乃至音樂器材、美術(shù)作品研究等國民經(jīng)濟部門。需要測量其外形的攝影目標，可以是石窟雕刻、考古現(xiàn)場、飛機外形、水輪機葉片形狀、車禍現(xiàn)場、人體或其器官的外形、細胞和花粉的幾何結(jié)構(gòu)、船體乃至風(fēng)帆的形狀、汽車或集裝箱牌號的快速識別等。相比較地，需要測量其運動狀態(tài)的攝影目標，可以是優(yōu)秀運動員各關(guān)節(jié)的運動軌跡與分析、機器人(手)運動的跟蹤、材料的沖擊與拉伸試驗、金屬切削過程研究、可控的各類工業(yè)爆炸過程的記錄、焊接機理研究以及槍炮彈出膛及運動狀態(tài)的分析等。1985年出版的教科書《非地形攝影測量》基本上是1980年原武漢測繪學(xué)院出版的教材《非地形攝影測量》的“復(fù)印本”。20年來此學(xué)科已得到飛躍發(fā)展，我們也積累了更多的教學(xué)經(jīng)驗并取得了很多科研成果，現(xiàn)今為大學(xué)本科生和研究生重新編著的本書取名為“近景攝影測量”，一是適應(yīng)當(dāng)前國際的習(xí)慣稱呼；二是在內(nèi)容與結(jié)構(gòu)上已有非常明顯的質(zhì)變。本書力求達到內(nèi)容豐富、反映當(dāng)前世界先進技術(shù)水平、注重系統(tǒng)性、用黑體給出重要專業(yè)術(shù)語定義、理論結(jié)合實際等教科書應(yīng)具備的種種特點，同時也希望本著作能成為近景攝影測量工作者和相關(guān)的其他專業(yè)工作者的專業(yè)參考文獻。為了增強其他專業(yè)人員對本學(xué)科的了解，書中補充了攝影測量的一些基本概念與知識。本教材共分兩冊，這里先行出版的是上冊。下冊共有十三章，另行出版，其內(nèi)容包括模擬法近景攝影測量的應(yīng)用、解析法近景攝影測量的應(yīng)用、數(shù)字近景攝影測量與其應(yīng)用、激光掃描系統(tǒng)與其應(yīng)用、含CCD的多傳感器系統(tǒng)、高速影像的三維測量處理、x射線影像的三維攝影測量處理、水下攝影測量、光學(xué)與電子顯微攝影測量、鏡面攝影測量、結(jié)構(gòu)光攝影測量與其應(yīng)用、莫爾條紋影像的圖像處理與攝影測量處理，以及動態(tài)目標軌跡的攝影測量記錄等。使用本書作為教學(xué)資料時，教師可依學(xué)時和需要自由摘選適宜的章節(jié)內(nèi)容。感謝20余年來與我從事近景攝影測量教學(xué)與研究的各方人士的支持與幫助。感謝李欣副教授為本書精心繪制了插圖。本人專業(yè)水平有限，誠摯地歡迎讀者指正?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　●T文灝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2001年5月


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