近景摄影测量课间实习指导

近景摄影测量摄影仪

一、德国19/1318型摄影机

1978年德国Zeiss厂生产的量测型摄影机，最初用于地面地形摄影测量，适于较远距离的中低精度的近景摄影测量，不适于近距离目标的摄影（要求距离小于300m）。价格低，像幅大小13*18cm. 国产的DJS19/1318型摄影经纬仪功能与外形上大体与此相同（但可倾斜摄影，适于多种非地形摄影测量任务）。

结构：由镜箱和定向装置两部分组成。

镜箱部分：由镜头和成像部分（如承片框，内装干板，即感光材料）；物镜焦距为190mm，非变焦镜头，物镜光圈固定为F/25，摄影机主距194 mm，超焦点距离约25 m，调焦距离为25m时，摄影目标的深度范围为25-∞。手动曝光（未设快门装置），手动启闭物镜盖以控制曝光时间），故采用低感光度摄影材料。摄影方式：正直摄影及转90度摄影；摄影机光轴不能倾斜（故只能正直摄影或等偏摄影），但物镜可沿导轨相对承片框上下移动（移动范围：+35~-45mm），以适应较高或较低目标的摄影。

定向装置：镜箱顶部有定向装置，可确定摄影时的方位（在物方空间坐标系的方位，即外方位角元素的前两个元素，后一个用跨水准器测得）。若与GPS相连，可获取外方位线元素。

镜箱上方：有两个相互垂直的管水准器，用于控制摄影机竖轴，使之处于铅垂位置，以保持摄影机光轴水平，保持上下框标连线的铅竽特点。

特点：附有改正镜头光学畸变系数参数，镜头畸变差较小（最大光学畸变差为±6μ）。不可调焦（不可调主距），光圈及曝光时间不可改变；具有记录改变像主点位置的装置。采用机械压平方式。无补光装置，仅依靠足量的光能成像）

单个站标，

步骤：测量基线长度，取景，定向，摄影，洗像，晒像，定影，显影。

二、德国Zeiss Opton TMK6型摄影机

参数：像幅大小9*12μm，摄影主距为60mm，摄影距离5-∞，可0，90两档摄影，配置六个近景镜头（0.5,0.6,0.75,1.0,1.5,2.5m）

特点：电子曝光；通过改变焦距镜头（0.5-2.5m）可改变摄影主距；小像幅，可测光量；可使镜头倾斜，但无测任意角的装置。适于近距离目标的近景摄影测量

早期，用于获取目标影像的设备主要是带胶片的摄影相机。当然，用这种方法能够达到目的，但是其精度一般较低，工作量大。

数码摄影机新技术：CCD芯片，与基于底片的一般摄影机相比，其优点：快速的影像获取设备，约25-100幅/秒；无底片变形问题，无需框架，无需确定像主点位置，但存在电子畸变。缺点：像幅小，仅7.5-11.0mm或更小，适于小比例尺，但已有大像幅的影像（如某些120相机的4080*4080），或线阵CCD成像

近景摄影测量软件外业介绍

A、采用高分辨率（1300万像素以上）的数码单反相机，按照一定的方式（保证重叠度、交会角等）对测量对象拍摄影像。摄站的个数和基线长度根据现场情况而定；保证交会角不小于5度，所拍摄的一系列影像即为测量的数据源。

B、采用全站仪系统测量极少数的像控点，做为以影像进行摄影测量的初始数据。整个流程：

1、考察现场，选摄影机，布控制网；

2、摄影机检校（可选）；

3、布置摄站，确定摄影方式，测方位角（可选），摄影；

4、摄影后处理（如基于共线方程的区域网平差，或共面条件法，或DLT法，或后交+前交法）

一、现场考察、制定拍摄计划、控制点布设

1、现场考察：

拍摄之前应该对现场进行考察，主要包括以下内容：

a、被拍摄物体周围环境考察

b、选择拍摄距离和拍摄地点，基线与距离之比小于1/5~1/15

c、根据被拍摄物体特点和拍摄距离选择合适相机镜头

d、根据相机的视场角和被摄物体成像的范围设计控制点分布图等

2、制定拍摄计划：经过现场考察并选取合适的相机镜头之后，就必须制定拍摄计划，主要包括以下几个内容：

a、根据被摄物体特点确定摄站个数

b、根据视场角和基线长度，确定每个摄站上要拍摄的像片数

c、计算每组序列影像的最大交会影像，若满足测量要求，则绘制出基本的拍摄场景图

3、控制点分布图：为了可以进行区域网光束法平差，就根据被摄物体的大小和相机拍摄的范围在被摄物体上布设一定数量的控制点，因此设计控制点分布图也相当重要，控制点因满足以下几个几个条件：

1、控制点分布均匀；

2、控制点尽可能布于拍摄物体（测量对象）四周，从而更加有利于空中三角测量二、相片拍摄、控制点量测

准备工作做完之后，就可以进行像片拍摄和控制点测量工作，这两步工作可以同时进行。有时也会根据实际拍摄影像的需要，在被摄物体上增选一些特征点作为控制点，然后补充测量其三维坐标。

像片拍摄采用旋转摄影方式，像片拍摄的好坏将影响后续动作能否进行，因此必须保证像片拍摄的重叠度和交会角。控制点的精度对最后测量的精度影响非常重大，因此必须非常认真重视。

以建筑物摄影为例：

先采用平行线垂直线组法进行摄影机检校（或直接在线检校），四周布设控制点，四边以正直摄影方法或交向摄影方式各拍摄多张像片，获取影像后可采用区域网平差办法测物方点坐标。

Virtuzo软件中V-CloseR模块功能：近景影像全自动相对定向和半自动绝对定向，近景核线影像，能自动生成近景数字正射影像，能进行近景立体数字测图。该模块特别适用于工程施工、建筑物变形动态监测，处理交通事故和考古等领域。可生成近景影像的数字正射影像，能对近景影像进行立体数字测图，可制作特大比例尺(1∶100)的线划图或影像图。

在水平核线影像生成过程中，对于一般的水平像对，即基线与大地坐标系不平行的情况下，水平影像上的核线之间是不平行的．为了得到正确有效的水平核线影像，将地面坐标系旋转到基线的水平方向，并按照共面条件，采用与非水平核线重排相似的方法对水平影像上的核线进行重排，以消除基线不水平产生的核线与扫描线不平行的问题，减少测图、匹配等后续工作的计算量，提高运算速度．

数字近景摄影测量全新软件（LensPhoto)──基于短基线、多影像的三维测量与重建

lensphoto是以基于摄影测量专家张祖勋院士花了近5年时间专门就近景摄影测量开发了一套系统，是国际上第一套真正意义的近景摄影测量系统，采用普通单反数码相机（单反就是指单镜头反光数码相机），少量控制点，快速<自动> 完成空三，区域网光束法平差，绝对定向，生成点云，DEM，DOM 。颠覆传统摄影测量概念，使用远优于基于松弛法的全新匹配算法，一个革命性的技术！

它以计算机视觉原理（多基线）代替人眼双目视觉（单基线）传统摄影测量原理，从空间一个点由两条光线交会的摄影测量基本法则变化为空间一个点由多条光线交会而成的全新概念，从而研发产生的一套全新的数字近景摄影测量系统。

利用现有的非量测数码相机，减少外业控制点(突破传统的非量测相机的直接线性变换的要求，能够直接利用航空摄影测量的自检校区域网平差)、提高精度、减少工作流程(无需进行核线排列，无需产生核线影像)、很方便(提高匹配的可靠性)地进行数字近景摄影测量，其核心问题是在近景摄影测量中引入了新的机制(多基线摄影测量)、新的数据获取方式(例如：旋转多基线摄影测量)、新的影像匹配算法(适应于被摄物体的空间分布不连续、断裂、遮挡)。

Lensphoto系统特点：

1、能按区域对所摄影像进行整体处理，而不再象传统的近景摄影测量，按单模型进行处理；

2、一般不采用非量测相机进行直接线性变换，而事先利用计算机液晶屏幕上的格网对相机进行检校，按量测相机进行处理；给定相机的焦距f，主点、畸变差初值；(Lensphoto内含这样的一套相机检校软件)

3、空中三角测量不分相对定向、模型连接，而由软件全部自动完成“自由网平差”；

4、区域网平差引入“自检校参数”平差，在获得平差结果的同时，获得相机内方位元素和畸变差的精确值，其实质可谓之：“在线检校”；

5、新的系统不采用核线，这对于多基线摄影测量尤为重要：测图时可以对“多片”原始影像进行任意组合来构成立体像对；而且避免了核线影像变形对测图的影响。

6、采用了新的匹配系统，可以接受较大远景与近景之差，其结果远优于原有的基于“松弛法”的匹配算法；

7、与激光扫描仪相似，新的匹配系统能够产生密集的点云(point clouds)，这对土方测量、边坡测量等很有意义，也对后续的三维重建非常重要。

4．8 [直接线性变换算法及数字近景测绘]

（1）实习要求熟悉直接线性变换（DLT）算法；依据各自对建筑立面所摄普通数码影像及必要的已知数据，应用基于“DLT”算法的数字近景摄影测量教学软件，完成一种“非量测像片坐标——物方坐标”的计算，检验所作摄影测量的正确性及精度；在此基础上利用计算结果和系统功能数字测绘建筑立面图。

（2）实习设备及资料微机、数字近景测绘教学软件、建筑立面立体影像对，立面控制点成果表等。

（3）实习步骤

方法一：应用“数字近景摄影测量教学系统”，完成建筑立面数字立体影像对的量测、数据处理、建筑立面图测绘及图形编辑等。

a、在WINDOWS环境下安装并运行“数字近景摄影测量教学系统”（如图

12），

点击回车键进入系统主界面（如图13）。

图12

图13

b、载入像片相对

在文件或工具栏上有图像的打开功能，把像对的左右相对载入,首先，点击菜单“文件→打开左片”，窗体自动弹出打开对话框，选中要选的对象，再点击“打开”

即可。再在“文件→打开右片”打开右片“。或点击图标和以分别打开左右

像对。

c、参数设置和数据输入

运行本软件以后，要对摄影参数和相机参数，摄影参数包括测站点号,摄影基线，摄影焦距，摄影物距，理论量测误差mx,理论量测误差my,理论量测误差mz,如果已经存在可以在选择框内进行选择，没有的记录可以进行输入，并保存记录。(如图14)测站的名称不能相同，在进行多测站测量时，不同的测站往往各项参数不一样，特别为了进行三维建模时，测站参数容易出现错误。

图14

相机参数包括对每个相机的编号和五个相机畸变参数。所以在多台相机进行实习时候，建议对相机进行编号，并记录每台相机的一些参数，在此输入就比较方便，不会出现不必要的麻烦。如图15：

控制点输入框主要设置输入控制点物方坐标。输入控制点物方坐标有两种方式（如图16）：

一是直接在网格内输入。首先，在“控制点个数”和“检查点个数”窗口中输入数据，然后“回车”或点击“确定”，网格会自动列出所需的行数，再在网格内输入数据，格式为：

点号X Y Z

二是通过调用已存在数据记录将数据输入到网格中。首先，点击“打开”按钮，窗口将调用数据库内数据记录，就可以将数据输入网格。

如果物方坐标有错误，可以直接对数据进行修改，通过使用方向键或鼠标来定位要修改的数据，并按"保存"来对数据进行保存，完成以后按"确定"即可。

图15

图16

d、像点的量测

像对的量测包括控制点的像点量测和细部点量测。像对的量测首先是控制点量测。在菜

单“工具”中或工具栏上点击图标以进行控制点相片坐标的量测（如图17，图18），此时鼠标会变为一个十字，然后在像对上点击同名控制点，在下面的文本框中将自动显示出X1，Y1，X2，Y2，在列表框中选择点号，为了便于选点，可以打开”视图“来获取所量测点的大概位置和点号。选择完成后点击“确定”即可。在量测完控制点后，可以在菜单"采集点编辑"中对不合格的数据进行修改和删除，编辑完成以后按”保存“即可。同样可以在”工具栏“和”菜单“中按”采集点另存为“来保存采集点数据。对于一次性没有量测完的控制点坐标可以在”设置“中按”重新量测控制点坐标“。同样如果对于所有控制点量测值不满意，可以在”编辑中“清空”记录。重新进行控制点数据量测。

图17

图18

选择完成以后，为了了解选择点的所有点的位置和点号在像片上的正确信息，可以在”视图→显示所有采集点“。所选的点就会标明点号。在此的数据保存到数据库中以便后边的控制点畸变改正计算调用，以及供求L系数选取控制点，和选取检测点来检测量测精度。

在细部点进行量测前，应该先选择要导入的控制点和用于检测的检测点，再根据自己的需要选择合适的控制点和检测点（如图19）注意：控制点的个数不能少于6个，及由于DLT算法的特性，控制点应该选择分布在像主点周围比较均匀的位置。这样计算的L系数精度比较高。有利于后面的物方坐标的反算。选好控制点和检测点后就可以计算L系数（如图20），我们可以吧计算出来的系数保存到数据库中以便下一次用于其他计算。

图19

图20

在控制点导入以后，就可以进行碎部点的量测了。碎步点的量测步骤如下：首先，点

击菜单“工具”中的“细部点量测”或直接在工具栏上点击图标以进行细部点相片坐标的量测，此时鼠标会变为一个十字，在像对上移动鼠标量测同名像点，并输入点号（如图21）。最后点击“确定”按钮，此时程序会自动进行DLT解算，计算出未知点的物方坐标坐标，将给该点自动在立面图窗口中绘出，并把该x,y,z数据保存到数据库中。然后进行下一点的量测，在点击“确定”后，软件会自动提示是否需要与前面一个点连线，根据需要选择，最后可以绘制出像对的立面图。软件也会把你是否要把改点与前一点连接的属性保存到数据库中，以便下次此重新自动绘图。

对于不合格的量测细部点，同样可以对其进行修改，和删除（如图22）。在“编辑→采集点编辑”就能对这些细部点进行编辑，编辑完成以后，按“保存”来把细部点的这些像点量测坐标保存到数据库中，以便进行对细部点的畸变改正计算。在本软件中控制点和细部点保存的按钮和菜单项一样，但软件会根据你进行的量测进行判断后，自动保存到控制点数据库还是细部点数据库。

图21

图22

e、数据计算

在细部点量测完毕以后可以进行各项数据的计算，如控制点的畸变改正，在”结果显示→"畸变改正”→“控制点畸变改正”就可以显示出控制点的畸变改正（如图23）：改正前x,改正前y，畸变改正数dx，畸变改正数dy，改正后x，改正后y。你可以根据需要是否保存这一数据供下次使用。同样可以在”结果显示→"畸变改正”→“控制点畸变改正”来计算细部点的畸变改正，计算方式与控制点的畸变改正相似（如图24）。

图23

图24

f、精度评定

（1）.物方精度的估算：选择你进行量测的测站，系统就会自动调用你在测站参数设置中保存进去的数据库，同时输入你的相机的两个参数值就可以来计算畸变系数和一些量测误差和X,Y,Z方向上的精度。如图25

（2）.实际精度的评定:实际就是用检测点来检测控制的量测精度，系统会直接对在计算中选取的几个检测点进行计算。利用检测点的像方坐标的反算检测点的物方坐标，并计算出量测出的物方坐标和计算出来的物方坐标的差值，再利用这些差值分别计算出在X,Y,Z方向上的中误差。作为评定控制点量测精度的一项指标。同时可以根据需要把中误差值保存到

一个文本中。如图26

图25

图 26

g、绘图

数据输出的结果包括：控制点、检查点的坐标，立面图的输出。在绘制好立面图以后，可以进行整饰、修改，最后可以输出立面图。如图27

在细部点量测过程中系统会自动把细部点反算出来的物方坐标保存到数据库中，只要在绘制立体图中用就可以把图像自动绘制出来。如果需要可以通过自动查点划线和手动

划线来添加没有自动绘制的直线，并保存到数据库中，通过在两个下拉列表框中来选择连线的两端点，就可以自动查点连线。同样可以手动连线，选中选择框图形上可以显示已经存在的点号，这样利于手动连线。

图27

用于打开以前保存的成果图

用于保存绘制的成果图

用于展绘数据库中的图形记录

用于清空数据库中的图形记录

用于自动绘线，根据在列表框中选择的线名，进行自动连线根据自身的需要手工进行画线

根据自身的需要手工进行画点

在图像上进行注记

选择注记的颜色和绘图的颜色

用于设计注记文字的样式

橡皮擦，用于修改

用于删除图形中的线和其数据库中的记录

用于撤销上一步操作

退出程序

下图是经过修饰以后的立面图：

图28

h、帮助

在帮助系统中有详细的操作说明，初学者课根据帮助系统来进行学习（如图29）

图 29

方法二（1）：在WINDOWS状态下安装并运行“解析摄影测量教学软件”，在该程序界面下点击【直接线性变换】－>【数据输入】－>【打开】（或【导入】）输入（或导入）输入或直接导入数据文件“DLT0.DAT”和“DLT1.DAT”(如图30)。

图30

保存后选择【计算】即可进行DLT计算。计算结束后点击【查看结果】即可以表格形式查看或打印计算结果（如图31）。详细操作说明请点击【帮助】－>【帮助主题】。

图31

方法二（2）：在DOS 环境下操作。

a 、启动微机，在D 盘建立数据文件“DLT 0.DAT ”及“DLT 1.DAT ，文件格式见注9及注10.

b 、进入DOS ，运行D 盘文件“a.dat ”，屏幕出现主菜单（如图6、图7）。选定“直接线性变换”模块后，即自动执行DLT 计算。

c 、程序运行正常结束后，仍以4．6（3）c 所述方法查看计算中间结果。打开数据文件DLT 2.DAT 查看计算最终结果。

d 、打印或抄录计算结果。

e 、依计算结果，对照4．5（3）c 所绘草图绘制建筑立面图。

f 、也可以在WINDOW S 状态下“解析摄影测量教学软件”中单击菜单【文件】－>【MSDOS...】来进入DOS 环境执行D 盘文件“a.dat ”。操作方法同b ～d.

注10：“DLT 0.DAT ”格式

??

?

????N q p y x Y q p y x Y q p y x n n n n ,,,,,,,,,,,,22221111 待定点像片坐标 注11：“DLT 1.DAT ”格式

控制点数，检查点数，DLT ，Q ，ZZ ，Y

??

???点号点号,,,,,,,,,,,,,,1111111n n n n n n n Z Y X q p y x Z Y X q p y x 控制点

?????++++++++++++++点号点号,,,,,,,,,,,,,,1111111l n l n l n l n l n l n l n n n n n n n n Z Y X q p y x Z Y X q p y x 检查点

注12：“DLT 1.DAT ”格式中Q 输入0为11参数解法，不改物镜成像畸变差；Q 输入1为12参数解法，改正物镜成像畸变差。ZZ 输入0为单片量测；ZZ 输入1为立体量测，且仪器适用q y y +=12；ZZ 输入-1为立体量测，且仪器适用q y y -=12。实习仪器均按ZZ=-1输入。