数字摄影测量的发展思考与对策

由于当时的摄影测量与各种各样的模拟摄影测量仪器紧密地联系在一起，因此，当时的教学和研究的内容多数是围绕着那些精密的摄影测量仪器展开的。

例如：仪器的结构，各种控制器以及怎样利用模拟测图仪器来重建模型(相对定向)等。

又如：相对定向的点数、点位的分布，即所谓标准点位，到现在为止还被称为 Gruber点位，以及如何利用六个标准点上的上下视差进行逐步的趋近；利用过渡改正倍数，加快相对定向的速度等。

但是，到解析摄影测量的时代，精密的机械导杆被共线方程——又称为“数字导杆”所代替，简化了仪器的结构，形成了解析测图仪。

然而利用六个标准点位进行相对定向仍然没有变化，只是人们只需观测六个标准点位的上下视差，计算机就能自动解算相对定向的元素。

计算的过程虽然还是迭代的过程，但是，作业员的作业中避免了迭代过程，从而加快了定向速度。

在解析摄影测量时代，由于数字电子计算机的发展与引入，摄影测量的严密解算成可能。

从而，空中三角测量的严密解算、各种区域网平差模型、粗差检测、可靠性的理论等，成为解析摄影测量时代的热点与重点。

与模拟摄影测量时代相比，解析摄影测量的教学、科研的内容要宽得多，而且研究已经不再仅仅围绕测量的仪器展开。

这时，摄影测量不仅仅需要利用计算机进行大量的计算，而计算机的发展与应用，引起了测量一次深刻的变革。

但是，无论是模拟摄影测量或者是解析摄影测量，都离不开人的双眼分别照准左、右影像上的同名点，因此，它们都不可能实现真正意义上的“自动化”。

到了今天，由于数字摄影测量的发展，计算机不仅可以代替人工进行大量的计算，而且已经完全可能代替人眼来识别同名点，从而为摄影测量开辟了真正的自动化道路。

它不仅大大提高了生产效率，而且在某些领域，在传统的摄影测量观念认为是一些最基本的内容上，正在发生观念性的变革。

首先，数字摄影测量利用一台计算机，加上专业的摄影测量软件，就代替了过去传统的、所有的摄影测量的仪器。

其中包括纠正仪、正射投影仪、立体坐标仪、转点仪、各种类型的模拟测量仪以及解析测量仪。

这些仪器设备曾经被认为是摄影测量界的骄傲，但是，目前除解析测图仪还有少量的生产外，其他所有的摄影测量光机仪器已经完全停止生产。

这种发展已经引起了产业界的变革，即精密的光学、机械制造业转为信息产业，其重心也从欧洲转移到了美国。

原来着名的摄影测量、光机仪器制造厂商，瑞士的Leica已经与美国的Helava合并；德国的Zeiss也将与美国的Intergraph合并。

从教育的角度来看，过去欲办一个摄影测量专业非常困难，这是由于摄影测量专用仪器十分昂贵。

而现在，所有的摄影测量专用仪器多由当代最通用的设备—计算机所替代，摄影测量除了专用的软件外，几乎没有专用的硬件设备。

因此，在美国通常将数字摄影测量称为“软拷贝摄影测量”，这似乎很有道理。

另外，也正是由于这个变革，摄影测量已经超出了“测绘”的范畴，数字摄影测量也已经成为计算机应用学科的一个部分。

1995年9月27日，中国科学报发表了田峰同志《模式识别技术及其应用》的文章，其中谈到：“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”。

显然，这是计算机界从“立体视觉”的角度来描述“数字摄影测量”的。

由此可以看出，摄影测量教学从设备的角度来看，要比传统的摄影测量容易得多；从学科内容的角度来看，其范围要比传统的摄影测量广泛得多。

从摄影测量的教学内容来看，由于上述的变革，有关传统摄影测量仪器结构原理，以及与此有关的各种控制器的理论，也不言而喻地被淘汰。

另外，一些传统的教学内容——可能曾被视为摄影测量的基础知识，而在数字摄影测量的教学中，也显得没有必要了。

例如：上面所说的6个Gruber标准点位，它只是考虑了立体像对最大的控制范围，还有一个多余观测值，因此，Gruber 6个标准点位的概念一直被沿用到解析摄影测量，甚至到数字摄影测量的某些系统中。

这个概念不仅被应用于立体模型的相对定向中，而且还被应用在空中三角测量 (加密)选点过程中。

这个概念曾对摄影测量的发展起了重要的作用，但是到今天，它可能束缚了我们的思想。

假定在“标准”点位上是一片森林、一片水域或者是一大片建筑[]物，而数字摄影测量系统中又没有考虑自动分类(分类问题要比自动匹配、寻找同名点的问题难得多)，从而它不能自动避开有问题的标准点位。

因此，也就妨碍了整个相对定向自动化系统的成功率。

而VirtuoZo数字摄影测量系统一开始就放弃了6个标准点位的概念的束缚，而由计算机在整个像对上自动选取均匀分布的特征点，且所选的点数一般在200个左右，大大地超过了所需的6个点的要求，从而使相对定向自动化的成功率大大地提高，可以达到 %。

同时由于观测值的数量大大地超过人工观测所需的最低要求，从而使原来粗差理论所研究、讨论的问题对数字摄影测量的影响也显得有些微不足道。

例如：在相对定向过程中利用6个Gruber 标准点位进行剔除粗差(因为只有一个多余观测值)是十分困难的，但是到了数字摄影测量阶段，由于相对定向点位的选择、匹配都是由计算机来完成，它的效率远高于传统的人工作业，而且可以进行批处理，也就是在作业员休息的时候，由计算机进行处理。

因此将相对定向的点数从6个标准点位提高到100～200个，它使得原来只用6个标准点进行小样本观测变成为大样本观测，从而大大地提高了成果的可靠性。

从下面表格的示例中可以看出：原来的观测样本为185个，最大误差为32μ，中误差为μ；若将误差大于10μ的点全部删除，点数降为95个点，中误差降为μ，但是，相对定向元素变化仅为1/10000。

点数 rms 最大误差φ1 κ1 φ2 ω2 κ2185 μ 32μ94 μ 10μ又如过去我们常把空中三角测量称为“加密”。

顾名思义就是把按区域布设的少量的野外像控点进行加密。

最终我们所需要的是加密点的坐标，提供给下一个摄影测量工序进行绝对定向使用。

但是，进入数字摄影测量以后，“加密点”的涵义只是要将影像连接成航带、连接成区域，将整个区域的影像连接，构成为一个整体。

而在摄影测量的后续工序中，并不需要直接利用这些“加密点”，而只需利用由自动空中三角测量、区域网平差所生成的影像的方位元素。

而且，在其后续工序——DEM的生成、正射影像的生成、地物测绘中，无需进行任何定向，从而大大地提高了作业效率。

因此，在数字摄影测量中，如将空中三角测量还称为“加密”，显然不妥。

从以上的例子可以看出，传统的摄影测量进入数字摄影测量以后，很多的观念必须引起新的思考。

当然，进入数字摄影测量以后，数字摄影测量的本身已经与计算机立体视觉的概念紧密地联系在一起。

从而把数字图像处理、模式识别技术和计算机立体视觉的理论大量地引入了摄影测量中。

因此，数字摄影测量实际上是由两部分组成：一部分是摄影测量的关系；而另一部分是模式识别与视觉。

随着数字摄影测量的发展，后者的影响将越来越大，但是摄影测量工作者在这个过程中间还是大有可为的。

因为第一，摄影测量工作者了解摄影测量生产和需要，因此，到目前为止，国际上多数数字摄影测量系统是由摄影测量工作者开发完成的。

第二，摄影测量工作者熟悉摄影测量的几何关系与平差理论，因此，他们常常会在模式识别的理论中引入几何约束条件，利用最小二乘法获得最优解，如所谓带有几何约束条件的最小二乘影像匹配的理论等。

二、对摄影测量生产的思考在模拟与解析摄影测量时代，将整个摄影测量生产划分为不同的工序，使用不同的专用的摄影测量仪器，完成不同的工作。

由于数字摄影测量正在将传统的模拟和解析摄影测量仪器送入历史博物馆，而所有的工序均可以由一台“数字摄影测量工作站”来完成，从而使生产组织发生了重大的变化。

过去的加密工序，使用转点仪、立体坐标仪或解析测图仪，为下面的测图工序提供加密成果，而现在的加密工序与整体的测图工序几乎密不可分。

例如：准备工作、影像数字化、参数文件的建立与输入都是共同的。

而通过加密工序又可以省去后面测图工序的整个定向过程。

因此，再将两个工序分开就完全没有必要。

我们似乎可以把空中三角测量看作为测图工序的一个“预处理”。

当前，正处在由模拟、解析向数字摄影测量转变的时代，同时也是模拟、解析摄影测量仪器与数字摄影测量工作站共存、混用的时期。

例如：有的生产单位，要求利用由数字摄影测量工作站的自动空中三角测量“加密”结果，供模拟测图仪使用；有的生产单位则反过来，要求利用由传统的空中三角测量“加密”结果，供数字摄影测量工作站使用。

正如上面所述，空中三角测量、区域网平差的本质是在严格的数学模型下(特别是光束法区域网平差)，将该区域内的所有的影像连接起来，将影像与影像、模型与模型、航带与航带连接起来，而所选的“加密”点都是为了将影像“连接成网”。

因此，只有将空中三角测量与测图放置在一个统一的系统中，才能使整个区域内的结果达到最佳的衔接，即按区域网平差的结果进行衔接。

若按传统的方法，将两者分开，测图时按加密点进行绝对定向，不仅增加了工作量，而且会降低精度。

由于利用航空影像进行测绘，影像必须数字化，因此，影像数字化器——扫描仪，是数字摄影测量必不可少的设备。

随着影像数字化技术的发展，多数用于航测的扫描仪均加上了自动卷片装置，直接可以将成卷的原始航摄负片(无论是黑/白片、彩色片)扫描成正片。

既能减少摄影处理的工序，节省材料，同时还能提高精度 (从负片复制成正片，会增加底片变形)。

加之纠正、正射影像均按数字形式完成，中间没有摄影处理过程，因此，摄影处理工序，在摄影测量作业中的作用也在逐步地减少。

由于数字摄影测量的发展，我们不仅需要重新考虑整个内业生产工序的组织，而且具有了内、外业工序不分的可能性。

以前航测外业主要是做像控点和进行调绘，然后，由内业根据像控点进行加密，利用调绘片进行测图，如果发现外业像控点的误差，再转回给外业队进行返工。

在城市大比例尺测图过程中常常还需两期外业。

先由内业根据调绘片进行测图，然后再由外业将遮挡的房屋补在相应的地图上，这种由外业到内业再到外业然后再返回内业的流程，显然是不经济的。

过去，外业队不可能购置价格昂贵、体积庞大的解析测图仪和精密立体测图仪，但是随着数字摄影测量时代的到来，整个的内业均在计算机上完成，从而使外业队也有可能进行内业工作。

可以看出，数字摄影测量已经把整个摄影测量生产的工序高度地集成在一起。

从以上分析可知，在生产中，将工序明确地划分，似乎已经没有很大的必要。

但是，从生产的实际出发，为了将生产人员有效地组织起来，将一套数字摄影测量系统划分成为不同的模块，分别安装在多台计算机上，似乎对生产的组织、人员的调配是很有意义的。

例如：空三、定向、影像匹配与编辑，除了计算机以外，还需要专用的图像卡和立体眼镜等专用的设备。