范隴強
摘要:近景攝影測量技術(shù)被廣泛應(yīng)用在了各個領(lǐng)域中,使用近景攝影測量技術(shù)可以讓工程的建設(shè)效率更加方便,為了增強人們對于這種非量測數(shù)碼相機的了解,本文對近景攝影測量技術(shù)展開了研究,分析了非量測數(shù)碼相機中的近景攝影測量技術(shù)的具體使用方法,并對相機的幾種標定方法進行了介紹。
關(guān)鍵詞:非量測數(shù)碼相機;近景攝影;測量技術(shù)
1攝影測量技術(shù)
攝影測量學經(jīng)過一個多世紀的復雜發(fā)展,有自身獨特的發(fā)展特點,人們將攝影測量學分成模擬、解析和數(shù)字等三個階段,而數(shù)字攝影測量學,與大地測量、物理傳感器測量以及GPS測量等方法相比,具有一定得優(yōu)勢:(1)使用攝影測量能夠瞬間獲取很多有用的信息,工作效率非常高;(2)正是因為攝影測量獲取的信心較為廣泛,所以可以對被測物體中的任意變化進行捕捉,對比前后不同的攝影效果,可以判斷物體變化的原因;(3)可以不直接接觸被檢測的物體。攝影測量正是具備了這些優(yōu)勢,所以才會被廣泛應(yīng)用于變形監(jiān)控測量中。使用攝影測量技術(shù),只需要通過對物體進行拍攝后,對所拍攝的相片進行處理,就可以得到準確的信息,從而得到具體的變形分析結(jié)果。
2近景攝影測量技術(shù)研究
2.1數(shù)碼相機的成像原理
(1)理想針孔模型。非量測相機實際上就是普通的數(shù)碼相機,不同的相機類型有著相同的結(jié)構(gòu)原理,三維空間中的物體成像,實際上就是有種數(shù)學描述。為了更好的理解相機的成像原理,需要對相機成像的理想模型有所了解。通過觀察針孔模型成像的原理圖,光是跟隨直線進行傳播,反射光線會通過一個小孔而形成一個影響,在真空模型中,物體的每一個點都能夠通過針孔成像,使其連成一條直線,通過針孔進行投影,以實現(xiàn)三維坐標成像的目的。在使用近景攝影測量的過程中,需要保持兩張以上的圖像,才能夠獲得準確的坐標信息。
(2)相機鏡頭畸變模型。光線通過相機鏡頭會產(chǎn)生投影,但是容易發(fā)生失真的情況,因此,要想得到較為立體的坐標信息需要對鏡頭進行矯正。相機鏡頭發(fā)生畸變的主要類型有枕形畸變和桶形畸變,由于相機鏡頭中會有諸多因素的影響而導致相機無法準確描述成像,尤其是當鏡頭質(zhì)量較差時,會形成更大的偏差。
2.2空間坐標系統(tǒng)
(1)D-XYZ。物方空間坐標系統(tǒng)D-XYZ,主要對所拍攝的物體進行描述,然后在物方空間坐標的位置中得到三維坐標系,并根據(jù)其選定的坐標對目標的狀態(tài)進行表述。
(2)o-xy。像平面坐標系o-xy,對像點平面位置所選擇的坐標系進行描述,其平面坐標系的原點就是方向與平面之間的交點。
(3)S-xyz。像空間坐標系S-xyz,對右旋直角坐標系進行描述,右旋直角坐標系主要是由像點在空間中的位置組成,以S為原點,讓攝影中心的x軸與y軸能夠與平面坐標系的坐標保持平行,并與z軸重合。
(4)S-XYZ。像空間輔助坐標系屬于一種過渡坐標,并以S為原點。
(5)O0-uv。對計算機進行圖像處理時,所使用的坐標系統(tǒng)又稱為計算機的圖形坐標,以像素為單位,坐標原點可以表示任意的位置,但是為了方便更好的進行計算,盡量采用CCD陣列。
2.3內(nèi)方位元素和外方位元素
內(nèi)方位與外方位是物方空間坐標的主要因素,其中內(nèi)方位主要用來恢復攝影光束;外方位主要用來確定坐標位置。要想讓o與框標進行重合,需要在框標坐標系中得到x軸與y軸,在這個坐標軸內(nèi)形成方差,這個偏差與坐標軸之間的關(guān)系稱為內(nèi)方位元素。外方位元素中,有三個直線元素和三個角度元素,主要用來確定攝影中心的位置與方向。如下圖所示。
坐標儀坐標系和像平面坐標系圖
2.4共線方程
共線方程主要就是利用像點與投影之間的關(guān)系來進行方程式的表述,共線條件作為投影構(gòu)像的基礎(chǔ),很多關(guān)于攝影測量的解決方法都是通過共線方程進行解決的。其方程式為:
2.5相機的標定方法
相機的標定方法是計算機視覺領(lǐng)域中進行信息提取的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的標定方法是攝影測量技術(shù)中最為常見的一種方法,使用相機拍攝一個幾何物體,對參照物進行標定,并利用數(shù)學變換的方式對參照物進行處理,確定相機的內(nèi)方位和外方位參數(shù)。傳統(tǒng)的標定方法可以獲取相機中較高的精度值,但是對于標定參照物的維護較差,容易受到環(huán)境的限制而無法對其進行標定;基于主動視覺的標定方式與傳統(tǒng)的標定方式不同,不需要實現(xiàn)知曉參照物,只需要通過相機中的一些運動信息計算出相機的內(nèi)部參數(shù),并對相機進行標定即可。其優(yōu)勢就在于在標定的過程中就已經(jīng)實現(xiàn)知曉了攝像機的內(nèi)部信息,對其進行計算時較為簡單,但是成本較高;自標定的方式相對而言就更加的靈活高效,不會受到外部環(huán)境的限制,也不需要有標定物,只需要根據(jù)圖像之間的對應(yīng)點所存在的內(nèi)在聯(lián)系就可以完成標定,極大的拓寬了計算機的應(yīng)用范圍。
3結(jié)語
通過介紹近景攝影測量的相關(guān)知識后,得到了數(shù)碼相機的幾何模型,并對集中不同的坐標關(guān)系進行了簡單的介紹,同時還介紹了關(guān)于近景攝影測量中的共線方程,并列出了關(guān)于共線方程的方程式,對其推到過程進行了分析。最后對相機常用的幾種標定方法進行了詳細的分析,并引入了相關(guān)的坐標系統(tǒng),以實現(xiàn)對相機參數(shù)的有效標定。
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