旋转多基线数字近景摄影测量

旋转多基线摄影测量浅析张军;刘安伟【摘要】传统摄影测量在解决深度计算和影像匹配的过程中,存在交会角大,匹配精度底,深度误差小问题,为了解决这个问题,文中提出多基线摄影方法,在此基础上出现旋转多基线摄影测量,为近景摄影测量的发展提供了很大的帮助.【期刊名称】《矿山测量》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】4页(P53-56)【关键词】旋转多基线;深度误差;匹配;近景摄影测量【作者】张军;刘安伟【作者单位】甘肃工业职业技术学院,甘肃,天水741025;甘肃工业职业技术学院,甘肃,天水741025【正文语种】中文【中图分类】P23摄影测量经过160多年的发展，技术手段日趋成熟，尤其20世纪70年代以来数字摄影测量的发展，更是为社会生产的各个方面提供了很大的帮助。

摄影测量通过拍摄地物影像，获取地物的三维模型，通过对三维模型的量测与解析获取地物的信息。

传统上摄影测量是由两幅二维影像所构成的单基线立体像对重建三维空间的。

1 深度误差和匹配误差传统摄影测量中，测点源于测量中的前方交会和后方交会，在共线方程的基础上进行。

前方交会的误差主要取决于交会角，交会角愈小，测量的深度误差愈大。

为了提高交会精度，应尽可能增大交会角，如图1所示。

摄影测量过程相当于人眼观测地物，人都是由一条眼基线“双眼”观测世界，传统摄影测量也是基于此基础。

数字摄影测量利用计算机匹配代替人眼测定影像同名点，在这个过程中，一般采用影像匹配技术，在匹配过程中由于存在大量的误匹配，即粗差，使自动匹配的结果很不可靠，原因是由于当地面有高差、有坡度时(特别是地面摄影，前景与后景变化大)，交会角越大、影像变形就越大，匹配就越困难。

为了易于匹配，应尽可能减小交会角，如图2所示。

图1 深度误差和交会角关系图图2 交会角依次增大的序列影像(首尾影像交会角大于15°)从而可以得出一个结论：(1)从深度量测精度而言，交会角大精度高，交会角小精度低。

收稿日期:2009-09-06第一作者简介:张大春(1969 ),男,1993年毕业于武汉测绘科技大学摄影测量与遥感专业,高级工程师。

文章编号:1672-7479(2009)05-0043-03多基线数字近景摄影测量技术在铁路勘测中的应用研究张大春 陈以军(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)A St udy on Applicati on ofM ult-i baseli ne D igital Close -RangePhotogra mm etry Techni que i n Rail w ay SurveyZhang Dachun Chen Y ij u n摘 要 多基线数字近景摄影测量技术打破传统摄影测量单基线原理,采用多基线巧妙地解决了交会角、匹配、精度这三者间在传统数字近景摄影测量中不可相容的矛盾,同时将空中三角测量及平差首次引入了近景系统。

本课题按照多基线数字近景摄影测量系统的基本作业流程,研究其在太行山2号隧道出口进行1 500工点地形图的测绘应用,并对实验成果进行了数据比对和精度分析,研究了该技术在铁路勘测中的应用范围。

关键词 多基线近景摄影测量 交会角 匹配 精度 工点地形图中图分类号:P231 2 文献标识码:A1 概述模拟、解析和数字摄影测量都是基于人眼双目立体视觉的基本原理,但这一原理在处理数字近景摄影测量过程中遇到无法克服的三方矛盾:即交会角、匹配、精度之间的矛盾。

交会角小,容易匹配但精度低;交会角大,精度高但匹配差。

这个关键矛盾无法解决也是数字近景摄影测量在国内外一直没有能真正能用于生产的原因。

摄影测量专家张祖勋院士提出了以计算机视觉代替人眼双目(单基线)立体视觉的 多基线、多影像近景摄影测量 原理,采用以多搏少的策略,把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,彻底解决了数字近景发展的难题。

从而研发出一套全新的数字近景摄影测量系统,给数字近景摄影测量带来了新的应用前景。

基于普通数码相机的旋转全景摄影测量方法
目前,在实际工程中广泛使用旋转全景摄影测量方法,用来解决测量以及图像重建技术
所面临的复杂问题,此技术可以从多角度采集照片，使得被测物体立体的信息表达更加明晰，避免受拍摄角度限制，可以针对不同尺度及不同材料的物体，准确完成建模。

旋转全景摄影测量是一类基于普通数码相机的测量方法，它可以使用3D激光测距仪
精确地采集物体边缘图像，捕捉物体三维形状信息，同时保存影像内容，经过这样的拍摄，我们可以得到一系列清晰的图像，用于补充构建物体的完整三维外形。

旋转全景摄影测量的基本步骤如下：首先，使用激光测距仪准备采集物体的数据，其次，使用测距仪把物体边缘图像拍摄；再次，对物体照片进行同步；最后，将已经同步的
数据，进行三维视角恢复成待测量场景下的立体图像。

使用该方法，从而可以得到一整套
动态的立体图像，从而实现被测物体的三维重建。

根据上述旋转全景摄影测量的有效性，得到的普通数码相机可以在实际工程中非常有
效地实现旋转全景摄影测量。

有效的测量技术，可以更加精准地捕捉物体的三维传感器，
更好地完成测量及图像重建所面临的复杂问题。

同时，该方法可以减少拍摄时间，提高采
样精度和降低采样成本，极大地改善了传统激光扫描技术的不足。

数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用数字近景工业摄影测量关键技术研究与应用摄影测量是数字近景测量中的一种重要技术手段，通过使用数字相机等设备来获取目标物体的图像信息，从而实现对物体的三维测量和数据分析。

随着数字近景工业摄影测量技术的不断发展，各种先进的关键技术相继涌现，为各行各业提供了广阔的应用前景。

数字近景工业摄影测量的关键技术主要包括图像采集、相机标定、影像处理与分析、物体三维重建和精度评定等方面。

首先，图像采集是数字近景工业摄影测量的基本环节。

在实际应用中，可以采用单目相机、多目相机、高速相机等设备进行图像采集，以获得目标物体的多角度、多视点的图像信息。

此外，还可以通过搭建图像采集系统，实现大范围、高分辨率的图像获取，从而满足不同应用需求。

其次，相机标定是提高数字近景工业摄影测量精度的重要手段。

通过对摄影测量设备进行标定，可以消除设备因素对图像测量结果的影响，提高测量的准确性和可靠性。

常用的相机标定方法包括内部参数标定和外部参数标定。

内部参数标定是通过测量相机内部的固有参数，例如焦距、控制点和像素大小等，从而确定真实世界坐标和图像像素坐标之间的关系。

而外部参数标定则是通过标定控制点在物体上的位置以及控制点在图像上的坐标，确定相机的外部参数，进而确定物体的三维坐标。

影像处理与分析是数字近景工业摄影测量中的核心环节，通过对采集到的图像进行处理和分析，可以实现对目标物体的特征提取、配准、匹配和变形分析等操作。

其中，图像配准是实现不同图像之间、不同时间点图像之间对应关系的重要技术。

通过使用配准算法，可以将多个图像进行对齐，从而提取出目标物体的三维信息。

此外，图像匹配是根据图像特征或者控制点实现图像对齐的关键步骤，不同的匹配算法适用于不同的场景和要求。

物体三维重建是数字近景工业摄影测量的核心目标之一。

通过使用摄影测量技术，可以实现对目标物体的三维几何结构的获取和重建。

在具体操作中，可以通过图像的立体视觉、三角测量和空间投影等数学方法，利用多个视点的图像信息进行物体的三维重建。

多基线数字近景摄影测量多基线数字近景摄影测量系统Lensphoto近景摄影测量技术的飞跃近景摄影测量传统把近到一米内远到100米以内的摄影测量称为近景摄影测量。

这样近当然不可能在飞机上，因此，近景又可以称为地面摄影测量。

近景摄影测量难点：航空摄影测量是平行摄影,摄影要求简单,摄影很规范化, 基线不变,摄影关系不变.交会角不变,利于匹配。

它的照片也很规则,各单模型是固定基线、摄摄影关系及交会角,非常规范.因而当计算机技术高速发展时,它容易通过连续的空中三角测量实现各单模型的连接和点的匹配传递从而达到自动化.但是同样是双目视觉的近景摄影测量是交向摄影,它的摄影条件非常复杂,拍摄要求非常苛刻,拍的照片远没有航摄平行摄影那样规范.它本身的这些因素使它永远解决不了匹配,交会角,精度三者的三角矛盾.无法实现自动化.三者矛盾：从精度而言: 交会角大,基线长,精度高; 交会角小,基线短,精度低. 从匹配而言: 交会角大,变形大,匹配难; 交会角小,变形小匹配易;能满足两张影像变形不超过匹配的许可,而又能满足起码的精度,这样的交会角在传统的近景摄影测量---即基于双目观测原理中的近景摄影测量的地面摄影条件几乎是不存在的.这便是近几十年来近景摄影测量无实质进展的根本原因.矛盾解决：张院士把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，彻底解决了数字近景发展的难题。

顶级影像匹配技术Lensphoto采用了著名摄影测量专家张祖勋院士最先进的多片立体匹配技术，其创新发明的多基线摄影测量技术将传统的基于双目视觉的近景摄影测量提高至高度自动化的计算机视觉阶段。

新可视化极强的RGB密集点云DSMLensphotoV3.0能便捷生成高精度的RGB数字表面模型DSM，其成果不逊激光扫描仪点云，且在效率、后续处理、外业采集条件限制等方面具有优势，是目前性价比甚高的新技术。

独创全新摄影机制——旋转多基线摄影快高自动化操作便捷Lensphoto首次将自动空三及区域网平差运用到近景之中，更重要的是运用了著名摄影测量专家张祖勋院士的最新的世界领先水平的多片立体匹配技术，使得该系统具有高精度、高自动化、操作便捷、高效率等卓越特点。

1、近景摄影测量是摄影测量与遥感学科的一个分支它通过摄影手段以确定地形以外目标的外形和运动状态。

主要包括古文物古建筑摄影测量、工业摄影测量、生物医学摄影测量三个部分。

2、近景摄影测量与航空摄影测量的比较1、相同点基本原理相同模拟处理方法、解析处理方法、数字影像处理方法基本相同某些内业摄影测量仪器的使用。

2、不同点1）测量目的不同。

航空摄影测量以测制地形、地貌为主注重其绝对位置近景摄影测量以测定目标物的形状、大小和运动状态为目的并不注重目标物的绝对位置。

2）被测量目标物不同。

航空摄影测量目标物以地形、地貌为主近景摄影测量目标物各式各样、千差万别3）目标物纵深尺寸与摄影距离比的变化范围不同。

4）摄影方式不同。

航空摄影为近似竖直摄影方式近景摄影除正直摄影方式外还有交向摄影方式等。

5）影像获取设备不同。

6）控制方式不同。

航空摄影测量的控制方式以控制点为主且多为明显的地面点近景摄影测量除控制点方式外还有相对控制方式且常常使用人工标志。

7）近景摄影测量适合动态目标3、近景摄影测量技术的优点1、瞬间获取被测目标的大量几何和物理信息适合于测量点数众多的目标2、非接触测量手段可在恶劣条件下作业3、适合于动态目标测量。

4、近景摄影测量技术的不足1、技术含量高需较昂贵设备和高素质人员2、对所有测量目标并非最佳技术选择--当不能获得质量合格的影像--当待测量点数稀少5、近景摄影测量精度统计的方法衡量精度的基本指标是被测点的坐标中误差精度1、估算精度:摄影前按控制方式、条件等的理论估算精度2、内精度:影像处理时按方程组健康度直接计算3、外精度:用多余控制点或条件客观的精度检验6、影响近景摄影测量精度的因素1、像点坐标的质量影像获取设备的性能、像点坐标量测精度、系统误差的改正程度等2、摄影条件照明、标志、摄影方式、控制质量3、图像处理与摄影测量处理的能力、水平如人工量测与自动量测。

7、摄影测量常用坐标系大地坐标系、摄影测量物方坐标系、像空间辅助坐标系、像空间坐标系、像平面坐标系。

一种近景摄影测量可旋转编码标定设备及标定方法近景摄影测量是一种基于相机影像的三维测量技术，广泛应用于工业测量、医疗影像诊断、机器人导航等领域。

而标定是近景摄影测量中的关键环节，旨在确定相机内参、外参和畸变参数。

本文介绍了一种近景摄影测量可旋转编码标定设备及标定方法，该设备采用编码器和旋转平台结合的方式，可以实现对相机的六自由度标定。

下面是本店铺为大家精心编写的3篇《一种近景摄影测量可旋转编码标定设备及标定方法》，供大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。

《一种近景摄影测量可旋转编码标定设备及标定方法》篇1引言近景摄影测量是一种基于相机影像的三维测量技术，它利用相机拍摄到的二维影像信息，通过计算和三角测量等方法，得到被拍摄物体的三维信息。

在近景摄影测量中，标定是至关重要的环节，它旨在确定相机的内参、外参和畸变参数，为后续的图像处理和三维测量提供准确的基础。

目前，常用的标定方法包括张正友标定法、棋盘格标定法、小圆盘标定法等。

这些方法都需要使用标定板，通过标定板上的特定图案和相机拍摄到的影像信息，计算出相机的内参、外参和畸变参数。

然而，传统的标定方法存在一些缺点，如标定板制作成本高、标定过程繁琐、易受人为操作影响等。

为了解决这些问题，本文提出了一种近景摄影测量可旋转编码标定设备及标定方法。

该设备采用编码器和旋转平台结合的方式，可以实现对相机的六自由度标定，具有标定精度高、操作简便、抗干扰能力强等优点。

一、标定设备设计1. 设备结构近景摄影测量可旋转编码标定设备主要由编码器、旋转平台、相机和计算机组成。

编码器用于测量旋转平台的角度，旋转平台则用于支撑相机并实现相机的旋转。

相机用于拍摄标定板，计算机则用于图像处理和参数计算。

2. 编码器设计编码器是设备的核心部件之一，用于测量旋转平台的角度。

本文采用的编码器为光学编码器，具有高分辨率、高精度、抗干扰能力强等优点。

编码器由两个码盘组成，一个固定在旋转平台上，另一个则固定在相机上。

使用近景摄影测量方法进行工程量测的技巧与注意事项摄影测量是一种通过摄影设备来测量物体尺寸、形状和位置的技术方法。

在工程领域中，使用摄影测量来进行工程量测可以提高效率和精度。

而近景摄影测量方法作为一种常用的技术手段，具有简便、快速等优点。

本文将介绍使用近景摄影测量方法进行工程量测的技巧与注意事项。

近景摄影测量方法利用高精度的数码相机和相关软件，通过对物体的多个视角进行摄影，并在计算机软件中进行图像处理和测量，从而得到工程量测的结果。

具体而言，可以通过相机的定标来获得摄影位置和姿态的参数。

然后，通过对不同角度、不同高度的照片进行标定和配准，得到物体的三维坐标和形状信息。

最后，可以通过计算机软件对得到的数据进行分析，得到所需的工程量测结果。

在使用近景摄影测量方法进行工程量测时，有些技巧和注意事项需要特别注意。

首先，摄影设备的选择非常重要，要选择具有高像素和快速对焦功能的数码相机，以确保图像的清晰度和准确性。

其次，摄影的环境也需要注意，在室内拍摄时要注意光线的均匀性和稳定性，避免出现反射和阴影等问题。

在室外拍摄时，要注意天气条件，选择光线良好的日子进行拍摄，以减少阴影和光线扭曲的影响。

另外，摄影点的布置也是一个重要的技巧。

在进行近景摄影测量时，通常需要选择合适的摄影点，以获得足够的视角和覆盖范围。

摄影点的距离和角度应该根据被测物体的大小和形状进行合理的选择。

同时，需要注意摄影点的位置要稳定，尽量避免因为地震或者其他原因导致摄影点的移动，以确保测量结果的准确性和稳定性。

此外，数据处理的方法也是关键。

在得到一系列的照片后，需要通过计算机软件对图像进行处理和分析。

首先，对图像进行标定和配准，以获得摄影位置和姿态的参数。

然后，通过三维重建算法对图像进行处理，得到物体的三维坐标和形状信息。

最后，可以采用点云处理和模型拟合等方法，对数据进行分析和测量，得到所需的工程量测结果。

当然，在使用近景摄影测量方法进行工程量测时，也需要注意一些潜在的问题。

近景摄影测量1.近景摄影测量（Close-range Photogrammetry）是摄影测量与遥感（Photogrammetry & Remote Sensing）学科的一个分支，它通过摄影手段以确定（地形以外）目标的外形和运动状态。

主要包括古文物古建筑摄影测量、工业摄影测量和生物医学摄影测量三个部分2. 近景摄影测量与航空摄影测量的比较相同点：基本原理相同；模拟处理方法、解析处理方法、数字影像处理方法相同；某些内业摄影测量仪器的使用。

不同点：1）被测量目标物不同。

航空摄影测量目标物以地形、地貌为主；近景摄影测量目标物各式各样、千差万别，大到寺庙、飞机、海轮，中到汽车、脚印，小到青蛙、手腕骨、弹壳撞击孔甚至花粉。

2）测量目的不同。

航空摄影测量以测制地形、地貌为主，注重其绝对位置；近景摄影测量以测定目标物的形状、大小和运动状态为目的，并不注重目标物的绝对位置3）目标物纵深尺寸与摄影距离比不同。

4）摄影方式不同。

航空摄影为近似竖直摄影方式；近景摄影除正直摄影方式外，还有交向摄影方式（包括多重交向摄影方式）5）影像获取设备不同。

航空摄影以航摄仪为主；近景摄影除各种量测摄影机外，还有各类非量测摄影机，如X光机、普通相机、CCD相机等6）控制方式不同。

航空摄影测量控制以绝对控制点方式为主，且多为明显地物、地貌点；近景摄影测量除控制点方式外，还有相对控制方式，常使用人工标志7）近景摄影测量适合动态目标。

3. 现有三维测量技术：1)基于测距测角的工程测量；2）基于全球定位系统GNSS的方法；3）三坐标量测仪；4）光截面摄影测量技术；5）基于磁力场的三维坐标测量技术；6）基于三维激光扫描技术的方法；7）基于光干涉原理的测量技术；8）全息技术；4. 近景摄影测量技术的优点：1）瞬间获取被测目标的大量几何和物理信息，适合于测量点数众多的目标；2）非接触测量手段，可在恶劣条件下作业；3）适合于动态目标测量。

多基线近景摄影测量连续像对相对定向陆珏1 陈义1 2 3郑波1(1. 同济大学测量与国土信息工程系，上海200092)（2. 现代工程测量国家测绘局重点实验室，上海200092）（3. 基础地理信息与数字化技术重点实验室，山东青岛266510）摘要：根据近景摄影测量多基线、大倾角摄影的情况，推导了多基线近景摄影测量连续像对相对定向的公式，提出了以基线分量以及方向余弦为参数的解算方法，从而克服了非线性的共面条件方程式在解算时对摄影位置及姿态的限制。

对摄影测量手册中相对定向方法进行了介绍。

利用非量测数码相机对实验场地所拍摄的数据对两种相对定向方法进行解算，获得了精度较高的结果，验证了两种算法的正确性及稳定性。

关键词：多基线；近景摄影测量；大旋转角；共面方程；奇异值分解中图分类号：P234.1 文献标识码：A Research on Dependent Relative Orientation in Multi-BaselineClose-Range PhotogrammetryLU Jue 1CHEN Yi 1 2 3 ZHENG Bo 1(1 The Department of Surveying and Geo-informatics of Tongji University, Shanghai, 200092)(2 Key Laboratory of Advanced Surveying Engineering of State Bureau of Surveying and M apping, Shanghai,200092)(3 Key Laboratory of Geomatics and Digital Technology, Shandong Province, 266510)Abstract: According to the situation that in close-range photogrammetry, sometimes we need employ multi-base line photogrammetry with big rotation angles to obtain the information of the target, this paper deduces the formulas of dependent relative orientation in multi-base line photogrammetry. With the baseline components and direction cosines as the parameters, we can take photos at any place and with any rotation angles, without considering the limitations of the initial values. And also another method is introduced which also can solve this problem. In particular, through the experiments with no-metric cameras on experiment field, it is proved that with both of these two algorithms, the elements of relative orientation can be correctly calculated.Keywords: multi base line; close-range photogrammetry; big rotation angle; coplanarity equation; Singular V alue Decomposition随着数码相机在近景摄影测量中的广泛应用，如今的数字摄影测量与传统的单基线立体、测标的近景摄影测量相比已有了很大的差别[1]。