【文章內(nèi)容簡介】 體應(yīng)用但由于各自學科的歷史、研究內(nèi)容和側(cè)重點的不同，在具體的諸多方面又存在著差異，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1） 出發(fā)點不同導(dǎo)致基本參數(shù)物理意義的差異：攝影測量中的外部定向是確定影像在空間相對于物體的位置與方位，而計算機視覺則是物體相對于影像的位置與方位來描述問題。 （ 2）由于 (1)中不同的出發(fā)點導(dǎo)致基本公式的差異 :攝影測量中最為基本的是共線方程，而視覺測量中最為基本的公式是用齊次坐標表示的投影方程。 （ 3）數(shù)學處理算法的不同 :攝影測量淵源于測繪學科，基于非線性迭代的最小二乘法平差求解貫穿于數(shù)字近景攝影測量的全過程，而計算機視覺強調(diào)矩陣分解，總是設(shè)法將非線性問題轉(zhuǎn)換為線性問題，盡可能避免求解非線性方程。 盡管數(shù)字近景攝影測量與計算機視覺有這樣、那樣的差異，但在最近20年的發(fā)展過程中，學科間的交流逐步增加 (相互參加、協(xié)助召開學術(shù)會議并出版論文集，如 ISPRS, SPIE等 )， 兩者的學科交叉越來越多數(shù)字近景攝影測量中的許多基本概念與方法來自影像處理與計算機視覺 (如數(shù)字圖像處理的某些算法、編碼標志的自動識別 )；反過來，攝影測量中的一些特色理論和方法又為視覺測量所采用 (如整體光束法平差算法、像機自標定原理和方法等 )。為此，攝影測量界的學者早就開始思考和把握這種態(tài)上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)字攝影測量原理在車身標識點測量中的應(yīng)用 18 勢，也正是學科間這種共同的理論基礎(chǔ)、類似的處理方法和基于數(shù)字圖像量測技術(shù)的固有特征，所以在文獻中常常是可以互換使用這些術(shù)語，如計算機視覺、機器視覺、機器人視覺、數(shù)字近景攝影測量和視覺測量。 數(shù)字近景工業(yè)攝影測量的關(guān)鍵技 術(shù)及國內(nèi)外現(xiàn)狀 在 (工業(yè) )攝影測量的發(fā)展階段及主要成果，國內(nèi)自 70年代末就開始逐步進行近景攝影測量的研究，到目前為止，已有許多學者在數(shù)字近景攝影測量方面進行了很多的研究及應(yīng)用工作，但主要是測繪學科的研究人員、研究的重點也主要是針對普通測繪工程，而針對工業(yè)測量的研究和應(yīng)用就很少了，而且不成系統(tǒng)性。 針對大尺寸工業(yè)三坐標測量，數(shù)字近景工業(yè)攝影測量的關(guān)鍵技術(shù)及其國內(nèi)的研究狀況如下： （ 1）高質(zhì)量“準二值影像”的獲?。焊哔|(zhì)量圖像的獲取是高精度測量的基礎(chǔ)之一，國外主要采用高反射性能的定向 反光材料來制作人工標志，并對其攝影以獲取高質(zhì)量“準二值影像”，早在 1993年就有學者提出要采用 RRT標志，但一直未見到系統(tǒng)的研究及應(yīng)用報道。 （ 2）標志中心高精度定位算法：目前已不滿足亞像素精度的中心定位算法，國內(nèi)研究還在 0. 1 pixel精度時，國外已做到了 pixel精度的標志中心定位。 （ 3）數(shù)字像機的標定與自標定 :標定結(jié)果的好壞直接影響到測量結(jié)果的度，國內(nèi)對一般像機的標定方法研究較多，但對數(shù)字像機畸變模型的研究和選擇不多，尤其是針對近景的自標定理論和方法缺少研究和試驗，而國外成型系統(tǒng)均已實 現(xiàn)國內(nèi)在上世紀的 80年代就針對航上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)字攝影測量原理在車身標識點測量中的應(yīng)用 19 空攝影測量在自標定理論方面進行了研究，但針對近景攝影測量的自標定研究還未見公開報道。 （ 4）基于編碼標志和自動匹配技術(shù)的自動化測量技術(shù)：測量的自動化一直是人們追求的目標，對編碼標志進行自動識別和利用核線匹配來加快測量速度和實現(xiàn)測量自動化是一條很好的捷徑，國內(nèi)已有人開始進行了初步的研究。 （ 5）測量網(wǎng)形的優(yōu)化與設(shè)計：作為一種光學測量手段，傳感器的布設(shè)方案決定的測量的網(wǎng)形，對精度影響也很大，經(jīng)典的測繪學科 (如大地測量和工程測量 )里面已有很深入的研究，國內(nèi)已有人進行過計算機模擬計算 試驗。 （ 6）基于理論研究的系統(tǒng)實現(xiàn)和實際工程應(yīng)用：在實際工程中應(yīng)用是對研究成果的最好驗證，國外已有很多相對精度達到 1/10萬的工業(yè)攝影測量工程實例報道，國內(nèi)也有了少量的低精度工業(yè)攝影測量工程的應(yīng)用報道。 4 數(shù)字攝影測量的理論基礎(chǔ) 三維測量原理 利用 CCD 攝像機可以獲取三維物體的二維圖像 , 這就是實際空間坐標系和攝像機像平面坐標之間的透視變換。通過多個攝像機從不同方向拍攝的 2幅或 2幅以上的二維圖像 ， 可以綜合出物體的三維曲面輪廓。 為說明問題方便 , 設(shè)物空間坐標系為 X Y Z , CCD像面 的像平面坐標系為 x y?，F(xiàn)以雙攝像機為例 , 說明系統(tǒng)的透視變換關(guān)系。如圖 所示 , 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)字攝影測量原理在車身標識點測量中的應(yīng)用 20 P 為空間三維物點 , 其坐標為 P (X ,Y ,Z ) , 在攝像機 1和攝像機 2 CCD 像面上的像點坐標分別為 1P (1x 1y ) 和 2P (2x 2y )。 圖 物空間坐標系和雙攝像機的像平面坐標系 對攝像機 1, 像點坐標與物點坐標的變換關(guān)系為 : 1 2 3 4111 1 5 6 7 81 9 1 0 1 1 1 1Xa a a axwYy w a a a aZw a a a?????? ?????? ????? ?????? ???? ?????????????????????? () 其中 , 1w 為非零參數(shù) 。 1a 、 2a 、 ?和 11a 為系統(tǒng)變換矩陣的元素 , 與 攝像機 1 的安放位置及成像系統(tǒng)的參數(shù)有關(guān) , 可通過系統(tǒng)定標來確定。 攝像機 2, 像點坐標與物點坐標的變換關(guān)系為 : 1 2 3 4222 2 5 6 7 82 9 1 0 1 1 1 1Xb b b bxwYy w b b b bZw b b b?????? ?????? ????? ?????? ???? ????????????????????? () 其中 , 2w 為非零參數(shù) 。 1b 、 2b 、 ?和 11b 現(xiàn)為系統(tǒng)變換矩陣的元素 , 與攝像機 2的安放位置及成 像系統(tǒng)的參數(shù)有關(guān) , 也可通過系統(tǒng)定標來確定。 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)字攝影測量原理在車身標識點測量中的應(yīng)用 21 由 (),() 2個方程可轉(zhuǎn)化為以下 2個方程 : 1 1 1 11 1 1 11 0 0 0 00 0 0 0 1X Y Z x X x Y x Z xAX Y Z y X y Y y Z y? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ?? ? ? ?????? () 2 2 2 22 2 2 21 0 0 0 00 0 0 0 1X Y Z x X x Y x Z xBX Y Z y X y Y y Z y? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ?? ? ? ??????( ) 式中 , 1, 2 , , 1 1... TA a a a??? ??。 1, 2 , , 11... TB b b b??? ??。 ia 和 ib , 加起來共 22 個未 知參數(shù) , 利用 1個已知靶點和它在 2 個 CCD 像面上的像點可建立 4個線性方程。欲求 22個未知參數(shù) , 則至少需 6個已知靶點。利用已知的 6個或 6個以上靶點 ， 根據(jù)上述方程 ， 便可解得這些參數(shù)。這是測量工作的第 1步 , 即求出雙攝像機組成的測量系統(tǒng)的變化矩陣 A 和 B ， 稱為系統(tǒng)定標。 測量的第 2步是根據(jù)被測點 P 在兩個 CCD 像面上的像點坐標 (1x 1y )和 ( 2x 2y ) , 求得未知點 P 的物空間三維坐標 (X , Y , Z )。 由 (),() 2個方程可得到以下方程 : 1 9 1 2 1 0 1 3 1 1 1 14133 9 1 6 1 0 1 7 1 1 1( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )Xa a x a a x a a x xaY yaa a y a a y a a yZ??? ? ? ??? ???? ??? ???? ?? ? ? ?????????????? () 1 9 1 2 1 0 1 3 1 1 1 14133 9 1 6 1 0 1 7 1 1 1( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )Xb b x b b x b b x xbY ybb b y b b y b b yZ??? ? ? ??? ???? ??? ???? ?? ? ? ?????????????? () 由上述方程可方便地求得 3個未知數(shù) X 、 Y 和 Z , 即 P 點的三維空間坐標值。這樣就可以利用雙攝像機拍攝的 2 個二維圖像逐點測量物體的三維輪廓。 利用 3個或更多的攝像機則可使測量精度更高 ,便于 測量到超出 2個攝上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)字攝影測量原理在車身標識點測量中的應(yīng)用 22 像機采集范圍以外的點。不論采用 2 個攝像機還是更多的攝像機 , 測量過程總是先利用靶標對測量系統(tǒng)定標 , 再對被測物測量。定標后攝像機位置必須保持不變。但若在測量過程中始終保持靶標和被測物的相對位置不變 , 即測量靜態(tài)物體 , 則可只用 1 個攝像機 , 而在不同的位置分時進行采樣。 共線條件表達式 共線條件方程式是描述像點投影中心以及物方點應(yīng)位于一直線上的一種條件方程式。 圖 像點 a在 2種坐標系下的坐標 現(xiàn)已知某像點 a在像空間坐標系 S xyz內(nèi)的坐標為 ( x, y, f )要 求解此像點 a在輔助空間坐標系 S XYZ內(nèi)的坐標 (u, v, w)。 從坐標系 S XYZ 到 S xyz 是經(jīng)過順序旋轉(zhuǎn)三個角度 ()? ? ??? 得到的這就相當于三次旋轉(zhuǎn)坐標變換其變換關(guān)系為： uxv T T T ywf? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ? 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)字攝影測量原理在車身標識點測量中的應(yīng)用 23 c o s 0 s in 1 0 0 c o s s in 00 1 0 0 c o s s in s in c o s 0s in 0 c o s 0 s in c o s 0 0 1xyf? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?1 2 31 2 31 2 3a a a xxb b b y R yffc c c?? ? ? ? ??? ? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ? ???? ? ? ?????????????????? () 以上各方向余弦值得表達式為： 123123123c os c os si n si n si nc os si n si n si n c ossi n c osc os si nc os c ossi nsi n c os c os si n si nsi n si n c os si n c osc os c osaaabbbccc? ? ? ? ?? ? ? ? ????????? ? ? ? ?? ? ? ? ?????? ? ?????????? ? ?? R 為正交矩陣，故有： 1111222333a b cx u uy R v a b c vf w wa b c???? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ????????????? () 上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 數(shù)字攝影測量原理在車身標識點測量中的應(yīng)用 24 圖 像點和物點的對應(yīng)關(guān)系 考慮到像點 a， 投影中心 S ， 以及物方點 A 應(yīng)位于一直線上， 可得： 1112223 3 3SSSa b c XXuv a b c Y Yw ZZa b c??? ??????? ???? ???? ?????? ???? ??? ????????????????? () 轉(zhuǎn)化為： 1 1 13 3 32 2 23 3 3( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )S S SS S SS S SS S Sa X X b Y Y c Z Zxfa X X b Y Y c Z Za X X b Y Y c Z Zyfa X X b Y Y c Z Z? ? ? ? ?? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ??? ? ? ? ? ????????? () 這就是共線條件方程式。 直接線型變換推導(dǎo) 直接線形變換 (DLT Direct Linear Transformation )算法是直接建立像片影像坐標和物方空間坐標的幾何關(guān)系式的一種算法計算中不需要上海工程技術(shù)大學畢業(yè)設(shè)計（論文）