非量测数码相机的近景摄影测量技术分析

范陇强

摘要：近景摄影测量技术被广泛应用在了各个领域中，使用近景摄影测量技术可以让工程的建设效率更加方便，为了增强人们对于这种非量测数码相机的了解，本文对近景摄影测量技术展开了研究，分析了非量测数码相机中的近景摄影测量技术的具体使用方法，并对相机的几种标定方法进行了介绍。

关键词：非量测数码相机;近景摄影;测量技术

1摄影测量技术

摄影测量学经过一个多世纪的复杂发展，有自身独特的发展特点，人们将摄影测量学分成模拟、解析和数字等三个阶段，而数字摄影测量学，与大地测量、物理传感器测量以及GPS测量等方法相比，具有一定得优势：（1）使用摄影测量能够瞬间获取很多有用的信息，工作效率非常高;（2）正是因为摄影测量获取的信心较为广泛，所以可以对被测物体中的任意变化进行捕捉，对比前后不同的摄影效果，可以判断物体变化的原因;（3）可以不直接接触被检测的物体。摄影测量正是具备了这些优势，所以才会被广泛应用于变形监控测量中。使用摄影测量技术，只需要通过对物体进行拍摄后，对所拍摄的相片进行处理，就可以得到准确的信息，从而得到具体的变形分析结果。

2近景摄影测量技术研究

2.1数码相机的成像原理

（1）理想针孔模型。非量测相机实际上就是普通的数码相机，不同的相机类型有着相同的结构原理，三维空间中的物体成像，实际上就是有种数学描述。为了更好的理解相机的成像原理，需要对相机成像的理想模型有所了解。通过观察针孔模型成像的原理图，光是跟随直线进行传播，反射光线会通过一个小孔而形成一个影响，在真空模型中，物体的每一个点都能够通过针孔成像，使其连成一条直线，通过针孔进行投影，以实现三维坐标成像的目的。在使用近景摄影测量的过程中，需要保持两张以上的图像，才能够获得准确的坐标信息。

（2）相机镜头畸变模型。光线通过相机镜头会产生投影，但是容易发生失真的情况，因此，要想得到较为立体的坐标信息需要对镜头进行矫正。相机镜头发生畸变的主要类型有枕形畸变和桶形畸变，由于相机镜头中会有諸多因素的影响而导致相机无法准确描述成像，尤其是当镜头质量较差时，会形成更大的偏差。

2.2空间坐标系统

（1）D-XYZ。物方空间坐标系统D-XYZ，主要对所拍摄的物体进行描述，然后在物方空间坐标的位置中得到三维坐标系，并根据其选定的坐标对目标的状态进行表述。

（2）o-xy。像平面坐标系o-xy，对像点平面位置所选择的坐标系进行描述，其平面坐标系的原点就是方向与平面之间的交点。

（3）S-xyz。像空间坐标系S-xyz，对右旋直角坐标系进行描述，右旋直角坐标系主要是由像点在空间中的位置组成，以S为原点，让摄影中心的x轴与y轴能够与平面坐标系的坐标保持平行，并与z轴重合。

（4）S-XYZ。像空间辅助坐标系属于一种过渡坐标，并以S为原点。

（5）O0-uv。对计算机进行图像处理时，所使用的坐标系统又称为计算机的图形坐标，以像素为单位，坐标原点可以表示任意的位置，但是为了方便更好的进行计算，尽量采用CCD阵列。

2.3内方位元素和外方位元素

内方位与外方位是物方空间坐标的主要因素，其中内方位主要用来恢复摄影光束;外方位主要用来确定坐标位置。要想让o与框标进行重合，需要在框标坐标系中得到x轴与y轴，在这个坐标轴内形成方差，这个偏差与坐标轴之间的关系称为内方位元素。外方位元素中，有三个直线元素和三个角度元素，主要用来确定摄影中心的位置与方向。如下图所示。

坐标仪坐标系和像平面坐标系图

2.4共线方程

共线方程主要就是利用像点与投影之间的关系来进行方程式的表述，共线条件作为投影构像的基础，很多关于摄影测量的解决方法都是通过共线方程进行解决的。其方程式为：

2.5相机的标定方法

相机的标定方法是计算机视觉领域中进行信息提取的关键。传统的标定方法是摄影测量技术中最为常见的一种方法，使用相机拍摄一个几何物体，对参照物进行标定，并利用数学变换的方式对参照物进行处理，确定相机的内方位和外方位参数。传统的标定方法可以获取相机中较高的精度值，但是对于标定参照物的维护较差，容易受到环境的限制而无法对其进行标定;基于主动视觉的标定方式与传统的标定方式不同，不需要实现知晓参照物，只需要通过相机中的一些运动信息计算出相机的内部参数，并对相机进行标定即可。其优势就在于在标定的过程中就已经实现知晓了摄像机的内部信息，对其进行计算时较为简单，但是成本较高;自标定的方式相对而言就更加的灵活高效，不会受到外部环境的限制，也不需要有标定物，只需要根据图像之间的对应点所存在的内在联系就可以完成标定，极大的拓宽了计算机的应用范围。

3结语

通过介绍近景摄影测量的相关知识后，得到了数码相机的几何模型，并对集中不同的坐标关系进行了简单的介绍，同时还介绍了关于近景摄影测量中的共线方程，并列出了关于共线方程的方程式，对其推到过程进行了分析。最后对相机常用的几种标定方法进行了详细的分析，并引入了相关的坐标系统，以实现对相机参数的有效标定。

参考文献：

[1]杨超，苏正安，熊东红，等.近景摄影测量技术在坡耕地土壤侵蚀速率研究中的应用[J].水土保持学报，2018，32（1）：121-127.

[2]张数，杨德宏.数字近景摄影测量的二维影像三维建模的关键技术应用[J].软件，2018，39（2）.