基于近景摄影测量技术的结构变形监测应用研究

2020-02-21徐力

四川水泥 2020年3期

徐力

（南京方正建设工程质量检测有限公司，江苏南京 210009）

0 引言

工程施工中测量和监测方式有很多，其中近景摄影测量便属于非接触式摄影测量方式中的一种。随着信息化和数字化技术的广泛应用，近景摄影测量技术充分结合了实时监测以及外形定位等先进技术，通过对测量目标材料结构的变化以及变形范围的计算和控制，能够为工程项目提供精度更高的外形测量数据。同时近景摄影测量技术的应用，还使得测量人员能够更加高效的控制材料的变形度，保障了重要材料结构不会因变形度无法控制而产生破坏，因此用途非常广泛。

1 近景摄影测量原理及误差产生原因分析

1.1 近景摄影测量常用坐标系

在近景摄影测量技术中，三维定点坐标系是保证测量精度以及材料外形变形度监测的重要基础，这项技术通过摄影拍摄的方式在物体表面建立坐标轴系统，这样便能够达到对目标运动状态以及尺寸数据的精确获取。目前近景摄影测量技术已经广泛应用于航空测量领域、工业生产领域以及地面摄影测量相关工作中，正是由于这种对于这种精确测量坐标轴系统的建立，使得该技术能够适用于对大部分实体物质的测量与监测，真正达到了物尽其用的特点。而坐标轴体系的运用则需要摄影测量技术人员按照标准的操作流程以及固定的计算方式运行，例如在对目标的运动状态和外形尺寸进行测量时，首先需要将物体放置在三维立体空间坐标系统，并确定相应的物体所在位置作为基准点进行坐标系轴线的展开。而三维坐标系中x 轴y 轴以及z 轴三条轴线在方物空间坐标系中的表示方式，则可以利用右手的三个手指即拇指、食指和小指来代替，要让三个手指形成与三维坐标系一样互相垂直的位置关系，同时以三个手指的焦点作为目标坐标系的建立原点。目前由于近景摄影测量技术的优化和改善重点，是对于各个坐标轴以及轴线的误差精度进行分析与控制，因此在进行测量时要将三维坐标轴的原点设置为摄影的中心点，并将测量目标包含在坐标系延展范围内，这样才能确保轴线的垂直度误差和水平度误差能够更加准确的体现出来。另外摄影测量设备以及与目标物体之间的焦距和主距，也是摄影测量技术人员通过调试设备和规范测量距离进行优化与控制的重点内容。

1.2 像片的内方位元素与外方位元素

内方位元素与外方位元素是描述物方空间坐标系中，各像片及其组成元素的位置关系和方向性的重要参数，同时对于摄影测量过程中光速的来源和照射方向，也能够发挥出较好的描绘和体现作用。例如内方位元素是摄影测量技术人员对物方空间坐标系内的目标待测物体，进行三维坐标立体位置的还原以及朝向和测定方向确定的关键所在，往往在恢复摄影时根据光束照射后形成的形状以及及其产生的方向，并能够非常清晰的判断出摄影中心与目标物体之间的位置关系。另外像片的组成元素根据摄影测量设备的不同会产生很大差异，尤其很多专业的摄影测量设备能够有效提高测量精度的基础，便在于可以对框标成像的方式以及效果进行良好的规范与控制。一方面严格限定框标的位置，来确保坐标系与实际测量物体之间不会产生位置上的大角度偏移；另一方面针对部分测量精度要求较高的工作项目时，往往专业的摄像摄影设备还能够在内部形成独立的框标坐标系，其中多层框标像片的应用得到摄影测量的效果更加专业、显著。

2 测量摄影常用的方法概述

近景摄影测量过程中测量人员所采取的摄影角度以及测量方式不同，会使得最终针对目标物体的测量精度以及摄影效果，也随之而产生不同程度的摄影测量精度偏差。现阶段针对大部分工作任务的摄影测量工作所以及精度选择需求，通常可以将摄影测量方式确定为正直摄影以及交向摄影等两种，这两种基本摄影方式在工作原理以及操作技术要求上也存在着一定的差异，因此测量人员需要重点掌握这两种摄影方式的优势，以此来适应不同条件下的摄影测量要求。例如在应用正直摄影测量方法时，最基本的操作要求是需要进行基准线的正确选择以及像片和主光轴平行关系的确定。基准线的选择有两种方式，即：水平和铅锤竖直两个方向，摄影测量人员根据实际测量物体的外形和位置选取相应的基准线。而保持像片与主光轴之间的平行关系，是为了能够将测量物体按照固定的位置准确放置在摄影测量坐标系中，同时各个光轴与基准线之间还应该建立起立体空间中的垂直关系，这样在确定摄影目标物体的空间位置时才会更加快速、便捷。而交向摄影方式在相片与主光轴的位置关系上，与正直摄影方式存在着根本的不同，而这也是影响两种基本摄影方式应用角度以及测量要求不同的主要原因。摄影测量工作人员在利用交向摄影方式对既定物体进行外观测量时，需要保持像片以及对应的主光轴必须在立体空间中的同一个平面内，彼此之间不可以形成相交或者垂直的关系。而主光轴在进行摄影测量的过程中可以相互交叉，其交会角反映的就是摄影时，各主光轴相交时在焦点处所形成的角度。

总体来看，正直摄影和交向摄影两种方式均有着不同的优势和特点，同时在某些方面也有着很大的相似之处。例如正直摄影这种方式，在对摄影目标进行解析摄影和近景摄影时应用效果非常好，摄影测量工作人员可以通过肉眼观测的方式，确定摄影目标的立体位置以及空间坐标系中的成像效果，在进行立体测量时会更加便捷和高效。而交向摄影方式则主要应用在数字近景摄影和解析近景摄影测量中，其应用的方面往往不在于通过肉眼观测来对目标进行立体测量，而是像片多重覆盖来确定尺寸和位置关系，因此测量精度和稳定性往往要优于正直摄影方式。而两种摄影方式的相同之处则在于产生的图像，通常都会难以避免的出现影像中物体外部变形，产生的原因主要是由于物体始终处于动态起伏。

3 测量摄影精度影响因素分析

影响摄影测量精度的常见因素主要包含：摄影设备的成像分辨率以及几何畸变偏差问题、摄影设备的安置误差两种。摄影测量技术人员要通过分析这两种影响因素的产生原因，来探究提高摄影测量精度的有效措施。例如，成像分辨率过低是导致摄影精度不足的主要原因，分辨率体现的是摄影设备对于物体表面细节之处精度的展现程度，而有效的解决方法是在分辨率无法调节的情况下控制好拍摄物体与摄影设备之间的距离，而可以调节分辨率时则要进一步加强图像的细化处理效果。

4 优化相机镜头畸变问题

在摄影测量中一个重要的工作环节便是根据光速形状进行物体图形的恢复，这其中必须要建立良好的数学模型来计算光学畸变系数，并根据计算结果对摄影机以及镜头进行检查和调试。而部分测量摄影精度较低的问题也是由于镜头畸变误差过大而导致的，所以测量摄影过程中要控制好光线、温度、设备等影响因素，及时对近景测量设备进行检测与矫正。