攝影技術(shù)在地籍測(cè)量的應(yīng)用

摘要:由于橋梁室內(nèi)模型形變點(diǎn)和控制點(diǎn)整體上具有近剛體性質(zhì)，在攝測(cè)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)過程中使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法對(duì)橋梁室內(nèi)模型形變點(diǎn)及檢測(cè)控制點(diǎn)進(jìn)行跨歷元跟蹤可以獲得5個(gè)像素以內(nèi)的初始精度，再使用如最小二乘匹配、灰度矩亞像素邊緣匹配等方法在初始位置周圍進(jìn)行搜索即可收斂到點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，從圖像像素點(diǎn)到三維坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換可使用不需要內(nèi)外方位元素且適用于非量測(cè)相機(jī)的直接線性變換(DirectLinearTransformation)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)證明，動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法對(duì)于近剛體的橋梁室內(nèi)模型形變點(diǎn)和控制點(diǎn)的跨歷元跟蹤是有效的。

關(guān)鍵詞:攝影測(cè)量;形變監(jiān)測(cè);跟蹤

引言

形變檢測(cè)對(duì)于施工安全、施工后健康檢測(cè)具有重要意義，目前存在ＲTK、全站儀以及攝影測(cè)量作為應(yīng)力計(jì)的補(bǔ)充手段，攝影測(cè)量方法因?yàn)槭褂梅奖悴⑶夷軌蚺臄z到人難以到達(dá)的區(qū)域被越來越多的工程人員所使用。攝影測(cè)量需要利用控制點(diǎn)對(duì)相機(jī)姿態(tài)或方程參數(shù)進(jìn)行確立，再對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行解算，最后的解算精度依賴于控制點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)在圖像中的位置是否足夠精確。為了進(jìn)一步自動(dòng)化及同時(shí)獲得控制點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)在圖像中更精確的位置，本文采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法對(duì)點(diǎn)進(jìn)行跨歷元跟蹤，獲得點(diǎn)的初始位置，再利用測(cè)量標(biāo)志定位方法在初始位置周圍進(jìn)行搜索，從而達(dá)到自動(dòng)化獲取控制點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)在圖像中的坐標(biāo)這一目的，最后利用攝影測(cè)量方法，結(jié)合若干像片同名點(diǎn)坐標(biāo)即可解算出室內(nèi)橋梁模型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維點(diǎn)，由于變形監(jiān)測(cè)中坐標(biāo)的相對(duì)位置更為重要，因此使用簡(jiǎn)單但絕對(duì)坐標(biāo)精度略低的直接線性變換(DLT)即可，為了控制DLT精度，盡可能多地設(shè)置分布均勻、遍布圖像區(qū)域的控制點(diǎn)，這樣可以防止DLT外推精度較大的問題，此外在誤差方程中引入鏡頭畸變也是提高DLT精度的有效方法。本文將會(huì)闡明這種動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法與DeformablePartModel(DPM)方法中使用的動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法是一致的。

1同名點(diǎn)跟蹤與解算方法

1.1動(dòng)態(tài)規(guī)劃同名點(diǎn)跟蹤算法

假設(shè)控制點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)在相機(jī)位置不變的情況摘要：地籍測(cè)量是為獲取和表達(dá)地籍信息所進(jìn)行的測(cè)繪工作，其特點(diǎn)決定了所需獲取信息量非常之大，難于記憶，給準(zhǔn)確繪圖帶來了很大困難。實(shí)踐中，有些測(cè)量隊(duì)伍已經(jīng)在自發(fā)的運(yùn)用攝影方法輔助記憶，不過鑒于技術(shù)不夠?qū)�業(yè)，效果常常不夠理想。文章意在將專業(yè)攝影技術(shù)引入測(cè)繪領(lǐng)域，并針對(duì)需要提取出有應(yīng)用價(jià)值的方法手段，以達(dá)到攝影技術(shù)和測(cè)量工作相結(jié)合，為地籍測(cè)量服務(wù)的目的。地籍測(cè)量在測(cè)繪行業(yè)中可謂是最復(fù)雜繁瑣的類型之一，其定義為獲取和表達(dá)地籍信息所進(jìn)行的測(cè)繪工作，其基本內(nèi)容是測(cè)定土地及其附著物的權(quán)屬、位置、數(shù)量質(zhì)量和利用狀況等。通俗的說，就是把地上幾乎所有有的東西和一些沒有的東西都搬到圖紙上，其復(fù)雜程度可想而知。在進(jìn)行野外實(shí)測(cè)過程中，外業(yè)小隊(duì)?wèi)?yīng)用最多的儀器是全站儀，通過點(diǎn)號(hào)或文字記錄測(cè)量點(diǎn)信息。點(diǎn)號(hào)的方法雖然效率很高，但辨識(shí)度很差，人的記憶力有限，經(jīng)過成百上千點(diǎn)的測(cè)量，很多點(diǎn)所代表的信息早已記憶不清。文字記憶的方法稍微好些，但每個(gè)點(diǎn)都完整輸入準(zhǔn)確描述性文字時(shí)間上是肯定不允許的，一般多采用首字母簡(jiǎn)稱的方法，雖然使效率有所提升，但在記憶方面仍然不盡理想，工作量大了以后同樣面臨著印象不深，辨識(shí)不清的弊端。如果說由于儀器精度導(dǎo)致的誤差是微小和難以避免的，那么人為原因?qū)е碌腻e(cuò)誤則是嚴(yán)重和容易避免的，欠缺的往往只是方法而已。在外業(yè)實(shí)踐當(dāng)中，攝影輔助記憶已越來越多的獲得應(yīng)用，甚至高端的全站儀有些直接配備了攝像頭。不過無論是外業(yè)隊(duì)員自行用手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備拍攝，還是儀器機(jī)載攝像設(shè)備往往都不夠?qū)�業(yè)，雖然在大多數(shù)情況能夠勝任輔助記憶的工作，但特殊情況拍攝照片質(zhì)量不夠好，辨識(shí)度不夠高，仍然會(huì)導(dǎo)致繪圖錯(cuò)誤情況的發(fā)生。由于專業(yè)分類所限，攝影更多的屬于藝術(shù)類，一方面攝影專業(yè)的人才幾乎不可能進(jìn)入測(cè)繪隊(duì)伍，另一方面測(cè)繪專業(yè)人才也極少有懂?dāng)z影擅長(zhǎng)攝影的。而攝影本身涉及面也很廣，能夠?qū)�測(cè)繪起到輔助作用的只是其中一部分，本文正是針對(duì)這一部分內(nèi)容開展研究。1攝影分類在攝影領(lǐng)域當(dāng)中，分類方法多種多樣。按拍攝題材分為人文攝影、風(fēng)光攝影、人像攝影、新聞攝影、運(yùn)動(dòng)攝影等等，按使用器材可分為膠卷攝影、數(shù)碼攝影等，按拍攝視角又分為廣角、標(biāo)準(zhǔn)、中焦、長(zhǎng)焦等，而從技法上，又可分為寫實(shí)類、藝術(shù)類等等。這些分類方法普遍比較專業(yè)，非攝影行業(yè)人員難以充分理解，為了理解簡(jiǎn)單，可以總結(jié)為一句話，攝影就是兩部分，一部分為技術(shù)，一部分為藝術(shù)。而針對(duì)測(cè)繪領(lǐng)域，尤其是地籍測(cè)量來說，藝術(shù)方面關(guān)系不大，基本不需要考慮，而技術(shù)方面才是研究的重點(diǎn)，但所需的只是其中有針對(duì)性的一部分，這一部分正是我們要研究的。

2地籍測(cè)量對(duì)攝影的要求

前文已經(jīng)提過，攝影技術(shù)引入地籍測(cè)量，為地籍測(cè)量服務(wù)，主要是為了輔助記憶。所以，最為重要一點(diǎn)要求便是能夠拍出高辨識(shí)度的照片，進(jìn)而通過照片準(zhǔn)備判斷出地物的相對(duì)位置關(guān)系，從而將測(cè)量過程中輸入的編碼準(zhǔn)確反應(yīng)為實(shí)際地物，以確保繪圖正確。為了保證高辨識(shí)度，主要要解決三個(gè)問題：一是照片要足夠清晰，二是記錄地物要全面，三是要反應(yīng)出地物之間相對(duì)位置關(guān)系。

3如何拍出清晰的照片

拍出清晰照片是個(gè)大問題，而清晰這個(gè)概念也有多種解釋，通俗的概況就是能看得清更多細(xì)節(jié)。影響清晰度的因素主要有以下幾方面：（1）分辨率，（2）畫質(zhì)，（3）視覺感受。現(xiàn)在逐一解釋。

3.1分辨率

由于以膠片為介質(zhì)的攝影方式已經(jīng)淘汰，故不再討論，主要研究數(shù)碼攝影。數(shù)碼攝影照片分辨率嚴(yán)格來說包括兩部分，一個(gè)是鏡頭分辨率，一個(gè)是感光元件分辨率，也就是常說的多少像素。通俗的講，就是先得有一個(gè)清晰的成像，然后再把這個(gè)成像清晰的記錄下來，二者互相制約，缺一不可。無論是鏡頭還是感光元件，想提高分辨率，途徑都只有一個(gè)，即購(gòu)買更好的攝影器材。目前的發(fā)展水平來說，手機(jī)和小型數(shù)碼相機(jī)可以勝任大部分工作，但對(duì)于極端情況表現(xiàn)不佳，入門單反性價(jià)比很高，實(shí)為最佳選擇。

3.2畫質(zhì)

鏡頭和感光元件的分辨率只是個(gè)理論上限，實(shí)際使用中由于各類因素制約，實(shí)際分辨率往往達(dá)不到理論分辨率。影響畫質(zhì)的因素有多個(gè)方面，現(xiàn)列舉一些主要因素：（1）噪點(diǎn)。這個(gè)是由于感光元件的物理性質(zhì)決定的，現(xiàn)有技術(shù)條件無法消除，且隨著所用感光度的提高而迅速增多。雖然無法消除，但實(shí)踐當(dāng)中盡量用較低感光度可以使噪點(diǎn)控制在較低水平，對(duì)畫質(zhì)不構(gòu)成顯著影響。（2）抖動(dòng)模糊。大多數(shù)攝影都是拍攝者手持相機(jī)來進(jìn)行拍攝，而人的生理機(jī)能決定了無法保持絕對(duì)靜止。抖動(dòng)所導(dǎo)致的模糊程度主要跟兩方面有關(guān)，一個(gè)是抖動(dòng)的劇烈程度，一個(gè)是曝光時(shí)間。通過訓(xùn)練，可以在減小抖動(dòng)，或者有條件的情況可以使用三腳架或?qū)⑾鄼C(jī)放在其他固定物上，可以更顯著的減弱抖動(dòng)程度。而曝光時(shí)間縮短，則可以減輕抖動(dòng)所產(chǎn)生的影響。（3）環(huán)境影響。環(huán)境的影響大多是不可控的，但可以盡量選擇有利環(huán)境。在環(huán)境的影響當(dāng)中，光線無疑是最主要因素。藝術(shù)攝影經(jīng)常選擇側(cè)光、甚至逆光，以烘托氛圍。而作為輔助手段，拍出清晰照片，更多的應(yīng)該選擇順光。順光亮度充足，色彩飽滿，區(qū)分度高。還有一個(gè)影響便是空氣潔凈程度，盡量選擇空氣透明度較好的時(shí)間段拍攝能夠提高照片清晰度。

3.3視覺感受

在藝術(shù)攝影領(lǐng)域，更多的講究層次過渡。而作為地籍測(cè)量輔助手段的技術(shù)攝影，則著重要求清晰辨識(shí)地物，所以需要地物信息更多的顯得更清晰。膠卷攝影年代實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能較難，而數(shù)碼時(shí)代，各類功能強(qiáng)大的后期處理工具則提供了這種可能，甚至相機(jī)內(nèi)部軟件就可以實(shí)現(xiàn)大部分功能，只需提前設(shè)置好即可。在增強(qiáng)功能中，最常用的功能便是銳化，即依靠提升圖像邊緣細(xì)節(jié)對(duì)比度來實(shí)現(xiàn)視覺更清晰的目的。然后就是亮度、對(duì)比度、飽和度等調(diào)整，通常在軟件中可以一鍵完成，在一定程度上讓亮的更亮，暗的更暗，色彩區(qū)分更鮮明，也是提高清晰感受的常用途徑。

4充分反映地物間相對(duì)位置關(guān)系

由于照片是二維平面的，對(duì)立體信息的表現(xiàn)能力有限，導(dǎo)致僅看單張照片，難以準(zhǔn)確區(qū)分地物的大小、遠(yuǎn)近，從而導(dǎo)致在輔助地籍測(cè)量中難以準(zhǔn)確體現(xiàn)地物間相對(duì)位置關(guān)系，給繪圖造成困難。最簡(jiǎn)單的解決途徑便是變換不同角度進(jìn)行拍攝。至于變換多少角度才能滿足要求，和地物復(fù)雜程度、遮蓋程度等相關(guān)，通過反復(fù)訓(xùn)練，可以敏銳的提高拍攝效率，盡量用更少的照片來表現(xiàn)更多的信息。為了使拍攝信息更加完整連貫，必要時(shí)可以使用照片全景拼接技術(shù)，即一張照片包含360度全景，目前在各大電子地圖中已普遍采用，用主流工具生產(chǎn)這種效果也并不繁瑣。

5結(jié)束語

測(cè)繪行業(yè)為了更好的發(fā)展，就必須兼容并包，吸收各方面先進(jìn)技術(shù)，為己所用。攝影測(cè)量便是攝影和測(cè)繪相結(jié)合的產(chǎn)物，是將攝影引入測(cè)繪的最大成就，以至于成為一門獨(dú)立的學(xué)科。本文立足于攝影技術(shù)和地籍測(cè)量?jī)蓚�(gè)相對(duì)較小的領(lǐng)域展開研究，使攝影技術(shù)成為地籍測(cè)量過程中的有效輔助手段，算是在交叉學(xué)科領(lǐng)域做的一次小的嘗試。

參考文獻(xiàn)

[1]林路.攝影愛好者手冊(cè)[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

[2]國(guó)家測(cè)繪地理信息局職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.測(cè)繪綜合能力[M].北京：測(cè)繪出版社，2009.

[3]詹長(zhǎng)根，唐祥云，劉麗.地籍測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2011.