數(shù)字?jǐn)z影測量與計(jì)算機(jī)視覺

摘要：計(jì)算機(jī)視覺主要是使計(jì)算機(jī)能夠通過平面圖識別立體圖像信息，并進(jìn)一步分析和處理立體幾何。數(shù)字?jǐn)z影測量通過相機(jī)拍攝的平面圖像進(jìn)行立體的測量，其屬于測繪技術(shù)范疇，已逐步進(jìn)入視覺測量領(lǐng)域。

關(guān)鍵字：計(jì)算機(jī)視覺;數(shù)碼攝影測量;差異

中圖分類號：P231.5 ????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

收稿日期：2020-05-03

作者簡介：葉志剛（1980- ），男，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：攝影測量與工程測量。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)高科技領(lǐng)域。數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)屬于測繪技術(shù)，已逐步進(jìn)入計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用領(lǐng)域。本文介紹了當(dāng)前應(yīng)用最廣的攝影測量技術(shù)——數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)視覺之間的關(guān)系，分析了數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)融合的必要性。

1兩者的區(qū)別

1.1不同的歷史背景和發(fā)展目標(biāo)

隨著世界上第一臺計(jì)算機(jī)的誕生，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)隨之得到不斷發(fā)展。麻省理工學(xué)院羅伯特公司開發(fā)的三維圖像分析系統(tǒng)通過實(shí)現(xiàn)從平面到三維的轉(zhuǎn)換標(biāo)志著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的誕生。在計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)出現(xiàn)之前，攝影測量法已經(jīng)出現(xiàn)并得到發(fā)展。攝影測量法屬于測繪領(lǐng)域，因此在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之前通常使用攝影的方法進(jìn)行測量。經(jīng)過從歷史背景方面對兩者進(jìn)行分析和比較發(fā)現(xiàn)，這兩者是非常不同的[1]。

1.2基本參數(shù)和物理含義的不同

計(jì)算機(jī)視覺主要旨在使計(jì)算機(jī)具有人眼功能，進(jìn)而對人眼視覺進(jìn)行模仿。但是，攝影測量主要是在地形測量過程中以固定坐標(biāo)系為參考[2]。對于航空攝影測量，相機(jī)位置必須參考當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系。比較的結(jié)果是，由于兩者都有其自身的缺陷，因此基本參數(shù)和物理含義也有所不同。

1.3研究方法方面的差異

計(jì)算機(jī)視覺在求解線性方程組之前，其主要通過矩陣進(jìn)行分解，并且如果出現(xiàn)非線性問題，則計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)還可以將其轉(zhuǎn)換為線性問題。攝影測量法是一種通過直接測量觀測值來解決未知問題的方法。從中可以看出，計(jì)算機(jī)視覺和攝影測量法對同一問題有不同的解決方案，并且兩種研究方法之間存在明顯的差異。圖1顯示了測繪領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)處理流程。

2兩者的緊密聯(lián)系

就研究內(nèi)容而言，在計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字?jǐn)z影測量中存在著許多相似性。它主要是利用計(jì)算機(jī)內(nèi)部感測裝置的光學(xué)感測功能，使計(jì)算機(jī)具備圖像采集和處理能力，通過計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)軟件能夠有效地獲取對象的各種信息（如：對象的體積大小、對象的空間位置、對象的運(yùn)動軌跡等），以及數(shù)據(jù)信息的存儲和分析處理。以立體視覺原理為主，采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對地形圖進(jìn)行制圖，與傳統(tǒng)的攝影技術(shù)相比，它能從多個(gè)角度對地面進(jìn)行攝像，所獲得的影像也更具有三維立體效果，具有較高的參考價(jià)值。

由于傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)在應(yīng)用過程中受到人眼的限制（在觀測地形或物體的過程中，人眼都是沿視覺直線觀察的），這就決定了傳統(tǒng)的攝影測量技術(shù)基本上都是沿一條直線觀察物體的。伴隨著數(shù)字化科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)視覺的數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)能夠有效地替代人眼的作用，進(jìn)行定點(diǎn)定位[3]。但受科技發(fā)展水平的限制，以計(jì)算機(jī)視覺為基礎(chǔ)的數(shù)字化攝影測量技術(shù)在實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)自動匹配的過程中，容易出現(xiàn)誤差問題。

在測量學(xué)中，攝影測量技術(shù)主要應(yīng)用于測量學(xué)中各測點(diǎn)的前交會和后交會原理，因此，攝影測量技術(shù)的核心是共線方程原理。同時(shí)，在地形圖制圖過程中，也存在著大量的直線測量過程，因此，對攝影測量技術(shù)的研究更多的是基于直線原理。但在實(shí)際測繪過程中，存在著大量的曲線測量過程（如河流地形測繪、建筑物測繪中的不規(guī)則物測繪等），傳統(tǒng)的攝影技術(shù)難以滿足這種需求，因此提出了對地圖信息配準(zhǔn)技術(shù)的需求?；谶@一需求背景，可以充分利用廣義點(diǎn)（即數(shù)學(xué)概念上的點(diǎn)）的概念來進(jìn)行攝影測量過程，所有在線的點(diǎn)都可以被定義為攝影測量的控制點(diǎn)，并將這些控制點(diǎn)整合到一個(gè)由自變量和因變量構(gòu)成的數(shù)學(xué)模型中，在此過程中，需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的數(shù)學(xué)建模能力和計(jì)算分析處理能力。

對于在自動匹配過程中容易出現(xiàn)誤差的問題，在采用數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)的過程中，可以減小立體像對的相交角，從而更好地實(shí)現(xiàn)自動匹配過程。但這種方法也有可能導(dǎo)致最終得出的測繪數(shù)據(jù)存在一定的數(shù)值偏差。為有效地解決計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)中的誤差問題，目前對計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的研究主要集中在多目智能系統(tǒng)方面（如三目機(jī)器人視覺系統(tǒng)、三目立體視覺系統(tǒng)等）;而針對自動匹配匹配匹配不匹配的問題，主要集中在反距離方面的研究。在此基礎(chǔ)上，研究出了一種有效的方法，即在較小視角下，對矩形成像的交會角進(jìn)行數(shù)值放大，從而提高了數(shù)字圖像處理技術(shù)的精度。同時(shí)，利用多目智能系統(tǒng)還可以對地形重疊點(diǎn)進(jìn)行交叉處理，有效提高了測量精度[4]。

3數(shù)碼攝影測量的未來發(fā)展

就研究而言，計(jì)算機(jī)視覺與攝影測量非常接近。這項(xiàng)研究的目的是使計(jì)算機(jī)能夠通過2D圖像識別3D環(huán)境信息。此功能使機(jī)器不僅可以識別3D環(huán)境中對象的形狀，位置，姿勢和運(yùn)動等幾何信息，還可以描述，存儲，標(biāo)識和理解該幾何信息。

確實(shí)，計(jì)算機(jī)行業(yè)正在研究使用立體視覺原理來繪制圖像的地形圖。近來，人們已經(jīng)通過利用立體視覺的原理來獲得同一區(qū)域的真實(shí)3D圖像，并取得一定的成果。

4 結(jié)語

總之，隨著科技的發(fā)展，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)可以與計(jì)算機(jī)視覺實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，但由于受到傳統(tǒng)攝影測量技術(shù)的影響，兩者之間也存在著一定的差距。因此，必須把數(shù)碼攝影測量技術(shù)與高新技術(shù)高精度測量型計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，在兩者交叉的領(lǐng)域中探索未來數(shù)碼攝影測量的發(fā)展趨勢，突破傳統(tǒng)數(shù)碼攝影測量的局限，在測繪信息測量過程中發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張?jiān)吕?計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用[J].信息通信，2016（21）：88-89.

[2]潘璐.基于影像測量技術(shù)研討[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2015（26）：437.

[3]吳登峰.基于計(jì)算機(jī)的視覺檢測技術(shù)的原理及應(yīng)用研究[J].視覺檢測技術(shù)，2014（11）：153-154.

[4]馬鵬剛，胡炳方，韓華，等.數(shù)字?jǐn)z影測量與計(jì)算機(jī)視覺概述[J].測繪標(biāo)準(zhǔn)化，2016（02）：21-23.

Absrtact：?Computer vision mainly enables the computer to recognize the stereo image information through the plan， and further analyze and process the stereo geometry. Digital photogrammetry， which belongs to the field of Surveying and mapping technology， has gradually entered the field of vision measurement.

Key words： Computer vision; Digital photogrammetry; Differences