简论数字摄影测量工作站的产品与作业
来源：UC论文网2015-12-15 19:01
摘要：
摘要：本文主要介绍数字摄影测量工作站的组成与功能、及其工作流程与产品。 关键词：全数字摄影测量系统、VirtuoZo、JX4、DPGrid、数字摄影测量工作站。 0、引言 随着摄影测量、计算
摘要：本文主要介绍数字摄影测量工作站的组成与功能、及其工作流程与产品。
关键词：全数字摄影测量系统、VirtuoZo、JX4、DPGrid、数字摄影测量工作站。
0、引言
随着摄影测量、计算机技术和测绘技术的不断发展，摄影测量业已经基本完成了由解析摄影测量向全数字摄影测量的过渡。发展到了全数字摄影测量阶段。数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。全数字摄影测量工作站作为新兴的第三代摄影测量仪器。也得到了越来越广泛的应用。不仅其产品是数字的，而且其中间数据的记录以及处理的原始资料也是数字的。目前我们在作业中常用的全数字摄影测量系统主要有VirtuoZo数字摄影测量工作站、JX4数字摄影测量工作站和数字摄影测量网格DPGrid。
1、数字摄影测量工作站的组成
1．1硬件组织
数字摄影测量工作站的硬件由计算机及其外部设备组成。
（1） 计算机：目前可以是个人计算机（PC）或工作站。
（2） 外部设备：其外部设备分为立体观测及操作控制设备与输入输出设备。
（a） 立体观测及操作控制设备
立体观测设备：计算机显示屏可以配备为单屏幕或双屏幕。立体观测装备可以试以下四种之一：
•红绿眼镜
•立体反光镜
•闪闭式液晶眼镜
•偏振光眼镜
操作控制设备：操作控制设备可以是以下三种之一：
•手轮、脚盘与普通鼠标
•三位鼠标与普通鼠标
•普通鼠标
（b） 输入输出设备
输入设备：
•影响数字化仪（扫描仪）
输出设备：
•矢量绘图仪
•栅格绘图仪
1．2软件组成
数字摄影测量工作站的软件由数字影像处理软件、模式识别软件、解析摄影测量软件及辅助功能软件组成。
（1）数字影像处理软件主要包括：
•影像旋转
•影像滤波
•影像增强
•特征提取
（2）模式识别软件主要包括：
•特征识别与定位，包括框标的识别与定位
•影像匹配（同名点、线与面的识别）
•目标识别
（3）解析摄影测量软件主要包括：
•定向参数计算
•空中三角测量结算
•核线关系解算
•坐标计算与变换
•数值内插
•数字微分纠正
•投影变换
（4）辅助功能软件主要包括：
•数据输入输出
•数据格式转换
•注记
•质量报告
•图廓整饰
•人机交互
2、数字摄影测量工作站的功能
1．摄影数字化
利用高精度影像数字化仪（扫描仪）将像片（负面或正面）转化为数字影像。
2．摄影处理
使影像的亮度与反差合适、色彩适度、方位正确。
3．测量
•单像量测：特征提取与定位（自动单像测量）及交互量测。
•双像量测：影像匹配（自动双像量测）及交互立体量测。
•多像量测：多影像间的匹配（自动多像量测）及交互多影像量测。
4．影像定位
（1）内定向
在框标的半自动与自动识别与定位的基础上，利用框标的检校坐标与定为坐标，计算扫描坐标系与像片坐标系间的变换参数。
（2）相对定向
提取影像中的特征点，利用二维相关寻找同名点，计算相对定向参数。对非量测像机的影像，不需进行内定向而直接进行相对定向时，需利用相对定向的直接解。金字塔影像数据结构与最小二乘影像匹配方法一般都要用相对定向的过程，人工辅助量测有时也是需要的。传统的摄影测量一般只在所谓的标准点位量测六对同名点，数字摄影测量基于自动化与可靠性的考虑，通常要匹配数十至数百对同名点。
（3）绝对定向
现阶段主要由人工在左（右）影像定点控制点，由影像匹配确定同名点，然后计算绝对定向参数。今后有可能利用影像匹配技术对新老影像进行匹配，实现自动绝对定向。
5．自动空中三角测量
包括自动内定向、连续相对的自动相对定向、自动选点、自动转点、模型连接、航带构成、构建自由网、自由网平差、粗差剔除、控制点半自动量测与区域网平差解算等。由于数字摄影测量利用影像匹配替代人工转刺等自动化处理，可极大地提高空中三角测量的效率。
传统的空中三角测量一般只在标准点位选点，数字摄影测量的自动空中三角测量在选点时，不仅要较多的连接点，有利于粗差剔除、提高可靠性，还要保证每一模型的周边有较多的点，有利于后续处理中相邻模型DEM接边及矢量数据的接边。
6．构成核线影像
按照核线关系，将影像的灰度沿核线方向予以重新排列，构成核线影像对，以便立体观测及将二维影像匹配转化为一维影像匹配。
7．影像匹配
进行密集点的影像匹配，以便建立数字地面模型。
8． 建立数字地面模型及其编辑
由密集点影像匹配的结果与定向元素计算同名点的地面坐标（若利用地面元匹配方法，则无需此步），然后内插网点高程建立矩形格网DEM或直接构建TIN。
9．自动绘制等高线
基于矩形格网DEM或TIN跟踪等高线。
10．制作正射影像
基于矩形格网DEM与数字微分纠正原理，制作正射影像。包括两种途径：第一是由立体像对建立DEM后制作正射影像；第二是由单幅影像与已有的DEM制作正射影像，这需要输入该影像的参数或量测若干控制点后用单片后交法解算该影像的参数。
11．正射影像镶嵌与修补
根据相邻正射影像重叠部分的差异，对相邻正射影像进行几何与色彩或灰度的调整，以达到无缝镶嵌。对正射影像上遮挡或异常的部分，用邻近的影像块或适当的纹理代替。
12．数字绘图
基于数字影像的机助量测、矢量编辑、符号化表达与注记。
13． 制作影像地图
矢量数据、等高线与正射影像叠加，制作影像图地图。
14． 视图、景观图
根据透视变换原理与DEM制作透视图，将正射影像叠加到DEM透视图上制作真实三维景观图。
15．制作立体匹配片
根据DEM引入视差，由正射影像制作立体匹配片，或者由原始影像制作立体匹配片。由DEM与正射影像制作的立体匹配片不能反映地面物质的高度，由DEM与原始影像制作的立体匹配片能够反映地面物质的高度。
3、数字摄影测量工作站的作业方式
原则上，数字摄影测量工作站是对影像进行自动化量测与识别的系统。但数字摄影测量处于发展的早期，对影像物理信息的自动提取——自动识别方面的研究还非常粗浅，即使在对影像几何信息的自动提取——自动量测，也还存在许多需要研究和解决的问题，因此，在现阶段其作业方式只能是自动、半自动及人工操作三种方式相结合。
3． 1自动化与人工干预
在自动化作业状态下“作业”，应无需任何人工干预。系统无法处理的问题应该自动记录下来留给人工进行后处理，而不能因此使整个系统停止工作去等待人工干预，系统应该继续正常地运行下去。人工干预应是自动化处理的“预处理”和“后处理”。这就意味着：自动化的作业过程与人工干预不是一个交互的过程，而是分开来的两个部分。人工干预作为自动化系统的“预处理”与“后处理”，以及交互方式为自动作业准备及善后工作，如必要的数据准备、必要的辅导量测工作等及处理自动化过程所残留的尚无法解决的问题。按此策略设计的数字摄影测量工作站，虽还需要“人工干预”，但他采用批处理的方式，能充分发挥系统的效率。
3．2人工干预与半自动化
在数字摄影测量工作站中，人工的干预不应与模拟与解析测图中的相同，即在大多数情况下，只需作业人员给一个简单的“指示”、或概略位置、或近似值，系统就能自动的处理。此时虽然不是自动化地进行处理，仍然属于半自动化，但这种半自动化比起解析测图与计算机辅助测图（数字测图）中的半自动化，其自动化的程度则跟进一步。特别需要指出的是，在数字摄影测量工作站中，大部分的人工干预与半自动化的处理，依然是借助于影像匹配来代替人眼的立体观测及借助于特征提取与定位来代替人工的实时量测。
4、数字摄影测量工作站的工作流程
数字摄影测量工作站的一般流程如图所示。
5、数字摄影测量工作站的产品
数字摄影测量工作站的主要产品包括：
•摄影参数（空中三角测量加密成果或影像定向结果）
•数字地面模型DEM（或数字表面模型DSM）
•数字地图
•数字正射影像图
•透视图、景观图
•可观化立体模型
•各种工程计划所需的三维信息
•各种信息系统、数据库所需的空间信息
6、结束语
由于数字摄影测量时代的到来，我们不能仅仅认为它是一个技术的进步，更重要的是，我们应该清醒地认识到它对我们的学科、生产、应用领域、以及它与其他学科的关系，都产生了深刻的影响并起了巨大的变化。就此而引起我们的重视与思考，采取相应的生产工艺流程，才能引导我们测绘事业不断地向前发展。
参考文献
1、张祖勋，林宗坚。摄影测量测图的全数字化道路。武汉测绘学院学报。1985（3）
2、王之卓。摄影测量原理。北京：测绘出版社，1979
3、张祖勋，张剑清。数字摄影测量学。武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996
4、张祖勋，张剑清。数字摄影测量的发展及应用。测绘通报，1997（6）：30~40
关键词：全数字摄影测量系统、VirtuoZo、JX4、DPGrid、数字摄影测量工作站。
0、引言
随着摄影测量、计算机技术和测绘技术的不断发展，摄影测量业已经基本完成了由解析摄影测量向全数字摄影测量的过渡。发展到了全数字摄影测量阶段。数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。全数字摄影测量工作站作为新兴的第三代摄影测量仪器。也得到了越来越广泛的应用。不仅其产品是数字的，而且其中间数据的记录以及处理的原始资料也是数字的。目前我们在作业中常用的全数字摄影测量系统主要有VirtuoZo数字摄影测量工作站、JX4数字摄影测量工作站和数字摄影测量网格DPGrid。
1、数字摄影测量工作站的组成
1．1硬件组织
数字摄影测量工作站的硬件由计算机及其外部设备组成。
（1） 计算机：目前可以是个人计算机（PC）或工作站。
（2） 外部设备：其外部设备分为立体观测及操作控制设备与输入输出设备。
（a） 立体观测及操作控制设备
立体观测设备：计算机显示屏可以配备为单屏幕或双屏幕。立体观测装备可以试以下四种之一：
•红绿眼镜
•立体反光镜
•闪闭式液晶眼镜
•偏振光眼镜
操作控制设备：操作控制设备可以是以下三种之一：
•手轮、脚盘与普通鼠标
•三位鼠标与普通鼠标
•普通鼠标
（b） 输入输出设备
输入设备：
•影响数字化仪（扫描仪）
输出设备：
•矢量绘图仪
•栅格绘图仪
1．2软件组成
数字摄影测量工作站的软件由数字影像处理软件、模式识别软件、解析摄影测量软件及辅助功能软件组成。
（1）数字影像处理软件主要包括：
•影像旋转
•影像滤波
•影像增强
•特征提取
（2）模式识别软件主要包括：
•特征识别与定位，包括框标的识别与定位
•影像匹配（同名点、线与面的识别）
•目标识别
（3）解析摄影测量软件主要包括：
•定向参数计算
•空中三角测量结算
•核线关系解算
•坐标计算与变换
•数值内插
•数字微分纠正
•投影变换
（4）辅助功能软件主要包括：
•数据输入输出
•数据格式转换
•注记
•质量报告
•图廓整饰
•人机交互
2、数字摄影测量工作站的功能
1．摄影数字化
利用高精度影像数字化仪（扫描仪）将像片（负面或正面）转化为数字影像。
2．摄影处理
使影像的亮度与反差合适、色彩适度、方位正确。
3．测量
•单像量测：特征提取与定位（自动单像测量）及交互量测。
•双像量测：影像匹配（自动双像量测）及交互立体量测。
•多像量测：多影像间的匹配（自动多像量测）及交互多影像量测。
4．影像定位
（1）内定向
在框标的半自动与自动识别与定位的基础上，利用框标的检校坐标与定为坐标，计算扫描坐标系与像片坐标系间的变换参数。
（2）相对定向
提取影像中的特征点，利用二维相关寻找同名点，计算相对定向参数。对非量测像机的影像，不需进行内定向而直接进行相对定向时，需利用相对定向的直接解。金字塔影像数据结构与最小二乘影像匹配方法一般都要用相对定向的过程，人工辅助量测有时也是需要的。传统的摄影测量一般只在所谓的标准点位量测六对同名点，数字摄影测量基于自动化与可靠性的考虑，通常要匹配数十至数百对同名点。
（3）绝对定向
现阶段主要由人工在左（右）影像定点控制点，由影像匹配确定同名点，然后计算绝对定向参数。今后有可能利用影像匹配技术对新老影像进行匹配，实现自动绝对定向。
5．自动空中三角测量
包括自动内定向、连续相对的自动相对定向、自动选点、自动转点、模型连接、航带构成、构建自由网、自由网平差、粗差剔除、控制点半自动量测与区域网平差解算等。由于数字摄影测量利用影像匹配替代人工转刺等自动化处理，可极大地提高空中三角测量的效率。
传统的空中三角测量一般只在标准点位选点，数字摄影测量的自动空中三角测量在选点时，不仅要较多的连接点，有利于粗差剔除、提高可靠性，还要保证每一模型的周边有较多的点，有利于后续处理中相邻模型DEM接边及矢量数据的接边。
6．构成核线影像
按照核线关系，将影像的灰度沿核线方向予以重新排列，构成核线影像对，以便立体观测及将二维影像匹配转化为一维影像匹配。
7．影像匹配
进行密集点的影像匹配，以便建立数字地面模型。
8． 建立数字地面模型及其编辑
由密集点影像匹配的结果与定向元素计算同名点的地面坐标（若利用地面元匹配方法，则无需此步），然后内插网点高程建立矩形格网DEM或直接构建TIN。
9．自动绘制等高线
基于矩形格网DEM或TIN跟踪等高线。
10．制作正射影像
基于矩形格网DEM与数字微分纠正原理，制作正射影像。包括两种途径：第一是由立体像对建立DEM后制作正射影像；第二是由单幅影像与已有的DEM制作正射影像，这需要输入该影像的参数或量测若干控制点后用单片后交法解算该影像的参数。
11．正射影像镶嵌与修补
根据相邻正射影像重叠部分的差异，对相邻正射影像进行几何与色彩或灰度的调整，以达到无缝镶嵌。对正射影像上遮挡或异常的部分，用邻近的影像块或适当的纹理代替。
12．数字绘图
基于数字影像的机助量测、矢量编辑、符号化表达与注记。
13． 制作影像地图
矢量数据、等高线与正射影像叠加，制作影像图地图。
14． 视图、景观图
根据透视变换原理与DEM制作透视图，将正射影像叠加到DEM透视图上制作真实三维景观图。
15．制作立体匹配片
根据DEM引入视差，由正射影像制作立体匹配片，或者由原始影像制作立体匹配片。由DEM与正射影像制作的立体匹配片不能反映地面物质的高度，由DEM与原始影像制作的立体匹配片能够反映地面物质的高度。
3、数字摄影测量工作站的作业方式
原则上，数字摄影测量工作站是对影像进行自动化量测与识别的系统。但数字摄影测量处于发展的早期，对影像物理信息的自动提取——自动识别方面的研究还非常粗浅，即使在对影像几何信息的自动提取——自动量测，也还存在许多需要研究和解决的问题，因此，在现阶段其作业方式只能是自动、半自动及人工操作三种方式相结合。
3． 1自动化与人工干预
在自动化作业状态下“作业”，应无需任何人工干预。系统无法处理的问题应该自动记录下来留给人工进行后处理，而不能因此使整个系统停止工作去等待人工干预，系统应该继续正常地运行下去。人工干预应是自动化处理的“预处理”和“后处理”。这就意味着：自动化的作业过程与人工干预不是一个交互的过程，而是分开来的两个部分。人工干预作为自动化系统的“预处理”与“后处理”，以及交互方式为自动作业准备及善后工作，如必要的数据准备、必要的辅导量测工作等及处理自动化过程所残留的尚无法解决的问题。按此策略设计的数字摄影测量工作站，虽还需要“人工干预”，但他采用批处理的方式，能充分发挥系统的效率。
3．2人工干预与半自动化
在数字摄影测量工作站中，人工的干预不应与模拟与解析测图中的相同，即在大多数情况下，只需作业人员给一个简单的“指示”、或概略位置、或近似值，系统就能自动的处理。此时虽然不是自动化地进行处理，仍然属于半自动化，但这种半自动化比起解析测图与计算机辅助测图（数字测图）中的半自动化，其自动化的程度则跟进一步。特别需要指出的是，在数字摄影测量工作站中，大部分的人工干预与半自动化的处理，依然是借助于影像匹配来代替人眼的立体观测及借助于特征提取与定位来代替人工的实时量测。
4、数字摄影测量工作站的工作流程
数字摄影测量工作站的一般流程如图所示。
5、数字摄影测量工作站的产品
数字摄影测量工作站的主要产品包括：
•摄影参数（空中三角测量加密成果或影像定向结果）
•数字地面模型DEM（或数字表面模型DSM）
•数字地图
•数字正射影像图
•透视图、景观图
•可观化立体模型
•各种工程计划所需的三维信息
•各种信息系统、数据库所需的空间信息
6、结束语
由于数字摄影测量时代的到来，我们不能仅仅认为它是一个技术的进步，更重要的是，我们应该清醒地认识到它对我们的学科、生产、应用领域、以及它与其他学科的关系，都产生了深刻的影响并起了巨大的变化。就此而引起我们的重视与思考，采取相应的生产工艺流程，才能引导我们测绘事业不断地向前发展。
参考文献
1、张祖勋，林宗坚。摄影测量测图的全数字化道路。武汉测绘学院学报。1985（3）
2、王之卓。摄影测量原理。北京：测绘出版社，1979
3、张祖勋，张剑清。数字摄影测量学。武汉：武汉测绘科技大学出版社，1996
4、张祖勋，张剑清。数字摄影测量的发展及应用。测绘通报，1997（6）：30~40
