普通數(shù)碼影像量測應(yīng)用方法

第1章緒論

1.1近景攝影測量技術(shù)

1.2數(shù)碼影像的工程量測應(yīng)用現(xiàn)狀

1.3數(shù)碼影像量測應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展前景

第2章普通數(shù)碼相機(jī)及其構(gòu)像特性

2.1構(gòu)像幾何畸變差的特性

2.2構(gòu)像畸變差的表示及校正效果

2.2.1常用的徑、切向畸變差模型

2.2.2模型中添加仿射畸變的不良影響?yīng)í?

2.2.3k-1項(xiàng)作用的討論

2.3普通數(shù)碼相機(jī)內(nèi)方位的穩(wěn)定性

第3章三維控制的相機(jī)量測化檢校方法

3.1三維控制場及其建立

3.2三維光線束檢校方法

3.2.1檢校參數(shù)的整體解算

3.2.2BCT方法實(shí)驗(yàn)精度分析

3.3PTR檢校方法

3.3.1關(guān)于二維控制場

3.3.2畸變系數(shù)的解算

3.3.3內(nèi)方位元素的解算及精度估計(jì)

3.3.4PTR方法實(shí)驗(yàn)精度分析

3.3.5相機(jī)量測化檢校的適用性評價(jià)

第4章平面控制檢校的參數(shù)相關(guān)性分析

4.1平面控制場的建立

4.2平面控制相機(jī)檢校存在的問題

4.3平面控制單像片檢校的相關(guān)性分析

4.3.1Zs與f相關(guān)性

4.3.2 Xs、Ys與x0、y0相關(guān)性分析

4.4平面控制多像片檢校的相關(guān)性分析

4.5參數(shù)相關(guān)性模擬分析

4.5.1方位元素之間相關(guān)性度量

4.5.2單片參數(shù)相關(guān)性模擬分析

4.5.3多片參數(shù)相關(guān)性模擬分析

4.5.4拍攝方式影響相關(guān)性的模擬分析

第5章平面控制的相機(jī)量測參數(shù)分步檢校方法

5.1基于平面線特征的畸變及像主點(diǎn)檢校

5.1.1直線參數(shù)的確定

5.1.2畸變系數(shù)檢校

5.1.3像主點(diǎn)位置檢校

5.2相機(jī)主距的檢校

5.2.1主距檢校的影像獲取方式

5.2.2主距檢校原理

5.2.3投影中心Xs、Ys的確定

5.2.4主距f及φ、ω、κ的解算

5.3SSC方法實(shí)驗(yàn)精度分析

5.3.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取

5.3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解算

5.3.3畸變系數(shù)檢校的質(zhì)量分析

5.3.4內(nèi)方位元素解算的穩(wěn)定性測試

5.3.5檢校結(jié)果的量測應(yīng)用精度

第6章直線約束的平面控制光線束檢校方法

6.1LBC方法檢校原理

6.2LBC方法的未知數(shù)初值計(jì)算

6.2.1畸變系數(shù)及內(nèi)方位元素初值計(jì)算

6.2.2外方位元素初值計(jì)算

6.3LBC拍攝方式及算法流程

6.4LBC方法實(shí)驗(yàn)精度分析

6.4.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取

6.4.2檢校實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6.4.3畸變系數(shù)檢校的質(zhì)量分析

6.4.4檢校結(jié)果的量測應(yīng)用精度

6.5LBC與通常平面光束法檢校的比較

第7章相機(jī)不同檢校方法的比較與分析

7.1PTR與三維光束法檢校的對比

7.2兩種新的平面控制檢校算法的特性

7.2.1畸變系數(shù)檢校精度比較

7.2.2檢校結(jié)果的應(yīng)用精度比較

7.2.3檢校結(jié)果的其他比較

第8章數(shù)碼影像量測基本算法解析

8.1數(shù)碼影像單像后交多片前交算法

8.1.1單像空間后方交會的初值估算方法

8.1.2空間后方交會及前方交會解算

8.1.3數(shù)碼影像空間后交的精度分析

8.1.4多片前交的精度及可靠性

8.2數(shù)碼影像的相對定向

8.2.1相對定向迭代解法及初值確定

8.2.2相對定向直接解法

8.2.3數(shù)碼影像相對定向精度分析

8.3普通數(shù)碼影像的DLT算法特性

8.3.1DLT算法的廣義解析

8.3.2精化畸變差改正模型對DLT的影響?yīng)í?

8.3.3附加制約條件對DLT解算的作用

第9章數(shù)碼影像區(qū)域網(wǎng)光束法

9.1數(shù)碼影像區(qū)域網(wǎng)光束法及其算法特性

9.1.1區(qū)域網(wǎng)光束法概述

9.1.2虛擬觀測方程構(gòu)建對計(jì)算的影響?yīng)í?

9.1.3內(nèi)方位已知/未知處理的光束法適用性

9.1.4構(gòu)像畸變系數(shù)的組合效應(yīng)

9.1.5畸變差預(yù)先校正對光束法精度的影響?yīng)í?

9.1.6實(shí)時(shí)對焦（變主距）光束法的適用條件

9.1.7多基線對提高光束法精度的作用

9.1.8稀疏控制下光束法處理的若干問題

9.2光束法與單像后交多片前交的比較

9.2.1兩種算法的實(shí)施特點(diǎn)

9.2.2兩種算法實(shí)驗(yàn)精度分析

9.3近景影像的自由網(wǎng)光束法探討?yīng)í?

9.3.1自由網(wǎng)平差的一般解法

9.3.2近景影像自由網(wǎng)擬穩(wěn)平差

9.3.3改進(jìn)的基于赫爾默特方差估計(jì)的自由網(wǎng)平差

第10章數(shù)碼影像的立體匹配方法

10.1同名核線影像的生成

10.1.1連續(xù)法相對定向的核線模型

10.1.2直接法相對定向的核線模型

10.2普通數(shù)碼影像的同名核線誤差

10.3隨點(diǎn)生成短核線匹配策略

10.4種子點(diǎn)約束的概率松弛匹配方法

10.4.1基于種子點(diǎn)的搜索策略

10.4.2松弛法匹配的概率更新

10.4.3種子點(diǎn)約束的概率松弛匹配

10.5虛擬核面的多基線影像立體匹配方法

10.5.1多基線立體匹配常用方法

10.5.2虛擬核面的多基線立體匹配

第11章數(shù)碼影像量測工程應(yīng)用的若干問題

11.1近景影像技術(shù)的工程適用條件

11.1.1拍攝成像適用條件

11.1.2數(shù)據(jù)處理設(shè)備和方法適用條件

11.1.3成果類型及精度適用條件

11.2近景影像的拍攝方式

11.2.1單像對影像拍攝方式

11.2.2多基線影像拍攝方式

11.2.3像方控制影像拍攝方式

11.3數(shù)碼影像量測常見問題解決方案

第12章普通數(shù)碼影像量測應(yīng)用實(shí)例

12.1高山峽谷數(shù)碼影像測繪系統(tǒng)

12.1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)處理流程

12.1.2系統(tǒng)及其方法特點(diǎn)

12.1.3系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

12.2基于數(shù)碼影像的地質(zhì)工程三維建模

12.2.1數(shù)碼影像工程地質(zhì)編錄技術(shù)

12.2.2邊坡地質(zhì)工程影像三維建模

12.2.3硐室地質(zhì)工程影像三維建模

主要參考文獻(xiàn)

普通數(shù)碼相機(jī)的出現(xiàn)，使影像獲取變得如此簡便。這不僅鼓勵了人們在工作中廣泛使用影像來觀察記錄對象并做定性分析，而且大大激發(fā)了人們使用數(shù)碼相機(jī)去解決各自領(lǐng)域中的快速量測、非接觸式量測和自動化量測等技術(shù)難題的熱情。實(shí)際上，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和空間信息技術(shù)的發(fā)展，廣泛分布于基礎(chǔ)地理測繪、城建規(guī)劃、工程勘察、工業(yè)制造、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的基于影像信息的量測技術(shù)，已經(jīng)超越了傳統(tǒng)近景攝影測量的研究及應(yīng)用范疇，成為影像技術(shù)中最為活躍的一個(gè)發(fā)展方向。

“花錢少、門檻低、上手快”似乎是大家對普通數(shù)碼影像量測應(yīng)用的最直觀認(rèn)識，但在應(yīng)用“熱鬧”的表象下，真正對應(yīng)用結(jié)果滿意的卻并不多。造成這種情形的原因，正是人們在消費(fèi)普通數(shù)碼相機(jī)低廉、方便等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，忽視了普通數(shù)碼影像幾何質(zhì)量不佳的缺點(diǎn)；而對普通數(shù)碼影像直接沿用量測影像處理算法尤其是航測算法的做法，加深了這個(gè)缺點(diǎn)的不利影響。本書正是針對影響普通數(shù)碼影像量測精度及應(yīng)用水平的主要因素，以攝影測量學(xué)理論方法為依據(jù)進(jìn)行拓展研究，以期能夠更好地適應(yīng)普通數(shù)碼影像的量測應(yīng)用，進(jìn)一步滿足不同行業(yè)尤其是工程勘測業(yè)界的影像量測技術(shù)需求，不斷開拓?cái)?shù)碼影像量測技術(shù)的適用領(lǐng)域。

本書撰寫的目的并不是為了完整地闡述或再現(xiàn)近景攝影測量現(xiàn)有的技術(shù)和方法，而是圍繞相機(jī)量測化檢校、影像定向、影像立體匹配等基本問題，研究新方法、改進(jìn)方法和算法的新用法，使普通數(shù)碼影像量測應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)可以進(jìn)一步被認(rèn)識、理解和改善，希望從某些方面能夠有助于提高該技術(shù)的研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用水平。本書共分12章，第1章概述了普通數(shù)碼影像量測應(yīng)用的現(xiàn)狀及發(fā)展；第2章分析了普通數(shù)碼影像的構(gòu)像特性，為數(shù)碼相機(jī)量測化提供依據(jù)；第3~7章，提出了普通數(shù)碼相機(jī)量測化應(yīng)用的概念，在此基礎(chǔ)上闡述了PTR、SSC和LBC三種新的相機(jī)量測化檢校方法，并驗(yàn)證了新方法的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，為提高普通數(shù)碼影像量測精度和降低方法的適用條件提供了基本保障；第8章和第9章在對影像量測處理基本算法展開解析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，明確了普通數(shù)碼影像量測處理的適應(yīng)算法并論述了算法改進(jìn)；第10章闡述了幾種面向普通數(shù)碼影像的立體匹配方法；第11章和第12章闡述了普通數(shù)碼影像量測在工程領(lǐng)域應(yīng)用中的若干問題和解決方案，以及應(yīng)用實(shí)例分析。

本書是在作者近年相關(guān)研究和應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上寫作而成的，在此感謝歷屆研究生楊朝輝、楊林、楊立君、張曼祺、王正培、杜麗麗、黃河、王淼、王亞芹、蘇博、毛羽豐、張榮春、陳舒、吳銘飛、楊暢等同學(xué)為本書所做的相關(guān)工作。由于作者水平所限，書中難免有不當(dāng)之處，敬請讀者批評指正。



李 浩 楊 彪（河海大學(xué)）

陳新璽（國家海洋局東海分局）

張雅楠（中國電力工程顧問集團(tuán) 西北電力設(shè)計(jì)院） 2013年1月于南京

《普通數(shù)碼影像量測應(yīng)用方法》可供工程、工業(yè)等行業(yè)從事勘測、設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)人員閱讀，也可作為測繪或影像相關(guān)專業(yè)研究生的參考書。

長30~40cm，一般6或11根為一組，套在一個(gè)圓環(huán)上。測釬主要用來標(biāo)定尺段點(diǎn)的位置和計(jì)算丈量的尺段數(shù)。

測釬參數(shù)：

多以鐵質(zhì)或不銹鋼質(zhì)為主，長30~40cm，直徑根據(jù)具體要求不同，一般8mm。

測釬用途：

測釬主要用來標(biāo)定尺段點(diǎn)的位置和計(jì)算丈量的尺段數(shù)。

凈空變形量測，又稱凈空位移量測、收斂量測。指用收斂計(jì)測量開挖后隧道周邊輪廓向其內(nèi)側(cè)發(fā)生的相對位移。收斂量測已成為研究隧道施工的安全性、支護(hù)效果、支護(hù)施工時(shí)機(jī)、支護(hù)方法等的簡便而有效的基本施工管理量測方法，是圍巖監(jiān)控量測的必測項(xiàng)目之一。測線的布置與被測斷面的形狀和尺寸、圍巖條件及開挖方式有關(guān)。當(dāng)斷面較大日圍巖軟弱時(shí)，測線布置略多。

學(xué)科：坑探工程

詞目：凈空變形量測

英文：convergence measure2100433B