一、對攝影測量教學、科研的思考
就攝影測量本身而言，從測繪的角度上來看數字攝影測量還是利用影像來進行測繪的科學與技術；而從信息科學和計算機視覺科學的角度來看，它是利用影像來重建三維表面模型的科學與技術，也就是在“室內”重建地形的三維表面模型，然后在模型上進行測繪。因此，從本質上來說，它與原來的攝影測量沒有區別。因而，在數字攝影測量系統中，整個的生產流程與作業方式，與傳統的攝影測量差別似乎不大。但是它給傳統的攝影測量帶來了重大的變革。
在二十世紀三十年代，針對當時的模擬攝影測量儀器，德國著名的攝影測量專家V.Gruber給攝影測量下了這樣的定義：“攝影測量是一種技術，它可以避免計算”。這是因為，模擬攝影測量儀器解決了傳統野外測量中前方交會、后方交會的計算問題。實質上，當時的模擬攝影測量儀器本身就是一臺精密的、機械的、模擬計算器。該“計算器”用兩根精密的空間導桿模擬前方交會，從像點坐標直接解算，給出其模型坐標。因此，當時的模擬測量儀器，多稱為自動測圖儀(Autograph)。所謂自動，就是可以避免人工的計算。從這個角度來說，攝影測量當時就與計算機聯系在一起，而不是真正的不需要計算。但是所謂自動，它并不是可以離開作業員的觀測進行自動測圖，而只是避免了人工的計算，不需要人工用“對數表”或機械的手搖計算機，進行前方和后方交會計算。
由于當時的攝影測量與各種各樣的模擬攝影測量儀器緊密地聯系在一起，因此，當時的教學和研究的內容多數是圍繞著那些精密的攝影測量儀器展開的。例如：儀器的結構，各種控制器以及怎樣利用模擬測圖儀器來重建模型(相對定向)等。又如：相對定向的點數、點位的分布，即所謂標準點位，到現在為止還被稱為Gruber點位，以及如何利用六個標準點上的上下視差進行逐步的趨近；利用過渡改正倍數，加快相對定向的速度等。
但是，到解析攝影測量的時代，精密的機械導桿被共線方程——又稱為“數字導桿”所代替，簡化了儀器的結構，形成了解析測圖儀。然而利用六個標準點位進行相對定向仍然沒有變化，只是人們只需觀測六個標準點位的上下視差，計算機就能自動解算相對定向的元素。計算的過程雖然還是迭代的過程，但是，作業員的作業中避免了迭代過程，從而加快了定向速度。在解析攝影測量時代，由于數字電子計算機的發展與引入，攝影測量的嚴密解算成可能。從而，空中三角測量的嚴密解算、各種區域網平差模型、粗差檢測、可靠性的理論等，成為解析攝影測量時代的熱點與重點。與模擬攝影測量時代相比，解析攝影測量的教學、科研的內容要寬得多，而且研究已經不再僅僅圍繞測量的儀器展開。這時，攝影測量不僅僅需要利用計算機進行大量的計算，而計算機的發展與應用，引起了測量一次深刻的變革。但是，無論是模擬攝影測量或者是解析攝影測量，都離不開人的雙眼分別照準左、右影像上的同名點，因此，它們都不可能實現真正意義上的“自動化”。
到了今天，由于數字攝影測量的發展，計算機不僅可以代替人工進行大量的計算，而且已經完全可能代替人眼來識別同名點，從而為攝影測量開辟了真正的自動化道路。它不僅大大提高了生產效率，而且在某些領域，在傳統的攝影測量觀念認為是一些最基本的內容上，正在發生觀念性的變革。
首先，數字攝影測量利用一臺計算機，加上專業的攝影測量軟件，就代替了過去傳統的、所有的攝影測量的儀器。其中包括糾正儀、正射投影儀、立體坐標儀、轉點儀、各種類型的模擬測量儀以及解析測量儀。這些儀器設備曾經被認為是攝影測量界的驕傲，但是，目前除解析測圖儀還有少量的生產外，其他所有的攝影測量光機儀器已經完全停止生產。這種發展已經引起了產業界的變革，即精密的光學、機械制造業轉為信息產業，其重心也從歐洲轉移到了美國。原來著名的攝影測量、光機儀器制造廠商，瑞士的Leica已經與美國的Helava合并；德國的Zeiss也將與美國的Intergraph合并。
從教育的角度來看，過去欲辦一個攝影測量專業非常困難，這是由于攝影測量專用儀器十分昂貴。而現在，所有的攝影測量專用儀器多由當代最通用的設備—計算機所替代，攝影測量除了專用的軟件外，幾乎沒有專用的硬件設備。因此，在美國通常將數字攝影測量稱為“軟拷貝攝影測量”，這似乎很有道理。另外，也正是由于這個變革，攝影測量已經超出了“測繪”的范疇，數字攝影測量也已經成為計算機應用學科的一個部分。1995年9月27日，中國科學報發表了田峰同志《模式識別技術及其應用》的文章，其中談到：“最近，人們利用立體視覺的原理，正在探索綜合運用同一地區的多張不同角度拍攝所得的照片來恢復出地面的高度信息，以獲得真正的三維地形圖，并已取得了相當的進展”。顯然，這是計算機界從“立體視覺”的角度來描述“數字攝 影測量”的。由此可以看出，攝影測量教學從設備的角度來看，要比傳統的攝影測量容易得多；從學科內容的角度來看，其范圍要比傳統的攝影測量廣泛得多。
從攝影測量的教學內容來看，由于上述的變革，有關傳統攝影測量儀器結構原理，以及與此有關的各種控制器的理論，也不言而喻地被淘汰。另外，一些傳統的教學內容——可能曾被視為攝影測量的基礎知識，而在數字攝影測量的教學中，也顯得沒有必要了。
例如：上面所說的6個Gruber標準點位，它只是考慮了立體像對最大的控制范圍，還有一個多余觀測值，因此，Gruber 6個標準點位的概念一直被沿用到解析攝影測量，甚至到數字攝影測量的某些系統中。這個概念不僅被應用于立體模型的相對定向中，而且還被應用在空中三角測量(加密)選點過程中。這個概念曾對攝影測量的發展起了重要的作用，但是到今天，它可能束縛了我們的思想。假定在“標準”點位上是一片森林、一片水域或者是一大片建筑[]物，而數字攝影測量系統中又沒有考慮自動分類(分類問題要比自動匹配、尋找同名點的問題難得多)，從而它不能自動避開有問題的標準點位。因此，也就妨礙了整個相對定向自動化系統的成功率。而VirtuoZo數字攝影測量系統一開始就放棄了6個標準點位的概念的束縛，而由計算機在整個像對上自動選取均勻分布的特征點，且所選的點數一般在200個左右，大大地超過了所需的6個點的要求，從而使相對定向自動化的成功率大大地提高，可以達到99.99%。
同時由于觀測值的數量大大地超過人工觀測所需的最低要求，從而使原來粗差理論所研究、討論的問題對數字攝影測量的影響也顯得有些微不足道。例如：在相對定向過程中利用6個Gruber標準點位進行剔除粗差(因為只有一個多余觀測值)是十分困難的，但是到了數字攝影測量階段，由于相對定向點位的選擇、匹配都是由計算機來完成，它的效率遠高于傳統的人工作業，而且可以進行批處理，也就是在作業員休息的時候，由計算機進行處理。因此將相對定向的點數從6個標準點位提高到100～200個，它使得原來只用6個標準點進行小樣本觀測變成為大樣本觀測，從而大大地提高了成果的可靠性。從下面表格的示例中可以看出：原來的觀測樣本為185個，最大誤差為32μ，中誤差為12.5μ；若將誤差大于10μ的點全部刪除，點數降為95個點，中誤差降為5.9μ，但是，相對定向元素變化僅為1/10000。
點數 rms 最大誤差 φ1 κ1 φ2 ω2 κ2
185 12.5μ 32μ -0.0217 0.0268 -0.0157 -0.0139 0.0489
94 5.9μ 10μ -0.0218 0.0267 -0.0156 -0.0140 0.0489
又如過去我們常 把空中三角測量稱為“加密”。顧名思義就是把按區域布設的少量的野外像控點進行加密。最終我們所需要的是加密點的坐標，提供給下一個攝影測量工序進行絕對定向使用。但是，進入數字攝影測量以后，“加密點”的涵義只是要將影像連接成航帶、連接成區域，將整個區域的影像連接，構成為一個整體。而在攝影測量的后續工序中，并不需要直接利用這些“加密點”，而只需利用由自動空中三角測量、區域網平差所生成的影像的方位元素。而且，在其后續工序——DEM的生成、正射影像的生成、地物測繪中，無需進行任何定向，從而大大地提高了作業效率。因此，在數字攝影測量中，如將空中三角測量還稱為“加密”，顯然不妥。
從以上的例子可以看出，傳統的攝影測量進入數字攝影測量以后，很多的觀念必須引起新的思考。當然，進入數字攝影測量以后，數字攝影測量的本身已經與計算機立體視覺的概念緊密地聯系在一起。從而把數字圖像處理、模式識別技術和計算機立體視覺的理論大量地引入了攝影測量中。因此，數字攝影測量實際上是由兩部分組成：一部分是攝影測量的關系；而另一部分是模式識別與視覺。隨著數字攝影測量的發展，后者的影響將越來越大，但是攝影測量工作者在這個過程中間還是大有可為的。因為第一，攝影測量工作者了解攝影測量生產和需要，因此，到目前為止，國際上多數數字攝影測量系統是由攝影測量工作者開發完成的。第二，攝影測量工作者熟悉攝影測量的幾何關系與平差理論，因此，他們常常會在模式識別的理論中引入幾何約束條件，利用最小二乘法獲得最優解，如所謂帶有幾何約束條件的最小二乘影像匹配的理論等。
本文鏈接：http://www.rbdyw.com/industry/609.html
本文標簽：
