摄影测量新技术为空间测图带来的机遇.pdf

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1、300中国测绘学会海洋测绘专韭委员会第二十届海洋测绘综合性学术研讨会论文集摄影测量新技术为空间测图带来的机遇辛宪会，滕惠忠，郭思海，李军，张靓，叶秋果，李海滨(海军海洋测绘研究所，天津300061)摘要：面向空间测图的需求现状。简要阐述了摄影测量的发展历程。对比经典摄影测量理论及其应用现状，总结分析了摄影测量技术的最新发展，以及为空间测图带来的机遇。针对高重叠度海量影像匹配的瓶颈问题，论述了并行·影像匹配方案。指出了海岸带、海岛礁数字地形图测图的几个难点问题，并认为LIDAR技术是一项可行的解决方案。关键词：摄影测量；数字地形图：数码航摄相机；GIS；并行计算机从测绘科学的角度来看，

2、摄影测量是一门量测的学科。15世纪末出现了利用中心投影的透视图像，用手描绘下来进行量测绘图，后来又出现了用手素描的立体图，当时还没有摄影测量学，这种技术就叫做“量影术”(Iconometryo19世纪中期，法国人A．Laussedat试验利用摄影像片测制地形图获得成功，从而诞生了摄影测量。随着航空航天技术、计算机技术的快速发展，陆续产生了航空摄影测量、卫星摄影测量、全数字摄影测量。当前，摄影测量与遥感技术正朝着三高(高空间分辨率、高光谱分辨率、高时相分辨率)和三多(多传感器、多平台、多角度)的方向迅猛发展【IJ。摄影测量新技术和性能价格比日益提高的摄影测量与遥感影像数据为空问测图提供

3、。了新的机遇。另一方面，就世界范围内而言，1：25000比例尺地形图的覆盖率大约为30％，1：50000比例尺地形图覆盖率也不过只有50％，而GIS技术的推广使得数字地形图更是供不应求{2】。因此利用摄影测量与遥感影像数据来进行数字地形图制图、修测既有重大意义又有良好的客观条件。1摄影测量理论的新发展1．1摄影测量经典理论基于传统的摄影测量摄像仪，框幅式中心投影影像成像数学模型为[31：x一以=(z—zs)掣ctx+czy-c3J(．1)r、y—b=(z—zs)cb。,工x++cb2：yy一-巳bs，fC．工十C々y—C1，其中，摄站S在地面辅助坐标系0，一XYZ中的坐标为(x。，K

4、，z。)，地面上任一点爿在OT—XYZ中的坐标为(z，y，Z)，口．，bi，c．，f_1,2，3为方向余弦．(1)式也是像点坐标与地面点坐标之间的严密关系式，它就是以像点坐标计算地面点坐标的形式。摄影测量影像数据空间测图传统的处理流程包括：内定向、相对定向、绝对定向、空三加密、影像匹配以及(立体观测条件下)地形要素采集等几个作业模块。当前，传统的摄影测量作业流程以及作业理论，不能有效满足高精度、大比例尺、短周期、少控制(或者无控制)空间测图的需求现状。为此，众多摄影测量研究者不断探索新的理论方法。1．2四元数理论用于求解外方位角元素一个实的四元数，也简称为四元数，表示为以下唯一的形式

5、14J：A=ao+alf+口2／+ask式中，口rR(R表示实数域，i=0，1，2，3)，如果‰=0ji!!j称为虚四元素，且i、，、k满足性质：{『=-ji=k弦=一移=i(3)衍=一浓=，i2=J2=k2=一1设矢量口旋转口角变成矢量声，H=例=，；设垂直于口、∥所在平面的转轴方向单位矢量为en，转动方向与转轴方向遵循右手定则。记口=qf+巴-，+qj}，p=kI=√彳+鼋+露，则收稿日期：2008·06—06作者简介：辛宪@(1979．)，男，山东临清人，硕士，工程师，主要从事数字摄影测量与模式识别研究。中国测绘学会海洋测绘专业委员会第二十届海洋测绘综合性学术研讨会论文集301

6、口=熙，％为a的单位矢量，即由口的方向余弦组成的矢量。，=IAI=止瓦i‘孺=‘■万令cos护：旦，sin8：旦，则：爿=q。；qf+Q-，+乏Jj}=ao+a=r(cosO+巳sin回(4)可见，任意的一个四元数也表示一个旋转，它使矢量旋转的同时还使矢量的大小变为原来的，倍，这就是四元数的几何意义。在基于单位四元数描述的空间成像模型中，描述航摄像片位置与姿态的参数变为玛、蛞、忍、go、g】、92、93七个参数，其中像片位置参数仍为摄影中心的物方坐标，姿态参数采用单位四元数的四个系数来表示。当摄影姿态角不确定或者变化幅度较大时，基于单位四元数理论的立体模型位置及姿态元素的整体解算方法

7、与经典的立体模型外方位元素整体解算方法相比较，具有较高的解算精度和较好的计算稳定性。1-3RPC定位模型有理函数RFM(RationalFunctionModel)构像模型I副16j与传感器无关，不需要传感器成像的物理模型信息，只是通过一组有理函数描述目标空间和影像空间的映射关系，是在功能上能够达到对地精确定位的有效方法。在有理函数模型中，像素坐标(r，c)表示为含地面坐标∞Y，刁的多项式的比值，如下式所示：，：鱼!墨：墨：刍!一P2(爿。，匕，Z。)(5