基本介紹
- 中文名：實時攝影測量
- 外文名：real-time photogrammetry
- 意義：極短的時間內完成從數字圖像獲取
- 方法：從攝影到目標位置獲取
- 套用：用作智慧型機器人等的視覺系統
- 優點：迅速獲取現場信息和識別物體
簡介,測量步驟,圖象獲取,圖象的數位化,象點定位,物方點坐標計算,操作規範,實時攝影測量系統,工程建築套用,研究現狀及發展趨勢,
簡介
實時攝影測量則是快速提供測量結果的技術。按21世紀的科技水平，實時攝影測量是一種回響時間為一個視頻周期(如1/30秒)的非接觸性的三維量測技術。實時攝影測量最突出的優點是能迅速獲取現場信息和識別物體。從攝影到目標位置獲取，傳統攝影測量是分步完成的，而實時攝影測量是一步完成的，其處理時間不大於1/30秒。
實時攝影測量的主要思想是在圖象獲取之後，沒有任何耽擱，立即提供有關控制過程的測量數據。可藉助微機通過線上分析的數位化的視頻圖象來實現這個目的。目前已研發出的基於衛星精確制導下的實時攝影測量戰場評估系統，可以讓指揮機關在打擊後的數十秒內獲得毀傷圖像，以便確定射擊是否轉移、停止以及聯合行動是否按計畫推進等基本問題。
測量步驟
實時攝影測量過程的基本步驟是：圖象獲取、圖象數位化、影象點定位、物體三維坐標的計算。有關實時攝影測量工作站的技術要求是測量時間和所達到的測量精度。
圖象獲取
所用的攝影機是普通的攝象機，它可以通過一個固態的掃描器晶片，不停地記錄圖象。該晶片可以保證所記錄圖象的高度的幾何穩定性。雖然所有直接存取式的數字攝影機對於時攝影測量處理是可用的，但是攝象機還是最合適的，因為它能較好地適應其他標準化系統元件。
每個工作站至少要有兩台攝象機，但是為了避免交會過程中可能產生的未能檢測到的粗差，應該使用更多的攝象機。由於使用的攝象機增加，相對於所測物體的大小，人們可以靈活地布設攝象機。這不僅可以改善交會圖形，而且還可以提高解析度和所測物體坐標的精度。
如果使用各種不同的攝影機來記錄影象，那么，使用攝象機則是合情合理的。普通攝象機的影象頻率是25赫茲，而且其圖象晶片對可見光和近紅外光是敏感的。依據所攝和被測對象，還可以使用裝備有遠紅外線、熱敏元件、高速電子快門或帶有水下防護罩的攝象機。
圖象的數位化
視頻圖象是按512×512個象素數位化，每個象素具有8個存儲單元，即256個灰度級。解析度的高低與圖象晶片中感測元件的多少有關，這也成為一種度量標準。數位化後的物體影象細部的解析度在垂直方向上是400~500個豎線，在水平方向上要稍低一些。
影響攝影測量內部符合精度的幾何解析度是比較高的。當圖象以1：500比例的解析度初步數位化時，在圖面上實際量測的解析度從1：10000到1：20000成比例地擴張。這是由於掃描器晶片的幾何穩定性和單個感測元件輻射集成的8比特數位化的的緣故。
象點定位
從原理上講，有兩種不同的象點定位方法，即使用主動式目標或使用被動式目標。主動式目標法是依靠物理性目標，比如反射目標或投射雷射點。被動式目標法使用預先確定、儲存的圖象模片，它是由參考圖象截取的許多“小視窗”。圖象模片則包含有足夠的物方信息，以供隨後的實際量測影象點中，研究和匹配該點之用。反目十目標可以用來首次檢校和定位特徵點或其他明顯目標點。當無特徵點的物體表面需要完全數位化時歧者側站用來放樣時，一般使用投射雷射點。影象模片最適合於重複控制的目的，例如生產過程的控制和測站自身撿校控制的更新。
在一些“機器視覺”的套用中，物空間、物體自身和其方位被視為未知數和不設任何坐標的情況下，來進行物方點的定位。這時，匹配過程直接涉及到物空間信息，諸如特徵乃至不同的面元素，同時也受到共線方程的約束。
所有定位過程都充分利用了輻射圖象的信息，在內插和相關之後，形成了上述測量結果。
物方點坐標計算
在圖象上的點被定位後，就要計算其三維物方坐標。利用測站實際檢校的數據，完成物空間交會。
攝站建立以後，首先要對其進行檢校。如果必要的話，在作業周期間，反覆地控制和更新檢校。更新和控制是以包含有一系列控制點的存儲影象模片為基礎的：這些控制點位於首次檢校後正確的測量環境內和其周圍。此後，這些影象模片，即控制點在影象上不斷地被重新定位，位移向量實際控制著幢校。通常，工作站指的就是起始的檢校數據。
在測量空間中，總是有兩個不同的坐標系。一個是在檢校過程中，由工作站自身所確定的坐標系；另一個是相對於廣商所設計的模型而言的特定的物空坐標系。僅僅當需要將所測得的坐標歸化到設計模型中去時，才有必要將工作站相對特定的物空坐標系進行絕對定向。藉助物體上一系列名義上已計算出來的連線點，通過相似變換，可以求得物點的絕對坐標。
最簡單的檢校上述裝置的方法是自由網檢校方法，它不需要任何外部控制測量(Haggren等，1989)。工作站完全依靠由於多重圖象觀測值引起超定來確定自身檢校，僅僅需要提供比例尺。
操作規範
對實時攝影測量站的用戶而言，操作規範是重要的。主要的技術要求是測量時間和所能達到的測量精度。而這兩項指標隨著套用場合的不同而不同。為了實現對生產過程的控制，一次所測量的點數總是要受到限制。這樣，相應的測量時間就比較短——幾秒之內。在這段時潤內。要完成記錄目標物、象點定位、空間交會和物空坐標的相似變換。
對一個由4台攝象機組成的工作站而言，相對於每台攝象機所攝場景的大小，三維測量的相對精度為1/10000～1/15000。如果將幾台攝象機圍繞著所攝物體跨接在一起，相對於整個物體的尺寸而言，相對精度要高一些，這是由於影象比例尺增大的緣故。
實時攝影測量系統
實時攝影測量系統一般應包括:一個或兩個固態攝影機(以獲取影象的電信號)、模數轉換裝置、數字圖象處理設備(影象處理器、在高速度下實現影象增強、邊緣探測、特徵提取、目標識別、影象匹配和攝影測量計算等)、控制裝置和各種輸出設備。如果再添加機器人及機器人的發令設備，則可以構成圖1所示的一種“自動駕駛系統”，這是一種為廣大工業界所夢寐以求的自動化系統。
圖1 自動駕駛系統
一般估計，這種系統可用於工業生產過程、質量控制和生物立體測量，還可用於自動化生產線上非規格產品的自動剔除和分類，並為危險空間或遙遠距離空間作業的機器人提供實時而準確的空間信息。此類系統的實現對工業生產和科技方面都有重要意義。
工程建築套用
設計尺寸的放樣如圖2所示，利用掃描雷射，根據設計數據將設計點標定出來，而雷射則是由計算機精確控制的。通過測定投射雷射點的瞬時位置，攝影測量工作站自動地依執指示雷射點指向每個點的設計位置。
圖2 設計數據的放樣
空間質量控制如圖3所示，混凝土構件在澆鑄後，由工作站進行控制。利用標準化模片將構件額定的邊緣和角點標定出來，並指出實際位置的偏離值。為了發現超過限差的由於製作造成的變形，要計算實際點的三維坐標，並與設計值相比較。
在現代建築工業領域中，我們應該迅速將實對攝影測量套用於新的和潛在的套用場合。雖然上述兩個例子都是初步概括的，但是還是比較實際的，並且針對需要，給出了解決的方法，成功地完成了適用於兩項任務所要求的作業規範。
圖3 空間質量控制
研究現狀及發展趨勢
目前，在一些國家出現的機器視覺(MachineVision)如圖4，雖然它與實時攝影測量在本質上有緊密的聯繫，但它所引用的技術還停留在單個影象的比例尺歸化，最多的也只是二維變換與最簡易的立體視覺上。這些設備大多用於工業方面，以進行對產品的檢查、分類、導向和控制。所以，把此類視覺系統稱之為實時攝影測量的初級階段。從這個觀點出發，將來的實時攝影測量則是計算機視覺系統的高級階段。
圖4 機器視覺
實時攝影測量現在正處於向高級階段轉變的時期。其中主要表現是:固態攝影機、影象處理硬體以及微型計算機的進展；攝影機的精度與穩定性得到快速改善；圖象處理硬體的發展，使計算速度較軟體快十倍到百倍；微型計算機的速度和功能也在穩定增長。所有這些，連同正在下跌的價格，使實時攝影測量的前景確實變得大有希望。
