摄影技术在地籍测量的应用

摘要:由于桥梁室内模型形变点和控制点整体上具有近刚体性质，在摄测自动化监测过程中使用动态规划方法对桥梁室内模型形变点及检测控制点进行跨历元跟踪可以获得5个像素以内的初始精度，再使用如最小二乘匹配、灰度矩亚像素边缘匹配等方法在初始位置周围进行搜索即可收敛到点的准确位置，从图像像素点到三维坐标的转换可使用不需要内外方位元素且适用于非量测相机的直接线性变换(DirectLinearTransformation)进行。实验证明，动态规划方法对于近刚体的桥梁室内模型形变点和控制点的跨历元跟踪是有效的。

关键词:摄影测量;形变监测;跟踪

引言

形变检测对于施工安全、施工后健康检测具有重要意义，目前存在ＲTK、全站仪以及摄影测量作为应力计的补充手段，摄影测量方法因为使用方便并且能够拍摄到人难以到达的区域被越来越多的工程人员所使用。摄影测量需要利用控制点对相机姿态或方程参数进行确立，再对监测点进行解算，最后的解算精度依赖于控制点与监测点在图像中的位置是否足够精确。为了进一步自动化及同时获得控制点与监测点在图像中更精确的位置，本文采用动态规划方法对点进行跨历元跟踪，获得点的初始位置，再利用测量标志定位方法在初始位置周围进行搜索，从而达到自动化获取控制点与监测点在图像中的坐标这一目的，最后利用摄影测量方法，结合若干像片同名点坐标即可解算出室内桥梁模型监测点的三维点，由于变形监测中坐标的相对位置更为重要，因此使用简单但绝对坐标精度略低的直接线性变换(DLT)即可，为了控制DLT精度，尽可能多地设置分布均匀、遍布图像区域的控制点，这样可以防止DLT外推精度较大的问题，此外在误差方程中引入镜头畸变也是提高DLT精度的有效方法。本文将会阐明这种动态规划的方法与DeformablePartModel(DPM)方法中使用的动态规划方法是一致的。

1同名点跟踪与解算方法

1.1动态规划同名点跟踪算法

假设控制点与监测点在相机位置不变的情况摘要：地籍测量是为获取和表达地籍信息所进行的测绘工作，其特点决定了所需获取信息量非常之大，难于记忆，给准确绘图带来了很大困难。实践中，有些测量队伍已经在自发的运用摄影方法辅助记忆，不过鉴于技术不够专业，效果常常不够理想。文章意在将专业摄影技术引入测绘领域，并针对需要提取出有应用价值的方法手段，以达到摄影技术和测量工作相结合，为地籍测量服务的目的。地籍测量在测绘行业中可谓是最复杂繁琐的类型之一，其定义为获取和表达地籍信息所进行的测绘工作，其基本内容是测定土地及其附着物的权属、位置、数量质量和利用状况等。通俗的说，就是把地上几乎所有有的东西和一些没有的东西都搬到图纸上，其复杂程度可想而知。在进行野外实测过程中，外业小队应用最多的仪器是全站仪，通过点号或文字记录测量点信息。点号的方法虽然效率很高，但辨识度很差，人的记忆力有限，经过成百上千点的测量，很多点所代表的信息早已记忆不清。文字记忆的方法稍微好些，但每个点都完整输入准确描述性文字时间上是肯定不允许的，一般多采用首字母简称的方法，虽然使效率有所提升，但在记忆方面仍然不尽理想，工作量大了以后同样面临着印象不深，辨识不清的弊端。如果说由于仪器精度导致的误差是微小和难以避免的，那么人为原因导致的错误则是严重和容易避免的，欠缺的往往只是方法而已。在外业实践当中，摄影辅助记忆已越来越多的获得应用，甚至高端的全站仪有些直接配备了摄像头。不过无论是外业队员自行用手机、数码相机等设备拍摄，还是仪器机载摄像设备往往都不够专业，虽然在大多数情况能够胜任辅助记忆的工作，但特殊情况拍摄照片质量不够好，辨识度不够高，仍然会导致绘图错误情况的发生。由于专业分类所限，摄影更多的属于艺术类，一方面摄影专业的人才几乎不可能进入测绘队伍，另一方面测绘专业人才也极少有懂摄影擅长摄影的。而摄影本身涉及面也很广，能够对测绘起到辅助作用的只是其中一部分，本文正是针对这一部分内容开展研究。1摄影分类在摄影领域当中，分类方法多种多样。按拍摄题材分为人文摄影、风光摄影、人像摄影、新闻摄影、运动摄影等等，按使用器材可分为胶卷摄影、数码摄影等，按拍摄视角又分为广角、标准、中焦、长焦等，而从技法上，又可分为写实类、艺术类等等。这些分类方法普遍比较专业，非摄影行业人员难以充分理解，为了理解简单，可以总结为一句话，摄影就是两部分，一部分为技术，一部分为艺术。而针对测绘领域，尤其是地籍测量来说，艺术方面关系不大，基本不需要考虑，而技术方面才是研究的重点，但所需的只是其中有针对性的一部分，这一部分正是我们要研究的。

2地籍测量对摄影的要求

前文已经提过，摄影技术引入地籍测量，为地籍测量服务，主要是为了辅助记忆。所以，最为重要一点要求便是能够拍出高辨识度的照片，进而通过照片准备判断出地物的相对位置关系，从而将测量过程中输入的编码准确反应为实际地物，以确保绘图正确。为了保证高辨识度，主要要解决三个问题：一是照片要足够清晰，二是记录地物要全面，三是要反应出地物之间相对位置关系。

3如何拍出清晰的照片

拍出清晰照片是个大问题，而清晰这个概念也有多种解释，通俗的概况就是能看得清更多细节。影响清晰度的因素主要有以下几方面：（1）分辨率，（2）画质，（3）视觉感受。现在逐一解释。

3.1分辨率

由于以胶片为介质的摄影方式已经淘汰，故不再讨论，主要研究数码摄影。数码摄影照片分辨率严格来说包括两部分，一个是镜头分辨率，一个是感光元件分辨率，也就是常说的多少像素。通俗的讲，就是先得有一个清晰的成像，然后再把这个成像清晰的记录下来，二者互相制约，缺一不可。无论是镜头还是感光元件，想提高分辨率，途径都只有一个，即购买更好的摄影器材。目前的发展水平来说，手机和小型数码相机可以胜任大部分工作，但对于极端情况表现不佳，入门单反性价比很高，实为最佳选择。

3.2画质

镜头和感光元件的分辨率只是个理论上限，实际使用中由于各类因素制约，实际分辨率往往达不到理论分辨率。影响画质的因素有多个方面，现列举一些主要因素：（1）噪点。这个是由于感光元件的物理性质决定的，现有技术条件无法消除，且随着所用感光度的提高而迅速增多。虽然无法消除，但实践当中尽量用较低感光度可以使噪点控制在较低水平，对画质不构成显著影响。（2）抖动模糊。大多数摄影都是拍摄者手持相机来进行拍摄，而人的生理机能决定了无法保持绝对静止。抖动所导致的模糊程度主要跟两方面有关，一个是抖动的剧烈程度，一个是曝光时间。通过训练，可以在减小抖动，或者有条件的情况可以使用三脚架或将相机放在其他固定物上，可以更显著的减弱抖动程度。而曝光时间缩短，则可以减轻抖动所产生的影响。（3）环境影响。环境的影响大多是不可控的，但可以尽量选择有利环境。在环境的影响当中，光线无疑是最主要因素。艺术摄影经常选择侧光、甚至逆光，以烘托氛围。而作为辅助手段，拍出清晰照片，更多的应该选择顺光。顺光亮度充足，色彩饱满，区分度高。还有一个影响便是空气洁净程度，尽量选择空气透明度较好的时间段拍摄能够提高照片清晰度。

3.3视觉感受

在艺术摄影领域，更多的讲究层次过渡。而作为地籍测量辅助手段的技术摄影，则着重要求清晰辨识地物，所以需要地物信息更多的显得更清晰。胶卷摄影年代实现这个功能较难，而数码时代，各类功能强大的后期处理工具则提供了这种可能，甚至相机内部软件就可以实现大部分功能，只需提前设置好即可。在增强功能中，最常用的功能便是锐化，即依靠提升图像边缘细节对比度来实现视觉更清晰的目的。然后就是亮度、对比度、饱和度等调整，通常在软件中可以一键完成，在一定程度上让亮的更亮，暗的更暗，色彩区分更鲜明，也是提高清晰感受的常用途径。

4充分反映地物间相对位置关系

由于照片是二维平面的，对立体信息的表现能力有限，导致仅看单张照片，难以准确区分地物的大小、远近，从而导致在辅助地籍测量中难以准确体现地物间相对位置关系，给绘图造成困难。最简单的解决途径便是变换不同角度进行拍摄。至于变换多少角度才能满足要求，和地物复杂程度、遮盖程度等相关，通过反复训练，可以敏锐的提高拍摄效率，尽量用更少的照片来表现更多的信息。为了使拍摄信息更加完整连贯，必要时可以使用照片全景拼接技术，即一张照片包含360度全景，目前在各大电子地图中已普遍采用，用主流工具生产这种效果也并不繁琐。

5结束语

测绘行业为了更好的发展，就必须兼容并包，吸收各方面先进技术，为己所用。摄影测量便是摄影和测绘相结合的产物，是将摄影引入测绘的最大成就，以至于成为一门独立的学科。本文立足于摄影技术和地籍测量两个相对较小的领域展开研究，使摄影技术成为地籍测量过程中的有效辅助手段，算是在交叉学科领域做的一次小的尝试。

参考文献

[1]林路.摄影爱好者手册[M].福州：福建科学技术出版社，2004.

[2]国家测绘地理信息局职业技能鉴定指导中心.测绘综合能力[M].北京：测绘出版社，2009.

[3]詹长根，唐祥云，刘丽.地籍测量学[M].武汉：武汉大学出版社，2011.