（信号与信息处理专业论文）基于立体摄影的道路沿线设施检测技术研究.pdf

research on detection technique of facilities along roads based on stereoscopic photography a dissertation submitted for the degree of master candidate：ning yuebin supervisor：associate prof. song hongxun changan university, xian, china i 摘 要 随着我国高速公路建设的快速发展，高速公路路基、路面、桥涵隧构造物和沿线 设施的检测工作越来越受到重视。如何快速、客观、准确地检测高速公路沿线设施的 损坏项目，对我国高速公路管理养护工作具有十分重要的意义。 本文详细地分析了国内外高速公路沿线设施检测技术和设备的现状，以立体摄影 测量为基础，提出了侧方交向摄影测量的高速公路沿线设施检测方法。该方法可以根 据检测需要选择相机的结构布局，避免视场过小和图像遮挡。针对基于立体摄影的道 路沿线设施检测技术的研究，本文主要进行了以下几方面的工作： 1、基于立体摄影测量的基本原理，分析立体视觉系统的结构，采用了侧方交向摄 影测量的检测方法进行高速公路沿线设施检测。结合高速公路沿线设施检测系统的各 项要求，设计了基于立体摄影的道路沿线设施检测系统的总体结构，并介绍了主要硬 件设备的选择方法。 2、 深入研究了沿线设施检测系统中的相机标定与图像处理两项关键技术。 相机标 定采用直接线性变换算法计算相机内外参数，通过相机内外参数及像平面坐标反算物 空间坐标；图像处理采用手工标注的方法对沿线设施图像进行处理，并根据沿线设施 损坏项目的类型计算几何参数。 3、 从沿线设施检测系统的各项要求以及用户的实际需求出发， 设计编写了检测系 统所需的采集软件、处理软件和分析软件等辅助软件。 4、搭建平台进行室内实验，验证相机标定和图像处理过程中所采用的方法。在室 外环境中，标定相机获取参数，进行了高速公路沿线设施数据的采集、处理和分析。 通过以上研究，证明了基于立体摄影的道路沿线设施检测系统能够实现高速公路 沿线设施快速、客观、准确地检测。 关键词：高速公路，沿线设施，立体摄影测量，面阵 ccd，visual c+ iii abstract with the rapid development of chinas highway construction, the detection of highway roadbed, road tunnel, bridge, culvert structures and the facilities is paid more and more attention.how to detect the damage project of the highway facilities quickly, objectively and accurately, which has great significance to our highway management and maintenance. this paper makes a detailed analysis on the present situation of the highway facilities detection technology and equipment at home and abroad and puts forward the highway facilities detection method of lateral convergent photogrammetry based on stereo photogrammetry. the method can choose camera structure layout according to detection needs, avoid the too small field and the image occlusion. according to the research on the road facilities detection technology based on the stereoscopic photography, the paper focuses on the following aspects: firstly, based on the basic principle of stereo photogrammetry, the paper analyses the stereo vision system structure and adopts lateral convergent photogrammetry to detect the highway facilities. designs the general structure of the road facilities detection system based on the stereoscopic photography combined with the requirements of the highway facilities detection system and introduces the selected method of the main hardware equipments. secondly, the paper deeply researches two key technologies of the highway facilities detection system which are camera calibration and image processing. camera calibration adopts direct linear transform algorithm to calculate the camera inside and outside parameters, through the camera inside and outside parameters and image space coordinate computs object space coordinate. image processing adopts manual annotation method to make image processing of the facilities, and calculates geometry parameters according to the type of the facilities damaged project. thirdly, in accordance with the requirements of the facilities detection system and user requirements, the paper designs the collecting software, processing software, analysing software and other assisted softwares required by detection system. finally, the platform is set up and indoor experiments are made to verify the methods iv of camera calibration and image processing. in the outdoor environment, the parameters obtained by camera calibration and the datas of the highway facilities are collected, processed and analysed. the above research verifies that the road facilities detection system based on the stereoscopic photography can make a fast, objective and accurate detection on the road facilities. key words: highway, road facilities, stereo photogrammetry, area array ccd, visual c+ v 目目 录录 第一章 绪论 . 1 1.1 研究背景和意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.2.1 国外研究现状 . 3 1.2.2 国内研究现状 . 5 1.3 课题来源及主要内容 . 8 第二章 立体摄影测量技术 . 10 2.1 摄影测量技术概况 . 10 2.2 立体视觉原理 . 11 2.3 立体视觉系统结构 . 13 2.3.1 平行光轴结构 . 13 2.3.2 共光轴结构 . 14 2.3.3 相交光轴结构 . 14 2.4 检测系统结构 . 15 2.5 本章小结 . 16 第三章 沿线设施检测系统总体设计 . 17 3.1 系统设计要求 . 17 3.1.1 沿线设施检测范围及评价标准 . 17 3.1.2 沿线设施检测系统功能 . 19 3.1.3 沿线设施检测系统技术指标 . 20 3.2 系统结构设计 . 21 3.2.1 系统总体结构 . 21 3.2.2 系统工作流程 . 23 3.3 系统硬件 . 23 3.3.1 面阵相机 . 23 3.3.2 车载工控机 . 26 3.3.3 定位设备 . 27 3.4 本章小结 . 27 第四章 系统关键技术 . 29 4.1 相机标定方法 . 29 4.1.1 相机标定概况 . 29 4.1.2 dlt 算法 . 30 4.2 图像处理方法 . 37 vi 4.3 本章小结 . 40 第五章 系统软件设计 . 41 5.1 软件总体结构 . 41 5.2 软件开发 . 42 5.2.1 采集程序 . 42 5.2.2 处理程序 . 43 5.2.3 分析程序 . 50 5.3 本章小结 . 53 第六章 实验与分析 . 54 6.1 相机标定实验 . 54 6.1.1 室内标定实验 . 54 6.1.2 室外标定实验 . 56 6.2 实验数据分析 . 57 6.2.1 数据处理 . 57 6.2.2 误差来源分析 . 63 6.3 本章小结 . 63 结论与展望 . 65 参考文献 . 67 致 谢 . 71 长安大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 研究背景和意义 在最近的二三十年里，随着我国国民经济的持续高速增长，作为国民经济的基础 设施公路交通也随之蓬勃发展。目前，全国公路通车里程已达 350 万千米以上， 其中高速公路建设发展最为迅速。截止 2011 年，我国高速公路总里程已达到 8.5 万千 米1。 随着公路运输业的快速发展，人们对高速公路运营管理和养护的要求越来越高。 高速公路沿线设施作为高速公路设施的重要组成部分，同样也需要加强养护管理。过 去，我们在修建高速公路时，仅仅只注重高速公路路基、路面、桥涵隧构造物的建设， 对高速公路沿线设施的建设考虑较少。随着高速公路的快速发展，与其高效、快速、 安全、 舒适的功能相匹配的沿线设施建设成为高速公路建设的重要组成部分， 如图 1.1 所示2。为保证高速公路安全、迅速、经济、舒适的营运和正常使用，按规定要设置 必要的高速公路沿线设施。 高速公路沿线设施主要包括交通安全设施、 交通管理设施、 附属设施和绿化等3。在高速公路运营期间，高速公路沿线设施会出现一些损坏，如 防护设施缺损、隔离栅损坏、标志缺损、标线缺损、绿化管理不善等，致使高速公路 在使用年限内服务水平下降，这不仅严重影响高速公路的服务功能、阻碍交通运输综 合效益的发挥，而且增加交通事故的发生。 图图 1.1 高速公路组成高速公路组成 因此，为了使高速公路养护维修达到高标准、高质量、高效率、高机动性的要求， 提高高速公路的耐久性和抗灾能力， 通过有效的道路评价预测系统和管理信息数据库， 建立优质高效的机械化养护方式，同时不断采用新技术、新工艺，以最经济的方式保 证路面平整、通畅，各种设施完好，是必不可少的。其中，采取适当的工程技术措施， 第一章 绪论 2 对高速公路的沿线设施质量状况进行调查和管理，并对损坏及时修复，是保障高速公 路完好、畅通、整洁、美观，延长高速公路使用周期的一项重要任务。 在高速公路的建设及管理、养护过程中，快速、精确、真实而详尽地掌握高速公 路沿线设施质量状况，及时且科学的养护维修已经运营的高速公路，对保证高速公路 的正常使用和营运安全，提高运营高速公路经济效益和社会效益，都有着相当重要的 意义。因此，以目前常用的高速公路沿线设施检测方法为基础，设计开发实用、高效 的高速公路的沿线设施检测系统，是高速公路管理养护部门的迫切需求。 1.2 国内外研究现状 现代道路综合信息检测系统是运用传感器技术、计算机技术、图像处理技术、人 工智能技术等高新技术，自动采集、处理和分析高速公路综合信息数据，完成对高速 公路路基、路面、桥涵隧道构造物和沿线设施的检测。通过高速公路信息数据的采集、 处理和分析，达到对高速公路性能参数检测的目的，进而建立智能化信息管理系统， 为高速公路性能评估及寿命预测提供依据，有效提升高速公路的管理养护水平4。 早期，高速公路沿线设施检测主要由人工测量来完成，费时、费力、效率低，劳 动强度大、不安全，且结果有人为误差，同时采集的信息是孤立的，缺乏关联性，无 法从海量的数据中最大限度地挖掘有用信息，从而无法对高速公路进行高效的管理养 护，如图 1.2 所示。为了解决这些问题，近年来开发了移动道路测量系统，大大提高 了检测效率，节约了大量的人力物力。目前，移动道路测量系统以其高精度、高效率 等优点，被大量的应用于高速公路沿线设施检测，是现代道路综合信息检测系统的代 表。 图图 1.2 人工测量人工测量 移动道路测量系统 （mms， mobile mapping system） ， 是在机动车上装配 gps （全 球定位系统） 、ccd（成像系统） 、ins/dr（惯性导航系统或航位推算系统）等传感器 长安大学硕士学位论文 3 和设备，如图 1.3 所示。当搭载系统的车辆高速行驶时，可以快速采集道路及两旁设 施的可量测立体影像序列，并根据各种应用需要进行按需测量。在移动测量方式下， 通过近景摄影测量方式一次性完成的数据采集，数据是连续的、全要素的地理数据。 实景影像不但真实地反映了道路环境现状，而且图像上的任意设施都与地理位置相关 联5。 图图 1.3 移动道路测量系统移动道路测量系统 世界各国在移动道路测量系统研究方面投入了大量人力物力， 取得了很好的成效， 开发了许多不同特点的设备，使道路综合信息检测水平得到了快速提升。但是由于现 有的系统没有应用立体摄影测量方面的研究成果，或是涉及立体摄影测量方面的研究 较少，不能对高速公路沿线设施进行精确的空间测量，无法满足高速公路沿线设施检 测的要求。 1.2.1 国外研究现状 随着科学技术的发展，道路综合信息检测技术已经取得了很大的突破。国外在道 路综合信息检测技术研究方面已经有了很长的历史，各国依据本国国情和需求，采用 了各种思路和不同方法，开发了具有不同风格和优点的先进设备。 20 世纪 70 年代，加拿大 roadware 公司开发的道路综合采集检测系统 aran 采 用一体化、模块化设计方案，能同时对路面、前方图像等信息进行采集。同类代表性 设备还包括美国阿肯色大学交通研究所研发的 waylink 系统、英国 trl 开发的 harris 系统、 澳大利亚 arrb 开发的 nsv 系统、 加拿大 stantee 公司开发的 rt2000 第一章 绪论 4 系统等6。 从 20 世纪 70 年代末开始，在摄影测量、遥感领域里，道路检测逐渐成为研究的 热点。在法国，来自地理研究院（ign）的两位科学家 o. toumaire 和 n. paparoditis 在 matis 实验室中对道路标记进行了研究，特别是虚线标记的研究。在此基础上，提 出了基于随机几何的自上而下的道路虚线标记检测方法。 通过处理不同分辨率的图像， 证明了该方法能对道路虚线标记中最常见的进行检测7。意大利 istituto elettrotecnico nazionale galileo ferrafis 的 antonio guiducci， 在前人研究的基础上提出了基于单视图 的道路三维重建方法。该方法借助道路两个边界线上的像点以及此处的切线，就可以 在三维空间中得到以其为端点的车道宽度部分的位置8。 20 世纪 80 年代后期，世界发达国家加快了公路建设的速度，同时也加大了对道 路信息采集检测系统的研究投入，成果丰硕，获得了巨大的经济效益。如在日本， komatsu 道路信息采集系统研发成功，当检测车以 10km/s 的速度行驶时，利用高分辨 率相机进行道路信息采集，随后对图像数据进行离线处理9。 20 世纪 90 年代开始，随着硬件技术水平的提升，发达国家纷纷在研究新一代先 进的道路信息采集检测系统上加大了投入。如丹麦 greenwood 公司研究开发的 profilograph 多功能道路检测车，其包含中央数据采集系统，路面破损、车辙和平整度 测量系统，路况摄像系统，横断面轮廓系统，几何参数测量系统，gps 系统，以及智 能录像控制和距离测量装置等。正常检测情况下，最高行驶速度可达到 150km/h10。 2l 世纪初，硬件和软件技术水平大幅度提高，道路信息采集检测系统的发展也随 之有了巨大的突破。如在美国政府的资助下，佐治亚州理工学院研究开发的基于 gps/gis 的道路设施信息采集系统，其取代了人工采集的方式，数据采集的效率大大 提高。它能够完成图像中交通标志的识别、道路几何线形的检测以及距离的测量等功 能11。韩国的基于立体视觉的车道检测系统，是由汉阳大学的 kunsoo huh 等人研究 开发的，其考虑了视场、像素精度等的影响。该系统重建道路三维（3d）几何信息是 采用基于左右相机对应点的逆向透视变换的方法实现的。依据实际公路进行相机配置 和参数的选择，同时为了提高车道检测性能可以利用选择相机图像坐标系下的检测区 域来实现12。台湾的基于人类视觉识别处理计算模型的交通标志自动检测与识别系 统，是由台湾师范大学的 c. y. fang 等人研究开发的。该系统包含概念分析器、感觉 长安大学硕士学位论文 5 分析器以及感知分析器三部分，其借助神经网络来对图像序列里的交通标志进行检测 与识别。通过实验结果分析表明，将交通标志从图像中提取出来，大约有 85%能够被 正确识别13。美国的 psi 多功能道路采集和检测系统，该系统采用最先进的数字图像 处理设备、传感器及计算机系统，用于道路信息的高速采集和处理。通过结合 gis 电 子地图，gps 定位系统可以实现信息的精确定位，同时检测系统可以保存所有传感器 和问题部件的详细档案。通过综合诊断和自检来验证设备的功能和在实时情况下数据 采集的精确性，保障工作人员在公路上的安全。高容量的移动硬盘是为了能够存储和 转移大量的累积数据，使系统能够采集数百公里的数据和图像，并可通过网络共享所 有数据。 1.2.2 国内研究现状 近十多年里，我国才开始进行大量的道路综合信息检测技术的研究。目前，我国 的道路综合信息检测技术水平已有了很大的提升，取得了丰硕的成果，基本上已经涵 盖所有主要的检测技术，这成为进一步研究的基础。在现阶段，我国国内研究开发的 相关成果有以下几种： (1) 武汉武大卓越 zoyon-rtm 智能道路检测车 武汉武大卓越（zoyon）研究开发的 zoyon-rtm 智能道路检测车集成了信息 技术（it，informationteehnology） 、光电技术、遥感技术（rs，remotesensing） 、gps 技术和 gis 技术，如图 1.4 所示。在车辆高速行驶状态下，系统能够自动进行路面图 像、车辙、平整度以及道路附属设施图像等数据的采集、分类、分析和存储。它可以 对城市道路、高等级公路、高速公路以及机场跑道等路面进行裂缝、车辙、平整度以 及道路附属设施等的检测14。 图图 1.4 zoyon-rtm 智能道路检测车智能道路检测车 第一章 绪论 6 (2) 武汉大学的 ld2000 系列移动道路测量系统 ld2000 系列移动道路测量系统是基于 3s（遥感技术 rs、全球定位系统 gps、地 理信息系统 gis）集成技术开发的，它还包括多传感器高精度同步集成和协同检校技 术、移动近景立体影像直接地理参考和无控制解析处理技术，如图 1.5 所示。该系统 可快速采集道路及两旁设施的可量测立体影像序列，其包含有近景摄影测量解析所需 的外方位位置元素与姿态元素,结合精准的时刻参数,在严密的摄影测量检校参数的支 撑下,实现了在任意空间、时间序列上构成立体像对,完成多层次测量，并与数据库进 行无缝融合。其测量的效率是常规测量系统的 10-20 倍，改变了传统的地图模式，实 现了实景影像化15。 图图 1.5 ld2000 系列移动道路测量系统系列移动道路测量系统 (3) 长安大学道路综合信息采集与处理系统 道路综合信息采集与处理系统是将所有设备集中安装在一辆信息采集车上，其由 景观视频主机作为控制计算机来控制数据的采集，如图 1.6 所示。四部面阵相机拍摄 道路前方与两侧的道路环境，视频通过单独的同轴电缆传送到景观视频主机。景观视 频主机借助图像采集卡对四路视频信号分别进行采集、显示、处理、压缩和存储，通 过视频图像可获取警示牌、交通灯、交通标志牌和路边机柜等路产信息16。 图图 1.6 道路综合信息采集与处理系统道路综合信息采集与处理系统 (4) 长安大学高速激光道路检测车 长安大学硕士学位论文 7 该检测车实现了将路面破损数字图像和数字坐标信息采集系统，路面激光车辙、 平整度和构造深度数据采集系统，道路环境数字图像采集系统，以及数据传输、存储 和处理系统，与现代客车相结合。系统借助激光位移传感器进行路面车辙、平整度以 及构造深度的检测，利用高分辨率的数字相机进行路面破损和道路环境信息的采集， 还具有路况文本记录和实时录音记录的功能，是一种现代综合多功能检测车。 图图 1.7 长安大学高速激光道路检测车长安大学高速激光道路检测车 (5) 南京师范大学车载三维数据采集系统 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室研制开发的车载三维数据采集系 统， 集成了ccd相机、 高速视频摄像机、 线性阵列激光扫描仪、 高精度差分gps （dgps） 以及惯性导航设备（ins） ，如图 1.8 所示。所有设备在计算机控制下，通过 gps 授时 进行同步工作，采集检测车高速运动过程中道路及两侧环境的立体图像（立体像对） 、 视频图像、三维点云、瞬时坐标以及姿态参数。利用后处理软件，从所采集的原始数 据中，提取目标的三维坐标、长度、面积等几何信息及其状态、类别等属性信息。 图图 1.8 南京师范大学车载三维数据采集系统南京师范大学车载三维数据采集系统 车载三维数据采集系统具有高精度、快速和完整性的特点，可在城市规划、环保、 测绘和交通等领域大规模的应用，完成三维城市数据采集和建模、城市地图的更新和 修正、道路测量、道路沿线设备设施的采集和管理、道路交通标志的自动检测和识别 等任务。 第一章 绪论 8 车载三维数据采集系统的后处理软件主要包括立体影像量测系统、三维激光点云 处理系统两部分，其主要功能是，浏览采集的数据及车辆行驶轨迹；测量地物特征点 的绝对地理坐标、距离、面积等；交通标志的检测和识别；三维激光点云数据的编辑、 特征提取和三维表面建模17。 综上所述，在高速公路信息检测技术上，我国取得很大进步，但是国内现有的这 类技术还存在严重的不足之处： (1) 进口的仪器设备价格昂贵，不适合我国国情，难以大范围推广； (2) 国产仪器设备大多仍处于研究试验阶段，高速公路信息检测技术仍然不够成 熟； (3) 国内检测系统能够检测的高速公路信息种类较少，且没有统一的规范，难以 实现规范化管理和科学化养护。 高速公路沿线设施检测技术是高速公路信息检测技术中的一个重要组成部分。虽 然我国在高速公路沿线设施检测技术方面有着丰硕的成果，但是这些远远不能满足实 际工程测量的需求。目前，国内高速公路沿线设施检测主要通过采集图像信息和辅助 信息，并进行人工查阅和分析的方法来完成。由于系统结构简单、检测范围小以及计 算精度不高等原因， 导致检测系统的应用范围受到很大的限制。 依据国内目前的情况， 在已有成果基础上，加大人力物力的投入，系统深入地开展高速公路沿线设施检测技 术的研究，发展我国具备自主知识产权的高速公路沿线设施检测技术，提升我国高速 公路沿线设施检测技术的规范和标准，促进我国高速公路沿线设施检测技术的发展、 应用及实施，已成为我国研究人员现阶段的一项重要任务。 1.3 课题来源及主要内容 本文的课题来源于交通部西部交通建设科技项目高等级路面激光检测技术及 成套检测装备研究。该项目是为了研究高等级公路先进快速的检测技术以及开发成套 装备，推广先进的路面激光检测技术和数字图像处理技术，在整体上提升我国道路检 测技术的水平，避免长期依赖国外的技术和设备。公路技术状况评定标准 （jtg h20-2007）中规定，高速公路沿线设施质量状况通过沿线设施技术状况指数（tci， traffic-facility condition index）来衡量，类型包括防护设施缺损、隔离栅损坏、标志 长安大学硕士学位论文 9 缺损、标线缺损、绿化管理不善18。 本文通过分析国内外已有的高速公路沿线设施检测技术及设备，结合本课题的实 际需要，以道路信息化建设为研究背景，针对高速公路沿线设施的质量状况，设计了 基于立体摄影的道路沿线设施检测系统及辅助软件。重点研究了立体摄影测量理论、 检测系统总体设计方案、 相机标定与图像处理技术， 以及高速公路沿线设施信息采集、 处理和分析软件的实现方法，并进行了实验验证。本文的具体研究内容主要由下面几 部分组成： 第一章 绪论。分析了课题的背景、研究目的及意义，并对国内外的道路综合信息 检测技术及设备研究现状进行介绍。最后，介绍了本文的主要研究内容。 第二章 立体摄影测量技术。 概述了摄影测量技术的现状， 并对双目立体视觉的原 理，及其系统的结构进行分析。比较各种结构的优缺点，阐述本课题所采用的交向摄 影测量方法的特点。 第三章 沿线设施检测系统总体设计。 首先， 提出了高速公路沿线设施检测系统的 设计要求，包括评价标准、系统功能和技术指标等。其次，在系统设计要求下，对系 统总体结构进行分析，提出系统总体结构设计方案。最后，对系统使用的重要硬件设 备进行介绍, 如ccd相机、车载工控机、定位设备等，讨论了其工作原理和性能。 第四章 系统关键技术。 详细讨论了沿线设施检测系统中的相机标定和图像处理两 项关键技术的解决方案。(1) 相机标定方案。采用直接线性变换算法计算相机内外参 数，通过相机内外参数及像平面坐标反算物空间坐标；(2) 图像处理方案。采用手工 标注的方法对沿线设施图像进行处理， 并根据沿线设施损坏项目的类型计算几何参数。 第五章 系统软件设计。对系统开发过程中设计编写的辅助软件进行了总体介绍， 包括软件开发的整体思路和总体结构。然后，分别对采集软件、处理软件和分析软件 进行了详细的介绍，并分析其主要功能、工作流程和主要代码。 第六章 实验与分析。介绍了室内、室外标定实验的环境和步骤，对实验数据进行 整理分析，得出实验结论。最后，对实验误差来源进行分析，提出实验改进方案。 总结与展望。总结全文内容，得出结论。列举出本课题研究中有待完善之处，提 出进一步研究的方向和建议。 第二章 立体摄影测量技术 10 第二章 立体摄影测量技术 视觉是人类观察世界、认知世界的重要功能和手段。人类视觉过程可以被看作是 一个从感觉上升到知觉的复杂过程。视觉最终的目的，从狭义上说是要描述和解释在 观察者所看到的场景中对其有意义的事物；从广义上说是根据观察者自己的意愿和周 围环境，在描述和解释的基础上做出行为决策和规划。人类借助视觉系统获取的信息 约占其从外界获得信息的四分之三， 用机器模拟人类视觉功能一直是人们多年的梦想。 随着计算机技术、计算机图形学、数字图像处理、人工智能等学科的发展，使利 用计算机模拟人类视觉成为可能。双目立体视觉（以下简写为立体视觉）研究的目的 在于使计算机具有通过二维图像信息来认知三维环境信息的能力，这种能力不仅使计 算机能够感知三维环境中物体的几何信息（如位置、形状、姿态运动等） ，而且能够进 一步对它们进行描述、理解、识别与存储19。 2.1 摄影测量技术概况 摄影测量学发展至今已有二百多年的历史了，最初叫图像量测学。1837 年，摄影 技术发明后， 才叫摄影测量学。 数学家勃兰特早在 18 世纪就论述了摄影测量学的基础 透视几何理论。1889 年，法国报道了第一张摄影像片的产生后，摄影测量学开始 了它的发展历程。19 世纪中叶，法国陆军上校劳塞达利用所谓“明箱”装置测制了万 森城堡图，这位上校被公认为“摄影测量之父” 。 从 19 世纪中叶至今，随着计算机技术、数字图像处理、计算机视觉、模式识别以 及人工智能等相关技术的发展，摄影测量学和计算机学科之间相互交叉渗透。摄影测 量在先后经历模拟摄影测量、解析摄影测量两个发展阶段后，现在已经进入到数字摄 影测量阶段，这对摄影测量的教学、科研、应用都有着极其深远的影响，数字摄影测 量已被公认为摄影测量的第三个阶段。 现今，摄影测量技术已成为以现代光学为基础，融合光电子学、计算机图像学、 信息处理、计算机视觉等科学技术为一体的现代测量技术。摄影测量是，在测量被测 对象时，把图像当作检测和传递信息的手段或载体加以利用的测量方法，其目的是从 图像中提取有用的信号。摄影测量技术是通过影像研究确定被测物体的形状、大小、 性质及其相互关系。在摄影测量经历的三个发展阶段中，解析摄影测量使用的是数字 长安大学硕士学位论文 11 投影方式，模拟摄影测量使用的是模拟的物理投影方式。而数字摄影测量则是利用计 算机和视觉技术直接或间接获得被测目标的数字图像进行测量，它是基于数字图像像 素的测量方法。数字摄影测量与模拟、解析摄影测量存在很大的区别，主要表现在它 处理的原始信息不仅可以是像片，而且还可以是数字摄影（如 ccd 影像）或者数字 化影像，最终都是以计算机视觉代替人眼的主体观测，所以它所使用的设备最终都将 是计算机及其相应外部设备20。 随着摄影测量技术的飞速发展，立体视觉技术也得到了迅速的发展。立体视觉的 研究目标是使机器具有通过二维图像信息认知三维环境信息的能力。立体视觉是用两 台或两台以上性能相同、位置固定的 ccd 相机，获取同一景物的多幅图像，计算空 间点在多幅图像中的“视差” ，以此确定场景的深度信息，进而构建场景的三维结构。 从20世纪60年代中期开始， 立体视觉得到了开创性发展。 来自美国mit的roberts 实现了从数字图像中提取棱柱体、楔形体和立方体等简单规则多面体的三维结构，描 述了物体