用装在全站仪上的数字相机进行城区测量

1、用装在全站仪上的数字相机进行城区测量通过地面摄影测量获取三维影像英国Yidong Huang摘要管理者和设计者对三维目标模型的需求日益增加，尤其是在建筑环境下。装在一台全站仪上的数字相机能够准确地获取建筑物的立面和近似立面。本文作者设计出了一个视频经纬仪(video-theodolite)模型，并指出了将来需要研究的问题。一、引言http;/测绘信息网现在，对三维数据和建筑环境的真实影像的需求日益增加。它的应用领域包括：场地测量、三维GIS、建筑管理、工业管理、危险地段测量、偶发事故区测量、建筑物内部测量、坑道测量和考古测量。三维数据获取的主要数据源是航空和航天影像。上述影像通常不包括建筑物立

2、面或近似立面。因而，基于地面影像的测量系统将能够提供航摄影像的补充数据。土地测量师只要稍加学习就能够使用这个系统。二、视频经纬仪视频经纬仪最适合于基于建筑物地面影像的测量系统(TIBS)。本文提出的视频经纬仪是一台现代化的马达传动全站仪，它把一台CCD相机架设在全站仪上，或者集成在它的望远镜里(见图1)。这台CCD相机能够通过经纬仪的转动来获取拼合的全景影像(见图2)。图1视频经纬仪通过适当的调整，这些影像就能够按照标准的测量路线，采用全站仪进行精确的定位和定向。这些已定向的影像不需要目标影像控制点或者影像定向就可直接图2Barking区UEL主要建筑物拼合的全景影像用于摄影测量。影像的分辨率

3、只受相机镜头和全站仪的测角精度限制。由于是现代化的，视频经纬仪在许多方面可进行高自动化的操作。此外，这个系统能够通过选用的模块得到加强。现在就来对这些模块作详细介绍。三、双镜头实际上，视频经纬仪上可安装两个相机镜头。一个广角镜头能很容易地提供范围(总览)影像，并且能够在野外自动操作；窄角镜头提供影像测量，选择窄角镜头的焦距，是为了使影像像元角度与经纬仪的测角精度一致，这也是在特殊应用中的精度确定的。变焦镜头能提供灵活的影像并且更适合于跟踪移动目标。而选用变焦镜头则在变焦操作中需要更多的检校时间或者更高的复位精度。四、无源反射器激光测距仪http;/测绘信息网无源反射器激光测距仪可与经纬仪望远镜

4、系统的CCD相机一起架设和调焦。与经纬仪测角系统相连接，它能够提供点的三维坐标，这些点可用来配合影像进行影像纠正和建筑物表面的平面单像测量。影像所记录的激光测距值同样有助于重叠影像的相互对照。当然，这些激光测距仪常用作三维测量的主要工具，无论在什么适合的场合都以相机作为支持工具。五、GPS接收机GPS接收机常用来确定一些或者全部全景站的位置以完成角度距离定位。这给大范围测量提供了很好的总体控制。GPS接收机不需要集成到视频经纬仪上。强制对中可采用活动的脚架。此外，界面应设计成能够记录在相关站上获取影像的GPS点位。六、移动车辆和伸缩杆当仪器的大部分可自动操作时，安装、拆卸和搬动仪器所花费的时间

5、就变得相对重要。使用专用车辆，减少安装的时间并且使全野外工作更加有效是可能的。当进行大范围测量时，使用这种车辆很有必要。在移动车上竖起一根很高(20m)的杆是可行的。这样，旋转架设在车上的CCD相机就能拍摄较高建筑物上部的影像。这对于街道两边都有建筑物时是非常有益的。通过已知的相机高度与已全部定向的建筑物下部的影像的重叠，就可进行影像定向。七、自动化http;/测绘信息网用自动化的视频经纬仪进行野外作业是非常容易的。笔记本电脑能够现场显示所选测站位置的语义和图形指引。通过数字影像处理和图像识别，校准和定向处理实现了高度自动化。除全景以外，获取影像的测区可在笔记本电脑中用图形定义。然后，影像就自

6、动地被捕捉、定位、压缩和存贮。通过遥控方法，通讯设备能够使影像数据下载并大量存贮在办公室里。此外，使用通讯设备，遥控监测实况就变得可行了。八、数据处理http;/测绘信息网一旦野外的影像数据下载到计算机上，一幅可用鼠图3全景影像、主要影像、次要影像的标准TIBS屏幕标点击的站点图就会显示在计算机屏幕上。可以用鼠标点击的形式显示在这个站所捕获的相关站全景影像，全景影像能够在屏幕上浏览和滚动，然后，部分影像能开窗口和放大显示。同时，搜索到的所有重叠影像将在屏幕上作为次要影像显示，可以交互详细查寻主要影像的有关部分。查寻的内容包括主要影像和利用自动多影像配准完成的三维测量，测量元素能够在主要影像上叠

7、加显示。开发的界面能够使这些操作在三维图形软件包内运行(图3)。九、需要研究的问题http;/测绘信息网在学术上，如果给出学术发展的基本趋势，那么就没有克服不了的研究问题。然而，从上面的分析中我们能够意识到，大量的研究和开发工作还是相当必要的。尽管早期在这方面的研究报告(见Publication of West Ebinghaus,Huang，Chapman)是鼓舞人心的，下面的问题仍是将来研究的课题：1.影像的现场压缩和存贮；2.影像的检索和定位；3.重叠影像的搜索；4.多尺度和高收敛的影像配准；5.自动校准和定向；6.影像网络的最优化；7.系统集成。三维GIS中的无源激光反射测距仪的数据处理仍是将来在立面接受数据的研究热点。目前，这只能在某些特定的系统里才能实现。城区三维影像数据的潜在用户将来逐步地会知道这些数据是否能买得起。十、展 望http;/测绘信息网基于视频经纬仪的影像测量系统的实现是非常快的，与现在的GPS相比较，最终