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無(wú)人機(jī)航測(cè)——立體測(cè)圖原理簡(jiǎn)介

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用于航空攝影測(cè)量中，結(jié)合攝影測(cè)量軟件系統(tǒng)和人機(jī)交互操作能夠快速形成4D產(chǎn)品成果，其中數(shù)字正射影像圖字面意思很容易理解，拍攝的是影像，生產(chǎn)的成果也是影像，但是很多用戶不能理解為什么拍攝的影像可以生產(chǎn)地形圖，特別是高程信息怎么通過(guò)照片就能得到呢？為什么拍攝的平面照片可以形成立體模型？為什么航測(cè)成圖要用立體采集？本期就給大家簡(jiǎn)單介紹一下立體測(cè)圖的原理。

立體測(cè)圖的基本原理就是投影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)。我們可以這樣理解，無(wú)人機(jī)航空拍攝影像的過(guò)程是把現(xiàn)實(shí)中三維地形轉(zhuǎn)變成二維的相片，通過(guò)攝影測(cè)量軟件系統(tǒng)內(nèi)業(yè)再把二維的相片恢復(fù)成立體的模型，在立體模型上對(duì)其觀測(cè)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)繪制圖形的過(guò)程就是立體測(cè)圖。

在這個(gè)過(guò)程里面需要用到外業(yè)飛行航拍的原始相片，這些相片是按照要求的重疊度去拍照，以及飛行過(guò)程中記錄的相片姿態(tài)定位信息數(shù)據(jù)文件，還需要用到攝影測(cè)量軟件系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)業(yè)空中三角測(cè)量，最重要的是需要作業(yè)人員佩戴3D眼鏡，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)處理過(guò)的影像進(jìn)行分光觀察，然后對(duì)腦海中形成立體感覺(jué)的模型進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。所以人眼的立體視覺(jué)是立體測(cè)圖的基礎(chǔ)。

佩戴3D眼鏡，人造立體視覺(jué)

讓我們做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：左右手各拿一支圓珠筆，兩手平伸，筆尖慢慢地靠攏，可以發(fā)現(xiàn)很容易地將兩支筆尖對(duì)準(zhǔn)；如果閉上一只眼試試，可就不怎么容易了。這是為什么呢？當(dāng)我們的兩眼注視一個(gè)物體時(shí)，物體分別在左右眼的視網(wǎng)膜上形成兩個(gè)圖像，但由于左右眼有一定的間隔，左眼可以看到圖像的略偏左側(cè)，右眼可以看到圖像的略偏右側(cè)，因此兩個(gè)圖像并不完全相同，不能完全重合。這樣視覺(jué)圖像傳入大腦，經(jīng)過(guò)大腦的合成、判別，使物體產(chǎn)生了空間的深度感，有了立體感，這就是立體視覺(jué)，雙眼視差即立體視覺(jué)的關(guān)鍵所在。有的朋友會(huì)說(shuō)單眼也有立體視覺(jué)，那是因?yàn)槿说囊曈X(jué)系統(tǒng)非常高級(jí)，單眼也會(huì)自然的進(jìn)行主動(dòng)調(diào)焦，通過(guò)眼睛的適應(yīng)性調(diào)節(jié)協(xié)助大腦形成立體感。

我們把雙眼比做一臺(tái)照相機(jī)兩個(gè)位置觀察，分別閉上左眼和右眼看眼前的景物，在眼前放上可投影的膠片，這樣好比得到兩張有重疊度的照片，這個(gè)過(guò)程就好比無(wú)人機(jī)掛載照相機(jī)按照一定的重疊度多次拍照，這樣的投影平面照片再通過(guò)人眼佩戴分光鏡，在一定的視差范圍內(nèi)左眼觀察左照片，右眼觀察右照片，就會(huì)形成人造的立體視覺(jué)。

雙目照相機(jī)

有了這樣的立體感覺(jué)就有了高低起伏的山脈，樓宇，樹(shù)木，土地等等空間信息，接下來(lái)就是理解怎么和實(shí)際的正確的空間位置匹配進(jìn)行測(cè)圖了。我們把兩張這樣有重疊度連續(xù)相關(guān)的照片叫做立體像對(duì)，經(jīng)過(guò)攝影測(cè)量軟件系統(tǒng)對(duì)這樣的立體像對(duì)進(jìn)行內(nèi)定向，相對(duì)定向，絕對(duì)定向等一系列操作，得到與真實(shí)的空間位置和尺度相匹配的立體像對(duì)，這樣就構(gòu)建好正確的立體模型空間，接下來(lái)在攝影測(cè)量軟件系統(tǒng)中觀察立體模型，使用鼠標(biāo)或者是手輪和腳盤(pán)可以快速的采集需要的點(diǎn)，線，面要素，最終形成符合要求的地形圖。

航測(cè)生產(chǎn)的立體像對(duì)，重疊區(qū)域可以構(gòu)建視覺(jué)立體模型，進(jìn)行立體測(cè)圖。

立體測(cè)圖的方法經(jīng)歷了模擬，解析，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量時(shí)代，已然是非常成熟的測(cè)圖技術(shù)，借助于航空像片的立體觀察，使觀察者在了解攝影地區(qū)地面景物時(shí)如親臨其境，尤如乘飛機(jī)對(duì)地面進(jìn)行實(shí)地觀察。相比于目前裸眼3D測(cè)圖技術(shù)，立測(cè)有如下優(yōu)勢(shì)，無(wú)需耗費(fèi)時(shí)間建立三維模型，測(cè)圖速度快，模型空間非常清晰不存在模糊和拉花現(xiàn)象，能夠增強(qiáng)解譯效果，對(duì)于只要DLG成果和用于規(guī)劃使用的大比例尺的地形圖，立體測(cè)圖的方式相對(duì)好用。當(dāng)然立體測(cè)圖也有天生的缺點(diǎn)，比如作業(yè)員有弱視，斜視，眼疾等欠缺立體視覺(jué)者無(wú)法使用立體測(cè)圖；還有就是遮蔽區(qū)域如房檐等無(wú)法進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)觀測(cè)，遮蔽區(qū)域還需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)繪和補(bǔ)測(cè)。

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