### 摄像测量学原理与应用研究 #### 摄像测量学的内涵和发展历史 **摄像测量学**（Videometrics 或 Videogrammetry）是近年来快速发展的一个交叉学科领域，它融合了传统**摄影测量学**（Photogrammetry）、**光学测量**（Optical Measurement）、**计算机视觉**（Computer Vision）以及**数字图像处理分析**（Digital Image Processing and Analysis）等多个学科的优势。 ##### 1. 摄像测量学的内涵 - **定义**: 摄像测量学主要研究利用摄像机、照相机等工具拍摄动态或静态场景得到的序列图像或单帧图像，通过应用数字图像处理分析技术，结合各种目标的三维信息求解和分析算法，实现对目标结构参数或运动参数的测量和估计。 - **内涵**: 可分为两个主要方面： - 物体的空间三维特性与成像系统间的成像投影关系，涉及测量学的基本原理。 - 从单幅或多幅图像中高精度地自动提取和匹配图像目标，主要涉及计算机视觉和图像分析技术。 随着摄影测量的三角测量理论和计算机视觉的多视几何理论的发展成熟，摄像测量学更多地关注图像目标的自动、高精度识别定位与匹配问题。此外，与常规图像处理不同的是，摄像测量更加注重目标提取定位的精度。 **成像与重建**：将三维空间中的物体成像到二维图像上是一个退化过程，摄像测量学的核心在于如何通过分析二维图像来重建目标的三维信息。为了进行精确的二维、三维定量测量，摄像测量必须将图像与成像系统及其参数紧密联系起来，而普通的图像处理通常不考虑成像系统参数。因此，摄像系统的高精度标定是摄像测量的重要组成部分。传统摄影测量往往涉及专业的摄影测量型相机，而摄像测量则更倾向于使用普通的摄像机或照相机，通过不同的标定方法使其满足测量需求。 ##### 2. 摄像测量学的发展历史 - **摄影测量学**：自1839年摄影术诞生后，摄影测量学便开始了其发展历程。从模拟摄影测量到解析摄影测量，再到当前的数字摄影测量阶段，摄影测量学已经形成了一个非常完善的理论体系。尽管摄影测量学在硬件设备和算法复杂性方面存在较高要求，但它在国家测绘、军事应用以及大型结构测量领域取得了广泛应用。 - **光学测量**：光学测量既可以指广义上的所有使用光的测量方法，也可以特指使用专门光学设备进行的测量活动。在光学工程领域，光学测量强调精度，涉及各种光学仪器和技术。 - **计算机视觉**：作为一门新兴学科，计算机视觉自20世纪80年代起迅速发展，涵盖了从理论、算法到硬件及应用的多个方面。尽管计算机视觉领域多数应用侧重于目标识别、图像理解和监控等方面，但对于测量精度的要求相对较低。 在学科发展的历程中，摄影测量学、光学测量以及计算机视觉这三个领域相对独立地发展，它们分别在地理学、光学工程以及计算机科学等领域中形成，并拥有各自独特的理论体系和优势。随着这些领域之间交流的加深，摄像测量学得以综合各个领域的优点，成为了一个集多学科优势于一体的综合性学科。 摄像测量学不仅在理论和技术上实现了突破，而且在实际应用中也展现出了广阔前景，特别是在需要高精度测量的场合下具有不可替代的作用。未来，随着相关技术的不断进步，摄像测量学有望在更多领域发挥重要作用。

2.2 二维平面摄像测量 在实际科研和工程中，许多应用对象分布在同一物平面内，测量对象的几何参数及 其运动、变化都在同一平面内，这时用单台像机就可以测量得到各种所需几何和运动参 数。根据中心透视投影模型，可以直接导出单台像机测量物平面内目标运动参数的算法。 2.2.1 单像机平面摄像测量基本原理 如图 2.1.5，如果被测物面与像机光轴垂直，即与像面平行，根据中心透视投影关系， 显然目标及其所成的像满足相似关系，只相差一个放大倍数。因此只要从图像上提取所 需目标的几何参数，乘上实际放大倍数，就得到空间物体的实际几何参数。再结合序列 图像的时间轴信息，可以得到物体的运动参数。当物体在同一平面内分布，但是此物体 平面与摄像机光轴并不垂直时，若已知光轴与物平面的夹角，可以先通过角度投影变换， 将图像校正成像面与物面平行的情况，使两者满足相似关系。 图 2.1.5 单像机平面摄像测量基本原理 常见的二维平面测量主要有物体二维几何位置、尺寸、形状、变形测量、位移和速 度的测量。其基本原理是利用单幅图像进行目标几何参数测量，或利用不同时刻在同一 角度拍摄的图像，测量图像目标的变化和运动参数。 在二维平面摄像测量中，放大倍率的确定至关重要。如果物平面内能够提供某个方 向上某对象的已知尺寸，则可以得到目标在物平面该方向上的几何或运动参数与目标成 像之间的比例关系，完成测量。 常用、简单的方法是在测量物面上放置带有绝对尺度 光心 像距 物距 物平面 像面

摄像测量学原理与应用研究由传统的摄影测量学（Photogrammetry）、光学测量（Optical Measurement）与现代时尚的计算机视觉（Computer Vision）和数字图像处理分析（Digital Image Processing and Analysis）等学科交叉、融合，取各学科的优势和长处而形成的。它的处理对象以数字（视频）序列图像为主。

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摄像测量学(Videometrics 或 Videogrammetry)是近十几年来国际上迅速发展起来的 新兴交叉学科。它主要是由传统的摄影测量学(Photogrammetry)、光学测量(Optical Measurement)与现代时尚的计算机视觉(Computer Vision)和数字图像处理分析(Digital Image Processing and Analysis)等学科交叉、融合,取各学科的优势和长处而形成的。 它的处理对象以数字(视频)序列图像为主。