基于相機(jī)像元的不規(guī)則面積近景攝影測(cè)量及誤差分析.pdf

1、針對(duì)水庫(kù)、農(nóng)田、園區(qū)及建筑墻體上不規(guī)則區(qū)域的面積測(cè)量問(wèn)題，提出了一種基于非量測(cè)普通數(shù)碼相機(jī)像元的不規(guī)則面積測(cè)量方法。該方法依據(jù)數(shù)碼相機(jī)像元與區(qū)域面積之間的射影幾何關(guān)系，運(yùn)用普通數(shù)碼相機(jī)，以正直攝影方式對(duì)不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行攝影取值，而后借助計(jì)算機(jī)通過(guò)開(kāi)發(fā)的軟件平臺(tái)獲得面積。改善了人工測(cè)量存在的效率低、精度差、勞動(dòng)強(qiáng)度大，和使用專業(yè)儀器價(jià)格貴，技術(shù)專業(yè)要求高的缺點(diǎn)。
　　論文分析了數(shù)碼相機(jī)中光傳感器(CCD或CMOS)上的成像像元與水平面

2、上待測(cè)對(duì)象和垂直面上測(cè)量對(duì)象之間各自的射影幾何關(guān)系，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了具體面積計(jì)算公式。通過(guò)解析影響攝影精度的因素，采用控制變量法，分別分析了基線、高程、焦距、光圈、攝影距離、對(duì)焦點(diǎn)等各參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響，并提出了相應(yīng)的解決方案。通過(guò)對(duì)不規(guī)則區(qū)域面積的實(shí)際攝影測(cè)量及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，表明了該方法具有較高的精確性和實(shí)用性。
　　主要研究的成果如下:
　　1、提出并推導(dǎo)了水平面和垂直面上不規(guī)則區(qū)域面積的測(cè)量算法。水平面

3、上:同一橫排的每像元對(duì)應(yīng)的待測(cè)對(duì)象，其橫向?qū)挾群涂v向長(zhǎng)度相等;不同橫排的每像元，其對(duì)應(yīng)區(qū)域的橫向?qū)挾群涂v向長(zhǎng)度均不等。根據(jù)攝影幾何關(guān)系，計(jì)算每像元的縱邊和橫邊分別代表的實(shí)際長(zhǎng)度和實(shí)際寬度，便可獲得該像元代表的實(shí)際面積。由于同一橫排各像元對(duì)應(yīng)的橫向?qū)挾群涂v向長(zhǎng)度相等，即可求出同一橫排的所有像元代表的面積。然后由近及遠(yuǎn)，求出各橫排像元代表的實(shí)際面積，加以累加獲得總的待測(cè)區(qū)域面積。
　　垂直面上:由于攝影鏡頭、成像底片與待測(cè)垂直面均為平

4、行關(guān)系，所以垂直面上所有物點(diǎn)到光點(diǎn)的水平垂直距離均相等，這就使得感光底片上不僅同一橫排或同一縱列上的每像元對(duì)應(yīng)的實(shí)際區(qū)域面積相等，而且不同橫排與不同縱列上的每像元對(duì)應(yīng)的區(qū)域面積也相等，即垂直面上所有像元對(duì)應(yīng)的區(qū)域小面積均相等。以橫排為單位，由下向上，求出每一橫排像元代表的實(shí)際面積，然后累加得出總的待測(cè)區(qū)域面積。
　　2、建立了基于VC++平臺(tái)的測(cè)量應(yīng)用軟件。將像片對(duì)以BMP圖像格式導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，在課題研究開(kāi)發(fā)的VC++軟件平臺(tái)上，使

5、用鼠標(biāo)人工操作繪出所需測(cè)量區(qū)域的邊緣，并對(duì)左右像片中的最遠(yuǎn)點(diǎn)Du及最近點(diǎn)Dd(或最高點(diǎn)Qh跟最低點(diǎn)Q1)進(jìn)行標(biāo)定和配對(duì)，便可根據(jù)測(cè)量原理由計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出待測(cè)區(qū)域面積。
　　3、對(duì)區(qū)域面積現(xiàn)場(chǎng)拍攝實(shí)施方法進(jìn)行了探討。以正直攝影方式對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行攝影取值，通過(guò)分析和校驗(yàn)基線、高程、焦距、光圈、拍攝距離、對(duì)焦點(diǎn)各參數(shù)對(duì)測(cè)量精度的影響，得出:水平面上布施測(cè)量，攝影基線b需滿足0.08ymax≤b≤0.25ymin;焦距f要大，但要保證遠(yuǎn)

6、小于拍攝距離l;拍攝距離l需滿足:0.33(ymax+ymin)≤l≤0.5(ymax+ymin);高程h＜(0.08l+0.2)且最大不超過(guò)5m;光圈值F小區(qū)域近距離選小，大區(qū)域長(zhǎng)距離選大。垂直面上參數(shù)選取與水平面相似，但高程h應(yīng)盡量與待測(cè)區(qū)域中心高度趨近。
　　4、選取不規(guī)則區(qū)域進(jìn)行實(shí)際攝影測(cè)量，對(duì)一維距離和二維面積的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證分析。結(jié)論表明:選取不同距離、高程、焦距、基線長(zhǎng)度、光圈值進(jìn)行拍攝，所得一維數(shù)據(jù)會(huì)略有不同。一