工業攝影測量

數字工業攝影測量技術經過幾十年的發展，在理論研究和產品化等方面都取得重大進步。國外成熟測量系統在現有基礎上不斷推陳出新，國內相關機構也在理論研究不斷深入的基礎上，逐步邁向實用化、產品化。縱覽數字工業攝影測量技術的發展歷程和現狀，可以預見其今後將呈現如下發展趨勢：

(1)相機呈多樣化、專業化發展。用於數字工業攝影測量的相機已經有專業量測型相機、數碼單反相機、紅外相機、工業攝像頭等多種類型。GSI公司生產的INCA3相機是專業量測型相機的典型代表，該相機基於柯達科學級CCD相機改裝而成，具有極佳的成像性能和穩定的機械結構，而且配備Intel 266 MHzPentiumⅡCPU型微處理器，能夠對攝影參數進行自動設置、對像片進行預處理並提示測量標誌的成像信息。數碼單反相機以其相對低廉的價格和日益強大的成像性能，正越來越成為數字工業攝影測量的常用傳感器。

(2)測量精度、自動化程度不斷提高。隨着工業部件的製造精度、表面複雜程度不斷提高，數字工業攝影測量必然要向高精度、超高精度和高度自動化方向發展。測量精度的提高主要依賴於影像傳感器性能的日益強大、對畸變差的檢校精度逐步提高以及像點定位等算法的不斷優化。

(3)對動態測量理論的研究逐步深入和實用化。攝影測量的數據源（圖像）是瞬時獲取的，這一特點使得數字工業攝影測量技術特別適用於對動態目標的測量，如風洞變形實驗、汽車碰撞測試、工件振動變形測量等。很多測量系統，如V-STARS M8、Metronor、Metris K600等都具備動態測量功能，但在測量精度、範圍以及採樣頻率等方面都有待於進一步加強。數字工業攝影測量技術用於動態目標測量需解決的關鍵問題主要包括：多傳感器高速同步、圖像快速獲取與存儲、海量數據快速處理及測量基準確定等。

(4)三維數據分析軟件日益專用化、精細化。獲取被測目標（點）的三維座標信息是數字工業攝影測量的基本功能，同時，對三維座標數據進行深入分析也是其重要功能之一。測量點座標信息在不同領域的用途不盡相同，如逆向工程中利用點雲數據進行幾何造型，工業製造中利用離散點座標與CAD設計模型進行比對，而動態測量數據則多用於目標的動態變形分析。應用領域的多樣性和複雜性決定了難以集成一套涵蓋各種功能的、通用的數據分析系統，而必然是針對不同用户開發各種專用的、精細的數據分析軟件。

(5)更加註重與其他測量傳感器的融合。多傳感器融合是測量技術的發展特點，也是數字工業攝影測量技術發展的必然結果。通過不同測量系統融合，能夠充分發揮攝影測量自動、快速、精確的優點，極大的提高其他測量系統的性能，如電子經緯儀系統、全站儀系統和激光掃描儀系統等 ^[1] 

一般地，當被測物體距攝影機的距離小於100m左右時稱之為近景攝影測量。而將近景攝影測量的理論與方法用於工業產品質量檢驗、過程控制中，就產生了工業攝影測量。因此，工業攝影測量在理論與方法上完全等同於近景攝影測量，只是攝影距離更短，實時性和精度要求更高。因此，工業攝影測量有着與近景攝影測量相似的特點。

(1)攝影測量可以瞬間獲取被測物體大量表面信息，特別適合於測量點眾多的目標，也適合於測量動態目標，包括高速運動的目標。

(2)攝影測量是一種非接觸手段，不干擾物體的自然狀態，適合在惡劣環境下的測量(如噪音、放射性、有毒等)。

(3)攝影測量注重測量物體的形狀、大小，而不注意物體的絕對位置。

(4)常用交向攝影測量，保證測點有較大的重疊度。

(5)攝影測量有嚴謹的理論和現代化的硬件、軟件，可以快速提供高精度的測量成果，相對精度可以達到千分之一到百萬分之一。 ^[2] 

兩台高分辨率相機對被測物同時拍攝，得到物體的二維影像，經計算機圖像匹配處理可得精確的三維座標。

二維影像在像平面座標系中的二維座標可利用攝影焦距參數轉換成目標點的兩個角度觀測值，與電子經緯儀、電子全站儀測量系統一致。由於相機間無法像經緯儀一樣精確互瞄，系採用光束法平差進行定向，通過不同位置相機對多個目標同時測量產生的多餘觀測量，可以解算出各相機的位置和姿態。 ^[3] 

對於靜態目標言，可採用單相機脱機測量系統，在兩個或多個位置對被測物進行拍攝，將圖像輸入計算機進行圖像處理即可。為了提高圖像匹配的精度和速度，可在物體上貼特製回光反射標誌，以便於標誌點的自動識別和提取；也可採用投點器進行投點，投點器的投點無厚度，是很好的輔助工具。

多相機聯機攝影測量系統可實時得到待測點的三維座標，可以採用投點器投點，也可以採用特製的探棒作為測量標誌，探棒的探頭和三座標機的測頭類似，探棒上有發光的標誌，發光標誌點到探頭的幾何關係是確定的，通過對發光點的測量即可求得探頭點的座標。探棒上有測量按鈕，可啓動標誌點發光和數碼相機拍攝，實現測量的自動化。

為了保證定向的精度，公司推出了固定基線攝影測量系統，將相機固定在一個水平或垂直裝置上，保證它們的相對位置關係不發生變化，這種系統就相當於一台攝影座標測量機，但測量範圍會受到固定基線的限制。 ^[3] 

工業攝影測量系統的精度主要取決於相機的精度。相機一般分為格網量測相機、量測相機、半量測相機和非量測相機四類，其精度依次遞減。要想獲得高精度，可以選擇價格昂貴的高分辨率、高精度的專業型量測相機，如CRC2和INCA相機；對於非量測相機，可以通過誤差補償來減弱或消除相機的系統誤差，以及優化相機的設站

位置，增加基準尺個數等措施來提高系統的測量精度。

工業攝影測量系統的相對精度一般在1/10萬左右，適合動態物體的快速測量，它不需要建造觀測墩，操作方便，節省時間，對現場環境要求較低。

美國GSI公司從20世紀60年代開始將工業攝影測量系統用於天線測量，迄今已完成幾百套天線的測量。如口徑為300m的Arecibo望遠鏡，其工作頻率由600 MHz提高到10GHz，全站儀測量系統的精度不能滿足要求，GSI採用CRCl相機構成的攝影測量系統，座標分量精度達±0.25 mm。 ^[3]