基高比對攝影測量精度影響的研究

摘 要：為了使普通數碼相機更好地應用于近景攝影測量，研究基高比對攝影測量精度的影響。以全站儀觀測值為理論值，數字攝影測量工作站采集數據為觀測值，通過在一系列基高比不同的位置獲取影像并內業采集數據，綜合分析基高比對攝影測量精度的影響。結果表明，隨著基高比的增大，攝影測量精度逐漸上升，對實際的攝影測量生產具有一定的參考價值和指導意義。

關鍵詞：攝影測量；基高比；精度

中圖分類號：P23" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）23-0089-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.23.020

0" " 引言

攝影測量有著悠久的歷史，從誕生至今，已經經歷了模擬攝影測量、解析攝影測量以及當代的數字攝影測量等發展階段。數字攝影測量是基于傳統的攝影測量，結合計算機技術，從影像中自動提取所攝對象的信息，因主要利用計算機完成影像數據的采集，主要工作在室內完成，減少了室外作業時間，受天氣、地勢等條件的限制少，且能直觀、全面反映所研究物體的真實信息，相比常規測量方法，數字攝影測量具有較明顯的優勢，從而廣泛應用于各領域。精度是數字攝影測量應用過程中人們最為關注的焦點[1-3]，是攝影測量的靈魂所在，所以如何更好地把握外界因素對精度造成的影響成為一個至關重要的問題。而影響攝影測量精度的因素很多，基高比就是其中之一，通過研究基高比對精度的影響，可以指導航測設計。

1" " 理論基礎

1.1" " 研究思路

基高比即攝影基線長度與攝站高度之比，是影響攝影測量精度的因素之一。攝影基線長度是立體像對兩相鄰攝站間連線的長度，一般由曝光時間間隔來控制。攝站高度是攝影鏡頭中心在拍攝瞬間與地面的垂直距離。基高比決定相鄰影像在航向上的重疊度，重疊度越大，構成立體模型時其高程方向的比例尺夸大越不明顯，立體效果越差，對高程值的獲取影響越大。

本文以全站儀采集的標志點坐標值作為標準值，使用數字攝影測量平臺采集基高比不同的像對的標志點坐標，并與全站儀采集的坐標值進行比較，分析差值的規律，從而得出基高比對攝影測量精度的影響規律。

1.2" " 方案設計

試驗采用坐標系如圖1所示，其中Y方向為拍攝方向，A、B為控制點，P為其中一個待定的標志點。采用蘇州一光OTS622L全站儀分別在A、B兩個測站上測定標志點的三維坐標，A、B測站均采用測回法觀測后取平均值，以A、B測站的平均值作為最終各標志點的坐標值。

攝影使用佳能5D Mark Ⅱ數碼相機（已檢校），基本參數如下：2 110萬像素，6.4 μm像元大小，像幅尺寸5 616×3 744，固定焦距51.8 mm。在預先設定的位置對目標區域進行拍攝（拍攝位置分布如圖2所示），并組成相應的像對。相應像對的基高比設計值如表1所示。

表1中像對B-B′與像對I-I′基高比設計值相同，用于檢驗。

此時重疊度最小的像對即C-C′的重疊度P接近60%：

PC-C′=[（13.87-6）/13.87]×100%≈56.74%

2" " 數據采集與分析

2.1" " 標準值采集

試驗場地選取一個約60 m×14 m的邊坡，邊坡呈三級臺階狀，形成了不同平面上的3層次立體結構（圖3）。場地開闊，區域內共布設50個標志點，均勻分布在大體平行的5個層面上[4]（圖4）。標志點的選取不僅影響全站儀外業坐標的采集，而且影響標志點影像坐標的量測，本次試驗使用的標志點為半徑60 mm的白色圓形加上半徑40 mm的黑色圓，中間放有20 mm×20 mm的正方形反射片，標志點清晰、醒目。標志點坐標標準值測量采用極坐標法，高程采用三角高程測量。根據設計的坐標系，布設好A、B兩個控制點并假設相應的坐標值，用測回法在A、B測站分別依次測量并保存各標志點坐標。標志點坐標全站儀外業測量精度采用中誤差進行分析，結果為：mx=1.2 mm，my=1.4 mm，mz=0.9 mm。

2.2" " 像對采集

為確保所拍攝的同一組像對的影像焦距相同，本試驗所使用的相機焦距已固定，試驗中使用正直攝影方式，即攝影瞬間相機物鏡主光軸近似與試驗場垂直，主光軸在曝光時會有微小的傾斜，按規定要求像片傾角應小于3°。為了便于立體測圖，要求像片間有一定的重疊，重疊部分與整個像幅長的百分比稱為重疊度，一般要求在60%以上。

=

式中：f表示相機的焦距；H表示拍攝距離；l表示像幅橫向尺寸，即3 744；L表示像片對應的實地長度。

由上式可知：當H=20 m時，L=14.38 m；當H=25 m時，L=17.97 m；當H=30 m時，L=21.56 m；當H=35 m時，L=25.16 m。因此，試驗在距離邊坡為20、25 m處各選擇3個像對拍攝點，像對間距離間隔均為1 m；在距離邊坡為30、35 m處各選擇4個像對拍攝點，像對間距離間隔仍為1 m。

2.3" " 解算與數據分析

本試驗中的內業操作流程如圖5所示。

通過數字攝影測量工作站對采集的14個像對進行數據提取，所得的不同基高比的精度如表2所示，精度隨基高比的變化趨勢如圖6所示。

由圖6可看出，在一定范圍內，隨著基高比的增大，攝影測量精度逐漸上升，且對Y方向的影響顯著，即對攝影方向的坐標值影響較大。

3" " 結束語

作為非量測數碼相機，要應用于測繪工作，必須有較高的精度。而要保證精度，首先就應該對影響精度的因素有較清楚的認識，基高比的選取將影響攝影測量最終的精度。本文通過自己建立野外攝影測量場，以全站儀采集的標志點坐標值作為理論值，使用數字攝影測量平臺采集基高比不同的像對的標志點坐標，并與全站儀采集的坐標值進行比較，分析差值，從而得出基高比對攝影測量精度的影響規律。通過研究基高比對攝影測量精度的影響，有如下結論：

1）基高比對攝影方向上的坐標值影響較大，通常即指高程。

2）在一定范圍內，隨著基高比的增大，攝影測量精度逐漸上升。

此外，通過本次研究可知：

1）應用普通數碼相機進行近景攝影測量能達到一定的精度，本方法完全可以應用于近距離的地形測繪、數字地面模型的建立以及較低精度的工程變形觀測。

2）應盡可能采用正像攝影，在允許范圍內增加攝影基線長度，對攝影方向精度的提高效果很明顯。

3）采用普通數碼相機進行近景攝影測量成本低、工作量小、簡便易行，并能實現多個觀測點同時測定，在一定的精度范圍內，這種作業方式具有較高的應用推廣價值[5]。

但本文的研究也存在一些不足，例如由于試驗場地受限，本文研究中的基高比比值均較小，即所有像對的基線長與攝影距離的差值較大；缺乏對基高比大于1/2的像對的精度影響的研究等。將來可從這些方面著手深化研究，從而進一步提升攝影測量的精度。

[參考文獻]

[1] 王之卓.攝影測量原理[M].北京：測繪出版社，1979.

[2] 張劍清，潘勵，王樹根.攝影測量學[M].2版.武漢：武漢大學出版社，2010.

[3] 王樹根.攝影測量原理與應用[M].武漢：武漢大學出版社，2009.

[4] 張慧鑫，李非栗，雷巨光.基于普通數碼相機的近景攝影測量方法與精度的試驗研究[J].北京測繪，2008（4）：4-7.

[5] 李能.多基線普通數碼相機近景攝影測量精度研究[D].昆明：昆明理工大學，2013.

收稿日期：2024-08-27

作者簡介：黃仰福（1990—），男，福建三明人，測繪工程師，研究方向：攝影測量。