近景攝影測(cè)量相關(guān)資料-開(kāi)題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題 目 PhotoModeler Scanner在 古建筑測(cè)繪中的應(yīng)用 專 業(yè) 測(cè) 繪 工 程 班 級(jí) 0901 班 學(xué) 生 指導(dǎo)老師 重慶交通大學(xué)2013年一、研究本課題的背景和意義中國(guó)古建筑是世界上延續(xù)歷史最長(zhǎng)、分布地域最廣、風(fēng)格非常顯明的獨(dú)特建筑體系，蘊(yùn)含著豐富的文化價(jià)值、歷史價(jià)值及藝術(shù)價(jià)值，是古代人們勞動(dòng)與智慧的結(jié)晶，是幾千年文化傳承與發(fā)展的沉積。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平及品位的日漸提高，人們對(duì)那些經(jīng)過(guò)幾千年風(fēng)風(fēng)雨雨而最終保留下來(lái)的古代建筑的保護(hù)也越來(lái)越重視。古建筑測(cè)繪作為古建筑保護(hù)過(guò)程中不可或缺一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也越來(lái)越備受關(guān)注。古建筑測(cè)繪是測(cè)繪學(xué)在文

2、化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域中建筑遺產(chǎn)記錄，監(jiān)測(cè)以及保護(hù)工程實(shí)施等方面的直接應(yīng)用，其為古文物建筑的保護(hù)提供科學(xué)記錄的檔案，是保護(hù)工作科學(xué)、有效的進(jìn)行同時(shí)又為建筑歷史與理論研究、建筑史教學(xué)提供翔實(shí)的基礎(chǔ)資料，為繼承發(fā)揚(yáng)傳統(tǒng)建筑文化、探索新的現(xiàn)代建筑創(chuàng)作提供借鑒。在古建筑測(cè)繪中近景攝影測(cè)量方法對(duì)于古建筑的保護(hù)、維修或重建工程是最合適和最理想的方法，也是其他方法無(wú)法替代的。攝影測(cè)量的有著悠久的歷史，目前數(shù)字近景攝影測(cè)量最有極大的潛力和靈活性。在古文物、古建筑領(lǐng)域，自動(dòng)的或半自動(dòng)的數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)是一強(qiáng)有力的工具，可用于古文物、古建筑的重建、修復(fù)、維護(hù)、研究和資料記錄等。為了滿足古建筑保護(hù)的需要，本文綜合考慮古

3、建筑測(cè)繪對(duì)古建筑保護(hù)的重要意義，分析了目前古建筑測(cè)繪中最合理和最理想的測(cè)量方法數(shù)字近景攝影測(cè)量，并結(jié)合PhotoModeler Scanner軟件在三維建模和測(cè)量中的應(yīng)用，提出了將數(shù)字近景攝影測(cè)量結(jié)合PhotoModeler Scanner軟件運(yùn)用到古建筑測(cè)繪中，以便為古建筑的重建、修復(fù)、維護(hù)及研究獲取第一手資料。二、國(guó)內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)近景攝影測(cè)量的發(fā)展在國(guó)際上已經(jīng)有五六十年的歷史。國(guó)際攝影測(cè)量與遙感協(xié)會(huì)下屬的一個(gè)專門(mén)組織，稱之為近景攝影測(cè)量與機(jī)器視覺(jué)委員會(huì)，在它的組織下每?jī)赡暾匍_(kāi)一次國(guó)際性的學(xué)術(shù)討論會(huì)。在國(guó)外，對(duì)于近景攝影測(cè)量的研究及進(jìn)展如下：英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的Singh R.等人研

4、究對(duì)紋理和特征不明顯的目標(biāo)通過(guò)近景攝影測(cè)量進(jìn)行三維重建采用主動(dòng)光線照射目標(biāo)物來(lái)形成人工紋理，取得良好的效果。保加利亞Dimitar Jechev研究使用普通非量測(cè)相機(jī)進(jìn)行近景攝影測(cè)量，通過(guò)一種特殊的數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)非量測(cè)相機(jī)的缺陷進(jìn)行校正。美國(guó)加州工學(xué)院的Bouguet J.Y. 于1999年開(kāi)發(fā)的三維可視化建模技術(shù)，利用平面標(biāo)志板校正相機(jī)參數(shù)，并利用他本人提出的弱結(jié)構(gòu)光技術(shù)進(jìn)行被攝物體的立體建模，在考古和工程測(cè)量上很有實(shí)用價(jià)值。德國(guó)的Thomas Lake,Wolfgang Forstner對(duì)普通相機(jī)進(jìn)行近景攝影測(cè)量時(shí)，內(nèi)方位元素及鏡頭畸變的室內(nèi)矯正實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入探討。芬蘭的Haggren H.

5、等人用旋轉(zhuǎn)相機(jī)拍攝具有球面效果的照片來(lái)進(jìn)行目標(biāo)物的測(cè)量與目標(biāo)重建。澳大利亞墨爾本大學(xué)的Fraser C.S.等人對(duì)近景攝影測(cè)量的自動(dòng)化及其校正進(jìn)行了深入的研究，將其用在事故現(xiàn)場(chǎng)重現(xiàn)、工業(yè)測(cè)量等方面，并研制出iWitness等著名攝影測(cè)量與建模軟件。日本京都大學(xué)的Ohnishi Y.,Nishiyama S.等人于2006年采用近景攝影測(cè)量山體邊坡的變形問(wèn)題，其在邊坡上布置大量的標(biāo)志點(diǎn)，但不設(shè)控制點(diǎn)，只把儀器處的三維坐標(biāo)測(cè)出即可。在國(guó)內(nèi)，近景攝影測(cè)量在近十余年內(nèi)有較大的發(fā)展，下面就簡(jiǎn)單列舉數(shù)例：中南大學(xué)的曾卓喬教授于提出了近景攝影測(cè)量的許多新理論新方法，并于上世紀(jì)80年代率先將攝影測(cè)量的P-H算

6、法從德國(guó)引入國(guó)內(nèi)。武漢大學(xué)的李德仁、馮文灝對(duì)數(shù)字化攝影測(cè)量的理論研究做出了許多卓有成效的工作。武漢大學(xué)研制的全數(shù)字化近景攝影測(cè)量設(shè)備VirtuoZo，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。吳世棋、孔建、張德強(qiáng)在1994年采用國(guó)產(chǎn)DJS19/1318型攝影經(jīng)緯儀，以單像解析法，在50m的距離內(nèi)，使物方標(biāo)志點(diǎn)的量測(cè)精度達(dá)到了。但該方法需要昂貴的專門(mén)設(shè)備（如專業(yè)量測(cè)相機(jī)和立體坐標(biāo)量測(cè)儀）和經(jīng)過(guò)特殊培訓(xùn)的專門(mén)人員，且現(xiàn)場(chǎng)需要布設(shè)像控點(diǎn)，準(zhǔn)備工作復(fù)雜，與全站儀法相比并不占有明顯優(yōu)勢(shì)。于承新、徐芳、宋傳增等人應(yīng)用普通數(shù)碼相機(jī)開(kāi)展鋼結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)的研究，采用透視變換糾正算法，結(jié)合數(shù)字圖像處理進(jìn)行目標(biāo)點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別與定位，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)

7、瞬間撓度的變形監(jiān)測(cè)?？苄陆ǖ热藢⒐鈱W(xué)量測(cè)影像數(shù)字化應(yīng)用，研究解決礦山活動(dòng)塌陷區(qū)大范圍的地表監(jiān)測(cè)問(wèn)題，發(fā)揮了近景攝影技術(shù)在對(duì)危險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)處理的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。數(shù)字影像與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理結(jié)合的優(yōu)勢(shì)使人們致力于研究開(kāi)發(fā)實(shí)用的近景影像技術(shù)系統(tǒng)，解決一些具體的工程應(yīng)用問(wèn)題。賀躍光等人介紹了中南大學(xué)研制的計(jì)算機(jī)無(wú)接觸三維數(shù)字化近景攝影測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成、工作環(huán)境、功能、適用范圍，以及系統(tǒng)的使用方法。并以其中電子經(jīng)緯儀虛擬照片法觀測(cè)隧道周邊位移為例，分析了系統(tǒng)的原理、使用方法及其精度。結(jié)果表明，采用該系統(tǒng)精度可靠，操作簡(jiǎn)便，且適用性強(qiáng)。王國(guó)輝、馬莉等人研究出一種無(wú)固定測(cè)站式的近景攝影測(cè)量方法。該方法手持相機(jī)，不設(shè)固定測(cè)站，

8、不設(shè)控制點(diǎn)，但需要在欲測(cè)斷面上懸掛一、二把基尺，對(duì)像標(biāo)和標(biāo)尺拍照，像片輸入計(jì)算機(jī)，用鼠標(biāo)量測(cè)像點(diǎn)坐標(biāo)，用改進(jìn)的P-H算法轉(zhuǎn)換成物空間坐標(biāo)。其研究適合在施工中隧道推廣，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)亦達(dá)到了較高的精度。劉大剛提出了標(biāo)定攝像法，可以手持相機(jī)對(duì)隧道斷面進(jìn)行攝影，具有更多的方便和靈活性，并在理論推導(dǎo)中，首次考慮了相機(jī)鏡頭畸變的影響。其現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在已建成通車10年的公路隧道內(nèi)進(jìn)行，精度達(dá)到了以下。但由于仍需布設(shè)控制點(diǎn)，且試驗(yàn)環(huán)境較理想，故其研究成果若于施工中的隧道推廣尚需克服較多實(shí)際困難。田勝利對(duì)使用非量測(cè)相機(jī)應(yīng)用近景攝影測(cè)量技術(shù)觀測(cè)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行了深入的研究，并使用小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能手段對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行

9、了處理。其于云南小灣電站的大型洞室內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，量測(cè)結(jié)果達(dá)到了較高的精度，但由于施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境影響，精度與全站儀相比尚有一定的差距。目前，近景攝影的研究方向也還朝著數(shù)字近景攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域進(jìn)行延伸拓展。近景攝影測(cè)量在近十余年已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，幾乎所有的民用或軍用部門(mén)都使用過(guò)近景攝影測(cè)量。在研究和實(shí)踐的推動(dòng)下，近景攝影測(cè)量技術(shù)已經(jīng)日臻完善，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑工程、航空航天技術(shù)、汽車制造、醫(yī)學(xué)、古建筑與古文化研究、考古等各個(gè)領(lǐng)域。近景數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量作為一種非接觸性測(cè)量手段，是基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摵同F(xiàn)代的硬軟件設(shè)施，可達(dá)到相當(dāng)高的精度，可靠性強(qiáng)，以像片作為信息載體獲取被測(cè)物體大量的物理和幾何

10、信息。三、古建筑測(cè)繪的現(xiàn)狀古建筑測(cè)繪具有悠久的歷史，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，古建筑測(cè)繪技術(shù)也越來(lái)越多樣。如原始測(cè)量技術(shù)、免棱鏡全站儀技術(shù)、全站儀結(jié)合數(shù)碼相機(jī)技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)和數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)等。原始測(cè)量技術(shù)主要是通過(guò)直尺、卷尺、繩、垂球等工具，直接量取建筑物及構(gòu)件的尺寸的方式采集數(shù)據(jù)，這種方法延續(xù)了幾千年，雖然操作簡(jiǎn)單，但是對(duì)于大型和復(fù)雜的建筑，無(wú)法保證足夠的精度；對(duì)于高處構(gòu)件的測(cè)量和繪制，對(duì)操作者具有一定的危險(xiǎn)性，對(duì)建筑物也容易產(chǎn)生破壞。免棱鏡全站儀技術(shù)在完成古建筑測(cè)繪是不需要接觸被測(cè)點(diǎn)，不需要在觀測(cè)點(diǎn)上安置棱鏡，無(wú)需爬高，相對(duì)于原始測(cè)量技術(shù)危險(xiǎn)性大大降低，也不會(huì)對(duì)古建筑造成大的破

11、壞。測(cè)量時(shí)全站儀直接瞄準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)距光束經(jīng)自然表面反射后可直接測(cè)量距離和坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了“所瞄即所測(cè)”。全站儀結(jié)合數(shù)碼相機(jī)技術(shù)是先通過(guò)全站儀獲取古建筑物上足夠特征點(diǎn)的坐標(biāo)，同時(shí)利用數(shù)碼相機(jī)獲取古建筑物的圖像，在內(nèi)業(yè)處理時(shí)，將裁剪后保留下的有用圖像導(dǎo)入處理軟件，插入全站儀獲取的特征點(diǎn)的坐標(biāo)，以便對(duì)圖像采用“三次變換”方法進(jìn)行糾正，最后對(duì)糾正后的圖像進(jìn)行矢量化得到所需的古建筑的立面圖。國(guó)內(nèi)21世紀(jì)初葉，三維激光開(kāi)始被應(yīng)用于古建筑測(cè)繪領(lǐng)域，如用于故宮修復(fù)測(cè)繪、和數(shù)碼相機(jī)相結(jié)合對(duì)古建筑物進(jìn)行快速三維重建等，實(shí)現(xiàn)古建的數(shù)字化存檔，為研究中國(guó)古建筑史和建筑理論提供重要資料。但是其技術(shù)含量較高，硬件設(shè)備昂貴，投

12、入大，易受古建筑物周圍高大樹(shù)木遮擋等，實(shí)際實(shí)施往往有難度。近景攝影測(cè)量技術(shù)由于具有瞬間獲取被測(cè)物體大量物理信息和幾何信息、不傷及測(cè)量目標(biāo)，不干擾被測(cè)物自然狀態(tài)、適合于動(dòng)態(tài)物體外形和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)測(cè)定、基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摵同F(xiàn)代硬軟件，可提供相當(dāng)高的精度與可靠性及提供三維空間坐標(biāo)的各種產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)，而成為古建筑的保護(hù)、維修或重建工程是最合適和最理想的方法。在古文物、古建筑領(lǐng)域，自動(dòng)的或半自動(dòng)的數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)是一強(qiáng)有力的工具，可用于古文物、古建筑的重建、修復(fù)、維護(hù)、研究和資料記錄等。四、本課題研究?jī)?nèi)容本論文主要研究的是利用數(shù)碼相機(jī)獲取古建筑的影像資料，結(jié)合數(shù)字近景攝影測(cè)量技術(shù)，通過(guò)PhotoModeler

13、 Scanner軟件對(duì)已獲得的進(jìn)行處理，完成對(duì)古建筑的三維建模和測(cè)量。其中將把研究重點(diǎn)放在以下內(nèi)容上：（1）研究古建筑測(cè)繪的背景、意義以及現(xiàn)狀。（2）研究近景攝影測(cè)量的基本概念。深入闡述近景攝影測(cè)量的常用坐標(biāo)系、像片的內(nèi)外方位元素、共線條件方程式以及共面條件方程式。（3）重點(diǎn)研究近景攝影測(cè)量的理論模型。分析光線束平差解法及 直接線性變換解法這四種攝影測(cè)量中常用理論模型、解算方法和應(yīng)用范圍。（4）認(rèn)真研究非量測(cè)型數(shù)碼相機(jī)檢校的理論和方法。（5）研究古建筑測(cè)繪的野外作業(yè)流程。對(duì)自動(dòng)識(shí)別標(biāo)志的合理布設(shè)，像片的拍攝方法，控制點(diǎn)及相對(duì)控制的布設(shè)深入研究。（6）研究利用PhotoModeler Scanner進(jìn)行古建筑的三維建模與測(cè)量的方法。五、參考文獻(xiàn)1 羅哲文,中國(guó)古代建筑M,上海:上海古籍出版社，20012 左光之, 古建筑測(cè)繪教學(xué)的研究與探討J, 科學(xué)信息，2010.23，P 188-1883 李振濤、許妙忠，數(shù)字近景攝影測(cè)量在古建筑物重建中的應(yīng)用研究B, 測(cè)繪信息與工程，2007.32(4)，P84 曹勇，現(xiàn)代科技在古建筑繪中的應(yīng)用A，現(xiàn)代物業(yè)，