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摄影测量学的前世、今生与未来

武汉大学学报2017-12-05 11:15:03

摘要: 如果我们用拼图来拼凑摄影测量的理论基础,我们会发现摄影与测量是这样相亲相爱的

  中国科学院院士,龚健雅教授在学术论文《从摄影测量到计算机视觉》中对摄影测量学的前世今生做了详尽的介绍,并展望了摄影测量的未来,指出与计算机视觉、人工智能等学科的进一步交叉融合是摄影测量发展的必然之路。

  什么是摄影测量?

  摄影测量学是一门利用光学像片研究被摄物体的形状、位置、大小、特性及相互位置关系的学科。简而言之,就是以摄影为工具,以测量为目的。

  如果我们用拼图来拼凑摄影测量的理论基础,我们会发现摄影与测量是这样相亲相爱的⋯⋯

  Part 1  透视变换的几何原理

  摄影测量理论基础拼图的第一个板块是透视变换的几何原理。离开透视变换,就无法计算相片中物体的形状位置信息。

  也就是说,如果没有透视变换,就算你拍出的照片再精美,也无法从照片测量出什么有用信息。有了透视变换,我们才能在二维的纸张/照片上,展现出物体的三维特征。

摄影测量学的前世、今生与未来

  (几何透视变换)

  文艺复兴初期的意大利建筑师布鲁内莱斯基(Brunelleschi,1377-1446),真正建立了几何意义上的透视法。他启发了同时代的画家。马萨乔(Masaccio,1401-1428),是第一个运用透视法的画家。

摄影测量学的前世、今生与未来

  (透视窗。从左到右分别是:模特、透视窗、对着透视窗临摹的画家

  十九世纪中叶,法国测量学家和摄影测量学的先驱Fourcade首先发现了用立体照片可重建立体视觉,从而促进了摄影测量的诞生。此处高亮“双目视觉”的概念。

  Part 2  成像设备

  几何透视变换和双目视觉理论的发展为摄影和测量牵上了线,然而要想共乘友谊之舟不翻船,需要一个重要的工具:相机?不,用我们学术期刊的专业术语,叫,成像设备。

  19世纪早期,德国教授舒尔兹发现银的混合物在日光下会变黑。1839年,法国画家达盖尔发明了银版摄影法,并制作了世界上第一台真正的照相机。

  1969年,贝尔实验室的博伊尔和史密斯发明了一种称作为电荷耦合器件(charge coupled device,CCD)的元件,这是一种高感光度的半导体单晶材料。

  看到这里,相信无数老法师小伙伴已经露出了欣慰或心酸的微笑,胶片/数码相机的出现,让许多人在“单反穷三代”和“毒、德味、大师、学习了”的大坑中越陷越深,也让摄影测量有了最关键的工具。

摄影测量学的前世、今生与未来

  (哈苏数码相机)

  在其后漫长的岁月里,相机和照片帮助人们将野外测量工作搬运至室内。“内业”工作成为主体,照片替代了三脚架、经纬仪和标尺,成了主要的研究对象。

  传统测绘地形图 -----> 航片

摄影测量学的前世、今生与未来

摄影测量学的前世、今生与未来

[责任编辑:李盈]
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