淺談機(jī)器視覺系統(tǒng)和攝影測(cè)量
工業(yè)4.0時(shí)代到來(lái)以后,機(jī)器視覺系統(tǒng)再一次引起廣泛關(guān)注,成為工業(yè)建造中的寵兒。機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品(即圖像攝取裝置,分CMOS和CCD兩種)將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào),傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息,轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征,進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。
同時(shí),攝影測(cè)量作為新時(shí)代測(cè)繪地理信息行業(yè)的重要支柱學(xué)科,同樣在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中擁有非同尋常的地位。它的主要任務(wù)是用于測(cè)繪各種比例尺的地形圖、建立數(shù)字地面模型,為各種地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。攝影測(cè)量學(xué)要解決的兩大問題是幾何定位和影像解譯。幾何定位就是確定被攝物體的大小、形狀和空間位置。幾何定位的基本原理源于測(cè)量學(xué)的前方交會(huì)方法,它是根據(jù)兩個(gè)已知的攝影站點(diǎn)和兩條已知的攝影方向線,交會(huì)出構(gòu)成這兩條攝影光線的待定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。影像解譯就是確定影像對(duì)應(yīng)地物的性質(zhì)。
當(dāng)被測(cè)物體的尺寸或攝影距離小于100米時(shí)的攝影測(cè)量稱之為近景攝影測(cè)量(Close-range photogrammetry)。隨著數(shù)字傳感器技術(shù)的發(fā)展,尤其是CCD器件和CMOS器件的迅速發(fā)展,利用CCD(或CMOS)像機(jī)不需要膠片就可直接獲得被測(cè)物的數(shù)字影像,這種直接基于數(shù)字影像的近景攝影測(cè)量稱為數(shù)字近景攝影測(cè)量(digital close-range photogrammetry)。
由此可見,數(shù)字近景攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺(特別是立體視覺)在研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)上十分相近。數(shù)字近景攝影測(cè)量關(guān)注的是幾何量的量測(cè)信息(物體的位置、大小和形狀等);計(jì)算機(jī)視覺也需要量測(cè)信息,但其更為關(guān)注的是對(duì)物體進(jìn)行描述、識(shí)別和理解。因此,數(shù)字近景攝影測(cè)量和視覺測(cè)量(或檢測(cè))所關(guān)注的是完全一致的。
事實(shí)上,數(shù)字近景攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺(測(cè)量)的理論基礎(chǔ)是一致的,二者都是針孔成像原理(像點(diǎn)、鏡頭中心和物點(diǎn)共線)的具體應(yīng)用。但由于各自學(xué)科的歷史、研究?jī)?nèi)容和側(cè)重點(diǎn)的不同,在具體的諸多方面又存在著差異,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
⑴ 出發(fā)點(diǎn)不同導(dǎo)致基本參數(shù)物理意義的差異:攝影測(cè)量中的外部定向是確定影像在空間相對(duì)于物體的位置與方位(將物體先平移再旋轉(zhuǎn)),而計(jì)算機(jī)視覺則是物體相對(duì)于影像的位置與方位來(lái)描述問題(將攝像機(jī)先旋轉(zhuǎn)再平移)。
⑵ 由于兩者不同的出發(fā)點(diǎn)導(dǎo)致基本公式的差異:攝影測(cè)量中最為基本的是共線方程,而視覺測(cè)量中最為基本的公式是用齊次坐標(biāo)表示的投影方程。
⑶ 數(shù)學(xué)處理算法的不同:攝影測(cè)量淵源于測(cè)繪學(xué)科,基于非線性迭代的最小二乘法平差求解貫穿于數(shù)字近景攝影測(cè)量的全過程,而計(jì)算機(jī)視覺強(qiáng)調(diào)矩陣分解,總是設(shè)法將非線性問題轉(zhuǎn)換為線性問題,盡可能避免求解非線性方程。
盡管數(shù)字近景攝影測(cè)量與計(jì)算機(jī)視覺有這樣、那樣的差異,但在最近20年的發(fā)展過程中,學(xué)科間的交流逐步增加(相互參加、協(xié)助召開學(xué)術(shù)會(huì)議并出版論文集,如ISPRS、SPIE等),兩者的學(xué)科交叉越來(lái)越多。數(shù)字近景攝影測(cè)量中的許多基本概念與方法來(lái)自影像處理與計(jì)算機(jī)視覺(如數(shù)字圖像處理的某些算法、編碼標(biāo)志的自動(dòng)識(shí)別);反過來(lái),攝影測(cè)量中的一些特色理論和方法又為視覺測(cè)量所采用(如整體光束法平差算法、像機(jī)自標(biāo)定原理和方法等)。為此,攝影測(cè)量界的學(xué)者早就開始思考和把握這種態(tài)勢(shì)。
隨著時(shí)代的發(fā)展,人工智能,智慧城市,大數(shù)據(jù)等在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,讓一切都有了不同的轉(zhuǎn)變。
中國(guó)測(cè)繪學(xué)會(huì)2018學(xué)術(shù)年會(huì)的主題是“創(chuàng)新、智能、融合——開辟測(cè)繪地理信息新時(shí)代”。從年會(huì)的主題我們不難了解到今后新時(shí)代的測(cè)繪地理信息行業(yè)的發(fā)展方向——創(chuàng)新是生產(chǎn)力,智能化測(cè)繪工作是方向,融合多領(lǐng)域共同發(fā)展。
所以機(jī)器視覺系統(tǒng)和攝影測(cè)量?jī)煞N殊途同歸的學(xué)科的逐漸相互融合并優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)是發(fā)展的必然趨勢(shì),二者的融合也必將帶給學(xué)科及人類科技發(fā)展以重大的幫助。(素材來(lái)源于網(wǎng)絡(luò),由中測(cè)網(wǎng)整理發(fā)布)
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