1． 前言
當(dāng)今，大量的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件如澳大利亞的Photo Modeler，3D-MODE，3DiVision，PI-3000，Kuraves等出現(xiàn)在市場(chǎng)上，反映了數(shù)碼相機(jī)的迅速普及。然而，由于數(shù)碼相機(jī)一般沒(méi)有測(cè)量的目的，要作為量測(cè)之用必須利用已知控制點(diǎn)或兩個(gè)已知點(diǎn)的距離解求相機(jī)的外方位元素和內(nèi)方位元素，用定向表預(yù)先獲取內(nèi)方位元素是必要的。如果在后一種情況，要將量測(cè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到目標(biāo)空間時(shí)，必須利用地面已知點(diǎn)或兩點(diǎn)的距離。
數(shù)碼相機(jī)是一種便利的量測(cè)工具，而且是一種的非接觸攝影測(cè)量，但是由于上述的制約因數(shù)，目前還處于不能普及利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的非接觸三維測(cè)量的階段。因此，對(duì)于為了防止對(duì)文化遺產(chǎn)的破壞而需要進(jìn)行非接觸的三維測(cè)量或者從安全性考慮在山體滑坡等危險(xiǎn)地區(qū)也需要利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的地形測(cè)量也都存在上述的制約因素。
一方面，在數(shù)字航空攝影測(cè)量領(lǐng)域，利用全球定位系統(tǒng)（GPS）結(jié)合慣性測(cè)量裝置（IMU）組成的平臺(tái)定向系統(tǒng)（POS）已經(jīng)實(shí)用化，甚至不用地面控制點(diǎn)的非接觸測(cè)量也已經(jīng)成為主流。
在此背景下，面向利用數(shù)碼相機(jī)的簡(jiǎn)單的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量，除了要事先取得內(nèi)定向元素，進(jìn)而要有測(cè)定空間內(nèi)的距離或地面控制點(diǎn)，主要需要開(kāi)發(fā)對(duì)對(duì)象空間進(jìn)行非接觸的，利用數(shù)碼相機(jī)的三維量測(cè)系統(tǒng)。
本文的筆者已經(jīng)構(gòu)筑了利用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行非接觸三維測(cè)量的復(fù)合型圖象量測(cè)系統(tǒng)，在此，介紹利用此系統(tǒng)對(duì)國(guó)家指定的崎玉縣熊谷市的文化遺產(chǎn)歡喜院圣天堂的雕刻進(jìn)行測(cè)量的事例。
2.復(fù)合型圖象量測(cè)系統(tǒng)
我們構(gòu)筑的復(fù)合圖象量測(cè)系統(tǒng)有數(shù)碼相機(jī)，激光測(cè)距儀和兩軸旋轉(zhuǎn)云臺(tái)（水平和垂直旋轉(zhuǎn)）所構(gòu)成。激光測(cè)距儀的激光軸上設(shè)有兩個(gè)鏡子（全鏡和半鏡），與數(shù)碼相機(jī)的光軸相一致。圖一為本系統(tǒng)的外觀，數(shù)碼相機(jī)的有效象素為400萬(wàn)。激光冊(cè)距儀的精度為100m+/-3mm。
3. 圖象的定向
在攝影測(cè)量中相機(jī)的定向方法主要是利用已知地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，算出攝影中心的定向元素（位置和姿態(tài)），即所謂的空間后方交會(huì)。因此，如果缺少地面已知點(diǎn)就不能解算定向元素。而本系統(tǒng)的定向方法是從兩個(gè)以上的攝影點(diǎn)，在方向線和距離的約束下進(jìn)行的空間前方交會(huì)法，以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的目的。復(fù)合圖象量測(cè)系統(tǒng)中需要測(cè)量攝影點(diǎn)到被測(cè)點(diǎn)的距離，計(jì)測(cè)點(diǎn)是指量測(cè)空間內(nèi)任意的明顯的地物特征點(diǎn)，最好在圖象上能清晰地識(shí)別的點(diǎn)，但不必已知其三維坐標(biāo)。而且，復(fù)合圖象量測(cè)系統(tǒng)的攝影高度為1m，基線長(zhǎng)為0.4m，所測(cè)點(diǎn)的平面精度為0.587mm。高程（深度）精度為0.921mm。此值大致與攝影測(cè)量的精度相當(dāng)。
圖2：浮雕
4. 文化遺產(chǎn)測(cè)量的應(yīng)用
崎玉縣熊谷市的文化遺產(chǎn)歡喜院圣天堂的大殿的側(cè)面有精美的浮雕，1984年被國(guó)家指定為重要文化遺產(chǎn)。在此，利用本復(fù)合圖象量測(cè)系統(tǒng)對(duì)其中的一塊浮雕（圖2： 浮雕）進(jìn)行了測(cè)量。
圖3.為重建的帶紋理的浮雕三維模型。
圖4.為2mm間隔的等高線圖。
圖5a：HA-HA' HB-HB’橫斷圖
圖5b：VA-VA' VB-VB’橫斷圖
5. 結(jié)束語(yǔ)
本報(bào)告介紹了筆者利用復(fù)合圖象量測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行的文化遺產(chǎn)非接觸三維測(cè)量。系統(tǒng)由數(shù)碼相機(jī)、激光測(cè)距儀組成的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，而所锝的成果的平面與高程精度與攝影測(cè)量相當(dāng)。進(jìn)一步的目標(biāo)是完善系統(tǒng)的功能，使其成為對(duì)量測(cè)空間完全的非接觸測(cè)量方法。
