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针对水库、农田、园区及建筑墙体上不规则区域的面积测量问题,提出了一种基于非量测普通数码相机像元的不规则面积测量方法。该方法依据数码相机像元与区域面积之间的射影几何关系,运用普通数码相机,以正直摄影方式对不规则区域进行摄影取值,而后借助计算机通过开发的软件平台获得面积。改善了人工测量存在的效率低、精度差、劳动强度大,和使用专业仪器价格贵,技术专业要求高的缺点。 论文分析了数码相机中光传感器(CCD或CMOS)上的成像像元与水平面上待测对象和垂直面上测量对象之间各自的射影几何关系,建立了相应的数学模型,推导了具体面积计算公式。通过解析影响摄影精度的因素,采用控制变量法,分别分析了基线、高程、焦距、光圈、摄影距离、对焦点等各参数对测量精度的影响,并提出了相应的解决方案。通过对不规则区域面积的实际摄影测量及实验数据的分析,表明了该方法具有较高的精确性和实用性。 主要研究的成果如下: 1、提出并推导了水平面和垂直面上不规则区域面积的测量算法。水平面上:同一横排的每像元对应的待测对象,其横向宽度和纵向长度相等;不同横排的每像元,其对应区域的横向宽度和纵向长度均不等。根据摄影几何关系,计算每像元的纵边和横边分别代表的实际长度和实际宽度,便可获得该像元代表的实际面积。由于同一横排各像元对应的横向宽度和纵向长度相等,即可求出同一横排的所有像元代表的面积。然后由近及远,求出各横排像元代表的实际面积,加以累加获得总的待测区域面积。 垂直面上:由于摄影镜头、成像底片与待测垂直面均为平行关系,所以垂直面上所有物点到光点的水平垂直距离均相等,这就使得感光底片上不仅同一横排或同一纵列上的每像元对应的实际区域面积相等,而且不同横排与不同纵列上的每像元对应的区域面积也相等,即垂直面上所有像元对应的区域小面积均相等。以横排为单位,由下向上,求出每一横排像元代表的实际面积,然后累加得出总的待测区域面积。 2、建立了基于VC++平台的测量应用软件。将像片对以BMP图像格式导入计算机,在课题研究开发的VC++软件平台上,使用鼠标人工操作绘出所需测量区域的边缘,并对左右像片中的最远点Du及最近点Dd(或最高点Qh跟最低点Q1)进行标定和配对,便可根据测量原理由计算机自动计算出待测区域面积。 3、对区域面积现场拍摄实施方法进行了探讨。以正直摄影方式对待测区域进行摄影取值,通过分析和校验基线、高程、焦距、光圈、拍摄距离、对焦点各参数对测量精度的影响,得出:水平面上布施测量,摄影基线b需满足0.08ymax≤b≤0.25ymin;焦距f要大,但要保证远小于拍摄距离l;拍摄距离l需满足:0.33(ymax+ymin)≤l≤0.5(ymax+ymin);高程h<(0.08l+0.2)且最大不超过5m;光圈值F小区域近距离选小,大区域长距离选大。垂直面上参数选取与水平面相似,但高程h应尽量与待测区域中心高度趋近。 4、选取不规则区域进行实际摄影测量,对一维距离和二维面积的实验数据进行验证分析。结论表明:选取不同距离、高程、焦距、基线长度、光圈值进行拍摄,所得一维数据会略有不同。一维距离的测量信息必会影响二维面积的测量结果。按校验实验结论选取适值参数进行拍摄取值时,可保证一维距离测量的相对误差在3%以下,不规则区域面积测量的相对误差在6%范围以内。 研究表明:基于非量测普通数码相机像元测量不规则区域面积的方法,在选取适值基线、高程、光圈、焦距和对焦点进行拍摄时,具有较高的精确性和实用性,有助于解决对不规则区域面积的测量需求,并将有利于拓展近景摄影测量的应用领域。