[科普中国]-超近摄影测量

背景介绍

近景摄影测量是值得重视和研究的方向。它可以节省大量资金不需购置摄影机及绘图设备，利用多倍仪的投影器做为摄影机。对物体进行摄影，而后在多倍仪上恢复立体模型，进行量测和绘图。并且可以解决因摄影机和投影器的主距误差及镜头的畸变差等影响立体模型的变形，而且作业简单方便，因而大大提高量测的精度和速度。根据我们的设想和实验，用此法处理小型文物、外形复杂的机械零件及小型物体的变形量测等方面，可以取得正确点位的量测、绘制正射三面图、等值线图及互补色立体像片图等一系列的资料，为超近景摄影测量领域开创一条道路1。

基本原理多倍仪这种光学投影类测图仪，现在已不用于测制地形图.但将其用作测摄影机及其后的描绘，对较小物体进行超近景摄影测量，是一种既经济又简便的方法2。

多倍仪进行超近景摄影测量是通过摄影光束的几何反转原理，在仪器上建立所摄物体的几何模型，根据量测模型上各点的三维坐标，确定其平面位置和高程，并可绘制等值线图1。

使用多倍仪进行超近景摄影测量时不需要另购摄影机，而利用投影器只要稍加改装，在投影器镜头上制做一个简易的手动式快门盖，即可做摄影机使用。对放在多倍仪绘图桌上的物体进行立体摄影。并可将投影器承片盘上主点位置同时摄影在底片上，经摄影处理(不需要进行缩小仪缩放工作)，将底片安置投影器中(最好把底片仍放置在所摄影的投影器中)，经归心、相对定向、绝对定向等步骤，恢复儿何模型，即可进行量测工作1。

优点(一)可不需购置专用摄影设备，利用投影器代替摄影机，因此一台多倍仪即可进行全部的超近景摄影测量工作。可广泛的发挥多倍仪的作用1。

(二)用同一个投影器先进行摄影然后用投影器投影，这样摄影和投影时主距完全一致，因此可以消除由主距的误差和镜头的畸变差的影响所产生的模型变形，从而正确的恢复摄影时的光束(注意严格的归心)，可以大大提高量测精度1。

(三)摄影后，如保持仪器的投影器位置不变，主梁的手轮和T型支架脚螺丝不动，仍处于摄影时的位置。而在投影建立儿何模型时，只需将底片进行归心和用投影器、螺旋确定底片方位，即可恢复正确几何模型，这样可以大大减少作业步骤和作业时间，并且也可以减少建立模型的作业中产生的误差，从而提高精度。但实际作业中如改变模型比例尺和投影高度等时也只需转动少量有关螺旋，也较易达到定向要求和精度1。

(四)用所摄影的底片，可直接放入投影器中进行投影。不需对底片进行缩放处理，因此作业简便并减少了因底片缩放处理而产生的误差。

(五)利用多倍仪可编制一系列资料。除可在模型上量测各点三维坐标、绘制平面图或等值线图，还可以在多倍仪上印晒纠正影像图及立体像片对，如加上红绿色滤光片进行彩色晒印即可得互补色立体影像图1。

用多倍仪进行的作业内容为了进行多倍仪超近景摄影测量的可行性实验，选用了一个半身石膏人像，绘制其正射移像的等值线图。

(一)仪器装备

采用各种类型多倍仪都可以，但要求投影器承片盘或镜头上有主点标志，以便所摄底片有主点影像。根据所摄物体的大小、高低可采用常角、宽角或特宽角仪器。用投影器做为摄影机，需安装简易快门装置，可选一直径适合的瓶盖，在盖内四周贴上黑绒布，套在镜头上，用手开闭控制底片曝光1。

(二)摄影前准备

首先检查投影器暗箱是否露光，装入底片把快门盖和承片盘上的防护盖盖好在自然光下放一定时间，将底片进行摄影处理，看是否暗箱露光。将T型支架和主梁调到水平位置，使两投影器按计算好的摄影基线长度安置，并使投影器调至水平位置(也可进行倾斜摄影)。投影器镜头至绘图桌的距离可根据影像清晰距离和所摄物体在投影器景深范围之内而定。

(三)摄影

将石膏像平放绘图桌上(根据绘图要求要放好听摄物体位置)。

采用红特硬玻璃片。用，i支100瓦白炽光灯泡照明(注意物体照明亮度要均匀及无阴影)。打开两个投影器快门盖进行1-15秒同时曝光。如在暗室，曝光也可不用开闭快门盖，而用开闭照明灯来控制曝光，这样能使两张底片曝光时间相同，取得更好的效果。经摄影处理，底片质量良好1。

(四)控制点的布设

可用收缩小的绘图纸(最好是聚酚薄膜)用坐标展点仪(或线纹米尺)精确绘制格网(其格网距离可根据需要而定)，其格网点做为控制点，为使控制点在底片上影像清晰，可将格网点绘制明显标志或刺孔。摄影前将其图纸固定在绘图桌上，将所摄物体安置在图纸上面，而后进行摄影。其格网点因都在一平而上其高程相等，或用多倍仪零件，不同高度的控制点柱对好格网点，准确量出其高做为控制点使用1。

(五)建立一定比例尺正确几何模型

其步骤方法同多倍仪测图。

1.恢复内方位元素：将底片安置在投影器承片盘上使底片主点与承片盘主点严格重合归心，因摄影主距与投影主距完全相同，因此就能恢复与摄影时完全一致的投影光束。

2.相对定向：将摄影时的两投影器位置保持不变，此时只需转动两投影器K螺旋即可完成相对定向。并可利用格网控制点或模型特征点检查相对定向精度，如有上下视差只需少量转动相对定向有关螺旋，就可完成相对定向工作1。

3.绝对定向：按要求的绘图比例尺绘制控制点格网底图，即可根据格网底图进行模型绝对定向，其方法同多倍仪测图的绝对定向，如绘图比例尺不是1：1时，只需改变一个投影器B}螺旋，就可确定模型比例尺，因T型支架脚螺旋和主梁的手轮都没有变动，因此模型置平就可方便的完成。当模型比例尺要求1：1时，那绝对定向工作就更为简单了。但在绝对定向时应考虑适当改变投影器高度间题，因为摄影时物体放在绘图桌面上，而量测模型是用测绘台的承影盘上的测标进行的，因此必需使主梁保持水平向上移动，使影像清晰范围和模型的高度在测绘台的承影盘上下移动范围之内，才可进行量测(如测绘台的承影盘的高度不够时可装置承影盘的增高柱)1。

(六)绘制正射等值线图

其方法与多倍仪绘制地形图相同。用测绘台的测标与模型相切，可确定三维坐标和描绘等值线，图1就是绘制石膏像的正射等值线图，其比例尺为1：1，等值线间隔为2mm1。

应用示例满足适用范围的物体都可用多倍仪进行超近景摄影测量，现介绍几个应用的实例1。

小型文物测量许多较小的文物，如塑像、雕刻、珠宝、猿人头骨等等，都是相当珍贵的，有的甚至是国宝。为了保护文物应建立文物档案，以便万一损坏或变形可有依据进行修复，如需仿制，也可提供设计依据。用多倍仪超近景摄影测量的方法可取得平面图、纵面图、等值线图和互补色立体影象图等系列资料3。

生物医学和生物工程人和生物的外形都是极不规则的，用常规的测量方法，是难以得出生物体局部或整体的外型。对于一般摄影机，由于摄影距离近，也难以进行，而对于多倍仪正好可以较高的精度来完成这种测绘工作。它可用于医学和生物学方面，进行测绘生物、人体及器官的外形，牙科学，儿童生长发育，外科学，整形，动植物形态，人与生物的基础资料研究。且可为法医学提供资料。对此，我们做了有效的尝试，如：根据人口腔上下额制做的石膏模型来绘制的等值线图，真人头颅骨等值线图，脚形等值线图等，不仅为医学研究拓宽了范围，而且还为公安侦破提供了依据3。

小型机械零件对一些外型不规则的机械零件，量测及制图是比较困难的。可按需要的角度用多倍仪超近景摄影测量的方法进行量测和制图。在机械制造与金属加工中，也可用此方法进行加工部件的质量控制测量3。