1．   前言 

當今，大量的數字攝影測量軟件如澳大利亞的Photo Modeler，3D-MODE，3DiVision，PI-3000，Kuraves等出現在市場上，反映了數碼相機的迅速普及。然而，由于數碼相機一般沒有測量的目的，要作為量測之用必須利用已知控制點或兩個已知點的距離解求相機的外方位元素和內方位元素，用定向表預先獲取內方位元素是必要的。如果在后一種情況，要將量測坐標轉換到目標空間時，必須利用地面已知點或兩點的距離。

數碼相機是一種便利的量測工具，而且是一種的非接觸攝影測量，但是由于上述的制約因數，目前還處于不能普及利用數碼相機進行簡單的非接觸三維測量的階段。因此，對于為了防止對文化遺產的破壞而需要進行非接觸的三維測量或者從安全性考慮在山體滑坡等危險地區也需要利用數碼相機進行簡單的地形測量也都存在上述的制約因素。

一方面，在數字航空攝影測量領域，利用全球定位系統（GPS）結合慣性測量裝置（IMU）組成的平臺定向系統（POS）已經實用化，甚至不用地面控制點的非接觸測量也已經成為主流。

在此背景下，面向利用數碼相機的簡單的數字攝影測量，除了要事先取得內定向元素，進而要有測定空間內的距離或地面控制點，主要需要開發對對象空間進行非接觸的，利用數碼相機的三維量測系統。

本文的筆者已經構筑了利用數碼相機進行非接觸三維測量的復合型圖象量測系統，在此，介紹利用此系統對國家指定的崎玉縣熊谷市的文化遺產歡喜院圣天堂的雕刻進行測量的事例。

 

2.復合型圖象量測系統

我們構筑的復合圖象量測系統有數碼相機，激光測距儀和兩軸旋轉云臺（水平和垂直旋轉）所構成。激光測距儀的激光軸上設有兩個鏡子（全鏡和半鏡），與數碼相機的光軸相一致。圖一為本系統的外觀，數碼相機的有效象素為400萬。激光冊距儀的精度為100m+/-3mm。

 

3. 圖象的定向

在攝影測量中相機的定向方法主要是利用已知地面點的三維坐標，算出攝影中心的定向元素（位置和姿態），即所謂的空間后方交會。因此，如果缺少地面已知點就不能解算定向元素。而本系統的定向方法是從兩個以上的攝影點，在方向線和距離的約束下進行的空間前方交會法，以實現非接觸測量的目的。復合圖象量測系統中需要測量攝影點到被測點的距離，計測點是指量測空間內任意的明顯的地物特征點，最好在圖象上能清晰地識別的點，但不必已知其三維坐標。而且，復合圖象量測系統的攝影高度為1m，基線長為0.4m，所測點的平面精度為0.587mm。高程（深度）精度為0.921mm。此值大致與攝影測量的精度相當。

圖2：浮雕

 

4. 文化遺產測量的應用

崎玉縣熊谷市的文化遺產歡喜院圣天堂的大殿的側面有精美的浮雕，1984年被國家指定為重要文化遺產。在此，利用本復合圖象量測系統對其中的一塊浮雕（圖2： 浮雕）進行了測量。

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. 結束語

本報告介紹了筆者利用復合圖象量測系統進行的文化遺產非接觸三維測量。系統由數碼相機、激光測距儀組成的簡單的系統，而所锝的成果的平面與高程精度與攝影測量相當。進一步的目標是完善系統的功能，使其成為對量測空間完全的非接觸測量方法。