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近景摄影测量相机分类

近景摄影测量的核心设备是相机。按计量性能，可分为量测相机和非量测相机两大类。

量测相机（Metric Camera）

定义：专为摄影测量设计的相机，内方位元素（焦距、主点坐标）精确已知且稳定，镜头畸变极小且可模型化。

特点：

缺点：笨重、价格高、分辨率相对较低（早期数字量测相机像素不超过2000万）。

非量测相机（Non-metric Camera）

定义：普通消费级或专业级数码相机，未经过专门的摄影测量校准，内方位元素未知且可能随调焦、温度变化而漂移。

类型：

• 单反/微单相机（DSLR/MILC）：高像素、可更换镜头、RAW格式存储 →近景摄影测量中最常用的类型

• 工业相机（如Basler、FLIR）：可外部触发，小体积，常用于多相机同步系统

• 智能手机相机：集成度高，用于快速、低精度重建（AR、文物初筛）

特点：

非量测相机的优势：

• 高分辨率（目前6100万像素全画幅已普及，1亿像素中画幅可用）

• 轻便、灵活、可任意角度拍摄

• 结合自检校光束法后，精度可媲美甚至超越传统量测相机

关键问题：必须对非量测相机进行检校。检校后的非量测相机称为“标定相机”，可视为“可用的量测相机”。

标志点（Targets / Marks）

为什么需要标志点？

在近景摄影测量中，物体表面可能缺少足够丰富的纹理（如白色墙面、金属零件），导致自动匹配失败。人工布设标志点可提供稳定、高对比度的特征，实现：

• 亚像素精度的像点定位

• 多张像片间同名点的自动识别与匹配

• 编码点可唯一标识，便于自动定向

非编码标志点（Uncoded Targets）

外观：简单的圆形、十字形、方框等。最常见的是实心圆点（白色背景上的黑色圆点，或黑色背景上的回光反射圆点）。

定位方法：椭圆拟合 → 中心亚像素坐标。

缺点：无法区分不同的点，只能依靠邻近编码点或人工交互识别。

适用：作为测点（需要求解坐标的物方点）配合编码点布设；或在纹理丰富区域作为补充。

编码标志点（Coded Targets）

定义：具有唯一身份识别模式的标志点，软件可自动读取其ID并推断其大致方位。

常见编码方式：

工作流程：

1. 检测圆形区域 → 提取外围轮廓 → 读取编码图案（二值化）

2. 解码得到唯一ID

3. 利用ID信息辅助自动定向（无需人工指定哪个像点对应哪个物方点）

典型应用：工业摄影测量中，在物体表面或测量框架上粘贴几十个编码点，拍摄后软件自动识别并建立坐标系。

回光反射标志（Retro-reflective Targets）

原理：表面涂覆微晶珠或棱镜膜，能将入射光沿原方向反射回光源（不像普通漫反射表面向各个方向散射）。

效果：在相机镜头周围安装环形闪光灯时，回光反射标志在照片中呈现极亮的白色圆点（比漫反射白板亮数百倍），而背景物体较暗。这实现了高对比度、低噪声的像点提取。

特点：

• 像点中心定位精度可达0.02–0.05像素

• 即使在弱纹理或黑暗环境下也能稳定检测

• 价格较低，可粘贴于物体表面或做成编码点

使用注意：

• 必须配合同轴环形闪光灯（环形灯安装在镜头前端）

• 标志点不应被遮挡

• 环境光太强会降低对比度

设备与标志点的选择策略