摄影测量

摄影测量是一个内容丰富的话题。多年来越发受欢迎，可应用于各种不同场景，尽显神通。下面，我们将为您简要介绍摄影测量技术背后的重要概念、常用硬件以及该技术适用或不适用的情况。

首先，摄影测量如何定义。

我们将摄影测量定义为根据相片获取可靠测量信息的方式。“可靠”一词在这里颇为关键，可靠程度是摄影测量的要义所在。

回到前面所说的犯罪现场，比如我们有一张地面上的鞋印照片，边上还有一把法医测量尺。但是，哪怕有这么一把尺，我们也无法准确判断出鞋印尺寸。如果出现一个小土堆，鞋印存在弯曲，那么它一定比实际看起来小。

如果这只鞋印踩在了一个凸起的小土堆上，那从这个角度来看，鞋印看起来小于实际，因此由这张相片得出的尺寸不准确。

为了准确测量，我们必须考虑到表面的曲率。但如果相机是以俯瞰视角拍摄的鞋印，那就无法看出地面的轮廓。

那摄影测量技术是如何避免这一问题的呢？

简言之，就是通过不同位置和不同角度拍摄的重叠相片来判断。

摄影测量法会根据不同位置和角度拍摄的重叠相片，来推断场景的尺寸。

除了上述提及的标记点和比例尺，摄影工具在操作过程中也起到了举足轻重的作用。

摄影测量法最终的效果如何，完全取决于过程中使用的图片质量。分辨率、照明条件、景深等因素都会影响最终测量结果的准确度和真实度。细节丰富的清晰图片至关重要。

尽管摄影设备这件事也相当复杂，三言两语难以解释清楚，但仍有几个概念值得在此讨论。摄影师或任何能玩转相机的人，都有一定优势。如果您的工作经常和焦距、光圈打交道，或者对此有爱好，那基本就已经掌握了。您可以跳过以下几节，直接阅读摄影测量的应用场景。

传感器

相机有各种外形和尺寸，从手机相机、闭路电视摄像机、GoPros相机，到成熟专业的视频设备。各类相机究竟有多契合您的项目需求，或许主要归结为它们的传感器有多大。

传感器对相机而言，就好比人眼中的视网膜。它能记录透过镜头拍摄的相片，并决定实际捕获的细节程度。传感器越大，捕获的点就越多，对应的细节程度就更丰富。

相机内部的传感器记录透过镜头进入的图像，并决定图像的像素。

虽然一个小型傻瓜机也可以在光照条件好的情况下完成任务，但有全画幅传感器（或是傻瓜式相机的30倍）的高端单反相机可以提供更多像素，让3D模型分辨率更高。

传感器尺寸同样也会影响裁剪系数。两个不同传感器上的相似镜头可以捕获内部的不同比例，因为小型传感器“看到”的更少，而大型传感器可以在每张相片中覆盖场景更多部分。

镜头

镜头是这一过程中的又一关键因素。镜头负责弯曲光线并将其聚焦于相机传感器。它决定了聚焦、曝光、放大率，以及图像中的视角宽度。

镜头负责弯曲光线并将其聚焦于相机传感器。它对成像质量有直接影响。

镜头一端是一块弯曲的玻璃，另一端是光圈（可以调节光线通过的孔径大小）。相机快门打开和关闭，让光线通过镜头光圈短暂地进入传感器，完成图像捕获。这些部分结合起来，就能决定图像属性，因此是摄影测量中重要的考量因素。

焦距

焦距是指相机传感器和镜头上光线聚集点之间的光学距离（以毫米为单位）。焦距决定了视角和放大率。数字不大（焦距短），意味着视野较宽，放大率较低，相机可以捕获更多场景。摄影测量法中通常焦距固定。

镜头焦距决定了视角和放大率，也就是能捕获多大的场景。

光圈

光圈值为一个数据（用F值表示），表示镜头光阑打开的程度，以使光线进入相机。每一个光圈可以使进入相机的光线量翻一番。不过比较不符合直觉的一点是，大数值（如f-32）意味着开口较小，而小数值意味着光圈较大。

光圈直接决定了景深，即聚焦范围的大小。大光圈可以聚焦图片中的某一图层，并模糊其余部分。这一效果非常适合人像摄影，人像有清晰的焦点，同时虚化背景。这种虚化称为焦点虚化。

光圈决定景深，即聚焦范围的大小。

在摄影测量中，我们希望尽可能确保聚焦范围更大。虚化背景会增加图片拼接的难度。

这就是另一种虚化——动感虚化。

快门速度和动感虚化

快门速度是指相机快门保持开放、允许光线进入传感器的时间，通常以几分之一秒计算。除了影响抵达传感器的光线量，快门速度还直接影响动感虚化。

如果快门打开时，拍摄对象或相机移动，那最后的相片就会模糊。举个直观的例子，一张用高速快门拍摄的直升机旋翼桨叶会停止不动，而慢速快门会虚化动态过程，看不清桨叶。

如手持相机拍摄，我们希望使用高速快门，以抵消手部晃动。当然，也可以使用三脚架保持相机完全静止。

快门速度决定了动感模糊的状态。高速快门可以让动作静止，慢速快门可以让动作模糊。

总之，如希望通过摄影测量法获得最佳效果，以上因素都需要考虑。

但在考虑是否使用摄影测量法时，有几个问题需要考虑。简单来说，就是要紧紧围绕项目需求。

公制摄影测量，却没有专门设备

如需精准测量，无需重点关注色彩信息，那您可以采用摄影测量法，前提是您有适用于测量用途的高级摄影测量套件。例如Hexagon的高端摄影测量系统。通常套件包括一台数码相机、一组标记物、一组精准校准的比例尺，确保硬件到位。

专门用于测量相关用途的完整摄影测量套件。

但是，请记住，虽然精度很高，但和一套高质量的开云体育手机版登入 仪比，这样的套件工具仍然只能生成稀疏的点云。

高精度密集点云

如您需要高精度密集点云，那么一台Artec Eva这样的开云体育官方首页登录入口 效果更佳，它可以每秒采集并处理高达200万点，精度高达0.1毫米。

事实上，Eva采用结构光扫描技术，能采集几乎任何物体，包括黑色反光表面，无需标记点，是一款优秀的全能型解决方案。

没有高端相机的情况下采集色彩和纹理数据

但是，如果您使用摄影测量不是为了测量，而是为了采集纹理，那就必须确保您使用的摄影测量相机比Artec Space Spider、Artec Leo这类纹理采集的开云体育官方首页登录入口 效果更好。

如您使用摄影测量采集纹理，确保您使用的相机比纹理采集类开云体育官方首页登录入口 （如Artec Space Spider或 Artec Leo）效果更佳。

电影、游戏设计从业者通常拥有一套高端摄影设备。这类专业设备可以生成质量极高的图像，纹理效果往往超过一台普通开云体育手机版登入 仪相机。

即便如此，这类摄影测量不使用标记点，往往不够准确。即便有一台高清相机，最好也能配合同时使用专业开云体育手机版登入 仪，在精准模型上贴上纹理。所有开云体育官方首页登录入口 开云体育手机版登入 仪都能在不使用标记点的情况下工作，因此非常适合和摄影测量法同时使用。

摄影测量法的基本缺陷

总的来说，摄影测量法的缺点主要是耗时、专业门槛高，即便具备了专业水准，如果环境条件不适宜，也很难达到预期效果。有时，可能需要拍摄几十、甚至几百张包含重叠部分的高清图片。

此外，除非您已经做好耗时耗力准备控制场景光照的准备，否则，您还得关注每张相片中的光线没有很大差异。某张相片中的物体若是出现阴影，那么也会反应到最终模型上。

摄影测量要求有均匀且充足的照明，需要对场景进行相应的规划和准备。

相反，大多数手持式开云体育手机版登入 仪自带光线，可以照亮物体。因此，除非需要开云体育官方首页登录入口 获得极高质量的纹理，一般情况下，您无需担心像摄影测量那样担心光线问题。若使用手持式开云体育手机版登入 仪扫描场景，几乎不需要任何准备工作。

类似Artec Leo这样的开云体育官方首页登录入口 自带触摸屏，能在扫描期间实时生成扫描模型，让您自如移动。设备配备机载自动处理功能，内置电池，支持无线连接，可以直接传送至另一台设备。所以，使用Artec Leo扫描，基本和视频拍摄操作相同。

当然，摄影测量法也有优势。相比开云体育手机版登入 ，摄影测量成本低。如扫描几米长的大型区域，效果也不错。

市面上有不少摄影测量软件。稍作调查，就会发现从免费程序到几千美元的软件套件，琳琅满目。同样地，如何选择，还是取决于您的需求以及现有资源。

如初次接触摄影测量，建议使用免费解决方案，如3DF Zephyr、Meshroom或Visual SFM。但是，这些免费程序有部分功能被限制，可能运行速度较慢，最终效果不精确。您可能需要安装另外的插件，制作彩色纹理网格。

如需更多功能，可选择更完善的解决方案，例如Elcovision、iWitness或Photomodeler。MetaShape、Pix4D和Reality Capture也是常用软件。

如需将摄影测量用于计量目的，Hexagon的Aicon 3D Studio套件功能智能强大。软件还支持通过插件和PolyWorks交互。PolyWorks提供一系列3D测量功能，能胜任多数工业制造企业的任务。

对于CGI专家等从业人员而言，他们对几何和纹理都有着极高的要求。Artec Studio 16工作流程简单明了，能同时收获完美纹理和几何。新版软件升级后，开云体育手机版登入 仪网格数据贴图操作可无缝衔接。

开云体育官方首页登录入口 屡获殊荣的开云体育手机版登入 仪扫描精准，精度水平业内领先，手持式开云体育官方首页登录入口 Artec Space Spider高达0.05毫米，桌面式开云体育官方首页登录入口 Artec Micro精度更高，可达10微米。

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