校准比例尺放置准则和处理

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作者：Cultural Heritage Imaging

为了支持高度精确地测量物体或场地的三维数据，摄影测量从业人员必须学习校准刻度条的正确放置和使用。

准备拍摄主题时，首先将比例尺放在对象或物体上，周围或旁边。 当您拍摄一系列包含比例尺的重叠图像时，即可准备处理图像集以创建3D模型。Agisoft PhotoScan Pro可以在照片中的比例尺上找到目标的确切中心，从而可以高度准确地测量成像对象的任何特征。

比例尺

注意：本文档提供了一些适用于任何基于目标的校准刻度条的提示。这里显示的一组比例尺可以从Cultural Heritage Imaging（CHI）获得。

这个独特的比例尺设计是由美国土地管理局的摄影测量专家组成的资深团队开发和现场测试的。这些比例尺由CHI人员进行校准，精度为1 / 10mm或更好，在刻度条上写下的每个目标之间的实际校准测量。如果您有兴趣购买此套装，可以从CHI网站订购。

如何放置比例尺

将比例尺放置在场景中或感兴趣的对象周围，以便在多个重叠图像中清晰地看到目标。您应该考虑将比例尺作为摄影测量项目的“感兴趣区域”的一部分，并确保您的一组重叠图像超出比例尺的位置。

比例尺条具有目标，当条被放置在场景中或围绕主体时，该目标被用作标记。当一组重叠的照片包含条纹时，这些标记将作为刻度定义的参考点，并且还可以帮助处理工具精确对齐图像。

比例尺不需要出现在每张照片中。他们应该很好地覆盖重叠的照片与几何图形，以便他们的校准值可以用来提供整个摄影测量项目准确的规模。

重要提示：在项目的摄影测量图像捕获过程中，请勿移动比例尺。如果比例尺意外碰撞或移动，请将其从场景中移除。不要试图把它放回现场，因为它不会在完全相同的地方。比例尺必须位于相对于您的项目的固定位置，以便准确使用。

展示位置的例子

下图显示了放置比例尺的一些方法。

图1：在左侧，围绕较小主体的三个比例尺。 在右边，两幅比例尺放在一幅大画的外面。两幅额外的比例尺（未显示）被放置在绘画的远侧。 图2：小亭亭式建筑周围的比例尺。 一些被放置在对象周围的地面上，一些则在这个目标物体上。

使用放置在地面上的比例尺时，在主要拍摄区域外部，您必须拍摄包含比例尺的其他重叠照片，以便在项目中使用它们进行精确测量。

在较大的项目中，尽可能将标尺放在尽可能远的地方，以便在整个项目中验证标度。

图3：四个比例尺的酒吧就位于靠近岩石艺术和铭文的地方。 这些比例尺放置在靠近岩石上方的文字上，但不包括其上方的文字。

您的项目中使用多少个比例尺

虽然摄影测量软件可以通过单个比例尺来添加比例尺，但建议您在项目中至少放置三个比例尺。我们推荐四个。两个比例尺提供基本检查，三个或更多增加准确度和统计精度。

使用个比例尺是理想的，特别是对于大型项目和户外环境，因为在捕捉过程中，比例尺被风吹动，踢到，或者移动都非常容易。如果发生这种情况，该项目仍然具有三个有效比例尺的完整性。

用比例尺处理数据

Agisoft PhotoScan Pro版本1.2中的处理流程包括以下基本步骤：

设置比例尺准确度

检测图像集中比例尺上的目标，以在包含比例尺的每张照片中生成标记。

在特定标记之间创建比例尺对象。

为比例尺对象添加校准的比例尺距离数据。

下面将进一步描述这些步骤中的每一个。 有关放置标记和创建比例尺的更多信息，请参阅“Agisoft PhotoScan Pro用户指南”第4章“参考和测量”。

设置比例尺准确度

从版本1.2的PhotoScan Pro开始，可以设置比例尺准确度。Cultural Heritage Imaging的比例尺被校准到1/10毫米的精度或更好。

如果您使用这些比例尺，则应将“比例尺精度”设置为0.0001。否则，请将此值设置为您正在使用的比例尺的正确值。 (默认值是0.001)

检测标记

对齐照片并优化项目后，使用“检测标记”对话框检测比例尺上的目标，并使用它们自动生成标记。确保参考窗格可见并选择工具>标记>检测标记。

图4：检测比例尺的标记。

提示：我们建议您以20的容差开始，如果不是所有的目标都被检测到，则使其更高。

此图形还显示可能出现在比例尺上的各种标记。

CHI的比例尺包括PhotoScan支持的所有三种标记目标，如图所示。标记目标可以是循环编码，非循环编码或非编码交叉。

编码目标的一个优点是它们总是一致地命名。 编码目标被命名为“目标xx”，其中xx是打印在比例尺上的编码目标的编号。非编码目标按照软件标识的顺序依次命名，并标记为“点xx”，但编号在不同项目中不可重现。

提示：如果您同时使用圆形编码和圆形非编码目标，则应在检测到任何非编码圆形标记之前检测编码标记（本例中为圆形12位标记）。这是因为圆形编码标记的中心是一个圆，如果没有检测到编码标记的标记，它将被检测为非编码圆。然后当检测到编码的标记时，可能有重复的标记。

编码和非编码圆形目标的中心以高精度放置，因为可以算法检测圆的中心。

校准距离的非编码交叉型目标的中心以及由黑白方块组成的小尺寸的角部以高精度放置，因为十字交叉点的中心点可以通过软件算法检测。

尽管您很少使用这些刻度标记来设置项目中的刻度，但您应该保留任何检测到的刻度标记。 他们标记额外的已知点，可以帮助照片对齐和相机校准的软件。

要查看每个图像中生成的标记，请单击顶部工具栏中的“编辑标记”图标（蓝色标记）。 每个标记都被标记为目标或点，并带有一个索引号。

图5：检测到的编码和非编码交叉目标。厘米的角落也被检测到。

有关标记的更多信息，请参阅“Agisoft PhotoScan Pro用户指南”第4章“参考和测量”。

检查和编辑标记

在检测到标记后，您可以在参考窗格的标记区域中看到有关每个标记的信息，如图6所示。

图6：检测到标记后参考窗格的标记区域。

错误（像素）值是该标记放置的像素单位的估计误差。您应该检查这些值以评估自动标记检测的质量。

“投影”值是检测到标记的照片数量。对于用于设置项目比例的任何标记，我们建议至少使用三个投影。

检查每个标记的错误

您可以通过错误进行排序来查找项目中最极端的项目。您可以查看照片上的标记，将其删除或更改其位置。

如果您打算使用标记设置比例尺，建议您移除错误最多的照片上的投影，或者移动投影直到标记误差低于0.4像素。（有关创建比例尺和设置距离值的说明，请参见下面的“创建比例尺对象”）

从PhotoScan 1.2版开始，可以查看有关任何给定标记的投影的所有图像的信息，并查看每张照片上每个投影的像素误差。要查看此信息，请右键单击工作区或参考窗格中的标记，然后从菜单中选择“显示信息...”。

图7：标记的“显示信息...”框

您可以在信息对话框中对像素错误的“值”进行排序。您可以从具有高像素错误的照片中移除标记。从PhotoScan 1.2.5版本开始，您可以双击信息对话框中的图像名称，该图像将显示在主窗口中。我们建议您对计划用于创建比例的任何标记至少有3个投影。（请参阅下面有关如何添加和删除标记）

提示：在使用标记投影对每张照片排序像素错误之后，可以从具有高像素错误的任何照片中移除标记。移除标记会影响该标记的投影数量，因此请务必检查是否有足够的标记。

您也可以通过右键单击该标记并选择“通过标记筛选照片”来查找具有特定标记投影的所有图像。然后检查具有绿色或蓝色标志（指示正在使用标记）的图像的标记位置。 为此，请双击照片窗格中的图像，然后放大主窗口区域中的目标。

如果对照片中的标记进行了任何更改，请单击参考窗格工具栏中的更新以更新像素误差估计值。

检查每个标记的投影数量

如果您的图像设置合适，图像重叠，标记应出现在三个或更多的图像中。如果您看到标记的投影数少于三个，则可以用手将标记放置在其他照片上。或者，您可以选择不使用该标记来创建比例尺。

如上所述，有两种方法可以找到具有给定标记的投影的照片。您可以使用通过标记筛选照片或“显示信息”对话框。然后，您可以删除具有较高错误的标记，或重新定位它们。如果您没有足够的标记，可以手动放置它们。

PhotoScan有时会检测到附加照片，并带有灰色标记，因为对位置没有足够的确定性。 除非您将标记明确地放置在附加照片或照片中，否则这些潜在标记不会用于项目中，如图8所示。如果你没有足够的预测，增加更多的方法是明确地在照片中放置任何潜在的标记。

图8中的照片13的绿色标志表示目标72的标记正被用于该照片中。灰色标志表示检测到潜在的标记，但未被使用。

要将潜在标记转换为使用过的标记，请双击以选择带有灰色标记的照片。在主窗口区域中，将鼠标悬停在建议标记的标记底部，直到变为红色。然后您可以右键单击以显示上下文菜单。 要放置标记，请从右键单击上下文菜单中选择放置标记。

图8：手动放置标记

创建比例尺对象

处理软件使用比例尺对象来表示具有用于创建标记的目标的物理比例尺。 所有标记生成后，必须从标记对创建这些比例尺对象。

要创建比例尺对象，请在参考窗格中选择两个标记，然后右键单击并选择创建标尺。

您创建的每个比例尺对象应该与您在捕获图像集时使用的物理校准比例尺相对应。

图9：创建一个从目标71到目标72的比例尺

添加比例尺距离

在“参考窗格”工具栏中选择“查看源代码”以查看您创建的比例尺对象。每个比例尺对象都与“距离”值关联，您可以将其设置为物理比例尺上两个标记之间精确的距离（以米为单位）。 这是提供整个3D项目规模的信息。

图10：更新有关标记和比例尺的信息

距离值最初是空白的，为了设置模型的比例，您必须输入一个或多个比例尺对象的距离值。对象中标记之间的距离应与物理比例尺上目标之间的已知距离相匹配。

输入已知的距离值：

选择一个比例尺对象。

双击距离（m）列。

输入相应校准比例尺的目标之间的已知距离。

提示：虽然可以使用单个比例尺的已知距离来缩放项目，但更多的比例尺强烈重新开始。两个标尺提供基本检查，三个或更多增加准确度和统计精度。

提示：对标记或比例尺对象进行任何更改（如手动放置或移动标记或输入比例尺距离）时，请单击“更新”以查看这些更改对错误和估计距离的影响。

检查估计的比例尺距离值

在拍摄清晰的照片和合适的图像重叠的拍摄项目中，每个比例尺对象的估计距离值与相应校准比例尺中的已知目标距离之间的差值应该小于比例尺的精度。CHI的比例尺为1 / 10mm（0.0001米）。

每次更新源数据时，该工具都会优化整个模型的比例。然后使用当前比例和项目几何来估计所有定义的比例尺对象的距离。

要显示基于当前比例的估计距离值，请单击工具栏中的查看估计图标。

图11：显示比例尺对象中标记之间的估计距离

在图11中，您输入的距离值将由当前项目规模的估算值替换。该工具根据为模型开发的当前比例来估计所有比例尺对象的值。

复选标记显示已输入距离数据的对象。对于这些对象，估计的距离值被调整以符合模型中的当前比例。

未经检查的对象只有估计数据，因为没有明确输入数据。

您可以通过查看比例尺对象的估计距离值与您用于生成图像集的物理比例尺中的目标之间的已知距离相匹配程度，来评估当前比例尺的准确性。

提示：除了对应于您的物理比例尺的比例尺对象之外的所有输入，输入已知的标记距离。 这使您可以将整个估计值与调整值进行比较。