摄影测量课件第一章摄影测量学概论

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1、第一章 绪论,一、传统摄影测量学定义 是利用光学摄影机摄影的像片，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门科学和技术。它包括的内容有： 1、获取被摄物体的影像； 2、研究单张和多张像片影像的处理方法； 3、所测得的成果以图解形式或数字形式输出的方法和设备。,二、摄影测量学的任务 1、测制各种比例尺的地形图（现代数字摄影测量还包括了DEM和DOM等）； 2、建立地形数据库。,三、摄影测量的特点 1、是在像片上进行量测和解译，无需接触物体本身因而很少受自然和地理条件的限制。 2、可摄得瞬间的地物影像。像片及其它各种类型影像均是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、逼真，人们可以从中

2、获得所研究物体的大量几何信息和物理信息。 3、所摄物体只要能够成像，均可采用摄影测量技术。,四、现代摄影测量学的定义 自70年代，美国陆地卫星（Landsat）上天后，遥感技术获得了极为广泛的应用，摄像设备得到了很大的扩充。 现代摄影测量学由于和遥感学科密不可分，因此，一般将二者合为一个名词。摄影测量与遥感乃是对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术。,四、现代摄影测量学的定义 Photogrammetry and Remote Sensing is the art,science and technology of

3、obtaining reliable information from noncontact imaging and other sensor systems about the Earth and its environment, and other physical objects and processes through recording,measuring,analyzing and representation.,五、摄影测量学的分类 按照距离远近分： 1、航天摄影测量 2、航空摄影测量 3、地面摄影测量 4、近景摄影测量 5、显微摄影测量 按照用途分有：地形摄影测量、非地形摄影

4、测量与遥感。 按技术处理手段分为： 模拟摄影测量 解析摄影测量 数字摄影测量,六、摄影测量发展的三个阶段 1、 模拟法摄影测量 指的是用光学或机械方法模拟摄影过程，使两个投影器恢复摄影时的位置、姿态和相互关系，形成一个比实地缩小了的几何模型；即所谓摄影过程的几何反转，在此模型上的量测即相当于对原物体的量测。所得到的结果通过机械或齿轮传动方式直接在绘图桌绘出各种图件来，如地形图或各种专题图。,人眼之所以能区分远近在于人眼在观察物体时可以形成交会角，也称之为生理视差。,2 、解析摄影测量 从几何的角度，利用数学的方法根据影像空间的像点位置重建物体在目标空间的几何模型，也即找到像点与物点之间的数学对

5、应关系。,（1）解析测图仪 解析测图仪是解析摄影测量的基本设备，它是首先实现测量成果数字化的仪器。在机助测图软件控制下，将在立体模型上测得的结果首先存在计算机上，然后再传送到数控绘图机上绘出图件。 （2）解析空中三角测量 解析空中三角测量实现了用摄影测量方法快速、大面积地测定点位的精确方法，它是计算机用于摄影测量的第一项成果，经历了航带法、独立模型法和光束法三个阶段。,（3）解析摄影测量与模拟摄影测量的不同之处在于： 1、前者是利用计算机来完成摄影测量中复杂的几何解算和大量的数值运算。 2、前者的投影方式是数字投影，后者是模拟投影。 3、输出的产品不仅有模拟产品还有数字产品，有的可以直接进入地

6、理信息系统中。 4、前者的方法理论上更严密，更快捷，更方便。 5、解析摄影测量可以测量的物体种类繁多，只要能被摄影即可。,3 数字摄影测量 从广义上讲，数字摄影测量指的是从摄影测量和遥感所获取的数据中，采集数字化图形或数字数字化影像，在计算机中进行各种数值、图形和影像处理，研究目标的几何和物理特性，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品。 这里的数字产品包括数字地图、数宇高程模型（DEM）、数字正射影像、测量数据库、地理信息系统和专题信息系统的空间数据库等。这里的可视化产品包括地形图、专题图、纵横剖面图、透视图、正射影像图、电子地图、动画地图等。,（1）数字摄影测量中获得影像的方法 一种是直接

7、用数字摄影机获得数字影像； 一种是扫描仪对像片进行扫描得到数字化的影像。 （2）数字摄影测量的两大任务 一是自动影像匹配与空间定位； 二是自动影像判读。,（3）数字摄影测量与解析摄影测量的不同之处 它处理的原始信息不仅可以是航空像片（数字化影像），更主要的是航空、航天的数字影像； 它以计算机视觉来代替人眼的立体观测，因而所使用的仪器只需要计算机和一些相应的外部设备； 它不但可以获得影像的几何信息，还能获得丰富的物理信息。,硬件配置 主流个人计算机（PC） 立体观测装置:偏振光镜屏（Z-Screen）或C型液晶立体眼镜（Crystaleyes）或N型液晶立体眼镜（Nuvision） 量测控制装置

8、:手轮和脚盘（VirtuoZo-H/F）或三维鼠标（3D Mouse）或鼠标（Mouse）,（4）数字摄影测量的特点 自动量测； 处理的数据量大，依赖于计算机的发展； 速度快； 精度：子像素级相当于2 m （立体坐标量测仪120m）； 影像解译：自动提取与识别(物理属性）； 自动化程度：自动化（内定向、相对定向、DEM、DOM)； 地物：全部人工交互；道路、房屋：半自动。,七、摄影测量与遥感之间的关系 遥感技术对摄影测量学的冲击和作用首先在于它打破了摄影测量学长期以来过分局限于测绘物体形状与大小数据的几何处理。遥感为摄影测量提供了大量的多时相、多光谱、多分辨率的丰富影像信息。 摄影测量中的几何

9、定位和几何纠正以及影像匹配理论也都可以应用于遥感图像的复合和几何配准上。 摄影测量的主要成果如DEM乃是支持和改善遥感图像分类效果的有效信息。,张祖勋院士：摄影测量的主要范畴是量测。除主要外，还有次要，如非语义信息房屋、道路、色彩信息等。具体而言，摄影测量与遥感是一门“对二维影像进行量测，产生三维物体，对它进行输出表达（如地形图）”的学科；并强指出摄影测量侧重于几何，而遥感技术侧重于物理，随着遥感从定性到定量，二者的联系愈来愈紧密 。 李德仁院士：“摄影测量”与“遥感”是“一个相同学科而存在于不同的时期，遥感就是摄影测量学的发展和扩充”，并与GPS和GIS的关系密不可分，形成了一门综合的新型科

10、学技术地球空间信息学，它是地球信息科学的重要组成部分，是数字地球的基础；摄影测量和遥感作为“地球空间信息学”的有机组成部分，是为数字地球提供实时、动态、全球、廉价和其它方法难以取代的空间框架图像数据及从中导出语义与非语义信息的惟一技术手段。并指出：在实现数字地球的过程中，摄影测量和遥感必将得到更大的发展 。,八、摄影测量与GIS之间的关系 摄影测量与遥感愈来愈成为为GIS采集数据和更新数据的重要手段；而GIS的信息将对遥感数字图像处理和自动分类起着重要的作用。 摄影测量、遥感与GIS结合分为了两个阶段： 1、各种专题图与地形图是通过对遥感影像的几何纠正和目视判读制作出来，然后通过图件数字化方法

11、送入GIS中。 2、70年代中期，则研究如何由遥感影像中自动提取各种专题信息（栅格数据），然后再将它们变成矢量数据送入GIS中。 3、现在正在研究摄影测量与遥感和GIS一体化的系统，经过摄影测量采集的数据、遥感影像均可直接进入地理信息系统。,九、摄影测量学的新发展 1、数码相机逐步应用于航空摄影测量； 2、动态GPS配合惯性测量系统（GPS/IMU）； 3、激光探测及测距系统（LIDAR）,数码相机逐步应用于航空摄影测量 随着计算机技术的飞速发展，数码影像因其便于计算机处理、存储和通过网络进行传输，在航空摄影测量中的应用已越来越普遍，全数字摄影测量工作站已全面替代了传统的解析测图仪，为了给全数

12、字摄影测量工作站提供工作所需的数码影像，目前使用的是高精度的扫描仪将航空底片扫描成为数码影像。但是因为多了一道工序，对于成图的周期、成本都是不利的。数码相机的发展为我们解决这一问题提供了一个非常好的手段，,数码相机逐步应用于航空摄影测量 数码相机的核心是CCD（charge-couple device 电荷耦合器件）阵列，CCD阵列的解像率对其应用的范围起着决定性的影响，目前航摄仪所使用的23*23CM的航空胶片其解像率相当于20K*20K像素的数码相机的解像率，而目前数码相机的解像率只能达到9K*9K像素，一定程度上限制了数码相机在航空摄影测量中的大规模应用。但随着光电子技术的飞速发展，相信

13、在不长的时间内，能够满足航空摄影测量所需的高解像率数码航摄仪就将诞生，到那时数码相机将成为航空摄影测量中数码影像的主要获取手段。,动态GPS配合惯性测量系统（GPS/IMU） 航空摄影测量的一个核心问题是光束恢复，为了精确的恢复摄影瞬间的光束往往需要在地面上布设足够多的高精度控制点，通过严密而复杂的计算，反算出摄影瞬间飞机的姿态与位置，从而达到恢复摄影光束的目的。这种方法对野外控制点的密度、精度要求很高，在某些特殊地区实现非常困难，并且极大地影响了成图的周期及质量。运用动态GPS配合惯性测量系统IMU可以非常好的解决这一难题。,动态GPS配合惯性测量系统（GPS/IMU） 动态GPS其整体平面

14、的定位精度已达到了相当高的水平，但是不能够对飞机摄影瞬间的姿态进行描述。而惯性测量系统却与之相反，因此利用精确的时钟将二者结合起来即可测得飞机在摄影瞬间的姿态与位置，从而在航空摄影的过程中即可解决航空摄影测量中的光束恢复问题。理想情况下，动态GPS配合惯性测量系统IMU能够淘汰航测外业控制测量这一艰苦、繁重的工作，极大降低劳动强度，缩短航测成图的周期，将航空摄影测量的精确、快速的优势完全发挥出来。,激光探测及测距系统（LIDAR） 激光探测及测距系统是设计安装在飞机上的激光系统，用于量测被测物体的三维坐标。当飞机飞过目标时，系统会将单个激光脉冲从发射源到目标及再返回系统的时间记录下来，再配合脉

15、冲发出瞬间飞机的空间坐标及姿态，从而解算出被测物体的三维坐标。,激光探测及测距系统（LIDAR） 尽管70年代后期，激光测距技术已在测量领域开始应用，但受其测量的距离及脉冲的频率以及动态定位技术的限制，动态激光测距技术的发展一直比较缓慢。但随着激光技术的发展及动态GPS配合惯性测量系统IMU的应用，终于使激光探测及测距系统成为一种切实可行的商业选择。由于其地面模型的空间分辨率是由扫描角度、脉冲频率、飞行速度、飞行高度等综合作用的结果，所以其高程精度并不完全受航高限制，同时其受环境的影响也较小，可全天侯的直接获取高精度的数字地面模型，获取或去除相关的信息，实现大规模全自动作业。,十、本课程的主要内容,投影的基本知识、成像规律、单张像片的性质（特殊点、线、面）,摄影测量的坐标系统及其转换、像片的内外方位角元素及构像方程,双像立体测图的基本原理,摄影测量的解析基础（通过解析计算来求地物的坐标）,解析空中三角测量（空三加密）,数字摄影测量基础,摄影测量的主要成果：DEM 、 DOM（和DLG）,