摄影测量学 测绘工程系：杜子涛1 1目 录 第二章 影像获取2.1 摄影原理与摄影机2.2 航空影像获取2.3 遥感影像2 2一、摄影的诞生与发展ü1839年，阿拉戈发明摄影术为摄影测量提供了基本手段；ü1851年，法国陆军上校劳赛达提出交会摄影测量并测绘了万森城堡图 ，标志着摄影测量的开始；ü1858年，法国摄影师纳达尔乘坐气球在巴黎郊外80m上空拍摄了世界 上第一张航空影像；ü1860年，美国人布莱克在热气球上拍摄了波士顿的航空像片；ü1885年，法国人乘坐气球从2000英尺高空拍摄了巴黎的航空像片；ü1903年，莱特兄弟发明了飞机使航空摄影和航空摄影测量成为可能；ü1906年，美国人劳伦仕用17只风筝吊着巨型相机拍摄了旧金山大火；ü第一次世界大战期间，首台航摄仪的问世、立体坐标量测仪和1318立 体测图仪的使用，真正开始了摄影测量学§2-1 摄影原理与摄影机3 3一、摄影的诞生与发展ü1957年10月4日前苏联第一颗人造地球卫星发射ü航天技术的发展使遥感的高度延伸到了太空，使人类能在一个 前所未有的高度，以各种时间、空间分辨率观测地球ü光电技术、电子技术的发展使人类开始利用紫外、红外及微波 波段，拓展和丰富了人类的感知能力。
遥感从单纯的摄影方式 发展到了可探测感知近、中、热红外波段的光电探测方式和微 波辐射、雷达等各种方式共存ü计算机技术的发展使遥感数据的分析处理技术进入了半自动化 和智能化，改变了过去仅依靠人和光学设备进行目视解译的状 况§2-1 摄影原理与摄影机4 4由初中物理知道：二、摄影原理（凸透镜成像规律）其中，u是物距，v 是像距，f是焦距§2-1 摄影原理与摄影机5 5当u>2f时，f2f，成倒立，放大，实像 例如：幻灯机，投影 机，电影机当u=f时，v=无穷大，此时无像；当uf，成正立、放大、虚像 例如：放大镜§2-1 摄影原理与摄影机二、摄影原理（凸透镜成像规律）6 6三、摄影机ü 摄影机是人们经常接触的东西，摄影机的镜头相当于凸透镜 ，胶卷相当于光屏，机壳相当于暗室，被拍照的物体到镜头 的距离要远远大于焦距才能在胶卷上得到倒立、缩小的实像 ü 摄影机的摄影的基本原理就是根据凸透镜的成像的原理，用 一个摄影物镜代替凸透镜，在像面出放置感光材料，物体的 投射光线经摄影物镜后聚焦于感光材料上，感光材料受成像 光线的光化学作用后生成潜像，再经过摄影处理得到光学影 像§2-1 摄影原理与摄影机7 7三、摄影机摄影物镜ABba镜箱暗箱§2-1 摄影原理与摄影机8 81、摄影物镜摄影物镜：相机上由凸透镜或凹凸透镜组合成的精 密光学成像系统。
组合透镜成像 1、利用单个透镜逐次成像分析方法 2、利用透镜组的“等效透镜”成像 §2-1 摄影原理与摄影机9 9等效透镜的基本点、线、面§2-1 摄影原理与摄影机1010主光轴： 透镜组诸透镜球面曲率的中心连线主焦点（F,F’): 平行于主光轴的光线通过透镜组后 与主光轴的交点主平面（Q,Q’): 过等效折射点（h,h’)且垂直于主光 轴的平面主点（s,s’)： 主平面与主光轴的交点主焦距： 主焦点到主点间距离节点（k,k’）： 主光轴上角的放大率为1的一对光学 共轭点，即其折射光线和投射光线方向一致光线通 过共轭节点时，角放大率为1；物方与像方同介质时， k,k’分别与s,s’重合）§2-1 摄影原理与摄影机11112、物镜的成像公式高斯成像公式：牛顿成像公式：§2-1 摄影原理与摄影机12123、物镜的光圈和光圈号数实际使用的物镜都不是理想的，通过物镜边缘部分的投射光线都会引起较大的影像模糊和变形，为限制物镜边缘部分 的使用，并控制和调节进入物镜的光量，通常在物镜筒中间设置一个光圈现代摄影机都采用虹形光圈，它是由多个镰形黑色金属簿片组成，中央形成一个圆孔．孔径的大小可用光圈环调节，它是一个可以改变的光栏。
§2-1 摄影原理与摄影机13133、物镜的光圈和光圈号数§2-1 摄影原理与摄影机14143、物镜的光圈和光圈号数光圈:控制物镜进光面积的可变光阑1、调节物镜使用面积作用 （ ；δ-有效孔径）2、控制焦面光通量3、调节成像景深有效孔径与物镜焦距F之比，作为控制影像亮度的一个因 素，称之为相对孔径，其倒数就是光圈号数（k=F/δ ）§2-1 摄影原理与摄影机1515焦面上影像的亮度与光圈号数的平方成反比，使用的光圈号数越大，影像亮度就越小，摄影时只要选择适当的光 圈号数和配以一定的曝光时间就能得到需要的曝光量H＝Et（其中E为照度，t为曝光时间）曝光时间与照度的关系为：曝光时间与光圈号数的关系为如果曝光时间改变一倍，则光圈号数则改变 倍光圈号数k以 为公比成等比级数排列并标刻在物镜 外框上（1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22…）§2-1 摄影原理与摄影机16163、物镜的光圈和光圈号数§2-1 摄影原理与摄影机17174、摄影机快门快门：控制曝光时间的装置作用 1、控制曝光时间2、与光圈配合控制曝光量快门速度t：快门从开启到关闭所经历的时间。
t以1/2为公比成等比级数排列，标刻在物镜外框（1，1/2,1/4，1/8，1/15，1/30，1/60， /125,1/250…)§2-1 摄影原理与摄影机18185、曝光量H与K,t的关系曝光量：感光材料所受辐射光量的多少 （ ;E---焦面照度； ）设对同一景物拍摄二次，分别使用 和 ， 为了得到相同的正确曝光量H（对某种感光材料，正 确曝光量H为定值），则§2-1 摄影原理与摄影机1919可见，当快门速度放慢为原来的n倍（即改变n档） 只要，光圈号数增大为原来的 倍（亦即n档）， 则，曝光量保持不变（对t加快，k减小也成立） 例：已知 胶卷在晴天阳光下获得正确曝光量的参考方式是K=16,t=1/125秒,则都能获得正确的曝光量 §2-1 摄影原理与摄影机20206、拍摄景深景深：物方能够清晰成像的一段物距景深显然，当D ,K ,F ΔD§2-1 摄影原理与摄影机2121景深22227、像场和像场角 视场：光线通过物镜后， 焦面上照度不均匀的光亮 圆为镜头的视场。
像场：摄影时，影像相当 清晰的一部分视场内的光亮圆 视场角：由物镜后节点向像场边缘射出的光线所张开的角，用 2a 最大像幅：像场内圆内接正方形或矩形成为最大像幅§2-1 摄影原理与摄影机2323ü在焦距相同的条件下，像场角越大，摄影的范围也越大 ü在像幅尺寸相同的条件下，像场角越大，摄影的范围也 越大§2-1 摄影原理与摄影机2424一、摄影机简介Ø航空摄影测量，由于其具有成图速度快、精度高、不 受气候及季节的限制等优点，一直是我国基本地图成 图的主要方式，因此航空摄影测量仍然作为测制地形 图获取影像的主要手段Ø航空摄影测量主要使用的是专用的量测航空摄影机，随着数字摄影测量的发展，有时也使用非量测相机 §2-2 航空影像获取2525一、摄影机简介1、普通摄影机§2-2 航空影像获取26262、量测用摄影机§2-2 航空影像获取2727航空摄影机特性：物镜成像分解力高物镜成像畸变差小（1）光学特性 物镜透光率高光学影像反差大焦面照度均匀（2）焦面上设置有框标（3）有胶片压平系统（4）像距为定值（主距）（5）有减震装置§2-2 航空影像获取2828（6） 有影像位移补偿装置（7） 抗温差、抗过载航摄机可按摄影机物镜的焦距分类，可分为；矩焦距航摄机，其焦距为F＜150mm。
中焦距航摄机，其焦距为150mm＜300mm长焦距航摄机，其焦距为F>300mm§2-2 航空影像获取2929什么是框标？框标：设置在摄影机焦平面（承影面）上位置固定的 光学机械标志，用于在焦平面上（亦即像片上）建立 像方坐标系框标的形式有§2-2 航空影像获取30303131n 遥感( Remote Sensing )概念v 广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括 对电磁场、力场、机械波等的探测v 狭义：是从远处探测感知物体，也就是不直 接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自 目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理 ，判别出目标地物的属性§2-3 遥感影像获取32信息的接收预处理用户应 用处理信息的应用目标物的信息特征信息的获取遥 感 系 统§2-3 遥感影像获取33一、遥感技术发展特点Ø追求更高的空间分辨率Ø追求更精细的光谱分辨率美国制定的EOS计划(地 球观测计划)就包括有中分辨率和高分辨率的成像光 谱仪Ø综合多种遥感器的遥感卫星平台一颗卫星装备多 种遥感器，既有高空间光谱分辨率、窄成像带的遥 感器，适合于小范围详细研究，又有中低空间光谱 分辨率、宽成像带的遥感器，适合宏观快速监测， 两者综合，服务于不同的需求。
§2-3 遥感影像获取3434一、遥感技术发展特点Ø多波段、多极化、多模式合成孔径雷达卫星合成孔 径雷达具有全天候和高空间分辨率等特点Ø斜视、立体观测、干涉测量技术的发展可见光斜视 、立体观测可以用于卫星地形测绘，干涉测量技术是 利用相邻两次的合成孔径雷达影像进行地形测量和微 位移形变测量的技术Ø遥感的应用领域不断拓展，从传统的军事侦察和测绘 发展到林业、地质、农业和土地利用、气象、环境和 工程选址等各种行业§2-3 遥感影像获取3535二、 常见遥感影像卫星ØLANDSAT/MSS、TM、ETM+ØSPOT/HRVØCBERSØ北京一号小卫星ØHJ-1-A、B卫星介绍361、Landsat-X/MSS/TM/ETM+80 年代 , 美国分别发射了第二代试验型地球资源卫星 (Landsat — 4\5) 卫星增加了新型的专题绘图仪 TM, 可通过中继卫星传送数据 TM 的波谱范围比 MSS 大 , 每个波段范围较窄 , 因而波谱分辨率 比 MSS 图像高 , 其地面分辨率为 30m Landsat - 5 卫星是 1984 年 发射的，现仍在运行 70 年代 , 美国研制发射了第 一代试验型地球资源卫星 (Landsat-1 、 2 、 3) 。
这三 颗卫星上装有返束光导摄像 机和多光谱扫描仪 MSS, 分 别有 3 个和 4 个谱段，分辨 率为 80m 37轨 道90 年代，美国又分别发射了第三代资源卫星 (Landsat-6,7) Landsat-6 卫星是 1993 年发射的，因未能进入轨道而失败1999 年发射了 Landsat-7 卫星，以保持地球图像、全球变化的长期连 续监测该卫星装备了一台增强型专题绘图仪 ETM+ ，该设备增 加了一个 15m 分辨率的全色波段，热红外信道的空间分辨率也提 高了一倍，达到 60m 38Landsat-1到Landsat-7的卫星参数 1972年发射，至今已经发射了7颗每天绕地球15圈，重访周期16天美 国资源卫星每景影像对应的实际地面面积均为 185km × 185km 39MSS (Multi Spectral Scanner,多光谱扫描仪 )BAND 4: 0.5~0.6 um GreenBAND 5: 0.6~0.7 um RedBAND 6: 0.7~0.8 um Near-InfraredBAND 7: 0.8~1.1 um Near-Infrared80M Spatial resolution40TM（Thematic Mapper，即专题绘图仪）波段序 号 波段 名称 波长长范围围 (μm) 分辨率 (m) 应应用范围围 1蓝蓝 0.45-0.52 30 判别别水深、水中叶绿绿素分布，沿岸。