摄影测量学知识点

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1、国际摄影测量与遥感协会ISPRS1988年给摄影测量与遥感的定义：摄影测量与遥感是从非接 触成像和其他传感器系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他 物体可靠信息的工艺、科学与技术。摄影测量侧重提取几何信息；遥感侧重提取物理信息。 摄影测量的特点：无需接触物体本身，较少受到周围环境与条件的限制。 被摄物体：固体、液体、气体。按成像距离分为：航天摄影测量、航空、近景、显微等。 按照应用成像对象分为：地形摄影测量、非地形。 地形摄影测量主要任务：测绘各种比例尺的地形图及城镇、农业、林业、地质、交通、工程、 资源与规划等部门需要的各种专题图，建立地形数据库，为各种地理信息系统提

2、供三维的基 础数据。非地形摄影测量：用于工业、建筑、考古、医学、生物、体育、变形观测、事故调查、公安 侦破与军事侦察等各方面。摄影测量的技术手段：模拟法、解析法、数字法。 摄影测量至今划分为三个发展阶段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。 立体测图的基本原理：摄影过程的几何反转。模拟立体测图仪：利用光学机械模拟投影的光线，由“双像”上的“同名像点”进行“空间 前方交会”，获得目标点的空间位置，建立立体模型，进行立体测图。模拟投影光线的光机部件，称为“光机导杆”。 根据投影方式模拟立体测图仪分为：光学投影、光学-机械投影、机械投影。解析摄影测量“物理投影”：“光学的、机械的、光学-机械的

3、”模拟投影。“数字投影”：利用电子计算机实时地进行投影光线（共线方程）的解算，从而交会被摄物 体的空间位置。解析摄影测量代表性仪器：解析立体测图仪。 解析测图仪与模拟测图仪的区别：前者是数字投影方式，后者是模拟的物理投影方式。 仪器设计和结构上不同：前者是计算机控制的坐标量测系统，后者使用纯光学、机械型的模 拟测图装置。操控方式不同：前者是计算机辅助的人工操作，后者是完全的手工操作。 相同点：都是使用摄影的正片（负片）或相片，并都需要人用手去操纵（或指挥）仪器，同 时用眼进行观测。其产品主要是描绘在纸上的线画地图或印在相纸上的影像图，即模拟的产 品。数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别在

4、于：它处理的原始信息不仅可以是像片，更主要的是数字影像（如SPOT影像）或数字化影像； 它最终是以计算机视觉代替人眼的立体观测，因而它所使用的仪器最终将只是通过计算机及 其相应外部设备，特别是当代，工作站的发展为数字摄影测量的发展提供了广阔的前景； 其产品是数字形式的，传统的产品只是该数字产品的模拟输出。数字摄影测量是将摄影测量的基本原理与计算机视觉相结合，从数字影像中自动（半自动） 提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息。数字摄影测量系统是由计算机视觉（其核心是影像匹配与识别）代替人的立体量测与识别， 完成影像几何与物理信息的自动提取。（必须使用数字影像或数字化影像）按对影像进行数字化的

5、方式：混合数字摄影测量系统、全数字摄影测量系统。 混合数字摄影测量通常是在解析测图仪上安装一对 CCD 数字相机，对要进行量测的局部影 像进行数字化，有数字相关（匹配）获得点的空间坐标。全数字摄影测量处理的是完整的数字影像，若原始资料是像片，则首先利用影像数字化仪对 影像进行完全数字化。利用传感器直接获取的数字影像可直接进入计算机，或记录在磁带上， 通过磁带机输入计算机。实时摄影测量,当影像获取与处理几乎同时进行，在一个视频周期内完成，这就是实时摄影 测量，它是全数字摄影测量的一个分支。计算机辅助测图,利用解析测图仪或模拟光机型测图仪与计算机相联的机助系统，进行数据 采集、数据处理，形成数字高

6、程模型DEM与数字地图，最后输入相应的数据库。根据需要 也可在数控测图仪器输出线划图，或在数控正射投影仪输出正射影像图，或用打印机打印各 种表格。在这种情况所处理的依然是传统的像片，且对影像的处理仍然需要人眼的立体量测， 计算机则起进行数据的记录与辅助处理的作用，是一种半自动化的方式。 计算机辅助测图是摄影测量从解析化向数字化的过渡阶段。数字影像的每一数据代表了被摄物体（或光学影像）上一个“点”的辐射强度（或灰度）， 这个“点”称为“像元素”，常称为“像素”。像素的灰度值常用八位二进制表示，在计算机中为 1byte。 像素的间隔即采样间隔根据采样定理由影像的分辨率确定。传统的航空摄影，在航向上

7、的重叠率一般要60%，旁向重叠率一般 30%，对于人工作业足够 例如。对于计算机来说，几乎没有多余观测。 摄影重叠率小，导致匹配很困难。 当代数字摄影测量在摄影时，要尽量加大重叠率，甚至获取序列影像。在交向摄影时，虽然影像的重叠率可能会很大，但因摄影的角度相差很大，故而物体的影像 变形也很大，导致影像匹配的难度增大。此时可以在其间增加摄影，构成多基线摄影影像。 对影像进行量测是摄影测量的基本任务之一，它可分为单像量测与立体量测，这同样是数字 摄影测量的基本任务。在提高量测精度方面，用于单像量测的“高精度定位算子”和同用于立体量测的“高精度影 像匹配”的理论与实践是数字摄影测量的重要发展，也是摄

8、影测量工作者对“数字图像处理” 所做的独特的贡献。现在，无论是高精度定位算子还是高精度影像匹配，其理论精度均可高于1/10 像素，达到 所谓的子像素级的精度。自动化是当代数字摄影测量最突出的特点，是否具有自动化（或半自动化）的能力，是当代 数字摄影测量与传统摄影测量的根本区别。影像匹配的理论与实践，是实现自动立体量测的关键，也是数字摄影测量的重要研究课题之一。影像匹配的精确性、可靠性、算法的适应性即速度均是其重要的研究内容，特别是影像匹配 的可靠性一直是其关键之一。多级影像匹配与从粗到细的匹配策略是早期提出的，但至今仍不失为提高可靠性的有效策 略，而近年来发展起来的整体匹配是提高影像匹配可靠性

9、的极其重要的进展。从“单点匹配”到“整体匹配”是数字摄影测量影像匹配理论和实践的一个飞跃。多点最小 二乘影像匹配、动态规划法影像匹配与松弛法影像匹配等整体影像匹配方法考虑了匹配点与 点之间的相互性关联性，因此提高了匹配结果的可靠性与结果的相容性、一致性。影像解译，到目前为止，全数字摄影测量主要用于自动产生DTM与正射影像图，但随着对 影像进行自动解译的要求以及城镇地区大比例尺航摄影像、近景等工业摄影测量中几何信息 提取需利用“基于特征匹配”与“关系（结构）匹配”的要求，全数字摄影测量领域很自然 地展开了影像特征提取与进一步处理、应用的研究。各种特征提取算法很多，可分为：点特征、线特征与面特征的

10、提取。 各种点特征提取算子中有的可以定位，有的还可以确定该点的性质（独立点、线特征点或角 点等）面特征提取中有的采用区域增长法，有的则基于点特征采用先跟踪法再构成线与面。 线特征提取也可利用Hough变换进行或利用Fourier变换、Gabor变换（也称短时傅里叶变 换或窗口傅里叶变换）及近年来发展起来的Wavelet变换（小波变换）进行。这些特征提取方法及基于特征匹配与关系（结构）匹配的方法均与影像分析、影像理解紧密 地联系，它们是数字摄影测量另一基本任务利用影像信息确定被摄对象的物理属性的基 础。常规摄影测量采用人工目视判读识别影像中的物体，遥感技术则利用多光谱信息辅之以其他 信息实现机助

11、分类。数字摄影测量中对居民地、道路、河流等地面目标的自动识别与提取，主要是依赖于对影像结构与纹理的分析，这方面已经有了一些较好地研究成果。摄影原理：根据小孔成像原理，用摄影物镜代替小孔，在像面处放置感光材料，物体的投影 光线经摄影物镜后聚焦于感光材料上，得到地面的影像。摄影物镜：摄影物镜是一个复杂的光学系统，被 摄物体影像的质量主要取决于摄影物镜的品质。由于单透镜有各种像差，一般摄影物镜都是由多 个透镜组合而成，诸透镜的光轴应重合为一，即 为物镜的主光轴。如图，AB为物方光线，ab为像方光线，S和S 称为物方主点和像方主点。物镜的成像公式： 丄+1二1 由光学成像公式知，D d F它表明，一个

12、物点发出的所有投影光线，经理想物镜后所有对应的折射光线仍会聚于一个像 点上。物距为D的物体经透镜后，要获得清晰的光学影像，相距d应满足上述成像公式。1 dD = F （1+ m）m=D称为影像比例尺成像公式也可变形为：d=F（1+1/ m） 由公式可知：a、当物距相同时，用长焦距可得到较大的影像，用短焦距得到较小的像。b、欲得到大小相同的像，在物距大时用长焦距，物距较小时用短焦距通常将光圈放置在物镜的透镜组之间，起着控制光束柱面的真实光圈孔径，称为有效孔径 d。平行光线束成像于焦面上，单位面积影像的亮度与进入光束柱面断面的面积成正比，也就是 与有效孔径d的平方成正比，与物镜焦距F的平方成反比。

13、因此将d与F之比作为控制影像亮度的一个因素，称为相对孔径。相对孔径通常小于1,使用相对孔径的倒数更为方便，称为光圈号数K=F/d。焦面上影像的 亮度与光圈号数的平方成反比，摄影时选择适当的光圈号数配以曝光时间就能得到一定的曝 光量 H=Et。摄影时取J和-得到最恰当的曝光量H,那么当曝光时间取t2时，要得到相同的曝光量， 则有：H=EJ严2t2，则有：ET/E2=t2/tT因为影像的亮度与光圈号数的平方成反比，即： E1/E2=K22/K12，贝0： t2/ti=(k2/ki)2。这样曝光时间改变为一倍，贝I相应的曝光时间之比应为 72倍。所以在摄影机上曝光时间的分划尺注记是按倍数改变的，而光

14、圈上所标志的光圈 号数的排列顺序是以v2为公比等比级数排列。景深和无穷远起点：当摄取物距为D的物点A时， 在像距为d才能得到清晰的像点a。物距大于或 小于D的景物如B和C,在像面上的构像将是模 糊圆。由于人眼分辨能力有限，当模糊圆的直径 小到一定程度时，人眼看起来仍是一个清晰的 点。这样摄影时虽然对光于A,但在远景点B和 近景点 C 之间这一段的所有景物，在像面上仍可 获得清晰的影像。把摄影对光调焦于D时远景点B和近景点C之间的纵深间距，称为景深。计算景深的公式为2sK(FD)2 由上式可知，景深与物距、光圈号数及物距焦距有关，物距越大或= F4 -(8KD)2光圈号数越大，景深也越大。摄影时

15、通常取较大的光圈号数，即较小的相对孔径，而增才曝光时间，以增大景深，使摄影对光不很准确时，仍可获得清晰影像。 当物镜对光于无穷远，像距几乎等于物镜的焦距，远景点为无穷远处，这时设物距为 D 的 某点在像面上的模糊圆等于允许的极限值，则比该物点更远的所有景物都能在对光于无穷远 的像面上取得清晰的构像。在焦面上能构成清晰影像的最近物距称为无穷远起点，它随光圈 号数等而定。摄影时，当调焦对光后，选好光圈号数，摄影机的景深标志的刻划就指出前景 点距离和后景点距离，即得景深范围。 摄影机快门：用来控制曝光时间的相机装置，快门从打开到关闭所经历的时间称为曝光时间， 或称快门速度。在物镜筒上有一个控制曝光时

16、间的套环，上面刻有曝光时间的数据，这些数 值是以秒为单位的曝光时间倒数，如2表示0.5秒。航空摄影机1、光学摄影机： 要求物镜畸变差小、分辨率高和透光性强，机械结构要稳定可靠，摄影过程的高度自动化。 摄影时物镜都固定调焦于无穷远，像距是一个不变的值，几乎等于摄影物镜的焦距。获取的 是光学模拟影像。光学航空摄影机产生的影像为正方形，大小通常为18cmx18cm、23cmx23cm和30cmx30cm。 框标位于每边中点的称为机械框标，位于四角的为光学框标。光学航片可以同时具有8个框 标。框标的连线都要正交，交点与主光轴和像平面的交点尽量重合。以框标连线交点为原点 可以建立框标坐标系。摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点，摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影 机主距，也叫像片主距，用f表示。由于制造技术