绪论影像获取

1、本章主要内容本章主要内容 一、摄影测量学的定义与任务一、摄影测量学的定义与任务 二、摄影测量学的发展二、摄影测量学的发展 传统摄影测量学定义传统摄影测量学定义 摄影测量学摄影测量学是利用光学摄影机获取的是利用光学摄影机获取的 像片，经过处理以获取被摄物体的形像片，经过处理以获取被摄物体的形 状、大小、位置、特性及其相互关系状、大小、位置、特性及其相互关系 的一门学科的一门学科 摄影测量与遥感摄影测量与遥感定义定义 19881988年年ISPRSISPRS第第1616届大会上定义：届大会上定义： 摄影测量与遥感摄影测量与遥感是对非接触传感器系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统

2、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、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、科学和环境的可靠信息的一门工艺、科学和 技术技术 各种类型各种类型 传感器传感器 被摄物体被摄物体 影像影像 通过量测和通过量测和 解译过程解译过程 自然物体及其环境的可靠信息自然物体及其环境的可靠信息 DEMDLGDRGDOM RC30RC30光学航摄仪光学航摄仪 DMCDMC数字相机数字相机 ADS40ADS40数字传感器数字传感器 ADS40机载数字传感器机载数字传感器RC30光学航空相机光学航空相机 列宽列宽 2.4 km CCD 象元尺寸象元尺寸6.5 x 6.

3、5 m 地面象元尺寸地面象元尺寸 20 x20cm 地面采样间隔地面采样间隔, GSD 20 cm 影像大小影像大小 228 mm x 228 mm 范例范例 覆盖范围覆盖范围 2.4 km x 2.4 km 焦距焦距 153 mm 像片比例尺像片比例尺 1 : 10,500 视角视角 FoV 64 视角对角线视角对角线 90 重叠度 = 66% 地面分辨率 = 30 cm Bergheim May 05, 2000 高度 = 4000 ft., 速度 = 70 m/sec. DMC 原型相机 过片速度 = 2 sec./image 数字航空相机系统数字航空相机系统 DMC 2001 Phot

4、oflight kindly supported by DMC 2001DMC 2001数字航飞数字航飞 正射影像图正射影像图 三峡正射影象图：三条航带三峡正射影象图：三条航带 、175175张航空影像张航空影像 三峡景观图：三条航带三峡景观图：三条航带 、175175张航空影像张航空影像 三维景观图三维景观图 摄影测量摄影测量分类分类 航天航天摄影测量摄影测量 航空航空摄影测量摄影测量 近景近景摄影测量摄影测量 显微显微摄影测量摄影测量 地地 形形摄影测量摄影测量 非地形非地形摄影测量摄影测量 模拟模拟摄影测量摄影测量 解析解析摄影测量摄影测量 数字数字摄影测量摄影测量 按距离远近按距离远近

5、 按用途按用途 按处理手段按处理手段 摄影测量与遥感摄影测量与遥感平台平台 中、低高度飞机：中、低高度飞机：航空摄影测量航空摄影测量 人造卫星人造卫星 航天飞机航天飞机 无人驾驶飞机无人驾驶飞机 摄影测量摄影测量特点特点 无需接触物体本身获得被摄物体信息无需接触物体本身获得被摄物体信息 由二维影象重建三维目标由二维影象重建三维目标 同时提取物体的几何与物理特性同时提取物体的几何与物理特性 摄影测量：摄影测量：任务之一任务之一 建立各种数据库建立各种数据库 提供地理信息系统和土地信息系统所需要提供地理信息系统和土地信息系统所需要 的基础数据的基础数据 地形测量领域地形测量领域 各种比例尺的地形图

6、、专题图、特种地图各种比例尺的地形图、专题图、特种地图 正射影像地图、景观图正射影像地图、景观图 摄影测量：摄影测量：任务之二任务之二 非地形测量领域非地形测量领域 生物医学生物医学 公安侦破公安侦破 古文物、古建筑古文物、古建筑 建筑物变形监测建筑物变形监测 摄影测量学的三个发展阶段摄影测量学的三个发展阶段 模拟摄影测量阶段模拟摄影测量阶段 (1851-1970) 解析摄影测量阶段解析摄影测量阶段 (1950-1980) 数字摄影测量阶段数字摄影测量阶段 (1970-现在）现在） 模拟摄影测量模拟摄影测量 光光 学学 像像 片片 光学机械光学机械 测图仪器测图仪器 人工建立立人工建立立 体模

7、型体模型 人工量测人工量测 和解译和解译 机械绘图机械绘图 图解线划地图图解线划地图 像片影像地图像片影像地图 利用光学利用光学/ /机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/ /多个投多个投 影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比 例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图 单片测图 分工法测图 综合法测图 Wild A10 模拟立体测图仪 解析摄影测量解析摄影测量 19541954年年，第一台电子计算机问世，第一台电子计

8、算机问世 19571957年年，海拉瓦博士提出解析测图仪，海拉瓦博士提出解析测图仪 的思想，标志着解析摄影测量的开始的思想，标志着解析摄影测量的开始 2020世纪世纪7070年代末至年代末至9090年代初年代初，解析摄，解析摄 影测量发展的鼎盛时期影测量发展的鼎盛时期 解析摄影测量解析摄影测量 光光 学学 像像 片片 解解 析析 测图仪器测图仪器 计算机建立计算机建立 立体模型立体模型 人工量测人工量测 和解译和解译 自动记录自动记录 数字线划地图数字线划地图 数字高程模型数字高程模型 像片影像地图像片影像地图 以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和解析计算以电子计算机为主要手段，通过

9、对摄影像片的量测和解析计算 方法的交会方式来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、方法的交会方式来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、 性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学 解析空三 解析测图仪 数控正射仪 德国德国ZeissZeiss厂厂C-100C-100型解析测图仪型解析测图仪 瑞士瑞士KernKern厂厂DSR-1DSR-1型解析测图仪型解析测图仪 瑞士瑞士WILDWILD厂厂OR-1OR-1型数控正射投影仪型数控正射投影仪 德国德国ZeissZeiss厂厂Z-2Z-2型数控正射投影仪型数控正射投影仪 数字摄影测量数字摄

10、影测量 -计算机硬、软件技术的飞速发展，使功计算机硬、软件技术的飞速发展，使功 能增强，成本降低，并为编制大型软件提能增强，成本降低，并为编制大型软件提 供平台供平台 -20-20世纪世纪7070年代：数字摄影测量萌芽阶段年代：数字摄影测量萌芽阶段 -20-20世纪世纪8080年代：数字摄影测量原型研究年代：数字摄影测量原型研究 阶段阶段 -20-20世纪世纪9090年代：真正推出可用于生产的年代：真正推出可用于生产的 数字摄影测量系统数字摄影测量系统 数字摄影测量数字摄影测量 数数 字字 影影 像像 数字测量摄数字测量摄 影系统影系统 自动建立自动建立 立体模型立体模型 自动量测自动量测 和

11、解译和解译 自动记录自动记录 数字线划地图数字线划地图 数字高程模型数字高程模型 数字影像地图数字影像地图 数数 据据 库库 基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/ /数字化影像数字化影像 进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几 何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品 计算机技术 数字图像处理 影像匹配 模式识别 DPW 3-D mouse Crystal eyes VirtuoZo VirtuoZo 数字摄影测

12、量系统数字摄影测量系统 JX-4AJX-4A数字摄影测量工作站数字摄影测量工作站 发展阶段发展阶段原始资料原始资料投影方式投影方式仪器仪器操作方式操作方式产品产品 模拟模拟 摄影测量摄影测量 像片像片物理投影物理投影模拟测图仪模拟测图仪手工操作手工操作模拟产品模拟产品 解析解析 摄影测量摄影测量 像片像片数字投影数字投影解析测图仪解析测图仪 机助机助 作业员操作作业员操作 模拟产品模拟产品 数字产品数字产品 数字数字 摄影测量摄影测量 数字化影像数字化影像 数字影像数字影像 数字投影数字投影计算机计算机 自动化操作自动化操作 +作业员干预作业员干预 数字产品数字产品 4D 摄影测量三个发展阶段

13、的特点摄影测量三个发展阶段的特点 第二章 影像获取 一、航空影像获取 照相机是人们经常接触的东西，照相机的镜头相 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。 照相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、 摄影物镜摄影物镜 物方节点：S1 像方节点：S2 焦距：F 因两节点的距离很小，通常下把两节点看做一点：物镜 中心 LL（主光轴）F1

14、F2 FF s1s2 3、量测用摄影机量测用摄影机 这类摄影机是指的航空摄影机，地面摄影测 量用的摄影经纬仪以及近景摄影测量用的 摄影机。 这种摄影机的特点是： 物镜具备良好的光学特性，其物镜的畸变差 要小，分辨力要高，透光率强，摄影机结构 稳定。 安装在飞机上对地面自动地迸行连续摄影的 摄影机称为航摄机。 u量测用摄影机的三个特点量测用摄影机的三个特点 1：量测用摄影机的像距是一个固定值，几乎等于摄 影机物镜的焦距。 2：摄影机像面框架有无框标标志，是作为区分量测 用摄影机和非量测用摄影机的重要标志。 3：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

15、距， 也叫像片主距，一般用宇母f表示。摄影机结构设计 时要求像片主点应与框标坐标系原点重合。由于制 造技术上的误差常常是达不到完全重合的要求， 但是必须精确地测定像片主点在框标坐标系中的坐 标值x0,y0,把f,x0,y0就称为像片的内方位元素，内方 位元素是否已知也是量测用摄影机的特点。 u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F150m。 中焦距航摄机，其焦距为150mm300mm。 长焦距航摄机，其焦距为F300mm。 特点 u大面面的的同观测 u时时性 u短时间对的一地区进行重复探测，动态变化 u数据的的合性和可比性 u的合反映了地球上许多自然、人文信息 u陆

16、地卫星的合反映地质、地貌、土壤、植被、水文等特征 u实性 u与传统的地面调查和考察相比，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰 u经经性 u与传统方法相比，节省人力、物力、财力和时间 u局性 （ 美国Landsat的经经投入与取得的时益比为1：80甚至更大） 遥 感 Landsat u1972年7月23日发射了第一颗，已经发射 了7颗，目前Landsa5仍在运转工作。 uLandsat7是1999年4月发射的，设计寿命 是6年，也是NASA 1972年开始实施的Landsat 计划中的最后一颗卫星。2003年5月31日以来， 美国Landsat-7卫星扫描行校正器发生故障，数 据质量比故障前有了明

17、显的下降，数据的可用 程度受到了很大的影响。 u标志志大型、昂的Landsat系列地球观 测卫星时代即将结束，下一同将发展较小、较 便宜、研制周期较短的地球观测卫星。 SPOT u是地球观察卫星系统。是由瑞典、比 利时等国家参加，由法国国家空间研究 中心（CNES）设计制造的。1986年发射 第一颗，到现在已经发射了5颗。SPOT 的轨道是太阳的同圆形近极地轨道，高 度822 km左右，卫星的覆盖周期是26天， 重复感测能力一般35天，部分地区达 到1天。 IKONOS 高空间分辨率卫星 u数据的收集可达2048灰度级，记录为11 bit。由于卫 星设计为易于调整和操纵，几秒钟内就可以调整到

18、指向新位置。这样很容易根据用户的需要取得新的 数据。 u全景图像可达11*11 km2，实际图像的大小可以 根据用户的要求拼接和调整。 uIKONOS的多光谱波段就是TM的前四个波段， IKONOS去掉了TM的后三个波段。显然就光谱性质 而言，不如TM了。但从空间分辨率来说，相比TM 的30 m，IKONOS大大提高了数据的空间分辨特性。 4 m彩色和1m全色可以和航空像片比美。 摄影测量与遥感摄影测量与遥感定义定义 19881988年年ISPRSISPRS第第1616届大会上定义：届大会上定义： 摄影测量与遥感摄影测量与遥感是对非接触传感器系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统获得