第1章 摄影测量学概论

1、一、传统摄影测量学定义一、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被摄物体影像通过量测和解译过程DEM DLG DRG DOMn正射影像图三峡正射影象图：三条航带、175张航空影二、摄影测量学的任务二、摄影测量学的任务1：测制各种比例尺的地形图2：建立地形数据库3：为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。 三、摄影测量的特点三、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

2、体本身因而很少受自然和地理条件的限制。 2：可摄得瞬问的动态物体影像。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、摄影测量学的分类四、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五、摄影测量发展的三个阶段五、摄影测量发展的三个阶段1 模拟法摄影测量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

3、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应关系。 （1）解析测图仪）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

4、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）解析摄影测量与模拟摄影测量的不同之处在于：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

5、被摄影即可。3 数字摄影测量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（GIS）和土地信息系统（LIS）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）数字摄影测量中获得影像的方法一种是直接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（

6、2）数字摄影测量的两大任务）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）数字摄影测量与解析摄影测量的不同之处v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。v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。v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:手轮和脚盘（Virtu

7、oZo-H/F）或三维鼠标（3D Mouse）或鼠标（Mouse）（4）数字摄影测量的特点）数字摄影测量的特点v辐射信息辐射信息v数据量与信息量数据量与信息量v速度与精度速度与精度v自动化与影像匹配自动化与影像匹配v影像解译影像解译六、摄影测量与遥感之间的关系六、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

8、分类效果的有效信息。七、摄影测量与七、摄影测量与GISGIS之间的关系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。摄影测量与遥感与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。八、摄影测量学的新发展八、摄影测

9、量学的新发展1 1：数码相机逐步应用于航空摄影测量：数码相机逐步应用于航空摄影测量 2 2：动态：动态GPSGPS配合惯性测量系统（配合惯性测量系统（GPS/IMUGPS/IMU）3 3：激光探测及测距系统（：激光探测及测距系统（LIDARLIDAR） 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、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，为了给全数字摄影测量

10、工作站提供工作所需的数码影像，目，为了给全数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，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，数码相机的核心是数码相机的核心是CCD阵列，阵列，CCD阵列的解像率对其应用的范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围起着决定性的影响，目前航摄仪所使用的23*23

11、CM的航空胶的航空胶片其解像率相当于片其解像率相当于20K*20K像素的数码相机的解像率，而目前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，相信在不长的时间内，能够满足航空摄影测量所需飞速发展，相信在不长的时间内，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。摄影测量中

12、数码影像的主要获取手段。 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，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，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、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。运用动态影

13、响了成图的周期及质量。运用动态GPS配合惯性测量系统配合惯性测量系统IMU可以非常好的解决这一难题，动态可以非常好的解决这一难题，动态GPS其整体平面的定位其整体平面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

14、复问题。理想情况下，动态题。理想情况下，动态GPS配合惯性测量系统配合惯性测量系统IMU能够淘汰航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，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。全发挥出来。 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

15、时间记录下来，再配合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脉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。尽管三维坐标。尽管70年代后期，激光测距技术已在测量领域开始年代后期，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的发展及动态GPS配合惯性测量系统配合惯性测量系统IMU的应用，终于使激光的应用，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。由于其地面模探测及测距系