第一章摄影测量绪论

课程名称工具解算形式解算方法测量结果产品控制测量经纬仪,水准仪,全站仪控制网(三

角网,导线网,水准网)最小二乘法X,Y,Z地形图GPSGPS卫星GPS接收机GPS控制网

(环)最小二乘法X,Y,Z地形图摄影测量飞机航空摄影机前方交会,后方交会,光束法平差,空中三角测量最小二乘法X,Y,Z地形图DEM

(Digital

Elevation

Model)DOM

(Digital

Ortho

Map)DOM

(Digital

Ortho

Map)§

1.1

摄影测量学的定义与任务§1.2

摄影测量学的发展概况§

1.3

当代数字摄影测量的若干典型问题§1.4

本课程的主要内容本章主要内容:第一章

绪论§1.1

摄影测量学的定义与任务定义分类平台特点任务1.定义摄影测量学是对研究的物体进行摄影，量测和解译所获得的影像，获取被摄物体的几何信息和物理信息的一门科学和技术。各种类型传感器被摄物体影

像通过量测和解译过程自然物体及其环境的可靠信息DEMDLGDRGDOM摄影测量学：定义摄影测量思考：摄影测量与普通测量有什么不同？普通摄影测量中测量物体上的点位，需要感兴趣的点位上放置标示或棱镜，摄影测量只需要对我们感兴趣的地物进行拍照。摄影测量通过拍照获取影像，然后对影像进行量测和解译，但这个过程中有许多理论和基础，我们在今后的学习中会给大家逐步介绍思考：摄影测量的目的？通过我们获取的影像进行量测，然后确定你所量测的点与我们所对应的物方点之间的关系式，来解求物方点的三维空间坐标以及所解求的那些点它所表示物体的一些特征，也是摄影测量需要解决的主要问题。2.研究内容：获取被研究物体的影像；单张像片和多张像片处理的理论、方法、设备和技术；如何用图形、图像或数字形式表示所测成果3.主要任务：测制各种比例尺的地形图、专题图、正射影像图、景观图等。建立地形数据库为地理信息系统、各种工程应用提供基础测绘数据。4.

摄影测量的主要方法：从二维影像重建三维模型2D

Image(x,y)3D

Model(X,Y,Z)立体观测Aa1a2S1S2摄影测量学的方法摄影测量学的方法4.

摄影测量的分类:摄影测量应用对象地形摄影测量(TopographyPhotogrammetry):

地形图和专题图,为GIS提供3D数据非地形摄影测量:工业,建筑,考古,医学,生物,体育,变形观测,公安侦破,事故调查.应用广泛摄影距离航天摄影测量,航空摄影测量(Aerial

Photogrammetry),近景摄影测量(Digital

Close-rangePhotogrammetry),显微摄影测量利用航空像片测制地形图地形摄影测量应用：测制地形图近景摄影测量应用举例:生物(Biology)Digital

CameraSeaLion近景摄影测量应用举例:事故重建(Accident

Reconstruction)Reconstructed

CAD

Model近景摄影测量应用举例:考古(Archeology)近景摄影测量技术用于考古近景摄影测量应用举例:犯罪侦察(Forensics)Reconstructed

crime

scene近景摄影测量技术用于人体运动分析近景摄影测量应用举例:变形监测(Deformation

Measurements)1.2

摄影测量学的发展概况摄影测量学的起源摄影测量学发展的三个基本阶段摄影测量学的发展趋势1839年，阿拉戈发明摄影术为摄影测量提供了基本手段1851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。（地形图？）1858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空中像片。1860年，美国人布莱克在气球上，从365米高空拍摄了波士顿的像片1885年，法国人乘坐气球从2000英尺高空拍摄了巴黎的航空像片1903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1906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1909年，莱特兄弟在机翼上安放照相机，拍下了世界第一张真正意义上的航空像片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。摄影测量学的起源摄影测量学的三个发展阶段模拟摄影测量阶段(1851-1970)：摄影测量理论发展的最为成熟，摄影测量仪器最完善，摄影测量方法最先进，尤其是地形图的测量工作做的最多的一个阶段。解析摄影测量阶段(1950-1980)：到1950年，随着计算机的出现，人们就想把摄影测量中一些人工完成的工作让计算机来代替，时间比较短。数字摄影测量阶段(1970-现在）：随计算机技术的快速发展，ccd数码相机的发展，尤其是计算机能够承担大容量的计算。摄影测量发展的3个阶段模拟摄影测量光

学像

片光学机械测图仪器人工建立立体模型人工量测和解译

机械绘图图解线划地图像片影像地图利用光学/机械投影方法实现摄影过程的几何反转，用两个/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模拟摄影测量基本上是从第一次世界大战

开始，主要提出：1、解决空间后方交会。2、立体像对的绝对定向和绝对定向。3、相片纠

正，双像投影图仪及辐射三角测量的概念。4、提出了相片立体观测的量测原理。1901年，德国的耶拿蔡司厂制造了坐标立体量测仪1909年，德国的耶拿蔡司厂制造了自动立体测图仪（通过所获取的影像可以用后方交会的方法去测绘地形图）1919年，罗马开始制造双向投影仪（像片测图仪）。1920年，海德制造出第一台测图仪。1923年，德国的耶拿蔡司厂制造了第一台立体测图仪。1924年，多倍投影立体观测仪普及，立体坐标仪、立体量测仪和单投影器普遍应用。20世纪六十年代，各种精密立体测图仪普遍使用，性能优良，达到顶峰阶段。精度比较差像幅大小是

18cm*18cm最原始的坐标量测仪光学纠正仪SEG-1(前苏联的大型纠正仪)HJ-24（单像纠正仪）Wild

A10

模拟立体测图仪（精密立体测图仪）机械绘图桌相当于一个坐标量测仪起连接作用的实杆相当于一个测图平台优点：直观，有助于了解和学习摄影测量原理缺点：精度低，对原始资料限制大，只提供图解产品模拟摄影测量阶段在模拟法摄影测量仪器大量研制时期，丘尔奇在30年代开始研究解析法空间前方交会、后方交会和双点交会。1954年，第一台电子计算机问世1957年，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20世纪70年代末至90年代初，解析摄影测量发展的鼎盛时期1976年，在赫尔辛基召开的国际摄影测量学会大会上，展出了8种型号的解析测图仪，使其成为摄影测量的主要仪器。解析摄影测量解析摄影测量光

学像

片解

析测图仪器计算机建立立体模型人工量测和解译自动记录数字线划地图数字高程模型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解析摄影测量阶段解决的主要问题通过计算机计算的办法进行高精度定位，包括相片外方位元素的解算，像点所对应的地面点坐标的解算，这个过程我们称之为解析空中三角

测量。这些原理也是我们学习摄影测量学最基础的部分，也是最抽象

的部分。解析空中三角测量是用摄影测量的方法在大面积范围内测定点位的一种精确方法。通常采用的平差模型有航带法（70年王之卓院士提出）、光束法局域网平差（理论最严密）、独立模型法（70年代德国阿克曼教授提出，精度最高）。到现在为止，航带法在一些低精度的测图中还有应用，因为他的原理比较简单，计算量小而且占用的内存比较小的缘故。光束法局域网平差目前被摄影测量工作站广泛使用。独立模型法相对来说精度比较高的，在解析测图仪中使用最多，但随着解析测图仪的停产，独立模型法也不再使用。在今后的学习中重点给大家讲航带法（原理直观，对学习有好处）和光束法局域网平差（实际生产中应用比较多）。瑞士WILD厂OR-1型数控正射投影仪（相当于一个大型的纠正仪）放置像对相当于计算机控制系统操作系统打印设备德国Zeiss厂C-100型解析测图仪瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪德国Zeiss厂Z-2型数控正射投影仪数字摄影测量计算机硬、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供平台20世纪70年代：数字摄影测量萌芽阶段20世纪80年代：数字摄影测量原型研究阶段20世纪90年代：真正推出可用于生产的数字摄影测量工作站（DPW），原理就是把很昂贵的摄影测量仪器用普通计算机和摄影测量软件组成处理数据。武大的王之卓教授于1978年提出了全数字自动化测图系统的设想与方案，并于1985年完成了全数字自动化测图软件WUDAMS。2005年：由中国工程院院士、武汉大学教授张祖勋提出并研制成功的数字摄影测量网格DPGRird

，它是世界首套数字摄影测量网格（DGPrid）。数字摄影测量网格DPGrid（将计算机网络技术、

并行处理技术、高性能计算技术与数字摄影测量处理技术结合）该系统的应用将使地形图测绘速

度达到目前数字摄影测量工作站处理速度的8倍以上，可以实时处理大面积高精度、多光谱遥感影

像，在整体技术水平上达到国际先进水平，其中数字摄影测量网格DPGrid并行处理技术、影像匹

配技术和网络全无缝测图技术达到国际领先水平。数字摄影测量数

字影

像数字测量摄影系统自动建立立体模型自动量测和解译

自动记录数字线划地图数字高程模型数字影像地图数

据

库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Crystal

eyes3-D

mouseVirtuoZo数字摄影测量系统JX-4A数字摄影测量工作站摄影测量三个发展阶段的比较发展阶段原始资料投影方式仪器操作方式产品模拟

摄影测量像片物理投影模拟测图仪作业员手工模拟产品解析

摄影测量像片数字投影解析测图仪机助作业员操作模拟产品数字产品数字

摄影测量数字影像数字化影像数字投影计算机自动化操作+作业员干预数字产品模拟产品摄影测量的发展趋势摄影测量由单一的光学仪器逐步走向多种传感器的集成。(传感器)影像由单一的光学影像逐步走向光谱影像扫描及线阵影像。(影像类型)由模拟测图逐渐走向实时化、信息化处理。(数据处理)摄影测量有传统的对控制点有一定的依赖性逐步走向几乎无需外业的测量。（作业形式）总之，摄影测量学正在向多传感器集成、无地面控制、自动化、智能化空间信息提取的方向发展。§1.3

当代数字摄影测量的若干典型问题1、辐射信息当代数字摄影测量不仅要确定目标的几何信息（目标点的三维空间坐标），还要确定目标点的物理信息（纹理）。2、数据量与信息量、数据的存储量大、像片的重叠度传统的航空摄影，在航向上的重叠度一般为60%，旁向重叠度一般为30%，这对于人工作业已经足够了。但是，对于计算机来说，几乎没有多余观测，由于相邻影像的重叠度小，连影像匹配都很困难。因此，数字摄影测量在摄影时，应尽量加大重叠度。3、速度与精度数字摄影测量已经获得了迅速的发展，无论量测的速度还是达到的精度，都大大超过了人们预期的想象。但是，由于数字摄影测量中量测与识别的计算任务巨大，以目前的计算机速度还不能实时完成。因此，对许多需要实时完成的应用，还需要一些快速算法。4、自动化与影像匹配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，是数字摄影测量实现自动立体量测的关键，也是数字摄影测量的重要研究内容之一，影像匹配的精确性、可靠性、算法的适应性与速度均是其重要的研究内容，特别影像匹配的可靠性一直是其关键之一。5、影像解译数字摄影测量的基本范畴还是确定被摄对象的几何与物理属性，即量测与理解。前者虽然有很多问题尚待解决，需继续不断研

究，但已达到使用程度；而后者离使用的阶段还有很大距离，

尚处于研究阶段。§1.4

本课程的主要内容重点掌握的内容像片内、外方位元素；摄影测量常用坐标系统；正交变换矩