第1章 攝影測量學概論

1、一、傳統(tǒng)攝影測量學定義一、傳統(tǒng)攝影測量學定義 是利用光學攝影機攝影的像片，研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質和相互關系的一門科學和技術。它包括的內(nèi)容有 1：獲取被攝物體的影像 2：研究單張和多張像片影像的處理方法 3：所測得的成果以圖解形式或數(shù)字形式輸出的方法和設備被攝物體影像通過量測和解譯過程DEM DLG DRG DOMn正射影像圖三峽正射影象圖：三條航帶、175張航空影二、攝影測量學的任務二、攝影測量學的任務1：測制各種比例尺的地形圖2：建立地形數(shù)據(jù)庫3：為各種地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)提供基礎數(shù)據(jù)。 三、攝影測量的特點三、攝影測量的特點 1：是在像片上進行量測和解譯，無需接觸物

2、體本身因而很少受自然和地理條件的限制。 2：可攝得瞬問的動態(tài)物體影像。像片及其它各種類型影像均是客觀物體或目標的真實反映，信息豐富、逼真，人們可以從中獲得所研究物體的大量幾何信息和物理信息。 3：所攝物體只要能夠成像，均可采用攝影測量技術。四、攝影測量學的分類四、攝影測量學的分類按照距離遠近分1：航天攝影測量2：航空攝影測量3：地面攝影測量4：近景攝影測量5：顯微攝影測量按照用途分有地形攝影測量、非地形攝影測量與遙感。按技術處理手段分為模擬攝影測量解析攝影測量數(shù)字攝影測量五、攝影測量發(fā)展的三個階段五、攝影測量發(fā)展的三個階段1 模擬法攝影測量模擬法攝影測量指的是用光學或機械方法模擬攝影過程，使兩

3、個投影器恢復攝影時的位置、姿態(tài)和相互關系，形成一個比實地縮小了的幾何模型；即所謂攝影過程的幾何反轉，在此模型上的量測即相當于對原物體的量測。所得到的結果通過機械或齒輪傳動方式直接在繪圖桌繪出各種圖件來，如地形圖或各種專題圖。人眼之所以能區(qū)分遠近在于人眼在觀察物體時可以形成交會角，也稱之為生理視差。2 解析攝影測量解析攝影測量從幾何的角度，利用數(shù)學的方法根據(jù)影像空間的像點位置重建物體在目標空間的幾何模型，也即找到像點與物點之間的數(shù)學對應關系。 （1）解析測圖儀）解析測圖儀解析測圖儀是解析攝影測量的基本設備，它是首先實現(xiàn)測量成果數(shù)字化的儀器。在機助測圖軟件控制下，將在立體模型上測得的結果首先存在計

4、算機上，然后再傳送到數(shù)控繪圖機上繪出圖件。（2）解析空中三角測量）解析空中三角測量解析空中三角測量實現(xiàn)了用攝影測量方法快速、大面積地測定點位的精確方法，它是計算機用于攝影測量的第一項成果，經(jīng)歷了航帶法、獨立模型法和光束法三個階段。（3）解析攝影測量與模擬攝影測量的不同之處）解析攝影測量與模擬攝影測量的不同之處在于：在于：1：前者是利用計算機來完成攝影測量中復雜的幾何解算和大量的數(shù)值運算。2：前者的投影方式是數(shù)字投影，后者是模擬投影。3：輸出的產(chǎn)品不僅有模擬產(chǎn)品還有數(shù)字產(chǎn)品，有的可以直接進入地理信息系統(tǒng)中。4：前者的方法理論上更嚴密，更快捷，更方便。5：解析攝影測量可以測量的物體種類繁多，只要能

5、被攝影即可。3 數(shù)字攝影測量數(shù)字攝影測量從廣義上講，數(shù)字攝影測量指的是從攝影測量和遙感所獲取的數(shù)據(jù)中，采集數(shù)字化圖形或數(shù)字數(shù)字化影像，在計算機中進行各種數(shù)值、圖形和影像處理，研究目標的幾何和物理特性，從而獲得各種形式的數(shù)字產(chǎn)品和目視化產(chǎn)品。這里的數(shù)字產(chǎn)品包括數(shù)字地圖、數(shù)宇高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像、測量數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)（GIS）和土地信息系統(tǒng)（LIS）等。這里的可視化產(chǎn)品包括地形圖、專題圖、縱橫剖面圖、透視圖、正射影像圖、電子地圖、動畫地圖等。（1）數(shù)字攝影測量中獲得影像的方法）數(shù)字攝影測量中獲得影像的方法一種是直接用數(shù)字攝影機獲得數(shù)字影像一種是掃描儀對像片進行掃描得到數(shù)字化的影像（

6、2）數(shù)字攝影測量的兩大任務）數(shù)字攝影測量的兩大任務一是自動影像匹配與空間定位二是自動影像判讀（3）數(shù)字攝影測量與解析攝影測量的不同之處）數(shù)字攝影測量與解析攝影測量的不同之處v它處理的原始信息不僅可以是航空像片（數(shù)字化影像），更主要的是航空、航天的數(shù)字影像。v它以計算機視覺來代替人眼的立體觀測，因而所使用的儀器只需要計算機和一些相應的外部設備。v它不但可以獲得影像的幾何信息，還能獲得豐富的物理信息。硬件配置硬件配置主流個人計算機（PC）立體觀測裝置:偏振光鏡屏（Z-Screen）或C型液晶立體眼鏡（Crystaleyes）或N型液晶立體眼鏡（Nuvision）量測控制裝置:手輪和腳盤（Virtu

7、oZo-H/F）或三維鼠標（3D Mouse）或鼠標（Mouse）（4）數(shù)字攝影測量的特點）數(shù)字攝影測量的特點v輻射信息輻射信息v數(shù)據(jù)量與信息量數(shù)據(jù)量與信息量v速度與精度速度與精度v自動化與影像匹配自動化與影像匹配v影像解譯影像解譯六、攝影測量與遙感之間的關系六、攝影測量與遙感之間的關系遙感技術對攝影測量學的沖擊和作用首先在于它打破了攝影測量學長期以來過分局限于測繪物體形狀與大小數(shù)據(jù)的幾何處理。遙感為攝影測量提供了大量的多時相、多光譜、多分辨率的豐富影像信息。攝影測量中的幾何定位和幾何糾正以及影像匹配理論也都可以應用于遙感圖像的復合和幾何配準上。攝影測量的主要成果如DEM乃是支持和改善遙感圖像

8、分類效果的有效信息。七、攝影測量與七、攝影測量與GISGIS之間的關系之間的關系攝影測量與遙感愈來愈成為為GIS采集數(shù)據(jù)和更新數(shù)據(jù)的重要手段；而GIS的信息將對遙感數(shù)字圖像處理和自動分類起著重要的作用。攝影測量與遙感與GIS結合分為了兩個階段1：各種專題圖與地形圖是通過對遙感影像的幾何糾正和目視判讀制作出來，然后通過圖件數(shù)字化方法送入GIS中。2：70年代中期，則研究如何由遙感影像中自動提取各種專題信息（柵格數(shù)據(jù)），然后再將它們變成矢量數(shù)據(jù)送入GIS中。3：現(xiàn)在正在研究攝影測量與遙感和GIS一體化的系統(tǒng)，經(jīng)過攝影測量采集的數(shù)據(jù)、遙感影像均可直接進入地理信息系統(tǒng)。八、攝影測量學的新發(fā)展八、攝影測

9、量學的新發(fā)展1 1：數(shù)碼相機逐步應用于航空攝影測量：數(shù)碼相機逐步應用于航空攝影測量 2 2：動態(tài)：動態(tài)GPSGPS配合慣性測量系統(tǒng)（配合慣性測量系統(tǒng)（GPS/IMUGPS/IMU）3 3：激光探測及測距系統(tǒng)（：激光探測及測距系統(tǒng)（LIDARLIDAR） 隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)碼影像因其便于計算機處理、隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)碼影像因其便于計算機處理、存儲和通過網(wǎng)絡進行傳輸，在航空攝影測量中的應用已越來越存儲和通過網(wǎng)絡進行傳輸，在航空攝影測量中的應用已越來越普遍，全數(shù)字攝影測量工作站已全面替代了傳統(tǒng)的解析測圖儀普遍，全數(shù)字攝影測量工作站已全面替代了傳統(tǒng)的解析測圖儀，為了給全數(shù)字攝影測量

10、工作站提供工作所需的數(shù)碼影像，目，為了給全數(shù)字攝影測量工作站提供工作所需的數(shù)碼影像，目前使用的是高精度的掃描儀將航空底片掃描成為數(shù)碼影像。但前使用的是高精度的掃描儀將航空底片掃描成為數(shù)碼影像。但是因為多了一道工序，對于成圖的周期、成本都是不利的。數(shù)是因為多了一道工序，對于成圖的周期、成本都是不利的。數(shù)碼相機的發(fā)展為我們解決這一問題提供了一個非常好的手段，碼相機的發(fā)展為我們解決這一問題提供了一個非常好的手段，數(shù)碼相機的核心是數(shù)碼相機的核心是CCD陣列，陣列，CCD陣列的解像率對其應用的范陣列的解像率對其應用的范圍起著決定性的影響，目前航攝儀所使用的圍起著決定性的影響，目前航攝儀所使用的23*23

11、CM的航空膠的航空膠片其解像率相當于片其解像率相當于20K*20K像素的數(shù)碼相機的解像率，而目前像素的數(shù)碼相機的解像率，而目前數(shù)碼相機的解像率只能達到數(shù)碼相機的解像率只能達到9K*9K像素，一定程度上限制了數(shù)像素，一定程度上限制了數(shù)碼相機在航空攝影測量中的大規(guī)模應用。但隨著光電子技術的碼相機在航空攝影測量中的大規(guī)模應用。但隨著光電子技術的飛速發(fā)展，相信在不長的時間內(nèi)，能夠滿足航空攝影測量所需飛速發(fā)展，相信在不長的時間內(nèi)，能夠滿足航空攝影測量所需的高解像率數(shù)碼航攝儀就將誕生，到那時數(shù)碼相機將成為航空的高解像率數(shù)碼航攝儀就將誕生，到那時數(shù)碼相機將成為航空攝影測量中數(shù)碼影像的主要獲取手段。攝影測量中

12、數(shù)碼影像的主要獲取手段。 航空攝影測量的一個核心問題是光束恢復，為了精確的恢復攝航空攝影測量的一個核心問題是光束恢復，為了精確的恢復攝影瞬間的光束往往需要在地面上布設足夠多的高精度控制點，影瞬間的光束往往需要在地面上布設足夠多的高精度控制點，通過嚴密而復雜的計算，反算出攝影瞬間飛機的姿態(tài)與位置，通過嚴密而復雜的計算，反算出攝影瞬間飛機的姿態(tài)與位置，從而達到恢復攝影光束的目的。這種方法對野外控制點的密度從而達到恢復攝影光束的目的。這種方法對野外控制點的密度、精度要求很高，在某些特殊地區(qū)實現(xiàn)非常困難，并且極大地、精度要求很高，在某些特殊地區(qū)實現(xiàn)非常困難，并且極大地影響了成圖的周期及質量。運用動態(tài)影

13、響了成圖的周期及質量。運用動態(tài)GPS配合慣性測量系統(tǒng)配合慣性測量系統(tǒng)IMU可以非常好的解決這一難題，動態(tài)可以非常好的解決這一難題，動態(tài)GPS其整體平面的定位其整體平面的定位精度已達到了相當高的水平，但是不能夠對飛機攝影瞬間的姿精度已達到了相當高的水平，但是不能夠對飛機攝影瞬間的姿態(tài)進行描述。而慣性測量系統(tǒng)卻與之相反，因此利用精確的時態(tài)進行描述。而慣性測量系統(tǒng)卻與之相反，因此利用精確的時鐘將二者結合起來即可測得飛機在攝影瞬間的姿態(tài)與位置，從鐘將二者結合起來即可測得飛機在攝影瞬間的姿態(tài)與位置，從而在航空攝影的過程中即可解決航空攝影測量中的光束恢復問而在航空攝影的過程中即可解決航空攝影測量中的光束恢

14、復問題。理想情況下，動態(tài)題。理想情況下，動態(tài)GPS配合慣性測量系統(tǒng)配合慣性測量系統(tǒng)IMU能夠淘汰航能夠淘汰航測外業(yè)控制測量這一艱苦、繁重的工作，極大降低勞動強度，測外業(yè)控制測量這一艱苦、繁重的工作，極大降低勞動強度，縮短航測成圖的周期，將航空攝影測量的精確、快速的優(yōu)勢完縮短航測成圖的周期，將航空攝影測量的精確、快速的優(yōu)勢完全發(fā)揮出來。全發(fā)揮出來。 激光探測及測距系統(tǒng)是設計安裝在飛機上的激光系統(tǒng)，用于量激光探測及測距系統(tǒng)是設計安裝在飛機上的激光系統(tǒng)，用于量測被測物體的三維坐標。當飛機飛過目標時，系統(tǒng)會將單個激測被測物體的三維坐標。當飛機飛過目標時，系統(tǒng)會將單個激光脈沖從發(fā)射源到目標及再返回系統(tǒng)的

15、時間記錄下來，再配合光脈沖從發(fā)射源到目標及再返回系統(tǒng)的時間記錄下來，再配合脈沖發(fā)出瞬間飛機的空間坐標及姿態(tài)，從而解算出被測物體的脈沖發(fā)出瞬間飛機的空間坐標及姿態(tài)，從而解算出被測物體的三維坐標。盡管三維坐標。盡管70年代后期，激光測距技術已在測量領域開始年代后期，激光測距技術已在測量領域開始應用，但受其測量的距離及脈沖的頻率以及動態(tài)定位技術的限應用，但受其測量的距離及脈沖的頻率以及動態(tài)定位技術的限制，動態(tài)激光測距技術的發(fā)展一直比較緩慢。但隨著激光技術制，動態(tài)激光測距技術的發(fā)展一直比較緩慢。但隨著激光技術的發(fā)展及動態(tài)的發(fā)展及動態(tài)GPS配合慣性測量系統(tǒng)配合慣性測量系統(tǒng)IMU的應用，終于使激光的應用，終于使激光探測及測距系統(tǒng)成為一種切實可行的商業(yè)選擇。由于其地面模探測及測距系統(tǒng)