《攝影測量學(xué)緒論》課件

攝影測量學(xué)緒論攝影測量學(xué)是一門利用攝影和測量技術(shù)獲取地面目標(biāo)空間位置、形狀和屬性信息的學(xué)科。它在城市規(guī)劃、資源調(diào)查、工程建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。課程簡介課程目標(biāo)本課程旨在幫助學(xué)生理解攝影測量學(xué)的原理和應(yīng)用，掌握攝影測量技術(shù)的應(yīng)用方法，并能夠運(yùn)用攝影測量技術(shù)解決實(shí)際問題。課程內(nèi)容本課程涵蓋了攝影測量學(xué)的基本概念、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)原理、主要方法和相關(guān)軟件的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行講解。攝影測量學(xué)概念攝影測量學(xué)是利用攝影和測量原理，獲取地面目標(biāo)的空間位置、形狀、大小等信息的技術(shù)。通過對影像信息的分析和處理，獲得目標(biāo)的幾何模型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地形測繪、地質(zhì)勘探、資源調(diào)查等方面的應(yīng)用。攝影測量學(xué)在現(xiàn)代社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，成為獲取空間信息的重要手段。攝影測量學(xué)發(fā)展歷程1早期手工測量為主，效率低下220世紀(jì)初航空攝影測量誕生，效率提升320世紀(jì)中后期電子計(jì)算技術(shù)應(yīng)用，精度提高421世紀(jì)數(shù)字?jǐn)z影測量發(fā)展，自動化程度高攝影測量學(xué)的發(fā)展歷程與科技進(jìn)步密切相關(guān)。從早期的手工測量到如今的數(shù)字?jǐn)z影測量，技術(shù)不斷革新，效率不斷提高。攝影測量學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域城市規(guī)劃城市規(guī)劃中使用攝影測量學(xué)，為城市發(fā)展提供精確的3D模型。工程測量攝影測量學(xué)幫助監(jiān)測工程進(jìn)度，確保工程質(zhì)量。資源勘探攝影測量學(xué)用于識別礦產(chǎn)資源，監(jiān)測森林資源變化。攝影測量學(xué)分類航空攝影測量利用飛機(jī)或無人機(jī)獲取影像資料，用于測繪、地質(zhì)、資源等領(lǐng)域。地面攝影測量使用地面相機(jī)或儀器獲取影像資料，常用于建筑、工程、考古等領(lǐng)域。衛(wèi)星攝影測量利用衛(wèi)星獲取影像資料，其覆蓋范圍廣，可用于地形測繪、環(huán)境監(jiān)測等。特殊攝影測量包括水下攝影測量、近景攝影測量等，針對特殊環(huán)境和需求進(jìn)行影像獲取和處理。航空攝影測量11.概述航空攝影測量是指利用飛機(jī)或無人機(jī)等飛行器搭載航空相機(jī)，對地表進(jìn)行攝影，獲取航空影像，并根據(jù)航空影像進(jìn)行測繪、分析和應(yīng)用的技術(shù)。22.特點(diǎn)航空攝影測量具有覆蓋范圍廣、效率高、數(shù)據(jù)精度高、信息量豐富等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。33.應(yīng)用航空攝影測量在城市規(guī)劃、資源勘探、災(zāi)害監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。44.發(fā)展趨勢隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，航空攝影測量技術(shù)將朝著更高精度、更高效率、更智能的方向發(fā)展。地面攝影測量近距離拍攝地面攝影測量直接在地面上進(jìn)行拍攝，適用于建筑物、橋梁、隧道等地面目標(biāo)的測量。精確控制地面攝影測量需要嚴(yán)格控制拍攝距離、方向和角度，以獲得精確的影像信息。應(yīng)用廣泛地面攝影測量應(yīng)用于建筑工程、文物保護(hù)、考古研究、城市規(guī)劃等領(lǐng)域。特殊攝影測量近景攝影測量近景攝影測量主要應(yīng)用于建筑物、文物、工業(yè)設(shè)備等小型目標(biāo)的測量。拍攝距離較近，可以獲取目標(biāo)的高精度三維模型和紋理信息。水下攝影測量水下攝影測量用于對水下地形、沉船、水下生物等進(jìn)行測量。需要特殊的防水相機(jī)和照明設(shè)備，以及對水下影像進(jìn)行校正處理。攝影測量系統(tǒng)構(gòu)成攝影測量系統(tǒng)是由多個(gè)子系統(tǒng)組成的，它們協(xié)同工作以獲取、處理和分析影像信息，最終生成各種地理空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品。主要子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳感器、平臺和控制系統(tǒng)，用于獲取原始影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對原始影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、幾何校正、正射校正等，生成可供分析的影像數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)則用于對處理后的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯、測量和建模，最終生成各種地理空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品，例如數(shù)字高程模型、正射影像和三維模型。相機(jī)和鏡頭相機(jī)相機(jī)是攝影測量的核心部件，負(fù)責(zé)捕捉影像信息，提供清晰的成像質(zhì)量?，F(xiàn)代攝影測量相機(jī)通常配備高分辨率傳感器和精確的定位系統(tǒng)。鏡頭鏡頭決定了相機(jī)的成像范圍和質(zhì)量，它負(fù)責(zé)將光線聚焦到傳感器上，形成清晰的圖像。鏡頭種類繁多，根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇合適的鏡頭。鏡頭類型常見鏡頭類型包括廣角鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭和長焦鏡頭，分別適用于不同的拍攝范圍和目的。鏡頭焦距鏡頭焦距決定了圖像的放大倍數(shù)，焦距越長，放大倍數(shù)越大，圖像越清晰，但視野范圍也越小。感光材料膠片膠片是傳統(tǒng)攝影測量中常用的感光材料。它通常由基底、乳劑層和保護(hù)層組成。傳感器傳感器是現(xiàn)代攝影測量系統(tǒng)中主要的感光材料，它將光信號轉(zhuǎn)換為電子信號。感光度感光度是指感光材料對光線的敏感程度，用ISO值表示。色域色域是指感光材料能夠記錄的顏色范圍，它影響著影像的色彩還原效果。影像記錄和曝光1影像記錄攝影測量中，影像記錄是使用相機(jī)或其他傳感器將目標(biāo)物體的圖像捕獲并存儲在感光材料或電子存儲器中。2曝光過程曝光過程是指感光材料或傳感器接收光線并發(fā)生感光化學(xué)變化或電子信號轉(zhuǎn)換的過程。3曝光控制曝光控制是通過調(diào)整光圈、快門速度和感光度來控制曝光量，確保獲得最佳影像質(zhì)量。影像處理1幾何校正消除影像畸變2輻射校正恢復(fù)真實(shí)顏色3鑲嵌拼接生成連續(xù)影像4影像增強(qiáng)提高影像質(zhì)量影像處理是攝影測量的重要步驟。三維重建數(shù)據(jù)采集獲取多視角影像數(shù)據(jù)，如航空照片、地面照片或掃描數(shù)據(jù)。特征提取從影像中識別特征點(diǎn)、線或面，并進(jìn)行匹配和關(guān)聯(lián)。三維模型構(gòu)建利用匹配的特征信息，重建物體的三維幾何模型，如點(diǎn)云、網(wǎng)格或模型。紋理映射將原始影像的紋理信息映射到三維模型，使其更加真實(shí)和生動。模型優(yōu)化進(jìn)行模型的精修和優(yōu)化，例如平滑、填充或紋理處理。攝影測量原理幾何模型攝影測量基于幾何模型，利用相機(jī)位置、鏡頭參數(shù)和影像信息進(jìn)行空間定位和三維重建。空間關(guān)系攝影測量建立了地面控制點(diǎn)、影像點(diǎn)之間的空間關(guān)系，通過數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，獲取目標(biāo)物體的三維坐標(biāo)。影像信息影像信息包含了目標(biāo)物體的形狀、大小、顏色和紋理等信息，這些信息被用于創(chuàng)建精確的三維模型。三維重建攝影測量利用影像信息和幾何模型進(jìn)行三維重建，生成具有真實(shí)幾何特征的三維模型。投影幾何模型投影幾何模型是攝影測量學(xué)的基礎(chǔ)理論之一，它描述了物體在空間中的位置關(guān)系和其在影像上的投影關(guān)系。投影幾何模型可以用來確定物體在空間中的位置，以及影像上各個(gè)點(diǎn)之間的幾何關(guān)系，為后續(xù)影像處理和三維重建提供基礎(chǔ)。內(nèi)方位元素主點(diǎn)坐標(biāo)相機(jī)光軸與像平面的交點(diǎn)，決定影像的中心位置，是影像幾何模型的關(guān)鍵要素。焦距鏡頭中心到像平面的距離，影響影像的比例尺和影像分辨率，是影響影像質(zhì)量的重要參數(shù)。像主點(diǎn)相機(jī)光軸與影像平面的交點(diǎn)，是影像幾何中心，用于確定影像的中心位置?；兿禂?shù)反映鏡頭成像過程中產(chǎn)生的幾何畸變，對影像幾何精度和定位精度有很大影響。外方位元素相機(jī)位置描述相機(jī)在世界坐標(biāo)系中的位置，由三個(gè)坐標(biāo)值表示。相機(jī)姿態(tài)描述相機(jī)在世界坐標(biāo)系中的方向，由三個(gè)角度值表示。點(diǎn)云處理1數(shù)據(jù)預(yù)處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)通常包含噪聲和錯(cuò)誤，需要進(jìn)行濾波、平滑、配準(zhǔn)等處理以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。2特征提取提取點(diǎn)云中的關(guān)鍵特征，如邊緣、曲面、紋理等，為后續(xù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)信息。3三維模型生成利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建三維模型，包括點(diǎn)云曲面擬合、網(wǎng)格重建等。數(shù)字高程模型定義表示地面高程變化的數(shù)字模型特點(diǎn)離散化、網(wǎng)格化、空間連續(xù)性應(yīng)用地形分析、三維建模、虛擬現(xiàn)實(shí)正射影像正射影像是一種重要的測繪產(chǎn)品。它通過將影像進(jìn)行幾何糾正，消除地形起伏的影響，使影像上的所有點(diǎn)都投影到同一水平面上，形成一張沒有幾何畸變的影像。特點(diǎn)幾何精度高影像清晰可直接進(jìn)行測量數(shù)字正射影像幾何校正數(shù)字正射影像已經(jīng)過幾何校正，消除了影像畸變，確保所有像素點(diǎn)對應(yīng)地面同一位置。地理參考數(shù)字正射影像與地理坐標(biāo)系統(tǒng)匹配，便于與其他地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加和分析。多用途數(shù)字正射影像廣泛應(yīng)用于地圖制作、土地利用調(diào)查、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。應(yīng)用場景可以用于制作高分辨率地圖，提供精確的地形信息，支撐各種地理空間分析和決策。測繪產(chǎn)品應(yīng)用工程測量道路、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供精確地形數(shù)據(jù)，輔助規(guī)劃和施工資源勘探礦產(chǎn)資源勘查，尋找油氣資源為資源開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持環(huán)境監(jiān)測監(jiān)測污染源，評估環(huán)境質(zhì)量掌握環(huán)境變化趨勢，制定防治措施工程測量11.測量控制精確建立控制網(wǎng)，為后續(xù)測量提供可靠基準(zhǔn)。22.地形測量獲取施工區(qū)域地形數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。33.測量放樣根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙將工程位置和尺寸準(zhǔn)確地標(biāo)定在地面上。44.竣工測量檢驗(yàn)工程質(zhì)量，確保工程實(shí)際尺寸符合設(shè)計(jì)要求。資源勘探礦產(chǎn)資源勘探攝影測量技術(shù)可以用于繪制礦區(qū)地形圖，幫助識別礦藏分布區(qū)域，并進(jìn)行礦產(chǎn)資源的勘探和評估。石油天然氣勘探通過航空或衛(wèi)星攝影測量，可以獲取地表高精度影像，并結(jié)合其他數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)分析，為石油和天然氣勘探提供重要的參考信息。環(huán)境監(jiān)測污染源識別環(huán)境監(jiān)測有助于識別各種污染源，例如工廠排放、汽車尾氣等。污染程度評估通過監(jiān)測空氣、水、土壤等環(huán)境要素，評估污染的程度和趨勢。環(huán)境變化預(yù)測通過數(shù)據(jù)分析，預(yù)測未來環(huán)境的變化趨勢，為制定環(huán)境政策提供參考。城市規(guī)劃城市規(guī)劃規(guī)劃城市發(fā)展、優(yōu)化空間布局、協(xié)調(diào)城市功能、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)道路、橋梁、地鐵、電力、通信等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，支撐城市發(fā)展。環(huán)境保護(hù)保護(hù)生態(tài)環(huán)境，改善人居環(huán)境，建設(shè)宜居城市。景觀設(shè)計(jì)提升城市美觀度，打造城市特色，提升城市吸引力。文物保護(hù)文物保護(hù)使用攝影測量技術(shù)記錄和保護(hù)文物，例如繪制三維模型，創(chuàng)建數(shù)字檔案.監(jiān)測和評估跟蹤文物狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性問題，并制定相應(yīng)的保護(hù)措施.虛擬重建重建歷史建筑或