《摄影测量学》武大精品课程_A摄影测量基础

绪论《摄影测量学》（上）第一章武汉大学遥感信息工程学院摄影测量教研室主要内容一、摄影测量学的定义与任务二、摄影测量学的发展历程三、本课程的主要内容定义分类平台特点任务§1.1摄影测量学的定义与任务通过摄影，进行测量A（X、Y、Z）OZXY1212遥感影像地形图传统摄影测量学定义摄影测量学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状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科摄影测量与遥感定义1988年ISPRS在日本京都第16届大会上定义：摄影测量与遥感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、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、科学和技术ISPRS(InternationalSocietyofPhotogrammetryandRemoteSensing)：PhotogrammetryandRemoteSensingistheart,scienceandtechnologyofobtainingreliableinformationfromnoncontractimagingandothersensorabouttheEarthanditsenvironment,andotherphysicalobjectsandprocessesthroughrecording,measuring,analyzingandrepresentation.摄影测量学：定义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DEMDLGDRGDOMP31摄影经纬仪RC30框幅式航摄仪ADS40数字航摄仪摄影测量学：定义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DEMDLGDRGDOMP31摄影经纬仪近景影像航空光学影像ADS40数字航空影像摄影测量学：定义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正射影像图三峡正射影象图：三条航带、175张航空影像三峡景观图：三条航带、175张航空影像三维景观图北京城市景观（亚运村）摄影测量：分类航天摄影测量航空摄影测量地面摄影测量近景摄影测量显微摄影测量地形摄影测量非地形摄影测量模拟摄影测量解析摄影测量数字摄影测量按距离远近按用途按处理手段遥感平台高度目的、用途其它航天飞机240～350km不定期地球观测、空间实验无线电探空仪100m～100km各种调查（气象等）超高度喷气机10000～12000m侦察、大范围调查中低高度飞机500～8000m各种调查、航空摄影测量飞艇500～3000m空中侦察、各种调查直升机100～2000m各种调查、航空摄影测量无线遥探飞机500m以下各种调查、航空摄影测量飞机、直升机牵引飞机50～500m各种调查、航空摄影测量牵引滑翔机系留气球800m以下各种调查索道10～40m遗址调查吊车5～50m地面实况调查地面测量车0～30m地面实况调查车载升降台摄影测量与遥感：平台摄影测量：特点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面采集数据方式同时提取物体的几何与物理特性摄影测量：任务之一地形测量领域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的基础数据摄影测量：任务之二非地形测量领域–生物医学–公安侦破–古文物、古建筑–变形监测–军事侦察–矿山工程准确恢复两张影像的位置关系快速确定两张影像上的同名点S1a2a1S2A§1.2摄影测量学的发展历程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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航空影像1860年，美国人布莱克利用湿板拍摄了波士顿的航空像片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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模拟摄影测量(1851-1970)解析摄影测量(1950-1980)数字摄影测量(1970-现在）摄影测量学的三个发展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•单片测图•分工法测图•综合法测图光学纠正仪SEG-1HJ-24WildA10模拟立体测图仪解析摄影测量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•解析空三•解析测图仪•数控正射仪德国Zeiss厂C-100型解析测图仪瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪瑞士WILD厂OR-1型数控正射投影仪德国Zeiss厂Z-2型数控正射投影仪坐标量测仪数字摄影测量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系统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•计算机技术•数字图像处理•影像匹配•模式识别•DPW3-DmouseCrystaleyesVirtuoZo数字摄影测量系统JX-4A数字摄影测量工作站像素工厂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手工操作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化影像数字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三个发展阶段的特点讲授内容与其他课程的关系学习要求§1.3本课程的主要内容摄影测量作业流程FilmprocessingindarkroomFCIRColorB&WStereoplotterFilmsusedalternativelyAllspectralchannelssimultaneouslyGISDEMOrthophotosMappingRevisionVisualizationImageanalysisClassificationDigitalwork-stationGroundprocessingFilmbasedworkflowRC30DirectdigitalworkflowADS40PrinterColorMSB&WArchivesystemColorFCIRB&WDSW500scannerFilmMassMemory摄影测量：基本关系式表达像点与地面点之间关系影像中的几何信息地物几何位置模型重建几何量测xyXYZXYZa(x,y)xyzS(Xs,Ys,Zs)A(X,Y,Z)共线条件SSSZZYYXXzyxR单像摄影测量：理论基础xyXYZ已知量未知量共线方程XYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S2共面条件立体摄影测量：目的x1y1XYZ已知量未知量x2y2摄影测量基础：讲授内容影像获取成果表达影像处理What?Where?WhatChange?第一章绪论(2学时)摄影测量学的定义、任务和发展过程第二章投影几何基础知识(6学时)投影的分类与透视变换、透视变换成图第三章单张像片解析(20学时)像片的内外方位元素、像点位移、常用坐标系、像点坐标变换旋转矩阵、空间坐标变换、共线条件方程、单片空间后方交会第四章立体观察与立体量测(6学时)人体的立体视觉、人造立体视觉、像对的立体观察与量测像点坐标量测及系统误差改正第五章立体像对解析(6学时)共面条件方程、解析相对定向、空间前方交会单元模型的绝对定向第六章经典解析空中三角测量(10学时)像片连接点设置、自由航带网的建立、光束法区域网平差第七章解析空中三角测量的精度与可靠性分析(6学时)理论精度和实际精度的评定方法单个备选假设下的可靠性理论、粗差检测方法（数据探测法、选权迭代法）第八章解析空中三角测量最新发展(6学时)GPS辅助空中三角测量DGPS/IMU直接传感器定向与辅助空中三角测量课堂教学(62学时)课间实习(10学时)参考书1、李德仁等编，《基础摄影测量学》，测绘出版社2、李德仁等编，《摄影测量与遥感概论》，测绘出版社3、李德仁，郑肇葆编著，《解析摄影测量学》，测绘出版社4、袁修孝著，《GPS辅助空中三角测量原理及应用》，测绘出版社5、李德仁，袁修孝著，《误差处理与可靠性理论》，武汉大学出版社摄影测量基础：参考资料教材张剑清，潘励，王树根编著，《摄影测量学》，武汉大学出版社课程网站后续课程1、数字摄影测量2、近景摄影测量3、遥感原理与方法摄影测量基础：与其他课程关系先修课程1、测量平差原理2、测量学3、高等数学4、线性代数5、航空和航天摄影技术作业：PP.11，第1、2题《摄影测量学》（上）第二章航摄像片的投影关系武汉大学遥感信息工程学院摄影测量教研室一、航空摄影与航摄像片二、航摄像片与地形图的差别三、中心投影透视变换作图主要内容利用安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影§2.1航空摄影与航摄像片航空摄影ZSS航摄仪焦距：物镜节点到焦点的距离像片主距长焦距：(主距200mm)中焦距：(主距＝100～200mm)短焦距：(主距100mm)FSf像片主距：物镜后节点到像平面的距离像场：物镜焦面上中央成像清晰的范围像场角常角：(视场角75。)宽角：(视场角＝75。~100。)特宽角：(视场角100。)像场角：像场直径对物镜后节点的夹角2航摄像片为量测像片，有光学框标和机械框标航摄像片的大小为18cm×18cm,23cm×23cm航摄像片光学框标机械框标航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面§2.1航空摄影与航摄像片航空摄影摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于30，夹角为像片倾角铅垂线像片SA摄影机主光轴像片竖直摄影沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠§2.1航空摄影与航摄像片航空摄影%100%xxxLpp123Lxpx航向重叠度І-1Ⅱ-1Lypy旁向重叠度%100%yyyLpp航向相邻两个摄影站间的距离P1S1P2S2BE摄影基线摄影基线HfLlm1f为摄影机主距，H为航高视摄影像片水平、地面取平均高程时，像片上的线段l与地面上相应的水平距L之比为摄影比例尺aASEPfH摄影比例尺kbmcm测图比例尺航摄比例尺分母测图比例尺分母比例尺类型航摄比例尺测图比例尺大比例尺1:2000～1:30001:5001:4000～1:60001:10001:8000～1:120001:2000，1:5000中比例尺1:15000～1:200001:50001:10000～