01-1 摄影测量学

《摄影测量学》吕利萍信工学院测绘工程系第一章绪论主要内容: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摄影测量学－－绪论(1)什么是摄影测量学通俗说：摄影测量就是通过进行摄影测量具体的过程摄影量测影像上的二维坐标：x、y计算获得空间的三维坐标：X、Y、Z摄影测量学－－绪论摄影测量是由二维影像三维空间的科学与技术它来源于测量中的前方交会12平面三角中的两角夹一边就是前方交会摄影测量学－－绪论在测量中：前方交会是在两个已知点1、2上，安置经纬仪(或全站仪)，对未知点A测定水平角、垂直角，就能测得未知点的坐标A（X、Y、Z）。O1A（X、Y、Z）2YZ1212X几何关系摄影测量学－－绪论a1b1a2b2摄影测量是首先在两个已知点上摄取两张影像摄影测量学－－绪论然后通过人的眼睛观测两张影像上的同名点的坐标a1(x1,y1)、a2(x2,y2)，就能求得空间对应点的坐标A（X、Y、Z）。S1a2a1S2A摄影测量学－－绪论最简单的摄影测量仪器－－立体反光镜影像（像片）这就是摄影测量的基本原理!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信息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、解译和表达，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SWDC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等高线地形图航测矢量图（DLG）正射影像图(DOM)三峡正射影象图：三条航带、175张航空影像虚拟地形(DEM)虚拟城市景观三峡景观图：三条航带、175张航空影像三维景观图摄影测量学－－概述摄影测量学的分类一般而言，根据影像获取的位置可分为：③地面摄影测量(近景)；①航天摄影测量(卫星)；②航空摄影测量(飞机)；200km10km1km具体来说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按距离远近（1）航天摄影测量用卫星遥感影像测绘地形图或专题图，或快速提取所需空间信息；成图比例尺已从1：5万—1：100万提高到1：5千左右（甚至1：1000左右），在一定条件下已可替代部分航空摄影测量；（2）航空摄影测量是摄影测量生产、科研、教学的主流；成图比例尺可覆盖1：5百—1：5万；是测绘1：5百—1：5千地形图的重要方法;是测绘1：1万—1：5万地形图的主要方法；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按距离远近（3）地面摄影测量一般用于山区的工程勘察和补测航摄漏洞；（4）近景摄影测量*一般用于拍摄距离300米（或100米）的非地形目标测绘.（5）显微摄影测量*利用扫描电子显微镜（SEM）摄取的立体显微像片，对微观世界进行的摄影测量。按用途地形摄影测量非地形摄影测量（1）地形摄影测量是摄影测量的主要任务，服务于国家基础地理信息需求。与传统现场测绘方法相比，摄影测量测绘地形有以下优点：a.作业速度快，成图周期短；b.内业作业为主，劳动强度低；c.较大范围成图时省经费d.成图精度均匀e.可生产影像测绘产品（2）非地形摄影测量是摄影测量的一个分支学科,其主要研究利用影像确定非地形目标物的形状、大小及空间位置等。在汶川地震、玉树地震、舟曲泥石流等抗震救灾工作中，我国快速调用航空、航天遥感手段以及低空无人遥感平台，获取灾区高分辨率遥感影像，解译灾情分布，快速整合原有的基础地理信息资源，及时构建地理信息服务平台，制作多尺度影像地图，为灾后救援、灾情评估、灾后安置、灾后重建等提供了及时可靠的科学依据，取得了十分重要的应用效益。按用途地形摄影测量非地形摄影测量按处理手段模拟摄影测量解析摄影测量数字摄影测量摄影测量与遥感的关系1.差异之处以航空摄影成像为主摄影测量以测绘大比例尺地形图为主以影像几何信息的处理为主以提供区域基础地理信息服务为主以卫星传感器成像为主（具有宏观特性、光谱特征、时相特征）遥感以编制中小比例尺专题图为主以影像物理信息的处理为主以各行业、部门专业应用为主2.共同之处摄影测量学作为一个成熟的学科，已有一百七十年左右的发展史了。遥感作为现代高科技只有四五十年左右的发展史。但两者科技内容（理论基础，技术手段，生产设备，应用目的等）已趋于一致，共同发展形成影像信息科学。摄影测量学－－概述从680公里高空观测地面－－IKONOS台北中山纪念堂IKONOS(RED)IKONOS(GREEN)IKONOS(BLUE)IKONOS(PAN.)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WildA10模拟立体测图仪光学纠正仪SEG-1HJ-24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-4X数字摄影测量工作站像素工厂：高精度的遥感影像自动化处理系统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主要难点讲授内容与其他课程的关系§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共面条件双像（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?第一章绪论摄影测量学的定义、任务和发展过程第二章摄影的基本知识与影像误差处理摄影原理与摄影机，黑白