第一章攝影測量緒論

課程名稱工具解算形式解算方法測量結(jié)果產(chǎn)品控制測量經(jīng)緯儀,水準(zhǔn)儀,全站儀控制網(wǎng)(三

角網(wǎng),導(dǎo)線網(wǎng),水準(zhǔn)網(wǎng))最小二乘法X,Y,Z地形圖GPSGPS衛(wèi)星GPS接收機(jī)GPS控制網(wǎng)

(環(huán))最小二乘法X,Y,Z地形圖攝影測量飛機(jī)航空攝影機(jī)前方交會,后方交會,光束法平差,空中三角測量最小二乘法X,Y,Z地形圖DEM

(Digital

Elevation

Model)DOM

(Digital

Ortho

Map)DOM

(Digital

Ortho

Map)§

1.1

攝影測量學(xué)的定義與任務(wù)§1.2

攝影測量學(xué)的發(fā)展概況§

1.3

當(dāng)代數(shù)字?jǐn)z影測量的若干典型問題§1.4

本課程的主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容:第一章

緒論§1.1

攝影測量學(xué)的定義與任務(wù)定義分類平臺特點任務(wù)1.定義攝影測量學(xué)是對研究的物體進(jìn)行攝影，量測和解譯所獲得的影像，獲取被攝物體的幾何信息和物理信息的一門科學(xué)和技術(shù)。各種類型傳感器被攝物體影

像通過量測和解譯過程自然物體及其環(huán)境的可靠信息DEMDLGDRGDOM攝影測量學(xué)：定義攝影測量思考：攝影測量與普通測量有什么不同？普通攝影測量中測量物體上的點位，需要感興趣的點位上放置標(biāo)示或棱鏡，攝影測量只需要對我們感興趣的地物進(jìn)行拍照。攝影測量通過拍照獲取影像，然后對影像進(jìn)行量測和解譯，但這個過程中有許多理論和基礎(chǔ)，我們在今后的學(xué)習(xí)中會給大家逐步介紹思考：攝影測量的目的？通過我們獲取的影像進(jìn)行量測，然后確定你所量測的點與我們所對應(yīng)的物方點之間的關(guān)系式，來解求物方點的三維空間坐標(biāo)以及所解求的那些點它所表示物體的一些特征，也是攝影測量需要解決的主要問題。2.研究內(nèi)容：獲取被研究物體的影像；單張像片和多張像片處理的理論、方法、設(shè)備和技術(shù)；如何用圖形、圖像或數(shù)字形式表示所測成果3.主要任務(wù)：測制各種比例尺的地形圖、專題圖、正射影像圖、景觀圖等。建立地形數(shù)據(jù)庫為地理信息系統(tǒng)、各種工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)。4.

攝影測量的主要方法：從二維影像重建三維模型2D

Image(x,y)3D

Model(X,Y,Z)立體觀測Aa1a2S1S2攝影測量學(xué)的方法攝影測量學(xué)的方法4.

攝影測量的分類:攝影測量應(yīng)用對象地形攝影測量(TopographyPhotogrammetry):

地形圖和專題圖,為GIS提供3D數(shù)據(jù)非地形攝影測量:工業(yè),建筑,考古,醫(yī)學(xué),生物,體育,變形觀測,公安偵破,事故調(diào)查.應(yīng)用廣泛攝影距離航天攝影測量,航空攝影測量(Aerial

Photogrammetry),近景攝影測量(Digital

Close-rangePhotogrammetry),顯微攝影測量利用航空像片測制地形圖地形攝影測量應(yīng)用：測制地形圖近景攝影測量應(yīng)用舉例:生物(Biology)Digital

CameraSeaLion近景攝影測量應(yīng)用舉例:事故重建(Accident

Reconstruction)Reconstructed

CAD

Model近景攝影測量應(yīng)用舉例:考古(Archeology)近景攝影測量技術(shù)用于考古近景攝影測量應(yīng)用舉例:犯罪偵察(Forensics)Reconstructed

crime

scene近景攝影測量技術(shù)用于人體運(yùn)動分析近景攝影測量應(yīng)用舉例:變形監(jiān)測(Deformation

Measurements)1.2

攝影測量學(xué)的發(fā)展概況攝影測量學(xué)的起源攝影測量學(xué)發(fā)展的三個基本階段攝影測量學(xué)的發(fā)展趨勢1839年，阿拉戈發(fā)明攝影術(shù)為攝影測量提供了基本手段1851年，法國陸軍上校勞賽達(dá)提出交會攝影測量并測繪了萬森城堡圖，標(biāo)志著攝影測量的開始。（地形圖？）1858年，法國攝影師納達(dá)爾乘坐氣球在巴黎郊外80m上空拍攝了世界上第一張空中像片。1860年，美國人布萊克在氣球上，從365米高空拍攝了波士頓的像片1885年，法國人乘坐氣球從2000英尺高空拍攝了巴黎的航空像片1903年，萊特兄弟發(fā)明了飛機(jī)使航空攝影和航空攝影測量成為可能1906年，美國人勞倫仕用17只風(fēng)箏吊著巨型相機(jī)拍攝了舊金山大火1909年，萊特兄弟在機(jī)翼上安放照相機(jī)，拍下了世界第一張真正意義上的航空像片第一次世界大戰(zhàn)期間，首臺航攝儀的問世、立體坐標(biāo)量測儀和1318立體測圖儀的使用，真正開始了攝影測量學(xué)。攝影測量學(xué)的起源攝影測量學(xué)的三個發(fā)展階段模擬攝影測量階段(1851-1970)：攝影測量理論發(fā)展的最為成熟，攝影測量儀器最完善，攝影測量方法最先進(jìn)，尤其是地形圖的測量工作做的最多的一個階段。解析攝影測量階段(1950-1980)：到1950年，隨著計算機(jī)的出現(xiàn)，人們就想把攝影測量中一些人工完成的工作讓計算機(jī)來代替，時間比較短。數(shù)字?jǐn)z影測量階段(1970-現(xiàn)在）：隨計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，ccd數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展，尤其是計算機(jī)能夠承擔(dān)大容量的計算。攝影測量發(fā)展的3個階段模擬攝影測量光

學(xué)像

片光學(xué)機(jī)械測圖儀器人工建立立體模型人工量測和解譯

機(jī)械繪圖圖解線劃地圖像片影像地圖利用光學(xué)/機(jī)械投影方法實現(xiàn)攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)，用兩個/多個投影器模擬攝影機(jī)攝影時的位置和姿態(tài)構(gòu)成與實際地形表面成比例的幾何模型，通過對該模型的量測得到地形圖和各種專題圖模擬攝影測量基本上是從第一次世界大戰(zhàn)

開始，主要提出：1、解決空間后方交會。2、立體像對的絕對定向和絕對定向。3、相片糾

正，雙像投影圖儀及輻射三角測量的概念。4、提出了相片立體觀測的量測原理。1901年，德國的耶拿蔡司廠制造了坐標(biāo)立體量測儀1909年，德國的耶拿蔡司廠制造了自動立體測圖儀（通過所獲取的影像可以用后方交會的方法去測繪地形圖）1919年，羅馬開始制造雙向投影儀（像片測圖儀）。1920年，海德制造出第一臺測圖儀。1923年，德國的耶拿蔡司廠制造了第一臺立體測圖儀。1924年，多倍投影立體觀測儀普及，立體坐標(biāo)儀、立體量測儀和單投影器普遍應(yīng)用。20世紀(jì)六十年代，各種精密立體測圖儀普遍使用，性能優(yōu)良，達(dá)到頂峰階段。精度比較差像幅大小是

18cm*18cm最原始的坐標(biāo)量測儀光學(xué)糾正儀SEG-1(前蘇聯(lián)的大型糾正儀)HJ-24（單像糾正儀）Wild

A10

模擬立體測圖儀（精密立體測圖儀）機(jī)械繪圖桌相當(dāng)于一個坐標(biāo)量測儀起連接作用的實桿相當(dāng)于一個測圖平臺優(yōu)點：直觀，有助于了解和學(xué)習(xí)攝影測量原理缺點：精度低，對原始資料限制大，只提供圖解產(chǎn)品模擬攝影測量階段在模擬法攝影測量儀器大量研制時期，丘爾奇在30年代開始研究解析法空間前方交會、后方交會和雙點交會。1954年，第一臺電子計算機(jī)問世1957年，海拉瓦博士提出解析測圖儀的思想，標(biāo)志著解析攝影測量的開始20世紀(jì)70年代末至90年代初，解析攝影測量發(fā)展的鼎盛時期1976年，在赫爾辛基召開的國際攝影測量學(xué)會大會上，展出了8種型號的解析測圖儀，使其成為攝影測量的主要儀器。解析攝影測量解析攝影測量光

學(xué)像

片解

析測圖儀器計算機(jī)建立立體模型人工量測和解譯自動記錄數(shù)字線劃地圖數(shù)字高程模型像片影像地圖以電子計算機(jī)為主要手段，通過對攝影像片的量測和解析計算方法的交會方式來研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)及其相互關(guān)系，并提供各種攝影測量產(chǎn)品的一門科學(xué)解析攝影測量階段解決的主要問題通過計算機(jī)計算的辦法進(jìn)行高精度定位，包括相片外方位元素的解算，像點所對應(yīng)的地面點坐標(biāo)的解算，這個過程我們稱之為解析空中三角

測量。這些原理也是我們學(xué)習(xí)攝影測量學(xué)最基礎(chǔ)的部分，也是最抽象

的部分。解析空中三角測量是用攝影測量的方法在大面積范圍內(nèi)測定點位的一種精確方法。通常采用的平差模型有航帶法（70年王之卓院士提出）、光束法局域網(wǎng)平差（理論最嚴(yán)密）、獨立模型法（70年代德國阿克曼教授提出，精度最高）。到現(xiàn)在為止，航帶法在一些低精度的測圖中還有應(yīng)用，因為他的原理比較簡單，計算量小而且占用的內(nèi)存比較小的緣故。光束法局域網(wǎng)平差目前被攝影測量工作站廣泛使用。獨立模型法相對來說精度比較高的，在解析測圖儀中使用最多，但隨著解析測圖儀的停產(chǎn)，獨立模型法也不再使用。在今后的學(xué)習(xí)中重點給大家講航帶法（原理直觀，對學(xué)習(xí)有好處）和光束法局域網(wǎng)平差（實際生產(chǎn)中應(yīng)用比較多）。瑞士WILD廠OR-1型數(shù)控正射投影儀（相當(dāng)于一個大型的糾正儀）放置像對相當(dāng)于計算機(jī)控制系統(tǒng)操作系統(tǒng)打印設(shè)備德國Zeiss廠C-100型解析測圖儀瑞士Kern廠DSR-1型解析測圖儀德國Zeiss廠Z-2型數(shù)控正射投影儀數(shù)字?jǐn)z影測量計算機(jī)硬、軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，使功能增強(qiáng)，成本降低，并為編制大型軟件提供平臺20世紀(jì)70年代：數(shù)字?jǐn)z影測量萌芽階段20世紀(jì)80年代：數(shù)字?jǐn)z影測量原型研究階段20世紀(jì)90年代：真正推出可用于生產(chǎn)的數(shù)字?jǐn)z影測量工作站（DPW），原理就是把很昂貴的攝影測量儀器用普通計算機(jī)和攝影測量軟件組成處理數(shù)據(jù)。武大的王之卓教授于1978年提出了全數(shù)字自動化測圖系統(tǒng)的設(shè)想與方案，并于1985年完成了全數(shù)字自動化測圖軟件WUDAMS。2005年：由中國工程院院士、武漢大學(xué)教授張祖勛提出并研制成功的數(shù)字?jǐn)z影測量網(wǎng)格DPGRird

，它是世界首套數(shù)字?jǐn)z影測量網(wǎng)格（DGPrid）。數(shù)字?jǐn)z影測量網(wǎng)格DPGrid（將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、

并行處理技術(shù)、高性能計算技術(shù)與數(shù)字?jǐn)z影測量處理技術(shù)結(jié)合）該系統(tǒng)的應(yīng)用將使地形圖測繪速

度達(dá)到目前數(shù)字?jǐn)z影測量工作站處理速度的8倍以上，可以實時處理大面積高精度、多光譜遙感影

像，在整體技術(shù)水平上達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中數(shù)字?jǐn)z影測量網(wǎng)格DPGrid并行處理技術(shù)、影像匹

配技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全無縫測圖技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)

字影

像數(shù)字測量攝影系統(tǒng)自動建立立體模型自動量測和解譯

自動記錄數(shù)字線劃地圖數(shù)字高程模型數(shù)字影像地圖數(shù)

據(jù)

庫基于攝影測量的基本原理，通過對所獲取的數(shù)字/數(shù)字化影像進(jìn)行處理，自動（半自動）提取被攝對象用數(shù)字方式表達(dá)的幾何與物理信息，從而獲得各種形式的數(shù)字產(chǎn)品和目視化產(chǎn)品Crystal

eyes3-D

mouseVirtuoZo數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)JX-4A數(shù)字?jǐn)z影測量工作站攝影測量三個發(fā)展階段的比較發(fā)展階段原始資料投影方式儀器操作方式產(chǎn)品模擬

攝影測量像片物理投影模擬測圖儀作業(yè)員手工模擬產(chǎn)品解析

攝影測量像片數(shù)字投影解析測圖儀機(jī)助作業(yè)員操作模擬產(chǎn)品數(shù)字產(chǎn)品數(shù)字

攝影測量數(shù)字影像數(shù)字化影像數(shù)字投影計算機(jī)自動化操作+作業(yè)員干預(yù)數(shù)字產(chǎn)品模擬產(chǎn)品攝影測量的發(fā)展趨勢攝影測量由單一的光學(xué)儀器逐步走向多種傳感器的集成。(傳感器)影像由單一的光學(xué)影像逐步走向光譜影像掃描及線陣影像。(影像類型)由模擬測圖逐漸走向?qū)崟r化、信息化處理。(數(shù)據(jù)處理)攝影測量有傳統(tǒng)的對控制點有一定的依賴性逐步走向幾乎無需外業(yè)的測量。（作業(yè)形式）總之，攝影測量學(xué)正在向多傳感器集成、無地面控制、自動化、智能化空間信息提取的方向發(fā)展?！?.3

當(dāng)代數(shù)字?jǐn)z影測量的若干典型問題1、輻射信息當(dāng)代數(shù)字?jǐn)z影測量不僅要確定目標(biāo)的幾何信息（目標(biāo)點的三維空間坐標(biāo)），還要確定目標(biāo)點的物理信息（紋理）。2、數(shù)據(jù)量與信息量、數(shù)據(jù)的存儲量大、像片的重疊度傳統(tǒng)的航空攝影，在航向上的重疊度一般為60%，旁向重疊度一般為30%，這對于人工作業(yè)已經(jīng)足夠了。但是，對于計算機(jī)來說，幾乎沒有多余觀測，由于相鄰影像的重疊度小，連影像匹配都很困難。因此，數(shù)字?jǐn)z影測量在攝影時，應(yīng)盡量加大重疊度。3、速度與精度數(shù)字?jǐn)z影測量已經(jīng)獲得了迅速的發(fā)展，無論量測的速度還是達(dá)到的精度，都大大超過了人們預(yù)期的想象。但是，由于數(shù)字?jǐn)z影測量中量測與識別的計算任務(wù)巨大，以目前的計算機(jī)速度還不能實時完成。因此，對許多需要實時完成的應(yīng)用，還需要一些快速算法。4、自動化與影像匹配自動化是當(dāng)代數(shù)字?jǐn)z影測量最突出的特點，是否具有自動化（或半自動化）的能力，是當(dāng)代數(shù)字?jǐn)z影測量與傳統(tǒng)攝影測量的根本區(qū)別。影像匹配的理論與實踐，是數(shù)字?jǐn)z影測量實現(xiàn)自動立體量測的關(guān)鍵，也是數(shù)字?jǐn)z影測量的重要研究內(nèi)容之一，影像匹配的精確性、可靠性、算法的適應(yīng)性與速度均是其重要的研究內(nèi)容，特別影像匹配的可靠性一直是其關(guān)鍵之一。5、影像解譯數(shù)字?jǐn)z影測量的基本范疇還是確定被攝對象的幾何與物理屬性，即量測與理解。前者雖然有很多問題尚待解決，需繼續(xù)不斷研

究，但已達(dá)到使用程度；而后者離使用的階段還有很大距離，

尚處于研究階段?！?.4

本課程的主要內(nèi)容重點掌握的內(nèi)容像片內(nèi)、外方位元素；攝影測量常用坐標(biāo)系統(tǒng)；正交變換矩