《測繪職業(yè)概論》課件-項目三 攝影測量學(xué)

三、攝影測量學(xué)目錄contains攝影測量學(xué)的定義、任務(wù)和特點01攝影測量的分類02攝影測量學(xué)的發(fā)展03攝影測量學(xué)的定義、任務(wù)和特點01一、攝影測量學(xué)的定義、任務(wù)和特點攝影測量學(xué)是利用光學(xué)攝影機獲取的像片，經(jīng)過處理以獲取被攝物體的形狀、大小、位置、特性及其相互關(guān)系的一門學(xué)科。傳統(tǒng)的攝影測量學(xué)定義攝影測量是對非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達(dá)進(jìn)行記錄、量測和解譯，從而獲得自然物體和環(huán)境的可靠信息的科學(xué)和技術(shù)?，F(xiàn)代攝影測量定義一、攝影測量學(xué)的定義、任務(wù)和特點坐標(biāo)量測三維模型二維影像獲取影像三維建模一、攝影測量學(xué)的定義、任務(wù)和特點各種比例尺的地形圖、專題圖、特種地圖正射影像地圖、景觀圖建立各種數(shù)據(jù)庫提供地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)任務(wù)之一地形測量領(lǐng)域圖紙數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)一、攝影測量學(xué)的定義、任務(wù)和特點非地形測量領(lǐng)域建筑物變形監(jiān)測古文物、古建筑監(jiān)測任務(wù)之二生物醫(yī)學(xué)監(jiān)測公安偵破監(jiān)測一、攝影測量學(xué)的定義、任務(wù)和特點攝影測量學(xué)特點無需接觸物體本身獲得被攝物體信息由二維影象重建三維目標(biāo)面采集數(shù)據(jù)方式同時提取物體的幾何與物理特性可應(yīng)用于非地形測量領(lǐng)域一、攝影測量學(xué)的定義、任務(wù)和特點攝影測量的分類02二、

攝影測量的分類根據(jù)影像獲取的位置，攝影測量基本可分為：①航天攝影測量(衛(wèi)星)衛(wèi)星地面③低空攝影測量(無人機)

②航空攝影測量(飛機)航空低空二、

攝影測量的分類按用途地形攝影測量非地形攝影測量按處理手段模擬攝影測量解析攝影測量數(shù)字?jǐn)z影測量攝影測量學(xué)的發(fā)展03三、攝影測量學(xué)的發(fā)展法國人達(dá)蓋爾發(fā)明攝影術(shù)為攝影測量提供了基本手段。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。攝影測量學(xué)的起源1839年1851年1903年第一次世界大戰(zhàn)期間萊特兄弟發(fā)明了飛機使航空攝影和航空攝影測量成為可能。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)。三、攝影測量學(xué)的發(fā)展1950-19801851-1970攝影測量學(xué)的三個發(fā)展階段解析攝影測量模擬攝影測量1970-現(xiàn)在數(shù)字?jǐn)z影測量利用光學(xué)/機械投影方法實現(xiàn)攝影過程的反轉(zhuǎn)，用兩個/多個投影器模擬攝影機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。階段1模擬攝影測量人工建立立體模型人工量測和解譯機械繪圖圖解線劃圖像片影像圖特點三、攝影測量學(xué)的發(fā)展三、攝影測量學(xué)的發(fā)展投影器階段1模擬攝影測量攝影機替代光學(xué)投影儀幾何反轉(zhuǎn)通過投影器實現(xiàn)，人眼識別同名點三、攝影測量學(xué)的發(fā)展WildA10模擬立體測圖儀機械投影儀幾何反轉(zhuǎn)通過光機導(dǎo)桿實現(xiàn)，人眼識別同名點機械臂繪圖桌光機導(dǎo)桿右像片左像片左手輪x腳輪z右手輪y目鏡階段1模擬攝影測量三、攝影測量學(xué)的發(fā)展人工量測和解譯自動記錄數(shù)字線劃圖數(shù)字高程模型像片影像圖特點以電子計算機為主要手段，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)品計算機建立立體模型階段2解析攝影測量三、攝影測量學(xué)的發(fā)展解析測圖儀瑞士WILD廠BC2型解析測圖儀瑞士Kern廠DSR-1型解析測圖儀階段2解析攝影測量解析測圖儀德國Zeiss廠C-100型解析測圖儀中國測繪研究院JX-3院士三、攝影測量學(xué)的發(fā)展數(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)品數(shù)字影像數(shù)字高程模型數(shù)字影像圖數(shù)據(jù)庫數(shù)字線劃圖計算機視覺特點半自動自動階段3數(shù)字?jǐn)z影測量JX-4A數(shù)字?jǐn)z影測量工作站數(shù)字?jǐn)z影測量實驗室階段3數(shù)字?jǐn)z影測量三、攝影測量學(xué)的發(fā)展三、攝影測量學(xué)的發(fā)展立體顯示器手輪腳盤立體顯卡數(shù)字?jǐn)z影測量工作站（DPW）立體眼鏡組成部分階段3數(shù)字?jǐn)z影測量模式識別與人工智能計算機視覺數(shù)字圖像處理計算機技術(shù)專家系統(tǒng)階段3數(shù)字?jǐn)z影測量三、攝影測量學(xué)的發(fā)展三、攝影測量學(xué)的發(fā)展電力線巡航數(shù)字地圖GIS數(shù)據(jù)庫大壩地形測量產(chǎn)品豐富不動產(chǎn)登記實景三維模型水利工程選址階段3數(shù)字?jǐn)z影測量三、攝影測量學(xué)的發(fā)展產(chǎn)品模擬產(chǎn)品模擬產(chǎn)品數(shù)字產(chǎn)品數(shù)字產(chǎn)品模擬產(chǎn)品原始資料投影方式儀器操作方式模擬攝影測量解析攝影測量數(shù)字?jǐn)z影測量像片（模擬影像）物理投影模擬測圖儀手工操作像片（模擬影像）數(shù)字投影解析測圖儀機助作業(yè)員操作數(shù)字化影像數(shù)字影像數(shù)字投影計算機自動化操作+作業(yè)員干預(yù)發(fā)展階段3.2攝影測量基本知識與數(shù)據(jù)處理目錄contains天然立體觀察和像對立體觀察03攝影測量兩個基本問題04數(shù)字?jǐn)z影測量產(chǎn)品06像片的內(nèi)、外方位元素02攝影測量常用的坐標(biāo)系01空中三角測量與區(qū)域網(wǎng)平差05攝影測量基本知識01一、攝影測量基本知識1.攝影測量常用的坐標(biāo)系:地面測量坐標(biāo)系(D-XYZ)像平面坐標(biāo)系（o-xy）像空間坐標(biāo)系（s-xyz）地面輔助坐標(biāo)系（O-XYZ）攝影測量坐標(biāo)系(S-XYZ)像點a(x,y)地面點A(X,Y,Z)DXZY

oyXYZaSYXZOAyzxx像片的內(nèi)、外方元素02二、像片的內(nèi)、外方元素

xyz作用：確定攝影光束的形狀像片的內(nèi)方位元素是通過攝影機檢校獲得的，使用時作為已知值。二、像片的內(nèi)、外方元素

像片的外方位元素確定攝影瞬間像片的空間位置與姿態(tài)。每張像片的外方位元素都不一樣，因此確定每張影像的外方位元素是攝影測量的一個重要內(nèi)容。zoxyyxSYXZo

OMN天然立體觀察和像對立體觀察03三、天然立體觀察和像對立體觀察用雙眼直接觀察空間物體能有遠(yuǎn)近的現(xiàn)象，稱為天然立體視覺。利用立體像對在室內(nèi)進(jìn)行觀察，也能獲得與直接觀察空間物體一樣的立體感覺，稱為稱為像對立體觀察。利用兩張具有重疊度的影像獲得立體視覺必須滿足：1.分像：兩眼各看一張像片，即左眼只能看左片，右眼只能看右片，而不能同時看到。2.必須使同名像點的連線與眼基線平行，以保證兩視線在同一個視平面內(nèi)。常用的分像方法有:互補色法偏振光法交替光闌法（閃閉法、光閘法）立體量測觀察設(shè)備反光立體鏡三、天然立體觀察和像對立體觀察攝影測量兩個基本問題04四、攝影測量兩個基本問題1.兩個影像上同名像點識別:x1,y1x2,y2人工方法,數(shù)字影像匹配。2.確定像點坐標(biāo)與空間坐標(biāo)之間的幾何關(guān)系。四、攝影測量兩個基本問題共線條件方程以像點a、投影中心s、物點A三點共線為基礎(chǔ)建立起來的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱之為共線條件方程式。其表達(dá)式是：確定了影像與物體的幾何關(guān)系是攝影測量最基本的方程式，貫穿于整個攝影測量過程。SoAaxyxyz四、攝影測量兩個基本問題應(yīng)用一：單像空間后方交會利用3組以上像點地面點坐標(biāo)，求解像片外方位元素。DYXZS四、攝影測量兩個基本問題應(yīng)用二：單張像片測圖提供高程值Z四、攝影測量兩個基本問題應(yīng)用三：立體像對前方交會空中三角測量與區(qū)域網(wǎng)平差05五、空中三角測量與區(qū)域網(wǎng)平差從模擬解析一直到數(shù)字?jǐn)z影測量，空中三角測量一直是攝影測量的重要環(huán)節(jié)，而且至今還在不斷發(fā)展?？罩腥菧y量的基本流程如下圖。五、空中三角測量與區(qū)域網(wǎng)平差用于確定兩張像片的相對位置。相對定向無外業(yè)控制點就能建立地面立體模型。相對定向的唯一標(biāo)準(zhǔn)是兩張影像上所有同名點的投影光線對對相交，所有同名點光線在空間的交點集合構(gòu)成了物體的幾何模型。兩張像片的相對定向只能確定一個立體模型，而模型連接就是解決模型與模型之間的連接。如圖（b）中需要將兩個模型連接起來。通過相對定向、模型連接，把一條航線上的影像連接起來，構(gòu)成航線的立體模型，通過旁向重疊影像，實現(xiàn)整個區(qū)域的模型連接，構(gòu)成空中三角測量網(wǎng)。利用最小二乘法進(jìn)行誤差處理。（1）相對定向：（2）模型連接：（3）空中三角測量：（4）區(qū)域網(wǎng)平差：數(shù)字?jǐn)z影測量產(chǎn)品06六、數(shù)字?jǐn)z影測量產(chǎn)品1、數(shù)字地面高程模型(DEG)數(shù)字地面模型是將地面劃分為等間隔（?X，?Y）的格網(wǎng)，一般為正方形圖(a)。然后取每個隔網(wǎng)點的地面高程，構(gòu)成一個高程陣列Zg圖(b)；圖(c)實際(DEG)。六、數(shù)字?jǐn)z影測量產(chǎn)品數(shù)字地面高程模型也可以用三角網(wǎng)（TIN）形式表達(dá)如下圖（c），地形圖上的等高線多由DEM內(nèi)插自動生成。（c）三角網(wǎng)（TIN）（d）等高線與地形特征線六、數(shù)字?jǐn)z影測量產(chǎn)品2、數(shù)字正射影像圖(DOM)數(shù)字正射影像圖是對航空航天像片進(jìn)行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像集。它是同時具有地圖幾何精度和影像特征的圖像。DOM具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優(yōu)點。帶等高線的正射影像圖六、數(shù)字?jǐn)z影測量產(chǎn)品3、數(shù)字線劃圖（DLG）數(shù)字線劃圖是以點、線、面形式或地圖特定圖形符號形式，表達(dá)地形要素的地理信息矢量數(shù)據(jù)集。由攝影測量生產(chǎn)的數(shù)字線劃圖的比例尺可以由1:500到1:10000。六、數(shù)字?jǐn)z影測量產(chǎn)品4、數(shù)字柵格地圖（DRG）數(shù)字柵格地圖（DRG）是?紙質(zhì)地形圖的數(shù)字化產(chǎn)品。它通過?掃描、?幾何糾正、?色彩校正和?數(shù)據(jù)壓縮處理后，形成在內(nèi)容、幾何精度和色彩上與地形圖保一致的柵格文件。3.3激光掃描和激光雷達(dá)目錄contains激光雷達(dá)02激光掃描01激光雷達(dá)與攝影測量05激光雷達(dá)的應(yīng)用06激光雷達(dá)測深04激光掃描的多次回波特性03激光測距與激光掃描01一、激光測距與激光掃描激光具有方向性、亮度高、單色性和相干性好等特點，在測繪中用于測距。激光測距是測得由激光發(fā)射到反射后接收的時間之差求得距離。激光掃描是使激光自動旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成激光掃描系統(tǒng)，在一個測站形成面測量就能獲得周圍密集的空間點--點云。激光雷達(dá)-LiDAR02二、激光雷達(dá)-LiDAR激光掃描系統(tǒng)安裝在飛機上，構(gòu)成機載激光掃描，一般稱激光雷達(dá)。是集激光測距、GpS、慣導(dǎo)、計算機與數(shù)據(jù)處理于一體的測量技術(shù)。利用CPS可以測定發(fā)射點的位置，用激光掃描測定激光發(fā)射器到目標(biāo)的距離S，而慣導(dǎo)系統(tǒng)(IMU)可以測定發(fā)射瞬間飛行器的俯仰角(pitch)、橫滾角(ml)與航偏角(yaw)，即可確定發(fā)射光束的方位，由此能夠確定未知點在WGS84的位置(如下圖所示)。二、激光雷達(dá)-LiDAR多倫多市激光掃描點云俯視圖激光掃描的多次回波特性03三、激光掃描的多次回波特性常規(guī)攝影測量在密集森林地區(qū)只能獲得森林表面模型，為獲得地面高程，只能減去平均樹高獲得地面高程，其精度低，難以獲得高精度的DEM。激光掃描具有多次回波特性，通過多次回波的分類，由激光點云能夠獲得高精度的DEM。多次回波－－是激光《特有》的優(yōu)勢！三、激光掃描的多次回波特性一次脈沖，四次回波。三、激光掃描的多次回波特性森林地區(qū)的彩色影像

激光點云激光掃描的斷面激光雷達(dá)測探04四、激光雷達(dá)測探LIDAR系統(tǒng)向海面發(fā)射波長為1064nm的紅外激光和倍頻后波長為532nm的藍(lán)綠激光，由于藍(lán)綠激光較易直接穿透海水而紅外激光不易穿透海水，獲取紅外激光的陸地信息以及藍(lán)綠激光的海底信息。根據(jù)紅外激光與藍(lán)綠激光返回的時間差，即可計算出被測點處的海水深度。激光雷達(dá)與攝影測量05五、激光雷達(dá)與攝影測量一個完整的LiDAR系統(tǒng)多有攝影機與其相匹配。完整的LiDAR激光雷達(dá)系統(tǒng)(LMS-Q680i系統(tǒng))，它由激光掃描部分、定位定姿部分(CPS與IMU)

航空數(shù)碼相機三部分組成。飛機下部窗口分為兩部：一是對地激光掃描部分，一是攝影機機頭。飛機按飛行方向飛行，一邊激光連續(xù)對地進(jìn)行掃描，掃描線實際上由一定間隔、密集的掃描點所組成，一邊攝影機對地攝影。按攝影測量要求，相鄰影像的間隔同樣需要滿足60%的重疊度，影像與激光掃描點云之間存在嚴(yán)密的對應(yīng)關(guān)系。五、激光雷達(dá)與攝影測量

如圖：LiDAR數(shù)據(jù)處理流程數(shù)據(jù)預(yù)處理中包括少量的外業(yè)控制點與坐標(biāo)變換；通過點云分類可以同時得到數(shù)字地面模型(DEM)與數(shù)字表面模型(DSM)（后者是構(gòu)建數(shù)字城市中至關(guān)重要的信息)；在激光雷達(dá)情況下進(jìn)行空中三角測量，可以實現(xiàn)點云與影像的精確配準(zhǔn)，可以利用點云作為控制，從而減少控制點。由上可以看出，LiDAR可以高效地生產(chǎn)DEM、DSM、DOM，同時也可以生產(chǎn)地形圖(DLG)，其效率要優(yōu)于常規(guī)的攝影測量。五、激光雷達(dá)與攝影測量LiDAR點云與正射影像激光雷達(dá)的應(yīng)用06六、激光雷達(dá)的應(yīng)用1.激光雷達(dá)在電力管線測量中應(yīng)用在電力線上獲得激光點