第一章-绪论--摄影测量基础--教学课件.ppt

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1、绪 论摄影测量基础（aeroaero）photogrammetry;aerial photogrammetry photogrammetry;aerial photogrammetry 主要内容主要内容一、摄影测量学的定义与任务一、摄影测量学的定义与任务二、摄影测量学的历史二、摄影测量学的历史三、本课程的主要内容三、本课程的主要内容需要说明的问题摄影测量，重在“测量”，摄影是手段纯粹的工程类学科，不是艺术类课程有着深厚的数学底蕴，需要的数学知识较多与计算机技术密切相关海量数据，软件支持与硬件技术密切相关（卫星、相机和飞机等）“贵族”专业价格不菲，成本很高与摄影技术关系密切，尤其是对摄影的硬件要

2、求非常高航摄像片航摄像片IKONOS(RED)IKONOS(RED)IKONOS(GREEN)IKONOS(GREEN)IKONOS(BLUEIKONOS(BLUE)IKONOS(PAN.)IKONOS(PAN.)IKONOS(IKONOS(假彩色合成假彩色合成)Quick Bird(0.6Quick Bird(0.60.7m)0.7m)Spot-5(Spot-5(全色波段，全色波段，2.52.5米）米）TM(TM(假彩色合成假彩色合成)ADS40数字航空影像数字航空影像正射影像图正射影像图三峡正射影象图：三条航带三峡正射影象图：三条航带 、175175张航空影像张航空影像单航带拼接图单航带拼

3、接图多航带拼接图多航带拼接图3 3 空间信息获取技术流程空间信息获取技术流程空间信息获取技术流程空间信息获取技术流程多航带拼接图多航带拼接图三峡景观图：三条航带三峡景观图：三条航带 、175175张航空影像张航空影像三维景观图三维景观图北京城市景观（亚运村）虚拟地形从影像到地形图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的定义与任务传统摄影测量学传统摄影测量学定义定义摄影测量学（Photogrammetry）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由相片获取认知通过通过摄影摄影，进行，进行测量测量A（X、Y、Z）OZXY

4、12 1 2测量学测量学中的后方交会摄影测量学：摄影测量学：定义定义各种类型各种类型传感器传感器被摄物体被摄物体影像影像通过量测和通过量测和解译过程解译过程DEMDLGDRGDOM4D产品摄影测量与遥感摄影测量与遥感定义定义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(International Society of Photogrammetry and Remote Sensing)：Photogrammetry and Remote Sensi

5、ng is the art,science and technology of obtaining reliable information from noncontract imaging and other sensor about the Earth and its environment,and other physical objects and processes through recording,measuring,analyzing and representation.与遥感的关系首先有摄影测量，然后随着卫星技术的发展，逐渐二者合并为一个学科。摄影测量学作为一个成熟的学科，

6、已有一百五十年左右的发展史了。遥感作为现代高科技只有三、四十年左右的发展史。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。差异之差异之处处 数学模型也有些差异数学模型也有些差异 以航空摄影成像为主 摄影测量摄影测量 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）目前已经变化 遥遥 感感 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、部门专业应用为主与遥感的关系摄影测量的仿生学依据引自张祖勋院士2008年讲座RC30 框幅式航摄仪量

7、测用摄影机量测用摄影机航空摄影机ADS40 数字航摄仪P31 摄影经纬仪P31摄影经纬仪近景影像摄影测量：摄影测量：分类分类按距离远近按距离远近按按用用途途按处理手段按处理手段地面地面航空航空数字摄影测量系统数字摄影测量系统机载定位定向系统机载定位定向系统机载机载LIDAR系统系统低空低空无人驾驶飞艇系统无人驾驶飞艇系统无人驾驶直升机系统无人驾驶直升机系统摄影全站仪系统摄影全站仪系统数字近景系统数字近景系统精确三维可视化系统精确三维可视化系统航天航天卫星地面接收站卫星地面接收站卫星数据获取卫星数据获取遥感平台高度目的、用途其它航天飞机240350km不定期地球观测、空间实验无线电探空仪100m

8、100km各种调查（气象等）超高度喷气机1000012000m侦察、大范围调查中低高度飞机5008000m各种调查、航空摄影测量飞艇5003000m空中侦察、各种调查直升机1002000m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50500m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1040m遗址调查吊车550m地面实况调查地面测量车030m地面实况调查车载升降台摄影测量与遥感：摄影测量与遥感：平台平台特点特点无需接触物体本身获得被摄物体信息无需接触物体本身获得被摄物体信息（Remote Sensing）由二维影象重建三维目

9、标（由二维影象重建三维目标（ill posed problem）面采集数据方式（线阵面采集数据方式（线阵ccd采集）采集）同时提取物体的几何与物理特性同时提取物体的几何与物理特性任务之一任务之一地形测量领域地形测量领域 各种比例尺的地形图、专题图、各种比例尺的地形图、专题图、特种地图、正射影像地图、景观特种地图、正射影像地图、景观图（房顶、地面等）图（房顶、地面等）建立各种数据库建立各种数据库提供提供地理信息系统地理信息系统和土地信息系和土地信息系统所需要的基础数据统所需要的基础数据摄影测量：摄影测量：任务之二任务之二非地形测量领域非地形测量领域生物医学生物医学公安侦破公安侦破古文物、古建筑的

10、三维重建古文物、古建筑的三维重建变形监测变形监测军事侦察军事侦察重要的运用重要的运用矿山工程矿山工程摄影测量在中国最早的发源地摄影测量在中国最早的发源地1.2摄影测量学的历史摄影测量学的历史1839年年，阿拉戈发明摄影术为摄影测量提供了基本手段，阿拉戈发明摄影术为摄影测量提供了基本手段1851年年，法法国国陆陆军军上上校校劳劳赛赛达达提提出出交交会会摄摄影影测测量量并并测测绘绘了了万万森森城城堡堡图，标志着摄影测量的开始图，标志着摄影测量的开始1858年年，法法国国摄摄影影师师纳纳达达尔尔乘乘坐坐气气球球在在巴巴黎黎郊郊外外80m上上空空拍拍摄摄了了世世界上第一张航空影像界上第一张航空影像18

11、60年年，美国人布莱克利用，美国人布莱克利用湿板湿板拍摄了波士顿的航空像片拍摄了波士顿的航空像片1885年年，法国人乘坐，法国人乘坐气球气球从从2000英尺高空拍摄了巴黎的航空像片英尺高空拍摄了巴黎的航空像片1903年年，莱特兄弟发明了，莱特兄弟发明了飞机飞机使航空摄影和航空摄影测量成为可能使航空摄影和航空摄影测量成为可能1906年年，美国人劳伦仕用，美国人劳伦仕用17只只风筝风筝吊着巨型相机拍摄了旧金山大火吊着巨型相机拍摄了旧金山大火第第一一次次世世界界大大战战期期间间，首首台台航航摄摄仪仪的的问问世世、立立体体坐坐标标量量测测仪仪和和1318立体测图仪的使用，真正开始了摄影测量学。立体测图

12、仪的使用，真正开始了摄影测量学。仪器主导的模式仪器主导的模式模拟摄影测量(1851-1970)解析摄影测量(1950-1980)数字摄影测量(1970-现在现在）三个发展阶段三个发展阶段模拟摄影测量模拟摄影测量光光学学像像片片光学机械光学机械测图仪器测图仪器人工建立立人工建立立体模型体模型人工量测人工量测和解译和解译机械绘图机械绘图图解线划地图图解线划地图像片影像地图像片影像地图利用光学利用光学/机械投影方法实现摄影过程的机械投影方法实现摄影过程的反转反转，用两个，用两个/多个投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

13、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-24Wild A10 模拟立体测图仪解析摄影测量解析摄影测量1954年年，第一台电子计算机问世，第一台电子计算机问世1957年年，海海拉拉瓦瓦（Hellava）博博士士提提出出解解析析测测图图仪的思想，标志着解析摄影测量的开始仪的思想，标志着解析摄影测量的开始20世世纪纪70年年代代末末至至90年年代代初初，解解析析摄摄影影测测量量发发展展的鼎盛时期的鼎盛时期解析摄影测量解析摄影测量光光学学像像片片解解析析测图仪器测图仪器计算机建立计算

14、机建立立体模型立体模型人工量测人工量测和解译和解译自动记录自动记录数字线划地图数字线划地图数字高程模型数字高程模型像片影像地图像片影像地图以以电子计算机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、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德国Zeiss厂厂C-100型解析测图仪型解析测图仪瑞士瑞士Kern厂厂DSR-1型解析测图仪型解析测图仪瑞士瑞士

15、WILD厂厂OR-1型数控正射投影仪型数控正射投影仪德国德国Zeiss厂厂Z-2型数控正射投影仪型数控正射投影仪坐标量测仪坐标量测仪数字摄影测量数字摄影测量计计算算机机硬硬、软软件件技技术术的的飞飞速速发发展展，使使功功能能增增强强，成本降低，并为成本降低，并为编制大型软件编制大型软件提供平台提供平台20世纪世纪70年代：数字摄影测量萌芽阶段年代：数字摄影测量萌芽阶段20世纪世纪80年代：数字摄影测量原型研究阶段年代：数字摄影测量原型研究阶段20世世纪纪90年年代代：真真正正推推出出可可用用于于生生产产的的数数字字摄影测量系统摄影测量系统数字摄影测量数字摄影测量数数字字影影像像数字测量摄影数字

16、测量摄影系统系统自动自动建立建立立体模型立体模型自动自动量测量测和解译和解译自动记录自动记录数字线划地图数字线划地图数字高程模型数字高程模型数字影像地图数字影像地图数数据据库库基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字数字/数字化影像数字化影像进进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字数字方式表达的几何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-D mouseCrystal eyesVirtuoZo 数

17、字摄影测量系统JX-4A数字摄影测量工作站摄影测量三个发展阶段的特点发展阶段发展阶段原始资料原始资料投影方式投影方式仪器仪器操作方式操作方式产品产品模拟模拟摄影测量摄影测量光学像片光学像片物理投影物理投影模拟测图仪模拟测图仪手工操作手工操作模拟产品模拟产品解析解析摄影测量摄影测量光学像片光学像片数字投影数字投影解析测图仪解析测图仪机助机助作业员操作作业员操作模拟产品模拟产品数字产品数字产品数字数字摄影测量摄影测量数字化影像数字化影像数字影像数字影像数字投影数字投影计算机计算机自动化操作自动化操作+作业员干预作业员干预数字产品数字产品模拟产品模拟产品像素工厂摄影测量作业流程Filmprocess

18、ingin darkroomFCIRColorB&WStereo plotter Films used alternativelyAll spectral channels simultaneouslyGISDEMOrthophotosMappingRevisionVisualizationImage analysisClassificationDigitalwork-stationGroundprocessingFilm based workflow RC30Direct digital workflow ADS40PrinterColorMSB&WArchivesystemColorFCI

19、RB&WDSW500scanner FilmMass Memory摄影测量：摄影测量：基本关系式表达像点与地面点之间关系表达像点与地面点之间关系影像中的影像中的几何信息几何信息地物几何位置地物几何位置模型重建模型重建几何量测几何量测xyXYZ 准确恢复两张影像的位置关系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快速确定两张影像上的同名点S1a2a1S2AXYZa(x,y)xyzS(Xs,Ys,Zs)A(X,Y,Z)空间共线条件单像摄影测量单像摄影测量：理论基础xyXYZ已知量已知量未知量未知量共线方程共线方程XYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)

20、z2y2x2S2共面条件立体摄影测量：立体摄影测量：目的x1y1XYZ已知量已知量未知量未知量x2y2摄影测量基础：摄影测量基础：讲授内容讲授内容影像获取影像获取成果表达成果表达影像处理影像处理What?Where?WhatChange?第一章第一章绪论绪论(2学时)摄影测量学的摄影测量学的定义、任务和发展过程定义、任务和发展过程第二章第二章投影几何基础知识投影几何基础知识(6学时)（4学时）投影的分类与透视变换、透视变换成图投影的分类与透视变换、透视变换成图第三章第三章单张像片解析单张像片解析(20学时)（6-8学时）像片的内外方位元素、像点位移、常用坐标系、像点坐标变换像片的内外方位元素、

21、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第四章立体观察与立体量测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像点坐标量测及系统误差改正第五章第五章立体像对解析立体像对解析(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单元模型的绝对定向第六章第六章经典解析空中三角测量经典解析空中三角测量(10学时)（4个学时）像片连接点

22、设置、自由航带网的建立、光束法区域网平差像片连接点设置、自由航带网的建立、光束法区域网平差第第七七章章解解析析空空中中三三角角测测量量的的精精度度与与可可靠靠性性分分析析(6学时)（1学时）理论精度和实际精度的评定方法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、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）选权迭代法）第八章第八章解析空中三角测量最新发展解析空中三角测量最新发展(6学时)（2学时）GPS辅助空中三角测量辅助空中三角测量DGPS/IMU直接传感器定向与辅助空中三角测量直接传感器定向与辅助空中三角测量课堂教学课堂教学(62学时)（31）课间实习课间实习(10学时)