摄影测量学上

1摄影测量学主讲：沙从术2河南工程学院土木工程系3第一章绪论一、什么是摄影测量？(传统定义）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。§1－1摄影测量的定义和任务返回目录4像片地形图5第一章绪论一、什么是摄影测量？（1988年ISPRS在日本京都第16届大会上定义）摄影测量与遥感乃是对非接触式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科学和技术。内容包括:影像信息获取影像信息处理影像信息表达影像信息应用§1－1摄影测量的定义和任务返回目录6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DEMDLGDRGDOM7P31摄影经纬仪8RC30框幅式航摄仪9ADS40数字航摄仪10P31摄影经纬仪近景影像11航空光学影像12ADS40数字航空影像13二、摄影测量能做什么？（主要任务）摄影测量目前的主要任务是：1.测制各种比例尺的地形图和专题图；2.建立地形数据库；3.为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据；第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录14三、摄影测量有什么优点和特点？1.影像记录目标信息客观、逼真、丰富；2.测绘作业无需接触目标本身，不受现场条件限制；3.可测绘动态目标和复杂形态目标；4.影像信息可永久保存、重复量测使用；第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录15四、摄影测量的分类第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录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161.按摄影距离分为:(1)航空摄影测量为摄影测量生产、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；第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录17（2）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；第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录18（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*第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录192.按用途分为:（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，并广泛应用于城建、环保、规划、农林、水利、电力、交通、地矿等众多部门或行业。第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录20与用经纬仪现场测绘方法相比，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第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录21（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，广泛应用于工业制造、建筑工程、生物医学及考古、变形观测、公安侦破、事故勘察、弹道测量、爆破、矿山工程等领域。第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录223.按影像信息处理的技术手段分为:（1）模拟摄影测量（2）解析摄影测量（3）数字摄影测量第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录23五、摄影测量与遥感的关系1.共同之处摄影测量学作为一个成熟的学科，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。第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录242.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、部门专业应用为主第一章绪论§1－1摄影测量的定义和任务返回目录25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26卫星影像图27航空光学影像28ADS40数字航空影像29航测矢量图（DLG）30正射影像图三峡正射影象图：三条航带、175张航空影像31三峡景观图：三条航带、175张航空影像三维景观图32虚拟城市景观33发展阶段时间（进入生产）作业方式典型生产设备生产成果模拟摄影测量解析摄影测量数字摄影测量二十世纪初～70年代二十世纪70年～至今二十世纪90年～至今机械辅助测绘计算机辅助测绘自动化测绘模拟立体测图仪解析立体测图仪数字摄影测量系统模拟产品模拟/数字产品数字产品第一章绪论§1-2摄影测量学的发展阶段一、摄影测量学的发展阶段返回目录3435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36光学纠正仪SEG-1HJ-2437WildA10模拟立体测图仪38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39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4041德国Zeiss厂C-100型解析测图仪42瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪43瑞士WILD厂OR-1型数控正射投影仪44德国Zeiss厂Z-2型数控正射投影仪45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46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473-DmouseCrystaleyesVirtuoZo数字摄影测量系统48JX-4A数字摄影测量工作站49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50目前看来影像信息科学是由摄影测量学、遥感、地理信息系统、计算机图形学、数字图像处理、计算机视觉、专家系统、空间技术和传感器技术等相结合的一个边缘学科。是基于影像认识世界和改造世界的途径。第一章绪论§1-3影像信息科学的组成一、影像信息科学的组成返回目录51影像信息科学的组成与相互关系返回目录52二、目前一些相关新专业的出现：航测、制图与GIS相结合Geoinformatics(ITC)空间科学、电子科学、地球科学与计算机科学等相结合遥感科学与技术第一章绪论§1-3影像信息科学的组成返回目录53摄影测量学：参考资料教材王佩军，徐亚明编著，《摄影测量学》，武汉大学出版社参考书1、李德仁等编，《基础摄影测量学》，测绘出版社2、李德仁，郑肇葆编著，《解析摄影测量学》，测绘出版社3、钱曾波编，《解析空中三角测量基础》，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、张剑清，潘励，王树根编著，《摄影测量学》，武汉大学出版社54第二章影像获取与摄影测量的基础知识一、摄影原理（摄影的诞生与发展）二、摄影机§2-1摄影原理与摄影机摄影物镜ABab镜箱暗箱返回目录551、摄影物镜摄影物镜：相机上由凸透镜或凹凸透镜组合成的精密光学成像系统。组合透镜成像1、利用单个透镜逐次成像分析方法2、利用透镜组的“等效透镜”成像§2-1摄影原理与摄影机返回目录562、物镜的成像公式高斯成像公式：牛顿成像公式：Fd11D12FxX§2-1摄影原理与摄影机返回目录573、物镜的光圈和光圈号数光圈:控制物镜进光面积的可变光阑。1、调节物镜使用面积作用（；d-有效孔径）2、控制焦面光通量3、调节成像景深2)2(dA§2-1摄影原理与摄影机返回目录58光圈号数k：K以为公比成等比级数排列并标刻在物镜外框上（1.4,2,2.8,4,5.6,8,11,16,22…）4、摄影机快门快门：控制曝光时间的装置。作用1、控制曝光时间2、与光圈配合控制曝光量快门速度t：快门从开启到关闭所经历的时间。t以1/2为公比成等比级数排列，标刻在物镜外框（1，1/2,1/4，1/8，1/15，1/30，1/60，1/125,1/250…)dFk2§2-1摄影原理与摄影机返回目录595、曝光量H与K,t的关系曝光量：感光材料所受辐射光量的多少。（;E---焦面照度；）设对同一景物拍摄二次，分别使用和，为了得到相同的正确曝光量H（对某种感光材料，正确曝光量H为定值），则TEHACE11,tk22,tk212221122211KKEEtttEtEH§2-1摄影原理与摄影机返回目录60可见，当快门速度放慢为原来的n倍（即改变n档）只要，光圈号数增大为原来的倍（亦即n档），则，曝光量保持不变（对t加快，k减小也成立）。例：已知胶卷在晴天阳光下获得正确曝光量的参考方式是K=16,t=1/125秒,则都能获得正确的曝光量2n021GB2501116012250018tktktk§2-1摄影原理与摄影机返回目录616、拍摄景深景深：物方能够清晰成像的一段物距景深显然，当D,K,FDFKDFDFDKDFDFD22222124221)()(2KDFFDKDDDF§2-1摄影原理与摄影机返回目录62景深返回目录63三、摄影机简介1、普通摄影机§2-1摄影原理与摄影机返回目录64§2-1摄影原理与摄影机返回目录652、量测用摄影机航空摄影机§2-1摄影原理与摄影机返回目录66相关概念1.主光轴:组成物镜的各个透镜的光学中心位于同一条直线上,这条直线就称为主光轴.2.主焦点:所有平行于主光轴的光线通过镜头后,都于主光轴交于一点,该点称为主焦点.3.焦平面:过焦点垂直于光轴的平面称为焦平面.4主距:摄影机物镜中心至底片面的距离称为摄影机的主距.5.视场:通过物镜所能看到的区域称为视场.6.像场:通过物镜所能看到的清晰区域称为像场.7.镜头分辨率:镜头对被摄物体微小细节的分辨能力,常用1m