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绪论《摄影测量与遥感概论》第一章大同大学薛建华主要内容一、摄影测量与遥感的定义与任务二、摄影测量与遥感的发展历程三、影像信息科学的形成与内涵定义分类平台特点任务§1.1摄影测量与遥感的定义与任务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学科它包括的内容有1：获取被摄物体的影像2：研究单张和多张像片影像的处理方法3：所测得的成果以图解形式或数字形式输出的方法和设备现代摄影测量学定义自70年代，美国陆地卫星（Landsat）上天后，遥感技术获得了极为广泛的应用，摄像设备得到了很大的扩充。传感器更加丰富，影像信息多样化现代摄影测量学由于和遥感学科密不可分，因此，一般将二者合为一个名词。遥感影像地形图摄影测量与遥感：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DEMDLGDRGDOMLecture1:AerialphotographyandPhotogrammetry什么是传感器？传感器是收集、量测和记录遥远目标的信息的仪器，是摄影测量与遥感技术系统的核心。传感器一般由信息收集、探测系统、信息处理和信息输出4部分组成。收集器：收集来自地物目标镜、天线。探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。输出：将获取的数据输出。BACK摄影型传感器航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器，它通过光学系统采用胶片或磁带记录地物的反射光谱能量。记录的波长范围以可见光~近红外为主。扫描方式的传感器光机扫描仪：用光学系统接收来自目标地物的辐射，并分成几个不同的光谱段，使用探测仪器把光信号转变为电信号，同时发射信号回地面，如MSS、TM等。分为红外和多光谱扫描仪。推帚式扫描仪：用平行排列的CCD探测杆收集地面辐射信息，每根探测杆由3000/6000个CCD元件呈一字排列，负责收集某一波段的地面辐射信息，是推帚式扫描成像。Tobecontinued…P31摄影经纬仪RC30框幅式航摄仪安装在飞机上对着地面能自动地进行连续摄影的照相机称为航空摄影机。由于当代航空摄影机都是一台相当复杂、精密的全自动光学电子机械装置，具有精密的光学系统和电动结构，所摄取的影象能满足量测和判读的要求，因此航空摄影机一般也称为航摄仪，表示这种照相机如同一台结构复杂的光学仪器。根据摄影时摄影物镜主光轴与地面的相对位置，航摄仪可分为框幅式（画幅式）航摄仪和全景式航摄仪两大类。框幅式航摄仪摄影时主光轴对地面的方向保持不变，每曝光一次获得一幅中心透视投影的图像，与普通的120、135型相机相同，全景式航摄仪摄影时主光轴相对地面在不断移动，其影像的几何质量远比框幅式航摄仪差。因为航摄仪是用来从空中对地面进行大面积摄影的，所摄取的影像又必须能满足量测和判读的要求，因此，无论航摄仪的结构或是摄影物镜的光学质量都与普通相机有重大的区别。其像幅均为23X23cm，并备有四种不同焦距的物镜筒，其中焦距为153mm的物镜筒有两个。ADS40数字航摄仪P31摄影经纬仪近景影像航空光学影像ADS40数字航空影像IKONOS上海quickbird卫星影像埃菲尔铁塔quickbird卫星影像三峡正射影像图三峡正射影象图：三条航带、175张航空影像三峡景观图：三条航带、175张航空影像三维景观图摄影测量：分类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航空摄影测量航天摄影测量地面摄影测量遥感平台高度目的、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像片上进行量测和解译，因而很少受自然和地理条件的限制。由二维影象重建三维目标面采集数据方式可摄得瞬问的动态物体影像，同时提取物体的大量几何与物理特性，信息丰富、逼真。所摄物体只要能够成像，均可采用摄影测量技术。北京城市景观（亚运村）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–建筑物变形监测–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摄影测量与遥感的发展历程模拟摄影测量(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1839年，法国人达盖尔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指的是用光学或机械方法模拟摄影过程，使两个投影器恢复摄影时的位置、姿态和相互关系，形成一个比实地缩小了的几何模型；即所谓摄影过程的几何反转，在此模型上的量测即相当于对原物体的量测。所得到的结果通过机械或齿轮传动方式直接在绘图桌绘出各种图件来，如地形图或各种专题图。•单片测图•分工法测图•综合法测图光学纠正仪SEG-1HJ-24WildA10模拟立体测图仪解析摄影测量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从几何的角度，利用数学的方法根据影像空间的像点位置重建物体在目标空间的几何模型，也即找到像点与物点之间的数学对应关系。•解析空三•解析测图仪•数控正射仪（1）解析测图仪解析测图仪是解析摄影测量的基本设备，它是首先实现测量成果数字化的仪器。在机助测图软件控制下，将在立体模型上测得的结果首先存在计算机上，然后再传送到数控绘图机上绘出图件。（2）解析空中三角测量解析空中三角测量实现了用摄影测量方法快速、大面积地测定点位的精确方法，它是计算机用于摄影测量的第一项成果，经历了航带法、独立模型法和光束法三个阶段。（3）解析摄影测量与模拟摄影测量的不同之处在于：1：前者是利用计算机来完成摄影测量中复杂的几何解算和大量的数值运算。2：前者的投影方式是数字投影，后者是模拟投影。3：输出的产品不仅有模拟产品还有数字产品，有的可以直接进入地理信息系统中。4：前者的方法理论上更严密，更快捷，更方便。5：解析摄影测量可以测量的物体种类繁多，只要能被摄影即可。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•DPW（1）数字摄影测量中获得影像的方法一种是直接用数字摄影机获得数字影像一种是扫描仪对像片进行扫描得到数字化的影像（2）数字摄影测量的两大任务一是自动影像匹配与空间定位二是自动影像判读（3）数字摄影测量与解析摄影测量的不同之处它处理的原始信息不仅可以是航空像片（数字化影像），更主要的是航空、航天的数字影像。它以计算机视觉来代替人眼的立体观测，因而所使用的仪器只需要计算机和一些相应的外部设备。它不但可以获得影像的几何信息，还能获得丰富的物理信息。3-DmouseCrystaleyesVirtuoZo数字摄影测量系统硬件配置主流个人计算机（PC）立体观测装置:偏振光镜屏（Z-Screen）或C型液晶立体眼镜（Crystaleyes）或N型液晶立体眼镜（Nuvision）量测控制装置:手轮和脚盘（VirtuoZo-H/F）或三维鼠标（3DMouse）或鼠标（Mouse）JX-4A数字摄影测量工作站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摄影测量与遥感的结合遥感是一种非接触性探测物体的技术。遥感技术对摄影测量学的冲击和作用首先在于它打破了摄影测量长期以来过分局限于测绘物体形状与大小数据的几何处理，除了使用可进行黑白摄影，彩色摄影，彩红外摄影的框幅式摄影机外，还使用全景摄影机，光电扫描仪，CCD线和面阵扫描仪，成像光谱仪及合成孔径侧视雷达等，提供大量的多时相，多光谱，多分辨率的影像信息遥感影像的高精度几何定位和纠正是解析摄影测量理论的重要应用数字摄影测量中影像匹配理论可用于实现多时相，多传感器，多分辨率遥感图像的复合和几何配准摄影的主要成果，DEM，地形测量数据库等是支持和改善遥感图像分类效果的有效信息像片判读和图像分类的自动智能化是趋势摄影测量与遥感结合，成为GIS技术数据采集与更新的手段GIS是摄影测量与遥感数据存储，管理，表达和应用的重要平台。§1.3影像信息科学的形成与内涵摄影测量与GIS之间的关系摄影测量与遥感愈来愈成为为GIS采集数据和更新数据的重要手段；而GIS的信息将对遥感数字图像处理和自动分类起着重要的作用。摄影测量与遥感与GIS结合分为了两个阶段1：各种专题图与地形图是通过对遥感影像的几何纠正和目视判读制作出来，然后通过图件数字化方法送入GIS中。2：70年代中期，则研究如何由遥感影像中自动提取各种专题信息（栅格数据），然后再将它们变成矢量数据送入GIS中。3：现在正在研究摄影测量与遥感和GIS一体化的系统，经过摄影测量采集的数据、遥感影像均可直接进入地理信息系统。影像信息科学是一门记录，存储，传输，量测，处理，解译，分析和显示由非接触传感器获取目标及其环境信息的科学，技术和经济实体。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和空中摄影摄影机概述黑白片感光材料彩色摄影第三章航摄单张像片解析像片的内外方位元素、像点位移、常用坐标系、像点