摄影测量学
第3章 摄影测量学
从几何上理解, 摄影机是一个四棱锥
体 , 其顶点就是摄影机物镜的中心 S,
其底面就是 摄影机的成像平面(影像) , 如图 3 -13 所示。 摄影中心到成像面
的距离称摄影机的焦距 f , 摄 影中心到
成像面的垂足o 称为像主点 , So 称为 摄 影机 的主光 轴。 主点离影像中心
点的 位置x0 、y0确定了像主点在影像
上的位置。 f、 x0 、 y0 一起称为摄影 机的内方位元素。
内方位元素可以通过摄影机检校 ( 在计算
机视觉中称为标定) 获得。 测量专用的摄影 机在出厂前由工厂对摄影机进行过检校 , 其 内方位元素是已知的, 则称为量测摄影机 , 否 则称为非量测摄影机。 作为量测的光学摄影机还有一个很重要的
2 . 人造立体观测的条件与立体观测方法
利用两张具有重叠度的影像进行人造立体观测的条件是 : (1) 分像, 即左眼只能看左影像 ,右眼只能看右影像, 而不能同时看到;
(2)左右影像必须平行眼睛基线, 即不能上下岔开, 按摄影测量的术语则称 :
没有上下视差( y-parallax )。 满足上述条件进行立体观测 , 最常用的方法有 : 1) 通过光学系统(如立体反光镜) 2) 互补色法(anaglyph)
3 .1 概 述
3 .1 .1 什么是摄影测量学
摄影测量是一门通过摄影 , 对所获得的影像进行测量 (特别是测绘 国家基本比例尺地形图)的学科。
它的基本原理来自测量的交会方法。
摄影测量是在物体前的两个已知, 然后在室内利用摄 影测 量仪器 量
地面 分辨 率”就是一个像元所
对应地面(地面元) 的大小 , 因此 地面元越小 , 影像的分辨率越 高
3 .2 .4 摄影机的外方位元素
《摄影测量学》课程笔记
《摄影测量学》课程笔记第一章绪论一、摄影测量学的基本概念1. 定义摄影测量学是一种通过分析摄影图像来获取地球表面及其物体空间位置、形状和大小等信息的科学技术。
它结合了光学、数学、计算机科学和地理信息科学等多个领域的知识，为地图制作、资源管理、环境监测和工程建设等领域提供精确的数据。
2. 分类- 地面摄影测量：使用地面上的摄影设备进行的摄影测量，适用于小范围或精细的测量工作。
- 航空摄影测量：利用飞行器（如飞机、无人机）搭载摄影设备进行的摄影测量，适用于大范围的地形测绘。
- 卫星摄影测量：通过卫星搭载的传感器获取地球表面信息，适用于全球或大区域的环境监测和资源调查。
3. 应用领域- 地图制作：制作各种比例尺的地形图、城市规划图和专题地图。
- 土地调查：进行土地分类、土地权属界定和土地使用规划。
- 城市规划：辅助城市设计和基础设施规划。
- 环境监测：监测环境变化，如森林覆盖、水资源和污染状况。
- 灾害评估：评估自然灾害的影响范围和损失。
- 军事侦察：获取敌对地区的地理信息。
二、摄影测量学的发展历程1. 早期摄影测量（19世纪中叶-20世纪初）- 1839年，法国人达盖尔发明了银版照相法，这是摄影技术的起源。
- 1851年，瑞士工程师普雷斯特勒使用摄影方法绘制了第一张地形图。
- 1859年，法国人布洛克发明了立体测图仪，使得通过摄影图像进行三维测量成为可能。
2. 现代摄影测量（20世纪初-20世纪末）- 20世纪初，德国人奥佩尔提出了像片纠正和像片定向的理论，为摄影测量学的理论基础做出了贡献。
- 1930年代，随着航空技术的发展，航空摄影测量开始广泛应用。
- 1950年代，电子计算机的出现为摄影测量数据的处理提供了新的工具。
- 1960年代，数字摄影测量开始发展，利用计算机技术进行图像处理和分析。
3. 空间摄影测量（20世纪末-至今）- 1970年代，卫星遥感技术开始应用于摄影测量，提供了全球范围内的地理信息。
摄影测量学的概念
摄影测量学：基本概念、设备、图像处理与测量技术及应用摄影测量学：基本概念、设备、图像处理与测量技术及应用一、摄影测量基本概念摄影测量学是一门通过摄影手段获取目标物体的图像，并通过对这些图像的分析、处理和解析，以获取目标物体的形状、大小、位置以及空间几何关系等信息的学科。
摄影测量学在科学、工程、建筑、医学等多个领域有着广泛的应用。
二、摄影系统与设备摄影测量学的研究和应用，需要借助专业的摄影系统和设备。
这些设备包括相机、镜头、三脚架、灯光、反射镜等。
其中，相机是核心设备，它能够捕捉到目标物体的图像。
镜头的选择也会影响图像的清晰度和细节。
三脚架用于稳定相机，防止抖动，提高拍摄质量。
灯光和反射镜等设备则用于创造合适的拍摄条件，以便更好地捕捉目标物体的细节。
三、图像获取与处理获取目标物体的图像是摄影测量的第一步。
这一步需要确保相机和镜头的正确设置，以获取高质量的图像。
在获取图像后，需要进行一系列的处理和解析，包括图像增强、去噪、特征提取等步骤，以便更好地提取出目标物体的信息。
四、目标物体几何形状的测量与描述通过摄影测量，我们可以获取目标物体的几何形状信息。
例如，我们可以通过图像处理技术，测量出目标物体的长度、宽度、高度等尺寸。
此外，我们还可以获取到目标物体的形状信息，如表面曲率、角度等信息。
五、目标物体的位置与姿态测量除了几何形状的测量，摄影测量还可以获取目标物体的位置和姿态信息。
通过分析多张图像中目标物体的相对位置和角度，我们可以推算出目标物体的空间位置和姿态。
这种信息对于理解目标物体的运动和动力学特征具有重要的意义。
六、摄影测量技术在各个领域的应用摄影测量技术在各个领域都有广泛的应用。
例如，在建筑领域，摄影测量被用于获取建筑物的三维模型和空间信息；在医学领域，摄影测量被用于获取人体结构和器官的三维模型；在地理信息系统领域，摄影测量被用于获取地物的三维信息和空间关系；在安全监控领域，摄影测量被用于获取目标的运动轨迹和行为分析等。
摄影测量学
二、摄影测量学摄影测量学基本概念与原理1.摄影测量学的定义摄影测量【photogrammetry】指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。
传统摄影测量学定义：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。
摄影测量学是测绘学的分支学科，它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。
摄影测量学要解决的两大问题是几何定位和影像解译。
几何定位就是确定被摄物体的大小、形状和空间位置。
几何定位的基本原理源于测量学的前方交会方法，它是根据两个已知的摄影站点和两条已知的摄影方向线，交会出构成这两条摄影光线的待定地面点的三维坐标。
影像解译就是确定影像对应地物的性质。
简史19世纪50年代，摄影技术一经问世，便应用于测量。
当时采用地面摄取的成对像片使用同名射线逐点交会的方式进行测量，称为交会摄影测量。
那时摄影机物镜的视场角仅有30°，一个像对所能测绘的面积很小，是地面摄影测量的初始形式。
20世纪初，物镜的视场角有所扩大，并发明了立体观测法，摄影测量进入了新的发展阶段。
1901年德国的普尔弗里希(C.Pulfrich)制成了立体坐标量测仪，1911年德国蔡司光学仪器厂制造出了由奥地利的奥雷尔(E.von Orel)设计的地面立体测图仪，从此便形成了比较完备的地面立体摄影测量。
19世纪末至第一次世界大战之前，很多学者进行了空中摄影的试验,理论和设备方面都有了初步的发展。
例如，德国的S.芬斯特瓦尔德在理论上使用投影几何原理，解析地处理空间后方交会,根据3个地面控制点解算空间摄影站点的坐标；提出了像片核线的定义以及像对的相对定向和绝对定向的概念。
奥地利的山甫鲁(T.Scheim-pflug)首先提出像片纠正、双像投影测图和辐射三角测量的概念，并于1900年研制出八物镜航空摄影机。
摄影测量学基础知识点
摄影测量学基础知识点一、摄影测量学的基本概念。
1. 摄影测量学定义。
- 摄影测量学是对研究的对象进行摄影，根据所获得的构像信息，从几何方面和物理方面加以分析研究，从而对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。
简单来说，就是利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置的学科。
2. 摄影测量的分类。
- 按距离远近分。
- 航天摄影测量：利用航天器（卫星、航天飞机等）上的摄影机对地球表面进行摄影，获取大面积的影像数据，主要用于地形测绘、资源调查、环境监测等全球性或大区域的项目。
- 航空摄影测量：通过飞机等航空飞行器上的航空摄影机对地面进行摄影，是地形测绘、城市规划等中常用的测量手段，它可以获取较高分辨率的影像，覆盖范围相对航天摄影测量小，但精度较高。
- 地面摄影测量：将摄影机安置在地面上，对目标物进行摄影测量。
常用于近景摄影测量，如建筑变形监测、文物保护中的三维建模等。
- 按用途分。
- 地形摄影测量：主要目的是测绘地形图，获取地面的地形地貌信息，包括等高线、地物位置等。
- 非地形摄影测量：用于测定物体的外形、大小和运动状态等，在工业制造（如汽车外形检测）、生物医学（如人体骨骼测量）等领域有广泛应用。
3. 摄影测量的发展历程。
- 早期的摄影测量主要基于模拟摄影测量仪器，如立体测图仪等。
通过光学机械的方法，将摄影像片进行模拟处理，实现地形测绘等功能。
- 随着计算机技术的发展，进入解析摄影测量阶段。
通过建立数学模型，利用计算机解算像片上像点的坐标，提高了测量的精度和效率。
- 现在，数字摄影测量成为主流。
它以数字影像为基础，利用计算机视觉、图像处理等技术，实现自动化、智能化的摄影测量处理，如数字高程模型（DEM）生成、正射影像图制作等。
二、摄影测量的基本原理。
1. 中心投影原理。
- 摄影测量中，摄影机的镜头相当于一个中心投影的投影中心。
地面上的点在像片上的成像过程是中心投影。
- 设地面点A，摄影中心S，像点a，在中心投影下，A点发出的光线通过镜头S 后，在像平面上成像为a点。
摄影测量学
摄影测量学>1. 摄影测量学的定义:是对研究的物体进行摄影，量测和解译所获得的影像获取被摄物体的几何信息和物理信息的一门科学和技术。
内容：获取被摄物体的影像，研究影像的处理理论、技术、和设备，以及将所处理和量测得到的结果以图解或数字的形式输出技术和设备。
2. 主要特点：在像片上进行量测和解译，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受自然和地理等条件的限制;所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息；可以拍摄动态体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的的测量工作；适用于大范围地形测绘，成图快，效率高；产品形式多样。
3. 摄影测量学的分类:按摄影时摄影机所处位置不同：航天摄影测量（遥感技术）、航空摄影测量（主要方式）、地面摄影测量、近景摄影测量、显微摄影测量。
按应用领域划分：地形摄影测量、非地形摄影测量。
按处理的技术手段分：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。
4. 摄影测量学发展的三个阶段:模拟摄影测量,解析摄影测量,数字摄影测量 5. 摄影原理：小孔成像原理6. 成像公式：物方主平面Q到物点A的距离D，称为物距；像方主平面Q’到像点a的距离d，称为像距。
物镜的焦距为F。
由光学成像公式可知：1D?1d?1F 构像公式的另一种形式：xx??f27. 物镜的光圈：实际使用的物镜都不是理想的，通过物镜边缘部分的投射光线都会引起较大的影像模糊和变形。
为限制物镜边缘部分的使用，并控制和调节进入物镜的光量，通常在物镜筒中间设置一个光圈。
光圈是衡量镜头能通过光线多少的重要参数，一方面可调节物镜使用面积的大小，另一方面了调节进入物镜的光亮。
镜头具有汇聚光线的能力，它里面有一个用以控制镜头有效通光口径的装置，称为光圈。
8. 快门：快门起遮盖投射光线经物镜进入镜箱体内的作用，是控制曝光时间的重要机件。
曝光时间：（了解）快门从打开到关闭所经历的时间。
常用的快门有：中心快门和帘式快门。
摄影测量学的定义
1、吉林大学2、英昌明3、工程测量专业4、摄影测量学的定义：对研究的物体进行摄影，量测和解译所获得的影像，获得被摄物体的几何信息和物理信息的一门科学和技术。
摄影测量的任务：获取被摄物体的影像，研究影像的处理理论技术和设备，以及将所处理和量测得到的结果以图解或数字的形式输出的技术和设备。
2、摄影测量与遥感的区别：摄影测量侧重于几何信息；遥感测量侧重于物理信息。
3、4D技术包括什么?DEM（数字高程模型）；DLG（数字线划图）；DRG（数字栅格图）；DOM(数字正射影像)4、数字摄影测量的特点：①无需接触物体的本身获得被摄物体影像资料；②由二维影像重建三维坐标；③面采集数据方式；④同时提取物体的几何和物理信息；⑤产品形式多样5、摄影测量学的发展历程：经历了模拟摄影测量，解析摄影测量和数字摄影测量三个发展阶段。
6、航向重叠度的定义：沿航向重叠部分与像片长度之比；航向重叠一般应达到60%，至少不小于53% 7、旁向重叠度的定义：旁向重叠部分的长度与像片长度之比；旁向重叠为35～15%。
8、竖直摄影测量的定义：摄影瞬间摄影机的主光轴处于铅垂方向的摄影。
9、航摄有哪些框标？机械框标和光学框标。
10、摄影基线定义：相邻摄站间的连线。
11、像片主距：摄影物镜后节点至像平面的距离。
12、摄影机焦距：摄影机物镜后主点至焦点的距离。
13、摄影比例尺：像片上某两点间的距离与地面上相应两点的水平距离之比，叫像片比例尺。
通常用表示：f——摄影镜头的焦距；H——镜头中心相对于地面的高度，称为相对航高。
14、航高概念：飞机在飞行过程中距地球上某一基准面的垂直距离。
随基准面的不同，航高分为：绝对高度——相对于平均海平面的垂直距离；相对高度——相对于平均海平面以外的某一基准面的垂直距离。
15、航线弯曲：航空摄影测量中把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各张像片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称航线弯曲。
16、像片旋角：在像片平面内，所选定的像片坐标系绕主光轴旋转的角度。
摄影测量学
摄影测量学第一章绪论1.简述摄影测量学发展现状与趋势答：摄影测量就是利用摄影技术（主要是航空摄影也可是地面摄影)摄取物体的影像，从而识别此物体并测求其形状及位置。
摄影测量发展至今可分为三个阶段，即模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。
分为四个趋势：①空间数据信息获取的发展趋势。
②空间信息处理的发展趋势。
③空间信息管理的发展趋势。
④空间信息应用的发展趋势2.什么是4D产品？DOM的概念？TDOM的概念答：由数字高程模型DEM，数字正射影像图DOM，数字线划图DLG，数字栅格图DRG组成。
DOM，是对航空相片进行数字微分纠正，按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集，它同时具有地图几何精度和影像特征的图像。
TDOM，是真正摄影像，通过数字表面模型来纠正，完全垂直的建筑物能够正确定位，无掩蔽的区域。
3.什么是摄影测量学，摄影测量发展的三个阶段答：摄影测量就是利用摄影技术（主要是航空摄影也可是地面摄影)摄取物体的影像，从而识别此物体并测求其形状及位置。
摄影测量发展至今可分为三个阶段，即模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。
第二章影像获取1.航空摄影及其基本要求答：航空摄影就是以航空飞行器（飞机、汽球、飞艇等）为平台，用航空摄影机按摄影计划摄取地面物体影像的过程。
利用安装在航摄飞机上的航摄仪或数码相机从空中一定角度对地面进行摄影航摄仪或数码相机在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面成图速度快、精度高、是中小比例尺地形图主要成图方式。
第三章摄影测量的基础知识（可不做）1.简叙中心投影的几种作图方法。
答：1.地面上点的中心投影法作图步骤:(1)找迹点T:(2)找主合点i;(3)连T1i与SA，交点为a。
2.直线的中心投影作图作图步骤:(1)找迹点T1;(2)找合点i1;(3)连T1i1与SA,交点为a;(4)连T1i1与SB,交点为b;(5) a与b连线。
3.地面上铅垂线中心投影作图作图步骤:(1)按E面上点作图方式确定a;(2)找像底点n;(3)连接na;(4) na与SB的交点为b;(5) a与b连线。
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张剑清
武汉大学出版社，2008
《数字摄影测量学》
张祖勋
武汉大学出版社，1997
授课教师
谢瑞
职称
副教授
院（部）
土木工程学院
实践教师
谢瑞
职称
副教授
院（部）
土木工程学院
辅导教师
职称
院（部）
上课日期
2014年9月3日
第1讲
章节
第一章§1-1绪论
§1-2影像信息学的形成与发展
§1-3本书的主要内容和安排
《摄影测量学》（第二版）王佩军武汉大学出版社，2010
《基础摄影测量学》（第二版）李德仁测绘出版社，2008
《摄影测量学》张剑清武汉大学出版社，2008
教学后记
上课日期
2014年9月19日
第5讲
章节
第三章摄影测量基础知识
§3-5航摄像片的内、外方位元素
教学目的要求
掌握航摄像片的内、外方位元素的定义、作用；
2．内方位元素有哪些？
3．外方位元素有几个？试述一种外方位元素角元素的定义方式。
参考资料
《摄影测量学》（第二版）王佩军武汉大学出版社，2010
《基础摄影测量学》（第二版）李德仁测绘出版社，2008
《摄影测量学》张剑清武汉大学出版社，2008
教学后记
上课日期
2014年9月26日
第6讲
章节
第三章摄影测量基础知识
章节
第二章§2-1航空影像获取
§2-2遥感影像
教学目的要求
掌握航空影像获取的基本概念；
了解遥感与遥感影像
重点及处理方法
航空影像的获取
难点及处理方法
量测相机的特点
授课方式
讲授
教学内容
内容回顾
航空摄影机的结构
量测用相机的特点
遥感的基本概念
遥感影像类型
时间分配
5分钟
45分钟
15分钟
20分钟
15分钟
主要教学方法与
第3讲
章节
第三章摄影测量基础知识
§3-1航空摄影
§3-2中心投影的基本知识
§3-3航摄像片上特殊的点、线、面
教学目的要求
了解航空摄影
了解中心投影的基本知识
掌握航摄像片上特殊的点、线、面
重点及处理方法
航空摄影的过程
摄影测量对摄影的基本要求
航摄像片上的点、线、面
难点及处理方法
航摄像片上的点、线、面及其性质
4．试写出像点的空间坐标变换式。
§3-6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程
§3-7航摄像片上的像点位移
教学目的要求
掌握像点的空间直角坐标变换与中心投影共线方程；
掌握航摄像片上的像点位移；
掌握航摄像片与地形图的区别
重点及处理方法
像点空间坐标变换
旋转矩阵的构成方法
中心投影共线方程
难点及处理方法
像点的空间坐标变换
共线条件方程推导过程
重点及处理方法
常用坐标轴系的定义
难点及处理方法
像方坐标轴系的定义及关系
授课方式
讲授
教学内容
内容回顾
像方坐标系
物方坐标系
小结
时间分配
5分钟
60分钟
30分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
多媒体+板书
课后作业
1．像方的三个坐标系是什么？分别是如何定义的？
2．像方坐标系之间有什么关系？
3．物方坐标系有哪些？
参考资料
《摄影测量学》（第二版）王佩军武汉大学出版社，2010
《基础摄影测量学》（第二版）李德仁测绘出版社，2008
《摄影测量学》张剑清武汉大学出版社，2008
教学后记
上课日期
2014年9月17日
第4讲
章节
第三章摄影测量基础知识
§3-4摄影测量常用的坐标系统
教学目的要求
掌握摄影测量常用的坐标系统的定义；
掌握像方坐标系和物方坐标系之间的关系
总学时数
48
周学时
3
学分数
3
学时分配
课堂讲授46学时；实践教学2学时；辅导学时
起至时间
第1周至第16周
（教材名称）
（作者）
(出版社及出版时间)
（参考书）（注：可列多种）
（作者）
(出版社及出版时间)Байду номын сангаас
《摄影测量学》（第二版）
王佩军
武汉大学出版社，2010
《基础摄影测量学》（第二版）
李德仁
测绘出版社，2008
手段
多媒体+板书
课后作业
1．航空摄影机按焦距如何分类？
2．举例目前应用的数字航空摄影机有哪些。
3．什么是遥感？有什么特点？
参考资料
《摄影测量学》（第二版）王佩军武汉大学出版社，2010
《基础摄影测量学》（第二版）李德仁测绘出版社，2008
《摄影测量学》张剑清武汉大学出版社，2008
教学后记
上课日期
2014年9月12日
手段
多媒体+板书
课后作业
1．什么是摄影测量学？
2．摄影测量学的发展阶段有哪些？
3．什么是影像信息学？
参考资料
《摄影测量学》（第二版）王佩军武汉大学出版社，2010
《基础摄影测量学》（第二版）李德仁测绘出版社，2008
《摄影测量学》张剑清武汉大学出版社，2008
教学后记
上课日期
2014年9月5日
第2讲
掌握外方位元素的定义过程；
掌握外方位元素在摄影测量中的应用
重点及处理方法
像片内、外方位元素的含义
三种角元素的表达方式
难点及处理方法
三种角元素的表示方法
授课方式
讲授
教学内容
内容回顾
像片的内方位元素
像片的外方位元素
小结
时间分配
5分钟
20分钟
70分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
多媒体+板书
课后作业
1．什么是像片的方位元素？什么是内方位元素？什么是外方位元素？
授课方式
讲授
教学内容
内容回顾
像点平面、空间坐标变换
旋转矩阵的构成方法
共线方程的推导过程
航摄像片的像点位移
小结
时间分配
5分钟
30分钟
5分钟
45分钟
10分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
多媒体+板书
课后作业
1．试推导共线方程，它在摄影测量中有何应用？
2．共线方程有多少个数据？分别是什么？
3．什么是航摄像片的像点位移，有哪些因素引起？
教学目的要求
掌握摄影测量学的定义、任务和发展；
了解影像信息学的形成与发展；
了解本书的主要内容和安排
重点及处理方法
摄影测量学的定义、任务和发展
难点及处理方法
授课方式
讲授
教学内容
1.1摄影测量学的定义、任务
1.2摄影测量学的发展
1.3影像信息学
1.4本课程学习要点
时间分配
30分钟
45分钟
20分钟
5分钟
主要教学方法与
教案
2014—2015学年第1学期
授课班级：测绘工程1321
课程名称：摄影测量学
******
院部名称：土木工程学院
二〇一四年八月十日
课程名称
摄影测量学
课程归属
必修课
课程代码
授课班级
测绘工程1321
授课地点
理论教学1205、1203；实践教学1205；辅导
课程类别
必修课、限选课、公选课（注：三选其一）必修课
授课方式
讲授
教学内容
内容回顾
航空摄影
中心投影的基本知识
航摄像片上特殊的点、线、面及特性
小结
时间分配
5分钟
40分钟
10分钟
40分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
多媒体+板书
课后作业
1．什么是摄影比例尺？
2．什么是绝对航高？什么是相对航高？
3．如何判断摄影像片的好坏？
4．航摄像片上有哪些特殊的点、线、面？
参考资料