航空摄影测量第一章资料
无人机航空摄影测量：摄影基础知识
一、摄影原理：透镜成像原理
F
焦距f 物距D
பைடு நூலகம்
F′ 像距d
透镜成像原理公式：
11 1 Dd F
二、摄影机的基本结构
光圈
暗
镜头
箱
物体
影 像 快门 成像设备
摄影机的基本结构
1. 镜头
图2-3 摄影机的镜头
主光轴
2. 光圈
光圈号数
摄影机的光圈
光圈：控制进入镜头的光量，调节 镜头的使用面积，限制镜头边缘部 分的使用，提高成像的清晰程度。 光圈就是一个可以改变的光栅。
光圈号数
光圈号数表示光圈的大小，它是物 镜焦距f与与光圈有效孔径d的比值。 光圈号数越小，光圈光孔开启的越 大，焦面上影像的亮度也越大；光 圈号数越大，光圈光孔开启的越小， 影像亮度也就越小。
3. 快门
摄影机的快门
快门是控制曝光时间长短的机 械装置。
快门速度
快门速度
快门速度：快门从打开到关 闭所经历的时间称为曝光时 间，或称快门速度。
为视场角 2
普通相机均以在像平 面上设置的矩形或正方 形来限制像场的使用， 故摄影镜头的像场角收 到胶片尺寸的限制，底 片画幅对角线对应的像 场角 2
2 2 arctan L 2f
当胶片尺寸大小一定时，像场角的大小与物镜焦距成反 比，焦距越长，视场角越小，焦距越短，像场角越大。
摄远 镜头
45
标准 镜头
4. 成像设备
摄影机的成像设备
成像设备是摄影机中将光信号 记录下来的重要部件。 数字摄影机光电成像原理： CCD感光元件将接收到的不同 强度光信号转换为电信号， 并通过模数转换器转为数字 信号保存到存储介质
光信号
摄影测量与遥感概论
摄影测量与遥感概论第一章绪论1.摄影测量：是利用光学或者数码摄影机获取的影像，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门学科。
分类：按距离远近：（1）航天摄影测量（2）航空摄影测量（3）地面摄影测量（4）近景摄影测量（5）显微摄影测量按用途：（1）地形摄影测量（2）非地形摄影测量按处理手段：（1）模拟摄影测量（2）解析摄影测量（3）数字摄影测量用途：（1）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（2）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2.摄影测量发展的三个阶段：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）3.4D产品的含义：DLG（Digital Line Graphic 数字线划地图）DRG（Digital Raster Graphic 数字栅格地图）DEM（Digital Elevation Model 数字高程模型）DOM（Digital Orthpphoto Map 数字正射影像图）5.影像信息科学：是一门记录、存储、传输、量测、处理、翻译、分析和显示由非接触传感器获得的目标及其环境信息的科学、技术、和经济实体。
第二章单张航摄像片解析1.航空摄影测量的基本要求：（1）航摄倾角（相片倾角）：摄影主光轴与铅垂方向的夹角α（α<3°）（2）摄影比例尺：航摄像片上的一段线l与地面上相应线段L之比视摄影像片水平、地面取平均高程时，像片上的线段l与地面上相应水平距L之比为摄影比例尺1 m =lL=fHf为摄影机主距，H为航高（3）像片的重叠度：当相邻的两张像片拍摄景区有重叠时，重叠部分占整张像片的比例要求：航向重叠度（航线相邻两张照片的重叠度）p x>53% (60%~65%)旁向重叠度（相邻航线像片的重叠度）p y>15% (15%~30%)（4）航线弯曲：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，称为航线弯曲。
《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。
航空摄影测量立体测图基础
y r y r
航空摄影测量立体测图基础
• 大气折光引起像点在径向的变形
r
(
f
r2 f
)rf
其中，
rf
n0 nH n0 nH
r f
r 为像点误差改正数 r 为向径 rf 为折光差角
• 大气折光引起像点在坐标向的变形
dx x r
A
r
dy y r r
a a’ s
航空摄影测量立体测图基础
1 像对立体观察产生立体感觉的原因是什么？ 2 看一张航空像片能否看出立体？ 3 像对立体观察的条件是什么？ 4 如何实现正立体—>反立体,正立体—>零立体，其原因是什么？
谢谢！
仿射变换
x a0 a1xa2y y b0 b1xb2y
双线性变换
xa0a1xa2ya3xy yb0b1xb2yb3xy
y y’ x’
x
航空摄影测量立体测图基础
1、获取框标点的理论坐标 2、选用合适的变换模型 3、建立误差方程
v＝ A xl
4、建立法方程并解算
x＝A(TA)1(ATl)
5、由变换参数计算像点坐标
连续法相对定向元素
Z1
Y1
B
Bx
S1
X1
y1
x1
Z2 Y2
S2 Bz By
X2 y2
x2
以左像空间坐标系为 基础，右像片相对于 左像片的相对方位元 素
k
w
连续法相对定向元素： By ， Bz ，，w，k
单独法相对定向元素
Z1
Y1
B
S1
X1
y1
Z2
Y2
S2
X2
y2
航空摄影测量的基本知识课件
对拍摄的影像进行预处理，如去噪、 色彩校正等。
飞行作业
按照规划的航线进行摄影，注意天气 变化和飞行安全。
数据处理与分析
影像匹配与拼接
将不同影像进行匹配和拼接 ，形成完整的地形图。
三维模型构建
利用拼接后的影像进行三维 重建，生成数字高程模型（ DEM）。
测量分析
根据项目需求进行各种测量 分析，如地形坡度、建筑物 高度等。
结果输出与应用
成果输出
生成航空摄影测量成果，如数字高程 模型、正射影像等。
应用领域
广泛应用于城市规划、土地调查、灾 害监测等领域。
04 航空摄影测量的精度与误差来源
精度分析
像片控制点测量精度
01
像片控制点是航空摄影测量的基础，其测量精度直接影响整个
测量成果的精度。
空中三角测量精度
02
空中三角测量是确定像片位置和姿态的关键步骤，其精度对最
合成孔径雷达技术
合成孔径雷达是一种通过飞机或卫星搭载的雷达系统获取地面信息的手段，具有全天候、 全天时、远距离探测等优点，在军事侦察、地形测绘、灾害监测等领域有广泛应用。
智能化与自动化
自动化数据处理
随着计算机技术的发展，航空摄 影测量数据的自动化处理成为可 能，包括自动定位、自动匹配、 自动拼接等，大大提高了数据处
理效率和精度。
智能化目标识别
通过人工智能和机器学习等技术 ，实现对航空影像中各类目标的 自动识别和分类，为后续的数据
分析和应用提供便利。
自动化建模技术
利用自动化建模软件和算法，根 据航空摄影测量数据快速构建三 维模型，为城市规划、建筑设计 和景观分析等领域提供可视化支
持。
多源数据融合与综合应用
第01讲 摄影的基本知识与航空摄影测量对摄影的基本要求
4、地球曲率对像点坐标的影响 地球的水准面是曲面，而地形面 的基准面是一水平面，摄影的像 片平面在摄影测量处理中是取与 水平面平行，这样地面上点的构 像于像片平面上是要受到影响的 、如图所示。当不考虑大气折光 差的影响时，地面点A在像片上 的构像为a点。A点在基准平面E 上的投影为A0。A0点在像片上的 构像点a’。线段aa’ 即为地球弯曲 引起的像点移位。
1、负片和正片 负片：对黑白摄影而言，黑白灰度与被摄物的明亮程度 相反。 正片：黑白灰度与被摄物的明亮程度一致。
2、 摄影物镜 摄影机物镜是一个复杂的光学系统，一般由几个透镜 组合而成。为了分析的方便，可把这一系列的透镜看 作一个透镜。 如图：AB是一条平行于主光轴的光线；CD是其折射 光线；CD与主光轴的交点 F’称为像方主焦点或后主 焦点；对应地，F称为物方焦点。
当测绘小、中等比例尺地形图，摄影比例尺略大于或 接近于测图比例尺。当测绘大比例尺地形图时，摄影 比例尺一般小于测图比例尺，为测图比例尺的3－5倍。
摄影测量对空中摄影的基本要求 1：摄影测量的飞行质量的基本要求 像片比例尺是由摄影机的主距和摄影的高度来确定的：
式中m为像片比例尺分母，f为摄影机主距，H力摄影高度或称航 高。
式中， x’,y’为量测的像点坐标值，x,y为正确的像点坐标 值； ai , bi 为变换的待定参数。由已知的框标坐标值和量 测值求得转换参数进而求得每个量测的像点坐标值的正 确值。
3 大气折光的影响
大气密度随着高度的增大而减小， 大气的折射率也随高度增大而减小。 因此，摄影光线通过大气时就不是沿 理想的直线前进，而是一折线、地面 A点的理想构想为a，实际光线通过物 镜后成像于a’ 的位置，aa’就是像点位 移的距离。这种大气折光引起的像点 位移及改正公式如下：
第一章_摄影测量学概论
（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。
九、摄影测量学的新发展
1：数码相机逐步应用于航空摄影测量 2：动态GPS配合惯性测量系统（GPS/IMU） 3：激光探测及测距系统（LIDAR）
数码相机逐步应用于航空摄影测量 随着计算机技术的飞速发展，数码影像因其便于计算机处理、 存储和通过网络进行传输，在航空摄影测量中的应用已越来越 普遍，全数字摄影测量工作站已全面替代了传统的解析测图仪 ，为了给全数字摄影测量工作站提供工作所需的数码影像，目 前使用的是高精度的扫描仪将航空底片扫描成为数码影像。但 是因为多了一道工序，对于成图的周期、成本都是不利的。数 码相机的发展为我们解决这一问题提供了一个非常好的手段， 数码相机的核心是CCD阵列，CCD阵列的解像率对其应用的范 围起着决定性的影响，目前航摄仪所使用的23*23CM的航空胶 片其解像率相当于20K*20K像素的数码相机的解像率，而目前 数码相机的解像率只能达到9K*9K像素，一定程度上限制了数 码相机在航空摄影测量中的大规模应用。但随着光电子技术的 飞速发展，相信在不长的时间内，能够满足航空摄影测量所需 的高解像率数码航摄仪就将诞生，到那时数码相机将成为航空 摄影测量中数码影像的主要获取手段。
五、摄影测量学的分类
航空摄影测量
航空作业名称
01 基本原理
03 相关技术
目录
02 优点 04 测量方法
05 具体工作
07 未来发展
目录
06 我国发展情况
航空摄影测量（aerial photogrammetry）指的是在飞机上用航摄仪器对地面连续摄取像片，结合地面控制 点测量、调绘和立体测绘等步骤，绘制出地形图的作业。
测量方法
20世纪30年代以来，航空摄影测量的测图方法主要有3种，即综合法、全能法和分工法（或称微分法）。
航空摄影测量的综合法是摄影测量和平板仪测量相结合的测图方法。地形图上地物、地貌的平面位置由像片 纠正的方法得出像片图或线划图，地形点高程和等高线则用普通测量方法在野外测定。它适用于平坦地区的大比 例尺测图。
③综合法测图。主要是在单张像片或像片图上用平板仪测绘等高线。
航测内业工作包括：
①测图控制点的加密。以前对于平坦地区一般采用辐射三角测量法，对于丘陵地和山地则采用立体测图仪建 立单航线模拟的空中三角，进行控制点的加密工作。20世纪60年代以来，模拟法空中三角测量逐渐地被解析空中 三角测量代替（见空中三角测量）。
航空摄影测量的全能法是根据摄影过程的几何反转原理，置立体像对于立体测图仪内，建立起所摄地面缩小 的几何模型，借以测绘地形图的方法。在立体测图仪上安置像片时依据内方位元素，目的是使恢复后的投影光束 同摄影光束相似（也可在一定条件下变换投影光束）。由于像对的相对定向过程中并未加入控制点，只利用了像 对内在的几何特性，所以建立的几何模型的方位是任意的，模型的比例尺也是近似值，因此必须通过绝对定向才 能据以测图。
全能法测图的仪器是立体测图仪。
具体工作
航空摄影测量需要进行外业和内业两方面的工作。
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4、摄影测量的发展历程
从1851年法国陆军上校劳赛达提出并进行交会摄影测 量算起，摄影测量学已经走过了160多年的历程：
➢模拟摄影测量（1851-1960） ➢解析摄影测量（1950-1980） ➢数字摄影测量（1970-现在）
5、摄影测量的主要任务
测绘各种比例尺的地形图。主要有1:5万、1:1 万、1:5千、1:2千、1:1千、1:500 ；
航测内业是指在室内依据航测外业等成果，利用一定的 航测仪器和方法所完成的那部分航测工作。航测内业主要 包括控制点加密（即电算加密或称解析空中三角测量）、 像片纠正和立体测图三大项工作。
航空摄影测量的作业过程
航空摄影
航空摄影
航测外业
像控测量获取 GCPs
内业加密 测绘产品
解算像片外方位元素 Xs, Ys, Zs, , ,
2、摄影测量分类 摄影测量— 分类
3、摄影测量应用领域
摄影测量— 应用领域
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 制作 建立各种专题数据库 提供地理信息系统和土地信息系 统所需要的基础数据
3、摄影测量应用领域
摄影测量— 应用领域
非地形测量领域
生物医学 公安侦破 古文物 古建筑 变形监测 军事侦察 矿山工程
前方交会解算地面点坐标
摄影比例尺的确定
航摄分区的划分
基准面高度的确定
航
航线的敷设
空
航摄基本参数的计算
摄
航摄季节和时间的选择
影 的
航摄仪的选择与检定
流
航摄胶片的选择与测定
程
配置冲洗药液
胶片冲洗
像片印制
航摄准备 航摄设计 航空摄影 摄影处理 质量检查
成果提交
摄区基本情况分析 确定航摄设计用图
航摄空域申请 航空摄影技术设计
设备的检测 航摄试片 航空摄影
填写飞行日志
飞行质量 摄影质量
三 航空摄影主要工作环节
1、航摄协议书的拟定
⑴划定需航摄的具体区域范围 ⑵规定航摄比例尺 ⑶规定航摄像片应达到的质量要求 ⑷规定航摄仪类型及焦距、像幅的规格 ⑸规定移交成果的方式、内容和期限 ⑹ 规定甲、乙双方的责任和费用
12、遥感分类
13、摄影测量与遥感的关系
14、摄影测量与遥感的任务
15、摄影测量与遥感特点
航空摄影测量
基本概念 航空摄影测量的作业过程 航空摄影主要工作环节 航摄成图资对航摄资料及大地测
量的要求 航摄相片的基本特性 航摄成图方法的选择
一 基本概念
1.航空摄影测量是指从飞机上对地面进 行摄影，根据航摄像片所提供的图像 信息，在特定的航测仪器上测制各种 比例尺地形图的一种摄影测量技术。
2.机械框标是指贴附框每边的中点各设 有一个框标。 3.光学框标是指在贴附框的四个角隅的 光标。 4.框标是航测中建立像平面坐标系，进 行像点坐标量测以及对像片进行变形 改正的重要依据。
一 基本概念
5.主距是指像平面到物镜后主平面之间 的距离。 6.航高是指摄影时航摄仪镜头中心到某 一地面的垂直距离。 7.绝对航高是指航摄仪镜头中心到大地 水准面的垂直距离。 8.相对航高是指航摄仪镜头中心到某一 基准面的垂直距离。
9.摄影基线 航向相邻两个摄影站间的距离
P1 S1
S
P2 S2
E S:摄影基线
二 航空摄影测量的作业过程
⒈航空摄影 在专业飞机上安装航空摄影机，通过对地面的连续摄
影，以获取所摄地区的原始航摄资料或信息。主要为航测 提供基本的测图资料——航摄像片（或影像信息）以及一 些摄影数据等。 ⒉航测外业
主要包括像片控制测量和像片调绘两大项内容。它是 为了保证航测内业加密或测图的需要在野外实地进行的航 测工作。 ⒊航测内业
第一章:航空摄影测量外业概论
摄影测量与遥感的相关基础知识
1、摄影测量的基本概念
摄影测量学（Photogrammetry）是利用光学摄 影机获取的像片，研究和确定被摄物体的形状、大 小、位置、特性及其相互关系的一门学科。
1988年ISPRS在日本京都第16届大会上对摄影测量 与遥感的定义：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。
航空摄影
安装在航摄飞机上的航摄 仪从空中一定角度对地面 物体进行摄影，飞行航线 一般为东西方向，要求航 线相邻两张像片应有60% 左右的重叠度，相邻航线 的像片应有30%左右的重 叠度,航摄机在摄影曝光 的瞬间物镜主光轴保持垂 直地面。
数字高程模型
数字线化图 数字栅格图
数字接
产
❖ DLG （Digital Line Graphic）
品
数字线划图
直
❖ DOM（Digital Orthophoto Map）
接
数字正射影像图
产
❖ DEM（Digital Elevation Model）
品
DSM (Digital Surface Model) 数字高程模型、数字表面模型
1:5万、1:1万：国家、省级基本地形图，它们常 用于大型工程(如水利、水电、铁路、公路)的初 步勘测设计；
1:5千、1:2千：一般为大型工程设计用图； 1:2千、1:1千、1:500 ：主要应用于城镇的规划、
土地与房产管理。
6、摄影测量的产品——4D产品
❖ DRG（Digital Raster Graphic）
3、社会经济要素 （1）居民地及设施 （2）道路 （3）境界 （4）管线
4、注记整饰要素
9、航空摄影测量作业流程
10、遥感定义
遥感（Remote Sensing）是通过非接触传感器遥测 物体的几何与物理特征的一门学科。
11、遥感的产生
➢1957年 第一颗人造卫星发射升空 ➢1962年 “遥感（Remote Sensing）”名词诞生 ➢1972年 美国陆地资源卫星（Landsat）发射成功， 星上搭载了多光谱扫描仪（MSS）等新型传感器，获得 了大量的地球表面数字影像
7、摄影测量的作业流程
8、 地形图的内容
地形图精确、详尽地反映了地表面的物体和现象，内容 多而复杂，但总的来说，一幅地形图的基本内容包括数学要 素、自然地理要素、社会经济要素和注记整饰要素四个部分。
1、数学要素 （1）地理坐标网（经纬线） （2）平面直角坐标网 （3）测量控制点 （4）比例尺
2、自然地理要素 （1）水系 （2）地貌 （3）植被、土质