数字摄影测量学
数字摄影测量
组成
一、计算机辅助测图
计算机辅助测图是利用解析测图仪或模拟光机型测图仪与计算机相连的机助（或机控）系统，进行数据采集、 数据处理，形成数字高程模型DEM与数字地图，最后输入相应的数据库。根据需要也可利用数控绘图仪输出线划 图，或利用数控正射投影仪输出正射影像图，或利用打印机打印各种表格。这种情况所处理的依然是传统的像片， 且对影像的处理仍然需要人眼的立体量测，计算机则起进行数据的记录与辅助处理的作用，是一种半自动化的方 式。计算机辅助测图是摄影测量从解析化向数字化的过渡阶段。
二、影像数字化测图
影像数字化测图是利用计算机对数字影像或数字化影像进行处理，由计算机视觉（其核心是影像匹配与影像 识别）代替人眼的立体量测与识别，完成影像几何与物理信息的自动提取。此时不再需要传统的光机仪器的人工 操作方式，而是自动化的方式。若处理的原始资料是光学影像（即像片），则需要利用影像数字化仪对其数字化。 按对影像进行数字化的程度，又可分为混合数字摄影测量与全数字摄影测量。
处理步骤
数字摄影测量处理的过程一般包括如下6个步骤。 第1步：图像数字化转换 图像数字化转换的目的是将航空或航天的摄影类图像数字化为数字图像，并以二维像元灰度矩阵表示。 第2步：数字图像的定向 数字图像的定向包括整幅数字图像的内定向、相对定向和绝对定向，以确定相关参数。 内定向：确定扫描坐标系和像平面坐标系的关系。 相对定向：用图像匹配算法自动确定立体数字图像中的相对定向点的像坐标，用解析摄影测量相对定向解算 相对方向参数。 绝对定向：用已知控制点的像坐标和内定向参数计算控制点在一幅数字图像中的坐标，用图像匹配算法自动 确定它们在另一幅数字图像中的坐标。 第3步：数字图像处理 数字图像处理包括数字图像像元按扫描坐标系排列变换为按核线方向排列，且对图像进行增强和特征提取。
数字摄影测量技术
数字摄影测量技术数字摄影测量(Basic concept of digital photogrammetry)是基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。
下面由小编为你介绍一下什么是数字摄影测量。
数字摄影测量美国等国称之为软拷贝摄影测量(Softcopy Photogrammetry)，我国王之卓教授称为全数字摄影测量(Full Digital Photogrammetry)。
这种定义认为，在数字摄影测量过程中，不仅产品是数字的，而且中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。
定义英文：Basic concept of digital photogrammetry世界上对于数字摄影测量的定义，主要有两种观点。
a. 数字摄影测量是基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。
美国等国称之为软拷贝摄影测量(Softcopy Photogrammetry)，我国王之卓教授称为全数字摄影测量(Full Digital Photogrammetry).这种定义认为，在数字摄影测量过程中，不仅产品是数字的，而且中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。
b. 另一种定义，则只强调其中间数据记录及最终产品是数字形式的，即数字摄影测量是基于摄影测量的基本原理，应用计算机技术，从影像(包括硬拷贝，数字影像或数字化影像)提取所摄对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量分支学科。
这种定义的数字摄影测量，包括计算机辅助测图(常称为数字测图)与影像数字化图。
影像数字化测图，是利用计算机对数字影像或数字化影像进行处理，用计算机视觉(其核心是影像匹配与影像识别)代替人眼的立体量测与识别，完成影像几何与物理信息的自动提取。
数字摄影测量知识点总结
数字摄影测量知识点总结第一章绪论摄影测量和遥感的概念：摄影测量和遥感是一门记录、测量和解释非接触式传感器系统获得的图像及其数字表达，从而获得可靠的自然物体和环境信息的技术、科学和技术。
摄影测量与遥感的主要特点：①在像片上进行量测和解译；② 它不需要接触物体本身，受自然和地理条件的限制较小；③ 可拍摄瞬时动态物体图像；④像片及其它各类影像提供物体的大量几何信息和物理信息摄影测量学的三个发展阶段：① 模拟摄影测量（1851-1970）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。
② 分析摄影测量学（1950-1980）是一门以计算机为主要手段，通过摄影照片测量和分析计算方法的交叉，研究和确定物体的形状、大小、位置、性质和关系，并提供各种摄影测量产品的科学。
③ 数字摄影测量（1970年至今）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。
摄影测量学三个发展阶段的特点：摄影测量分类：按距离：航空航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量、微距摄影测量。
根据目的：地形摄影测量、非地形摄影测量按处理手段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量单幅图像摄影测量的理论基础：共线方程和共面条件摄影测量的任务：地形测量场c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。
c建立各种数据库。
C提供地理信息系统和土地信息系统所需的基础数据。
非地形测量领域C生物医学C公共安全检测c古文物、古建筑c建筑物变形监测c军事侦察c矿山工程第二章单张航相机胶片分析航摄机主距：航空摄影机物镜中心至底片面的距离是固定值，常用f表示。
摄影机的主距分为：长焦距(主距≥200mm)中焦距(主距100～200mm)短焦距(主距≤l00mm)对应的像场角分为：恒定角度（低于75°）广角（75°~100°）超广角（高于100°）摄影比例尺：是指航摄像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距l之比。
数字摄影测量复习总结
数字摄影测量学复习总结第一章绪论1.摄影测量的三个发展阶段及其特点是什么答：P3的表1-12.什么是数字摄影测量它的组成部分有哪些，各有什么特点答：p4页组成部分：计算机辅助测图、影像数字化测图（混合数字摄影测量、全数字摄影测量（通用数字摄影测量、实时数字摄影测量））3.简述数字摄影测量的新进展与发展趋势。
答：p6的五点第二章数字影像获取的预处理基础1.什么是数字影像其频域表达有什么用处答：p12的定义频域表达的用处：（1）变换后的能量大部分都集中于低频谱段，有利于后续图像的压缩存储、快速传输，减少运算时间提高效率；（2）可对信号不同频率成分的能量的表达更直观，有利于影像分解和影像处理。
2.分析离散数字图像卷积的直观背景，并说明数字滤波的计算过程。
答：直观背景：p17数字滤波的计算过程：略3.如何确定数字影像的采样间隔答：采样定理：（由频率域推导而来）当采样间隔能使在函数g(x)中存在的最高频率中每周期取有两个样本时，根据采样数据可完全恢复原函数g（x）。
4.采样函数有哪些性质有哪些直观解释答：略5.怎样对影像的灰度进行量化答：影像的灰度概念p20怎样对影像的灰度量化p216.航空数字影像获取系统有哪些特点叙述3种航空数字影像获取系统的结构与性质。
答：数字航摄仪的特点p22叙述3种航空数字影像获取系统的结构与性质：ADS\DMC\UCD\SWDC\VisionMap A37.什么是数字影像重采样常用的数字影像重采样方法有哪些各有哪些优缺点答：（1）影像内插和重采样的概念p17（2）常用的采样方法p18（最近邻内插法、双线性内插法和双三次卷积法）（3）优缺点：p20表2-1第三章数字影像解析基础1.什么是数字影像内定向为什么要数字影像内定向答：概念及目的P383.什么是单像空间后方交会计算过程主要有哪几步答：概念：p394.什么是共面条件方程利用它可以解决摄影测量中哪些问题答：p43解决的问题有：像对的相对定向与解析空中三角测量。
摄影测量学 数字摄影测量
图像在空间上的离散化称为采样。用空间部 分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点。 采样时的采样孔径可以是多种形状，采样间 隔也可以是多样的。
上图是将一个7×8的栅格罩在一幅模拟图像来 对其进行采样，经过采样后，就可以用这56个 小格子来代替原始图像，每个小格称为像素 (pixel)，是图像的基本单元。像素个数越多， 图像的空间分辨率越高，图像细节越丰富。
2.量化
经采样后所得的像素的辐射值仍是连续的， 将像素的辐射值离散成整数值的过程叫量化。 这种整数值不再具有辐射值的物理意义，称 为灰度级。若一幅数字图像的量化灰度级数 G=28=256,则像素灰度取值范围为0-255。 由于计算机将字节作为最小的存储单位，为 便于计算机处理，常将图像量化为256个等级， 刚好用一个字节来存储。
数字图像
图像处理的方法有模拟式和数字式两种。我 们日常生活中见到的图像一般是连续形式的 模拟图像，模拟图像在空间和光强度上是连 续的。所以数字图像处理的一个先决条件就 是将连续图像离散化，转换为数字图像。图 像的数字化包括采样和量化两个过程。
1.采样
一幅二维图像用f(x,y)表示，x,y表示坐标点 的位置，f表示图像在该点的辐射值，辐射值 可以是任一波段的辐射能量。 模拟图像是连续的，f,x,y可以是任意实数， 不利于计算机处理，需要进行离散化。这种 离散化了图像就是数字图像。离散化后的 f,x,y都在整数集合中取值。
特征定位
识别出来的特征，不仅要确定其在图像中的 行列号，还要精确确定其坐标(x,y)，在数字 摄影测量中计算地面点坐标(X,Y,Z)时，像点 坐标精度通常要微米级。
特征定位算子有：基于小面元的定位算子、 Wong-Trinder圆点定位算子、Forstner定位 算子、高精度角点与直线定位算子等。
数字摄影测量
数字摄影测量定义一：基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象的几何与属性信息，并用数字方式表达的摄影测量的分支学科。
数字摄影测量定义二：基于摄影测量的基本原理，应用计算机技术，从影像（包括硬拷贝影像、数字影像或数字化影像）提取所摄对象的几何与属性信息，并用数字方式表达的摄影测量的分支学科。
数字摄影测量的基本范畴：确定被摄定对象的几何和物理属性，即量测和理解。
计算机辅助测图：以计算机及其输入、输出设备为主要制图工具实现从影像中提取地图信息及其转换、传输、存储、处理和显示。
一个完全的机助测图系统包括数据采集、数据处理和数据输出三部分。
数据采集主要过程：1）像片的定向，在解析测图仪上要进行解析内定向、相对定向和绝对定向或一步定向，在机助的立体坐标仪也要经过上诉定向。
2）像片定向后，要输入一些基本参数，如测图比例尺、图幅的图廓点坐标、测图窗口参数。
3）为了形成最终形式的库存数据，必须给不同的坐标（地物）以不同的属性代码（特征码），因而从测量每一个地物之前必须要输入属性码。
4）逐点量测地物上的每一个应记录点，或对地物、地貌（等高线等）进行跟踪，由系统确定点的记录与否。
5）当发现错误时进行联机编辑，包括删除、修改、增补等功能，不过联机编辑不宜过多以免降低测图仪利用效率。
6）所测数据以图形方式显示在计算机屏幕上，以便监测量测结果的正确与否。
为快速确定需要编辑的地物，在数据采集时要建立屏幕检索表（作用）。
数字地面模型（DTM ）：是地形表 面形态多种信息（地形、环境、土地利用、人口分布等）的一 种数字化表示。
数字表面模型（DSM ）：包含了地表建筑物、桥 梁和树木等高度的数字高程模型数字高程模型DEM ：一个地理信息数据库的基本内核，若只考虑DTM 的地形分量，则为DEM 。
表示区域D 上的三维数字向量序列。
}{n i Z Y X V i i i i ...2,1),,,(==其中，（X,Y)是平面坐标,Z 是D Y X i i ∈),(点对应的高程。
数字摄影测量学考试习题
数字摄影测量学重点总结一：名词解释1、影像匹配：通过一定的匹配算法在两幅或多幅影像之间识别同名点，如二维影像匹配中通过比较目标区和搜索区中相同大小的窗口的相关系数，去搜索区中相关系数最大所对应的窗口中心点作为同名点。
2、金字塔影像：对二维影像进行低通滤波，并逐渐增大采样间隔，形成的影像像素依此减少的影像序列。
3、立体正射影像对：由正射影像和通过该正射影像生成的立体匹配片两者组成的立体相对。
4、同名核线：同一核面与左右影像相交形成的两条核线，其中核线面指物方点与摄影基线所确定的平面。
5、立体透视图：运用透视原理和一定的数学模型，将物方具有三维信息的点转换到指定的平面上，并通过消隐处理获得立体透视效果。
6、数字微分纠正：根据有关的参数与数字地面模型，利用相应的构象方程式，或按一定的数学模型用控制点结算，从原始非正射投影的数字影像获取正射影像。
7、重采样：8、影像相关：利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点。
9、数字相关：利用计算机对数字影像进行数值计算完成影像的相关。
10、数字高程模型：是数字地面模型DTM 只考虑地形分量时的结果,表示某一区域 D 上地形的三维向量有限序列{Vi=(Xi,Yi,Zi),i=1,2,…，n},其中（Xi,Yi）∈D 是平面坐标，Zi 是（Xi,Yi）对应的高程。
11、核线重排列:由于一般情况下数字影像的扫描行与核线并不重合，为了获取核线的灰度序列，对原始数字影像灰度进行的重采样，亦即对原始灰度函数值进行内插。
12、单片修测：利用单张像片与DEM 对地图进行修测，主要内容为地物的增减，相比于传统方法可以节省资金与工时，是一个迭代求解的过程。
二：简答题1、相关函数估计：a较小，S（f）较平缓，高频信息较丰富相关函数R（τ）较陡峭，相关精度高拉入范围较小出错率高；a较大功率谱S（f）较陡峭，低频信息占优势，相关函数R（τ）较平缓，相关精度较差，拉入范围较大，出错率低。
数字摄影测量学习题
数字摄影测量学习题与参考答案一、名词解释1、数字摄影测量：基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配，模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。
2、计算机辅助测图（机助测图）以计算机及其输入、输出设备为主要制图工具实现从影像中提取地图信息及其转换、传输、存贮、处理与显示。
3、影像的颗粒噪声：采用摄影方式获得光学影像，由于卤化银颗粒的大小和形状以及不同颗粒状曝光与显影中的性能都是一些随机因素，这就形成了影像的颗粒噪声。
4、Shannon 采样定理：当采样间隔能使在函数g(x)中存在的最高频率中每周期取有两个样本时，l f x 21≤∆根据采样数据可以完全恢复原函数g(x)。
称fl 为截止频率或Nyquist频率。
5、影像灰度的量化：是把采样点上的灰度数值转换成为某一种等距的灰度级。
6、比特分割就是将量化后的数据分成不同的比特位, 依次取出某一比特位上的值（0或1）或形成二值图像。
在每个比特位上交替地以黑白标记表示0和1。
7、影像分割将一幅影像划分为互不重叠的一组区域的过程,它要求得到的每个区域的内部具有某种一致性或相似性,而任意两个相邻的区域则不具有此种相似性。
8、分频道相关：先对原始信号进行低通滤波，进行粗相关，将其结果作为预测值，逐渐加入较高的频率成分，在逐渐变小的搜索区中进行相关，最后用原始信号，以得到最好的精度。
9、金字塔影像结构：对二维影像逐次进行低通滤波，增大采样间隔，得到一个像元素总数逐渐变小的影像序列，将这些影像叠置起来颇像一座金字塔，称为金字塔影像结构。
10、多测度（多重判据）影像匹配利用多个匹配测度进行判别，当满足所有条件时，才认为是同名影像。
11、影像匹配：12、彩色变换：是指将红、绿、蓝系统表示的图像变换为用强度、色度、饱和度系统表示的图像的处理方法。
13、图像的复合（融合）Image Fusion将多元信道所采集的关于同一目标的图像经过一定的图像处理，提取各自信道的信息，最后综合成统一图像或综合图像特征以供观察或进一步处理。
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全数字摄影测量学
Xieyuanli@
谢元礼
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Digital Photogrammetry
参考教材： 《摄影测量学》张剑清 潘励 王树根 武汉大学出版社 《摄影测量原理》王之卓 测绘出版社 《摄影测量原理续编》王之卓 测绘出版社 《数字摄影测量学》张祖勋 张剑清 武汉大学出版社 《解析摄影测量学》郑肇保 李德仁 测绘出版社 《摄影测量与遥感概论》李德仁 周月琴 金为铣 测绘出 版社 《摄影测量学》金为铣 杨先宏 邵鸿潮 崔仁愉 武汉大学 出版社 《数字高程模型》李志林 朱庆 武汉大学出版社 《遥感影像的数字摄影测量》陈鹰 同济大学出版社
在摄影测量中对应关系就是同名点的测定
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Digital Photogrammetry
普通测量
对 准 同 名 点 量 量 测 同 名 点
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摄影测量
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在摄影测量中解析(几何)关系就是摄影
成像瞬间空间位置和状态的确定
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通过人的眼睛量测两张影像上的同名点的坐标
a1 (x1 , y1 )、a2 (x2 , y2 ) ，就能求得对应空间
点的坐标A（X、Y、Z）。
摄影测量的一个 重要优点： 可以测定影像上 所有的点(面测量)
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模拟、解析、数字
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遥感平台 航天飞机 无线电探空仪 超高度喷气机 中低高度飞机 飞艇 直升机 无线遥探飞机 高度 240～350km 100m～100km 10000～12000m 500～8000m 500～3000m 100～2000m 500m以下 目的、用途 不定期地球观测、空间实验 各种调查（气象等） 侦察、大范围调查 各种调查、航空摄影测量 空中侦察、各种调查 其它
国际摄影测量与遥感学会 ( The International Society for Photogrammet ry and Re mote Sensing , 英文缩写为ISPRS) 成立于1910 年,最 初称为国际摄影测量学会( The International Society for Photogrammet ry ,英文缩写为ISP) ,1980 年更改为 现名。
摄影测量学与遥感的结合：摄影测量学的发展历史就 是遥感的发展历史，它们目的相同，只是各自所处的 科技发展历史时期不同，可以说摄影测量学发展到数 字摄影测量阶段就是遥感（王之卓）。
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第一章 绪论
1.2 摄影测量的产生与发展 一、从摄影测量到遥感科学与技术
1902年，北洋大学用德国的摄影经纬仪进行建筑摄影测
量试验。 1931年6月2日，德国汉莎航空测量公司与浙江水利局航 测队合作进行首次航摄，并制作了像片平面图。 上世纪50年代开始大规模的航测成图，主要通过大量引
进德国、瑞士等西方发达国家的精密立体侧图仪，采
用人工操作方法来测制国家基本地形图，实现空间数 据的模拟处理。
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传统的摄影测量学是利用光学摄影机摄影的像片，研究 被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一
门科学和技术。
它研究的内容： 获取被摄物体的影像，研究单张和多张像片影像的处 理方法，包括理论、设备和技术，以及将所测得的成 果以图解形式或数字形式输出的方法和设备。 自从有了摄影，就开始了摄影测量的历史。早在 18世纪，数学家J.H Lambert（兰伯特）在他的著作 中（1759年）就论述了摄影测量的基础——透视几何
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中国资源二号全色波段图像（3米）
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由于现代航天技术和电子计算机技术的飞速发展，
摄影测量的学科领域日益扩大。只要物体能够被摄影
成像，都可以使用摄影测量技术，解决某一方面的问 题！ 由于具有非接触传感的特点，自上世纪60年代以来， 从侧重于解译和应用角度，于是提出了“遥感”一词。 又由于航天传感器也可以用于航空遥感，于是摄影 测量发展为摄影测量与遥感。
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ISPRS 技术委员会的鼓励研究方向： 传感器、遥感平台和成像 空间数据处理、分析与表达的系统 摄影测量的理论与算法 空间信息系统与数字测图 近景技术与机器视觉 教育与交流 资源与环境监测
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摄影测量（photogrammetry，150年前）→遥感（ remote sensing，40年前）→ 摄影测量与遥感（ remote sensing & photogrammetry，20年前） → 遥感科学与技术（remote sensing science and technology，当代） 狭义地，遥感科学与技术属于对地观测（Earth observation）体系的组成部分
卓，全数字摄影测量。 全数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大的区别： 它处理的原始信息不仅可以是航空数字化影像，更主 要的是航空、航天遥感数字影像，最终以计算机视觉 代替人眼的立体观测。
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模拟摄影测量 20世纪初---80年代
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摄影测量的本质
二维影像 三维空间立体模型
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从摄影测量的本质可以看出,摄影测量过程中必须解决两个问题:
对应性关系 解析(几何)关系
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第一章 绪论
1.1 摄影测量的基本任务
摄影测量的本质就是: 通过摄影，进行测量！ 它来源于测量的“前方交会”与“后方交会”
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摄影测量
在两个已知点(摄站) 上，摄取两张影像。
物理投影
模拟测图 作业员手 模拟产品 仪 工作业
解析测图 机助作业 模拟产品 数字投影 仪 员操作 数字产品 计算机 自动化操 数字产品 作+作业 员的干预 模拟产品
像片数字 数字摄影 化影像、 数字投影 测量 数字影像
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四、我国的摄影测量与遥感
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随着学科的发展、应用的扩展和人们认识水平的 提高，其内涵和外延也在不断发生变化。 国际摄影测量与遥感学会（ISPRS）于1988年在 日本东京十六届大会上定义： 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。简
各种调查、航空摄影测量
各种调查、航空摄影测量 各种调查、航空摄影测量 各种调查 遗址调查 地面实况调查 地面实况调查 车载升降台
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飞机、直升机
牵引飞机
系留气球 索道 吊车 地面测量车
50～500m
800m 以下 10～40m 5～50m 0～30m
牵引滑翔机
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而言之，就是影像信息获取、处理、分析和成果表达
的一门信息科学。
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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
DEM
DLG
DRG
Байду номын сангаас
DOM
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仅仅限于处理地面的正直摄影，主要用作建筑摄影测 量，而不是用来进行地形测量。
随着飞机和卫星的上天，摄影测量随之有了航空摄
影测量和遥感。
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解析摄影测量 60年代初---80年代末
数字摄影测量 80年代初-现在 数字产品
A10
C130
VirtuoZo NT
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摄影测量发展各阶段的特点
发展阶段 原始资料 投影方式 模拟摄影 测量 解析摄影 测量 仪器 操作方式 产品
像片 像片
•定量的（Quantitative）→ 几何处理（metric）
（解决是多少的问题：where、when、how much）
•定性的（Qualitative）→ 解译处理
（interpretation）（解决是什么的问题：what）
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