(武汉大学)摄影测量学教学课件-第一章-绪论
《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(武大)01袁修孝ppt课件
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
DEM
DLG
DRG
DOM
P31 摄 影 经 纬 仪
ppt精选版
9
RC30 框幅式航摄pp仪t精选版
10
ADS40 数字航摄仪
ppt精选版
11
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
《摄影测量基础》第一章
绪论
袁修孝 教授
ppt精选版
武汉大学
遥感信息工程学院1
主要内容
一、摄影测量学的定义与任务 二、摄影测量学的发展历程 三、本课程的主要内容
ppt精选版
2
§1.1 摄影测量学的定义与任务
定义 分类 平台 特点 任务
ppt精选版
3
A（X、Y、Z）
Z
Y
1
O1
2
2
X
通过摄影，进行测量
•DPW
数字线划地图 数字高程模型 数字影像地图 数据库
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自动量测 和解译
自动记录
42
VirtuoZo 数字摄影测量系统
Crystal eyes 3-D mouse
JX-4A数字摄影测量工作站
像素工厂
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45
摄影测量三个发展阶段的特点
发展阶段 原始资料 投影方式
仪器
操作方式
旋转矩阵、空间坐标变换、共线条件方程、单片空 间后方交会
与量测
第四章 立体观察与立体量测 (6学时)
人体的立体视觉、人造立体视觉、像对的立体观察
像点坐标量测及系统误差改正
武汉大学摄影测量课件
py Ly
100%
55
3
、
S a f P 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 应的水平距L 之 比为摄影比例尺
摄 影 比 例 尺
A
H
1 l f m L H
E
f为摄影机主距，H为航高
56
什么是航高？与摄影比例尺的关系？
航高：摄影机相对某一水准面的 高度。
1 f （理想情况） 相对航高：摄影机相对某一基准 m H 面的高度。（通常基准面取测区 m H 地表平均高程平面，有 ） m H H mf m 绝对航高：摄影机相对平均海水 要求 5% m 面的高度。 即 H 5% H
4
第二章 摄影的基本知识与影像误差处理
§2-1 摄影原理与摄影机
等效透镜的基本点、线、面
5
第二章 摄影的基本知识与影像误差处理
§2-1 摄影原理与摄影机
主光轴： 透镜组诸透镜球面曲率的中心连线。 主焦点（F,F’): 平行于主光轴的光线通过透镜组后 与主光轴的交点。 主平面（Q,Q’): 过等效折射点（h,h’)且垂直于主光 轴的平面。 主点（s,s’)： 主平面与主光轴的交点。 主焦距： 主焦点到主点间距离。 节点（k,k’）： 主光轴上角的放大率为1的一对光学 共轭点。（光线通过共轭节点时，角 放大率为1；物方与像方同介质时， k,k’分别与s,s’重合）。
小比例尺
第二章 摄影的基本知识与影像误差处理
§2-4 航空摄影及其基本要求
三、航空摄影的基本要求
1、航摄倾角:摄影主光轴与 铅垂方向的夹角
要求 3
0
50
摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直， 偏离铅垂线的夹角小于30，夹角为像片倾角
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
《摄影测量测》课件
4 其他应用领域
摄影测量测可用于测量建筑物的尺寸、 形态和变形等，为建筑设计和维护提供 便利。
摄影测量测还广泛应用于城市规划、环 境保护、灾害监测等各行业领域。
结论
摄影测量测对我们的意义不可忽视。它为我们提供了准确的地理信息，支持各行业的决策和规划。
未来，随着技术的不断发展，摄影测量测将在更多领域得到应用，为人类的发展做出更多贡献。 感谢大家参与本次摄影测量测的PPT课件学习，希望对大家有所启发和帮助。
《摄影测量测》PPT课件
欢迎大家来到本次摄影测量测的PPT课件。今天我们将介绍摄影测量测的基础 知识、方法、数据处理以及应用领域。让我们一起探索摄影测量测在地理信 息领域的重要性和未来发展前景。
介绍
什么是摄影测量测？摄影测量测是利用相机、经纬仪、测距仪等设备通过测量影像几何信息来推 算实地地物位置和形态的一门高科技技术。
基本原理
摄影测量测基于相机的 光学成像原理，通过测 量影像中的几何信息推 算地物位置和形态。
主要内容
摄影测量测的主要内容 包括摄影测量测仪器、 方法和数据处理等方面。
摄影测量测的仪器和设备
相机
航空摄影机是摄影测量测中最常用的工具，用 于获取地物的影像。
经纬仪
经纬仪用于测量相机在空间中的姿态，为影像 几何校正提供基础。
测距仪
测距仪用于测量地面上地物与相机的距离，为 影像测量提供距离信息。
其他仪器和设备
除相机、经纬仪和测距仪外，还有其他辅助设 备，如航空平台、GPS等。
摄影测量测的方法
1
后方交会法
2
通过已知地物的三维坐标和对应影
像上的投影坐标，调整相机的姿态
参数。
3
尺法，还有其他影像处理和几何推
武大版摄影测量学重点
摄影测量学第一章绪论1、基础地理信息类型传统的 4D 数据DLG－Digital Line Graphic，数字线化图DEM －Digital Elevation Model，数字高程模型 DOM － Digital Orthophoto Map，数字正射影像 DRG － Digital Raster Graphic，数字栅格地图 2、传统的摄影测量学是利用光学摄影机获取的像片，通过像片来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系的一门科学技术。
3、摄影测量与遥感是对非接触传感器系统获得的影像进行记录、量测、分析和表达，从而获得地球及其环境和其它物体的可靠信息的一门工艺、科学和技术。
4、摄影测量是影像信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。
5、摄影测量的任务：（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（2）非地形测量领域生物医学、公安侦破、交通事故、勘察古文物、古建筑建筑物、变形监测、工业摄影测量、环境监测6、摄影测量的特点�无需接触物体本身获得被摄物体信息�由二维影象获取对象的空间三维信息�面采集数据方式，信息丰富逼真�同时提取物体的几何与物理信息7、摄影测量学的三个发展阶段（1）模拟摄影测量阶段(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）解析摄影测量阶段(1950-1980)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（3）数字摄影测量阶段(1970-现在）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8、摄影测量三个发展阶段的特点9、影像信息学影像信息学是一门记录、存储、传输、量测、处理、解译、分析和显示由非接触传感器影像获得的目标及其环境信息的科学、技术和经济实体。
摄影测量学课件ppt
36
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单独法相对定向系统
37
第五章 双像解析摄影测量
相对定向元素为: 1 , 1 , 2 , 2 , 2 显然, 在 S1 XYZ 中，
X S1 YS1 Z S1 0
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§5-4 解析相对定向及模型坐标计算
摄影测量学
1
目
第一章
1-1 1-2 1-3
录
绪论
摄影测量的定义和任务 影像信息科学的形成与内涵 影像信息科学的组成
第二章
2-1 2-2 2-3 2-4 2-5
摄影的基本知识与影像误差处理
摄影原理与摄影机 黑白感光材料 摄影处理与像片晒印 航空摄影及摄影测量对摄影的基本要求 像片影像的误差及其处理
2
目
第三章 单张航摄像片解析
3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 中心投影的基本知识 摄影测量常用坐标系 像片的内外方位元素 像点在不同坐标系中的变换 中心投影的构像方程(共线方程) 像点位移 单像空间后方交会
录
3
目
第四章 立体观察和立体量测
4-1 4-2 4-3 4-4 人眼的立体视觉 人造立体视觉 像对的立体观察 像对的立体量测
34
第五章 双像解析摄影测量
为什么BX不是相对定向元素?
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§5-4 解析相对定向及模型坐标计算
B 'Y BX
'
Z
Y
s2
a '2 BX
'
s2
B Z a2
'
s1
BZ X BY
a1
Am
35
A
摄影测量学讲义
摄影测量学教案第一篇 摄影测量基础第一章 绪论主要内容：摄影测量学的定义，摄影测量学的分类，摄影测量要解决的基本问题，航空摄影测量的成图方法，摄影测量的成图作业工序，摄影测量的发展历程。
重点：摄影测量学的定义、分类，摄影测量要解决的基本问题，航空摄影测量测图方法，摄影测量的发展历程。
难点：学时安排：授课 ，实验 。
一、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。
二、分类：(一)、按研究对象：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧交向摄影测量等倾摄影测量等偏摄影测量正直摄影测量非地形摄影测量地形摄影测量 1、地形摄影测量：研究的对象是地区表面的形态，以物体与构像之间的几何关系为基础，最终根据摄影像片测绘出摄影区域的地形图。
2、非地形摄影测量一般是指近景摄影测量，顾名思义，研究的对象在体积和面积上较小，摄影机到摄影目标的距离较近，一般小于300m ，测量的精度相应地要求较高。
基本理论也是根据物体与构像之间的几何关系，但在处理技术上有着其特殊性。
测量成果乃是表示研究对象的一系列特征点的三维坐标值，即研究对象的数字模型可绘制所摄物体的立面图、平面图和显示立体形态的等值图。
(二)、按摄影站的位置：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧水中摄影测量地面摄影测量航空摄影测量航天摄影测量1、航天摄影测量 ：利用航天器和人造卫星、高空飞机进行摄影。
2、航空摄影测量：指的是地形摄影测量，从航摄飞机上对地面进行摄影，目的在于测绘地形图。
3、地面摄影测量：包括地面立体摄影测量和近景摄影测量。
前者在测绘特殊地区的地形图时常采用，后者是对科学技术专题科目进行研究时采用。
4、水中摄影测量是将摄影机置于水中，对水下地表进行摄影以绘制水下地形图，这属于双介质摄影测量。
三、摄影测量要解决的基本问题：将中心投影的像片转换为正射投影的地形图。
四、航空摄影测量绘制地形图的方法：⎪⎩⎪⎨⎧全能法微分法分工法综合法)(1、综合法：是摄影测量和地面地形测量相结合的测图方法。
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⎡x⎤ ⎡X − XS ⎤
⎢ ⎢
y⎥⎥
=
λR⎢⎢
Y
−
YS
⎥ ⎥
⎢⎣ z ⎥⎦
⎢⎣ Z − ZS ⎥⎦
A(X,Y,Z) Y
X
单像摄影测量：理论基础
x y
已知量
共线方程
X Y Z 未知量
共面条件
z1 y1 x1
S1
Z a1(x1,y1)
z2
y2 S2 x2 a2(x2,y2)
Y A(X,Y,Z) X
1839年，阿拉戈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
《摄影测量学》（上）第一章
绪论
武汉大学
遥感信息工程学院 摄影测量教研室
主要内容
一、摄影测量学的定义与任务 二、摄影测量学的发展历程 三、本课程的主要内容
§1.1 摄影测量学的定义与任务
定义 分类 平台 特点 任务
A（X、Y、Z）
Z
Y
β1
O1
β2
2
X
通过摄影，进行测量
遥感影像
高度 240～350km 100m～100km 10000～12000m 500～8000m 500～3000m 100～2000m
500m以下 50～500m 800m 以下 10～40m 5～50m 0～30m
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 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
DEM
Orthophotos
Mapping
Revision GIS
Visualization
Image analysis
Classification
B&W
Color
MS
摄影测量：基本关系式
表达像点与地面点之间关系
影像中的 几何信息
x y
模型重建 几何量测
地物几何位置
X Y Z
共线条件
z y
x S(Xs, Ys, Zs)
数字 影像
数字测量摄 影系统
自动建立 立体模型
••计计算算机机技技术术 数字线划地图
••数数字字图图像像处处理理 数字高程模型
••影影像像匹匹配配 ••模模式式识识别别
数字影像地图
••DDPPWW
数据库
自动量测 和解译 自动记录
VirtuoZo 数字摄影测量系统
Crystal eyes 3-D mouse
课堂教学 (62学时) 课间实习 (10学时)
摄影测量基础：参考资料
教材
张剑清，潘励，王树根 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 等编，《摄影测量与遥感概论》，测绘出版社 3、李德仁，郑肇葆 编著，《解析摄影测量学》，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、李德仁，袁修孝 著，《误差处理与可靠性理论》，武汉大学出版社
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
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
光学 像片
解析 测图仪器
计算机建立 立体模型
第六章 经典解析空中三角测量 (10学时)
像片连接点设置、自由航带网的建立、光束法区域网平差
第七章 解析空中三角测量的精度与可靠性分析 (6学时)
理论精度和实际精度的评定方法 单个备选假设下的可靠性理论、粗差检测方法（数据探测法、 选权迭代法）
第八章 解析空中三角测量最新发展 (6学时)
GPS辅助空中三角测量 DGPS/IMU直接传感器定向与辅助空中三角测量
像片的内外方位元素、像点位移、常用坐标系、像点坐标变换 旋转矩阵、空间坐标变换、共线条件方程、单片空间后方交会
第四章 立体观察与立体量测 (6学时)
人体的立体视觉、人造立体视觉、像对的立体观察与量测 像点坐标量测及系统误差改正
第五章 立体像对解析 (6学时)
共面条件方程、解析相对定向、空间前方交会 单元模型的绝对定向
地形图
传统摄影测量学定义
摄Hale Waihona Puke 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
摄影测量与遥感定义
1988年ISPRS在日本京都第16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
北京城市景观（亚运村）
摄影测量：分类
按距离远近 按用途 按处理手段
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
摄影测量与遥感：平台
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 牵引飞机 系留气球 索道 吊车 地面测量车
立体摄影测量：目的
x1 y1 x2 y2 已知量
X Y Z 未知量
摄影测量基础：讲授内容
影像获取
影像处理 成果表达
What?
Where? What Change?
第一章 绪论 (2学时)
摄影测量学的定义、任务和发展过程
第二章 投影几何基础知识 (6学时)
投影的分类与透视变换、透视变换成图
第三章 单张像片解析 (20学时)
体测图仪的使用，真正开始了摄影测量学
摄影测量学的三个发展阶段
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）
模拟摄影测量
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
各种调查 遗址调查 地面实况调查 地面实况调查
其它
飞机、直升机 牵引滑翔机 车载升降台
摄影测量：特点
无需接触物体本身获得被摄物体信息 由二维影象重建三维目标 面采集数据方式 同时提取物体的几何与物理特性
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
FCIR
DSW500 scanner
Direct digital workflow ADS40
Mass Memory
Ground processing
All spectral channels simultaneously
Archive system
Digital workstation
Printer
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
DEM
DLG
DRG
DOM
P31 摄 影 经 纬 仪
RC30 框幅式航摄仪
ADS40 数字航摄仪
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
DEM
DLG
ISPRS(International Society of Photogrammetry and Remote Sensing) ： Photogrammetry and Remote Sensing is the art, science and technology of obtaining reliable information from noncontract imaging and other sensor about the Earth and its environment, and other physical objects and processes through recording, measuring, analyzing and representation.
••解解析析空空三三 ••解解析析测测图图仪仪 ••数数控控正正射射仪仪
数字线划地图 数字高程模型 像片影像地图
人工量测 和解译 自动记录
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
坐标量测仪
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
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