摄影测量学第一章绪论

1、摄 影 测 量 学东北林业大学林学院李明泽E-mail:QQ:10086198Tel公室：主401课堂讨论理解地信息系统？地理信息系统的发展机遇，如何成为成功的专业人才？何为遥感？遥感与地理信息系统的关系如何？摄影测量是遥感的重要组成，它们之间有什么区别。遥感的课程体系东北林业大学正射影像拍摄与2003年。东北林业大学遥感影像Google Earth遥感概念遥感的概念遥感的概念 遥感（遥感（Remote Remote Sensing)Sensing)：从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传

2、输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。第一章第一章 绪论绪论 一一 、什么是摄影测量？什么是摄影测量？ 摄影测量与遥感摄影测量与遥感是对非接触式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科学和技术(INTERNATIONAL SOCIETY FOR PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING; ISPRS,1988) 科技内容包括 : 影像信息获取影像信息获取 影像信息处理影像信息处理 影像信息表达影像信息表达 影像信息应用影像信息应用 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录作为对摄影测量科学技术的

3、一个概括，很多学作为对摄影测量科学技术的一个概括，很多学者在不同的文献上对其做过不同的定义。者在不同的文献上对其做过不同的定义。美国摄影测协会量（美国摄影测协会量（ASP）定义）定义“摄影测量摄影测量是一门记录、测定和判释摄影像片、图像、是一门记录、测定和判释摄影像片、图像、电磁辐射图像模式和其它现象的科学与技电磁辐射图像模式和其它现象的科学与技术（术（1980）。）。P.R Wolf 认为认为“摄影测量学像片上测定与摄影测量学像片上测定与判释目标物及关联物所反射之电磁能而成判释目标物及关联物所反射之电磁能而成之像，以获得可靠信息的一门科学技术。之像，以获得可靠信息的一门科学技术。” F.H

4、Moffitt 认为认为“摄影测量学是在像片上摄影测量学是在像片上测定影像的科学，其中包括有：平面图测定影像的科学，其中包括有：平面图和地形图的制作；依据像点而确定目标和地形图的制作；依据像点而确定目标在空间上的位置；测估森林蓄积；土壤在空间上的位置；测估森林蓄积；土壤分类；地质调查；军事情报收集的等，分类；地质调查；军事情报收集的等，”B. Helert 认为认为“摄影测量学包括测度与判释摄影测量学包括测度与判释两部分。测度是指由像片信息为基础，确两部分。测度是指由像片信息为基础，确定物体的几何性质，如大小、形状及位置定物体的几何性质，如大小、形状及位置的科学技术；而像片判释学则研究摄影影的

5、科学技术；而像片判释学则研究摄影影像，以辨认地物及推演其性质的过程。像，以辨认地物及推演其性质的过程。”李德仁等认为李德仁等认为“传统的摄影测量学是利用传统的摄影测量学是利用光学摄影机摄影的像片光学摄影机摄影的像片/图像，研究和确图像，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质定被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门科学技术。和相互关系的一门科学技术。” 传统摄影测量学传统摄影测量学定义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二二 、摄影测量能做什么？（主要任务）摄影测量能做什么？（主要任务） 摄影测量目前的主要任

6、务主要任务是： 1.测制各种比例尺的地形图和专题图； 2.建立地形数据库； 3.为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础 数据； 第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录三、摄影测量有什么优点和特点？三、摄影测量有什么优点和特点？ 1.影像记录目标信息客观、逼真、丰富； 2.测绘作业无需接触目标本身，不受现场条件限制； 3.可测绘动态目标和复杂形态目标； 4.影像信息可永久保存、重复量测使用；第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录四四、摄影测量的分类摄影测量的分类 1.1.按摄影距离分为按摄影距离分为: : (1)航空摄影测量 为摄影测量生

7、产、科研、教学的主流； 成图比例尺可覆盖1：5百1：5万； 是测绘1：5百1：5千地形图的重要方法， 是测绘1：1万1：5万地形图的主要方法； 第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录 （2）航天摄影测量 用卫星遥感影像测绘地形图或专题图，或快速提 取所需空间信息；成图比例尺已从1：5万1：100 万提高到1：5千左右（甚至1：1000左右），在一 定 条件下已可替代部分航空摄影测量； 第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录 （3）地面摄影测量 一般用于山区的工程勘察和补测航摄漏洞； （4）近景摄影测量* 一般用于拍摄距离300米（或100

8、米）的 非地形目标测绘. （5）显微摄影测量 * 第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录 2. 2.按用途分为按用途分为: : （1）地形摄影测量 是摄影测量的主要任务，服务于国家基础 地理信息需求，并广泛应用于城建、环保、 规划、农林、水利、电力、交通、地矿等 众多部门或行业。 第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录 与用经纬仪现场测绘方法相比，摄影测量 测绘地形有以下优点优点： a.作业速度快，成图周期短； b.内业作业为主，劳动强度低； c.较大范围成图时省经费 d.成图精度均匀 e.可生产影像测绘产品 第一章第一章 绪论绪论 11

9、 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录 （2）非地形摄影测量 是摄影测量的一个分支学科。其主要研究利用影像确定非地形目标物的形状、大小及空间位置等，广泛应用于工业制造、建筑工程、生物医学及考古、变形观测、公安侦破、事故勘察、弹道测量、爆破、矿山工程等领域。 第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录 3. 3.按影像信息处理的技术手段分为按影像信息处理的技术手段分为: : （1）模拟摄影测量 （2）解析摄影测量 （3）数字摄影测量第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录五、五、 摄影测量与遥感的关系摄影测量与遥感的关系 1.1.共同之处共同之处

10、 摄影测量学作为一个成熟的学科，已有一百五 十年左右的发展史了。遥感作为现代高科技只有三 四十年左右的发展史。但两者科技内容（理论基础， 技术手段，生产设备，应用目的等）已趋于一致， 共同发展形成影像信息科学。 第一章第一章 绪论绪论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录 2.2.差异之处差异之处 以航空摄影成像为主 摄影测量摄影测量 以测绘大比例尺地形图为主 以影像几何信息的处理为主 以提供区域基础地理信息服务为主 以卫星传感器成像为主 （具有宏观特性，光谱特征，时相特征） 遥遥 感感 以编制中小比例尺专题图为主 以影像物理信息的处理为主 以各行业、部门专业应用为主第一章第一章 绪论绪

11、论 11 摄影测量的定义和任务返回目录返回目录航摄像片航摄像片P31摄影经纬仪近景影像发展发展阶段阶段 时间时间（进入生产）（进入生产） 作业作业方式方式 典型典型生产设备生产设备 生产生产成果成果 模拟摄影测量模拟摄影测量解析摄影测量解析摄影测量数字摄影测量数字摄影测量 二十世纪初二十世纪初7070年年代代 二十世纪二十世纪7070年至年至今今二十世纪二十世纪9090年年 至今至今机械辅助测绘机械辅助测绘 计算机辅助测绘计算机辅助测绘自动化测绘自动化测绘 模拟立体测图仪模拟立体测图仪解析立体测图仪解析立体测图仪数字摄影测量系统数字摄影测量系统 模拟产品模拟产品模拟模拟/ /数字数字产品产品数

12、字产品数字产品 第一章第一章 绪论绪论1-2 摄影测量学的发展阶段返回目录返回目录模拟摄影测量阶段模拟摄影测量阶段 (1851-1970)(1851-1970)解析摄影测量阶段解析摄影测量阶段 (1950-1980)(1950-1980)数字摄影测量阶段数字摄影测量阶段 (1970-(1970-现在）现在）摄影测量学的三个发展阶段摄影测量学的三个发展阶段模拟摄影测量模拟摄影测量光光 学学像像 片片光学机械光学机械测图仪器测图仪器人工建立立人工建立立体模型体模型人工量测人工量测和解译和解译机械绘图机械绘图图解线划地图图解线划地图像片影像地图像片影像地图利用光学利用光学/ /机械投影方法实现摄影过

13、程的反转，用两个机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/ /多个投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单片测图分工法测图综合法测图模拟摄影测量发展阶段的多倍仪模拟摄影测量发展阶段的多倍仪光学纠正仪SEG-1HJ-24Wild A10 模拟立体测图仪解析摄影测量解析摄影测量v1954年，第一台电子计算机问世年，第一台电子计算机问世v1957年，海拉瓦博士提出解析测图仪的思想，标年，海拉瓦博士提出解析测图仪的思想，

14、标志着解析摄影测量的开始志着解析摄影测量的开始v20世纪世纪70年代末至年代末至90年代初，解析摄影测量发展年代初，解析摄影测量发展的鼎盛时期的鼎盛时期解析摄影测量解析摄影测量光光 学学像像 片片解解 析析测图仪器测图仪器计算机建立计算机建立立体模型立体模型人工量测人工量测和解译和解译自动记录自动记录数字线划地图数字线划地图数字高程模型数字高程模型像片影像地图像片影像地图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、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

15、互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学解析空三解析测图仪数控正射仪解析摄影测量发展阶段的立体绘图仪解析摄影测量发展阶段的立体绘图仪 德国德国Zeiss厂厂C-100型解析测图仪型解析测图仪瑞士瑞士Kern厂厂DSR-1型解析测图仪型解析测图仪瑞士瑞士WILD厂厂OR-1型数控正射投影仪型数控正射投影仪德国德国Zeiss厂厂Z-2型数控正射投影仪型数控正射投影仪数字摄影测量数字摄影测量v计算机硬、软件技术的飞速发展，使功能增计算机硬、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强，成本降低，并为编制大型软件提供平台v20世

16、纪世纪70年代：数字摄影测量萌芽阶段年代：数字摄影测量萌芽阶段v20世纪世纪80年代：数字摄影测量原型研究阶段年代：数字摄影测量原型研究阶段v20世纪世纪90年代：真正推出可用于生产的数字年代：真正推出可用于生产的数字摄影测量系统摄影测量系统数字摄影测量数字摄影测量数数 字字影影 像像数字测量摄数字测量摄影系统影系统自动建立自动建立立体模型立体模型自动量测自动量测和解译和解译自动记录自动记录数字线划地图数字线划地图数字高程模型数字高程模型数字影像地图数字影像地图数数 据据 库库基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/ /数字化影像数字化影像进行处理

17、，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几进行处理，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目前数字摄影测量阶段的计算机系统平台目前数字摄影测量阶段的计算机系统平台3-D mouseCrystal eyesVirtuoZo 数字摄影测量系统JX-4A数字摄影测量工作站20世纪世纪80年代至世纪末。在这个阶段航年代至世纪末。在这个阶段航空摄影测量及成图方法向自动化方法发空摄影测量及成图方法向自动化方法发展，由以往的光学机械的模拟方法向以展，由

18、以往的光学机械的模拟方法向以计算机为基础的数字化方向发展。计算机为基础的数字化方向发展。在摄影测量发展史文献中可以查到：在摄影测量发展史文献中可以查到：1826年法国人尼普西年法国人尼普西（Neipce）拍摄第一张摄影照片；）拍摄第一张摄影照片；1849年法军事工程师劳年法军事工程师劳西达特（西达特（A. Laussedat）通过地面摄影制作地图；）通过地面摄影制作地图；1859年法年法国摄影家利用气球拍摄巴黎上空的照片，同年劳西达特国摄影家利用气球拍摄巴黎上空的照片，同年劳西达特（A. Laussedat）也利用了气球在巴黎上空拍摄，研究制作）也利用了气球在巴黎上空拍摄，研究制作地图；地图；

19、1898年研究者才利用数学方法将中心投影转换成正年研究者才利用数学方法将中心投影转换成正射投影，成为摄影成图的起点。射投影，成为摄影成图的起点。1903年莱特兄弟发明飞机，年莱特兄弟发明飞机，为人类真正开始科学系统地从空中观察和研究地球创造了为人类真正开始科学系统地从空中观察和研究地球创造了条件。条件。1909年瑞特（年瑞特（W. Wright）由飞机上拍摄第一张摄影）由飞机上拍摄第一张摄影像片，开始了航空摄影。像片，开始了航空摄影。摄影测量的发展历史摄影测量的发展历史在航空摄影技术体系的近百年在航空摄影技术体系的近百年的发展过程中，主要集中在两的发展过程中，主要集中在两个方面，即航空像片判读

20、和成个方面，即航空像片判读和成图。前者是根据航片上的影像图。前者是根据航片上的影像来识别地物，后者是以摄影测来识别地物，后者是以摄影测量理论为基础进行测量和编制量理论为基础进行测量和编制各种地图。各种地图。 航空摄影遥感体系发展过程大致可以划分为航空摄影遥感体系发展过程大致可以划分为以下几个阶段：以下几个阶段： 二十世纪初期及第一次世界大战二十世纪初期及第一次世界大战期间。这个阶段属于航空摄影技术期间。这个阶段属于航空摄影技术发展初期，主要应用于军事侦察，发展初期，主要应用于军事侦察，虽然还没有形成较完善的判读理论，虽然还没有形成较完善的判读理论，但能从航空像片上获得重要的军事但能从航空像片上

21、获得重要的军事情报这一事实，使人们认识到这一情报这一事实，使人们认识到这一技术体系具有十分重要的应用价值。技术体系具有十分重要的应用价值。二十世纪二十世纪20年代到年代到40年代。航空摄影判读和摄影测年代。航空摄影判读和摄影测量理论和应用有了很大的发展，使航空摄影形成了较量理论和应用有了很大的发展，使航空摄影形成了较完善的技术体系。这个时期较突出的成果是以立体摄完善的技术体系。这个时期较突出的成果是以立体摄影测量为基础的地形图的编制技术方法，使测绘和地影测量为基础的地形图的编制技术方法，使测绘和地图科学发生了变革性的变化，应用航空摄影编制了很图科学发生了变革性的变化，应用航空摄影编制了很多地形

22、图和专题地图。与此同时航空像片在考古、林多地形图和专题地图。与此同时航空像片在考古、林业、地质、生态及工程等方面应用也有长足的发展规业、地质、生态及工程等方面应用也有长足的发展规律，形成了各专业判读的技术方法。律，形成了各专业判读的技术方法。第二次世界大战后到第二次世界大战后到20世纪世纪80年代。在这个阶段使用年代。在这个阶段使用航片编制地形图和各种专题图已成为一种常规的方法。航片编制地形图和各种专题图已成为一种常规的方法。在自然资源调查中使用航空像片与地面抽样调查相结合在自然资源调查中使用航空像片与地面抽样调查相结合已成为这些领域获得自然资源管理信息的主要技术手段。已成为这些领域获得自然资

23、源管理信息的主要技术手段。红外黑白片和彩色红外片的出现和应用增强了航空像片红外黑白片和彩色红外片的出现和应用增强了航空像片的判读性能和应用价值。的判读性能和应用价值。100多年来的实践充分证明了航空多年来的实践充分证明了航空摄影的优越性：摄影的优越性： 扩大了人们的观察视野。航空摄影扩大了人们的观察视野。航空摄影可提供大面积的鸟瞰图，使我们可以从全局可提供大面积的鸟瞰图，使我们可以从全局的角度上来观察所研究的对象。的角度上来观察所研究的对象。 使我们能观察到地面上难以达到的使我们能观察到地面上难以达到的一些地方，并进行分析研究，诸如沙漠、冰一些地方，并进行分析研究，诸如沙漠、冰川、高山、沼泽及

24、原始森林等地带的自然现川、高山、沼泽及原始森林等地带的自然现象和自然资源。象和自然资源。 能提供永久性的科学资料，并可在市内能提供永久性的科学资料，并可在市内条件下充分的加以研究，还能和过去的资料相比条件下充分的加以研究，还能和过去的资料相比较，可以监测大自然随时间的变化。较，可以监测大自然随时间的变化。 扩大了光谱分辨率，因为摄影感光胶片扩大了光谱分辨率，因为摄影感光胶片所记录的光谱范围是人眼的所记录的光谱范围是人眼的2倍。人眼只能观察倍。人眼只能观察到到0.40.7微米的光，而摄影胶片可以扩展微米的光，而摄影胶片可以扩展 到到0.30.9微米。特别是近年来出现的多光谱摄影，微米。特别是近年

25、来出现的多光谱摄影，使人们可以利用光谱波段组合的方式，可以获得使人们可以利用光谱波段组合的方式，可以获得更详细的信息。更详细的信息。 增加了空间分辨率和几何逼真度。航增加了空间分辨率和几何逼真度。航空摄影像片具有一定的量测性和可判性，特空摄影像片具有一定的量测性和可判性，特别是利用航空像片可以产生立体观察效应，别是利用航空像片可以产生立体观察效应，使我们可以用航片编制地形图、地图，以及使我们可以用航片编制地形图、地图，以及获得地物的位置、距离、方向、面积等信息。获得地物的位置、距离、方向、面积等信息。萌芽阶段萌芽阶段1839年，达格雷发表第一张空中相片；1858年，法国人用气球携带照相机拍摄了巴黎的空中照片。1882年，英国人用风筝拍摄地面照片；遥感的发展遥感的发展航空遥感阶段1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。一战中，航空照相技术用于获取军事情报。一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地质调查。二战使用红外遥感技术。1930年，美国开始全国航空摄影测量。1937年，出现了彩色航空像片。1903， Wright Brothers 发明了飞机，使航空摄影测量成为可能。En