第一 二章 绪论 影像获取

1、第一章第一章 绪绪 论论本章主要内容本章主要内容一、摄影测量学的定义与任务一、摄影测量学的定义与任务二、摄影测量学的发展二、摄影测量学的发展传统摄影测量学定义传统摄影测量学定义摄影测量学摄影测量学是利用光学摄影机获取的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、特性及其相互关系状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科的一门学科摄影测量与遥感摄影测量与遥感定义定义19881988年年ISPRSISPRS第第1616届大会上定义：届大会上定义：摄影测量与遥感摄影测量与遥感是对非接触传感器系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

2、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、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、科学和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术技术各种类型各种类型传感器传感器被摄物体被摄物体影像影像通过量测和通过量测和解译过程解译过程自然物体及其环境的可靠信息自然物体及其环境的可靠信息DEMDLGDRGDOMRC30RC30光学航摄仪光学航摄仪DMCDMC数字相机数字相机ADS40ADS40数字传感器数字传感器ADS40机载数字传感器机载数字传感器RC30光学航空相机光学航空相机列宽列宽 2.4 kmCCD 象元尺寸象元尺寸6.5 x 6.5 m地面象元尺寸地面象元尺寸

3、20 x20cm地面采样间隔地面采样间隔, GSD 20 cm影像大小影像大小 228 mm x 228 mm范例范例覆盖范围覆盖范围 2.4 km x 2.4 km焦距焦距 153 mm像片比例尺像片比例尺 1 : 10,500视角视角 FoV 64视角对角线视角对角线 90 重叠度 = 66% 地面分辨率 = 30 cmBergheim May 05, 2000 高度 = 4000 ft., 速度 = 70 m/sec.DMC 原型相机 过片速度 = 2 sec./image数字航空相机系统数字航空相机系统 DMC 2001Photoflight kindly supported byDM

4、C 2001DMC 2001数字航飞数字航飞正射影像图正射影像图三峡正射影象图：三条航带三峡正射影象图：三条航带 、175175张航空影像张航空影像三峡景观图：三条航带三峡景观图：三条航带 、175175张航空影像张航空影像三维景观图三维景观图摄影测量摄影测量分类分类航天航天摄影测量摄影测量航空航空摄影测量摄影测量近景近景摄影测量摄影测量显微显微摄影测量摄影测量地地 形形摄影测量摄影测量非地形非地形摄影测量摄影测量模拟模拟摄影测量摄影测量解析解析摄影测量摄影测量数字数字摄影测量摄影测量按距离远近按距离远近按用途按用途按处理手段按处理手段摄影测量与遥感摄影测量与遥感平台平台中、低高度飞机：中、低

5、高度飞机：航空摄影测量航空摄影测量人造卫星人造卫星航天飞机航天飞机无人驾驶飞机无人驾驶飞机摄影测量摄影测量特点特点无需接触物体本身获得被摄物体信息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由二维影象重建三维目标同时提取物体的几何与物理特性同时提取物体的几何与物理特性摄影测量：摄影测量：任务之一任务之一建立各种数据库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提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据的基础数据地形测量领域地形测量领域 各种比例尺的地形图、专题图、特种地图各种比例尺的地形图、专题图、特种地图 正射影像地图、景观图正射影像地图、景观图摄影测量：摄影测量：任务之

6、二任务之二非地形测量领域非地形测量领域 生物医学生物医学公安侦破公安侦破古文物、古建筑古文物、古建筑建筑物变形监测建筑物变形监测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阶段模拟摄影测量阶段 (1851-1970)解析摄影测量阶段解析摄影测量阶段 (1950-1980)数字摄影测量阶段数字摄影测量阶段 (1970-现在）现在）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程的反转，

7、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Wild A10 模拟立体测图仪解析摄影测量解析摄影测量19541954年年，第一台电子计算机问世，第一台电子计算机问世19571957年年，海拉瓦博士提出解析测图仪，海拉瓦博士提出解析测图仪的思想，标志着解析摄影测量的开始的思想，标志着解析摄影测量的开始2020世纪世纪7070年代末至年代末

8、至9090年代初年代初，解析摄，解析摄影测量发展的鼎盛时期影测量发展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

9、量产品的一门科学解析空三解析测图仪数控正射仪德国德国ZeissZeiss厂厂C-100C-100型解析测图仪型解析测图仪瑞士瑞士KernKern厂厂DSR-1DSR-1型解析测图仪型解析测图仪瑞士瑞士WILDWILD厂厂OR-1OR-1型数控正射投影仪型数控正射投影仪德国德国ZeissZeiss厂厂Z-2Z-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-计算机硬、软件技术的飞速发展，使功计算机硬、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能增强，成本降低，并为编制大型软件提供平台供平台-20-20世纪世纪7070年代：数字摄影测量萌芽阶段年代：数字摄影测量萌芽阶

10、段-20-20世纪世纪8080年代：数字摄影测量原型研究年代：数字摄影测量原型研究阶段阶段-20-20世纪世纪9090年代：真正推出可用于生产的年代：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，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表

11、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DPW3-D mouseCrystal eyesVirtuoZo VirtuoZo 数字摄影测量系统数字摄影测量系统JX-4AJX-4A数字摄影测量工作站数字摄影测量工作站发展阶段发展阶段原始资料原始资料投影方式投影方式仪器仪器操作方式操作方式产品产品模拟模拟摄影测量摄影测量像片像片物理投影物理投影模拟测图仪模拟测图仪手工操作手工操作模拟产品模拟产品解析解析摄影测量摄影测量像片像片数字投影数字投

12、影解析测图仪解析测图仪机助机助作业员操作作业员操作模拟产品模拟产品数字产品数字产品数字数字摄影测量摄影测量数字化影像数字化影像数字影像数字影像数字投影数字投影计算机计算机自动化操作自动化操作+作业员干预作业员干预数字产品数字产品4D摄影测量三个发展阶段的特点摄影测量三个发展阶段的特点第二章 影像获取一、航空影像获取 照相机是人们经常接触的东西，照相机的镜头相当于凸透镜，胶卷相当于光屏，机壳相当于暗室，被拍照的物体到镜头的距离要远远大于焦距才能在胶卷上得到倒立、缩小的实像。 照相机的摄影的基本原理就是根据凸透镜的成像的原理，用一个摄影物镜代替凸透镜，在像面出放置感光材料，物体的投射光线经摄影物镜

13、后聚焦于感光材料上，感光材料受成像光线的光化学作用后生成潜像，再经过摄影处理得到光学影像。2、 摄影物镜摄影物镜 物方节点：S1 像方节点：S2 焦距：F因两节点的距离很小，通常下把两节点看做一点：物镜中心LL（主光轴）F1F2FFs1s23、量测用摄影机量测用摄影机 这类摄影机是指的航空摄影机，地面摄影测量用的摄影经纬仪以及近景摄影测量用的摄影机。 这种摄影机的特点是： 物镜具备良好的光学特性，其物镜的畸变差要小，分辨力要高，透光率强，摄影机结构稳定。 安装在飞机上对地面自动地迸行连续摄影的摄影机称为航摄机。u量测用摄影机的三个特点量测用摄影机的三个特点1：量测用摄影机的像距是一个固定值，几

14、乎等于摄影机物镜的焦距。2：摄影机像面框架有无框标标志，是作为区分量测用摄影机和非量测用摄影机的重要标志。3：摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点，摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影机主距，也叫像片主距，一般用宇母f表示。摄影机结构设计时要求像片主点应与框标坐标系原点重合。由于制造技术上的误差常常是达不到完全重合的要求，但是必须精确地测定像片主点在框标坐标系中的坐标值x0,y0,把f,x0,y0就称为像片的内方位元素，内方位元素是否已知也是量测用摄影机的特点。u航摄机可按摄影机物镜的焦距分类，可分为；矩焦距航摄机，其焦距为F150m。中焦距航摄机，其焦距为150mm300mm。长焦距航

15、摄机，其焦距为F300mm。 特点 u大面面的的同观测u时时性u短时间对的一地区进行重复探测，动态变化u数据的的合性和可比性u的合反映了地球上许多自然、人文信息u陆地卫星的合反映地质、地貌、土壤、植被、水文等特征u实性u与传统的地面调查和考察相比，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰u经经性u与传统方法相比，节省人力、物力、财力和时间u局性（ 美国Landsat的经经投入与取得的时益比为1：80甚至更大）遥 感Landsatu1972年7月23日发射了第一颗，已经发射了7颗，目前Landsa5仍在运转工作。uLandsat7是1999年4月发射的，设计寿命是6年，也是NASA 1972年开始实施的Landsat计划中的最后一颗卫星。2003年5月31日以来，美国Landsat-7卫星扫描行校正器发生故障，数据质量比故障前有了明显的下降，数据的可用程度受到了很大的影响。u标志志大型、昂的Landsat系列地球观测卫星时代即将结束，下一同将发展较小、较便宜、研制周期较短的地球观测卫星。SPOT u是地球观察卫星系统。是由瑞典、比利时等国家参加，由法国国家空间研究中心（CNES）设计制造的。1986年发射第一颗，到现在已经发射了5颗。SPOT的轨道是太阳的同圆形近极地轨道，高度822 km左右，卫星的覆盖周期是26天，重复感测能力一般35天，部分地区达到1天