《摄影测量解析基础》课件

摄影测量解析基础本课程介绍摄影测量学的基本原理和方法。着重讲解摄影测量解析的理论基础、技术流程和应用领域。课程概述介绍摄影测量解析基础课程旨在为学生提供摄影测量基础知识和技术应用方面的知识，并帮助他们了解该领域的基本理论和实践方法。学习目标通过学习本课程，学生将掌握摄影测量数据获取、处理和分析等关键技术，并了解其在不同领域的应用，如城市规划、资源管理、环境监测等。课程内容课程内容涵盖摄影测量基本原理、成像几何、镜头畸变、数字摄影测量、立体摄影测量、数据后处理、数据分析与处理等方面。实践应用课程将结合实践案例，例如三维重建、倾斜摄影测量、移动测绘技术等，帮助学生更好地理解和掌握摄影测量技术的应用。摄影测量的基本原理成像原理摄影测量利用相机记录目标物的影像，并根据影像几何关系恢复目标物的三维空间信息。空间定位通过地面控制点、像片坐标等信息，将影像与真实世界坐标系进行关联，实现空间定位。数据处理利用计算机技术对影像进行处理和分析，生成各种地理空间数据，例如数字高程模型、数字正射影像。成像原理摄影测量中，成像过程是将现实世界中的三维物体投影到二维图像平面上。成像原理主要涉及透镜成像和几何投影关系，通过相机内部参数和外部参数的确定，可以还原目标物体的空间位置和形状。相机参数内方位元素相机参数包含内方位元素和外方位元素。焦距主点坐标像主点外方位元素描述相机在拍摄瞬间的空间位置和姿态。摄影中心坐标相机指向方向倾斜角畸变参数描述镜头造成的图像几何畸变，影响图像的准确性。径向畸变切向畸变成像几何1空间坐标系摄影测量中，常用的是笛卡尔坐标系，也称为直角坐标系。2像空间坐标系以像平面中心为原点，X,Y轴平行于像平面，Z轴垂直于像平面。3物体空间坐标系以地面某一点为原点，X,Y轴分别为南北方向和东西方向，Z轴垂直于地面。镜头畸变11.径向畸变镜头中心与边缘放大倍率不同，造成图像扭曲。22.切向畸变镜头安装偏差，导致直线变形。33.畸变模型使用数学模型描述畸变规律，便于校正。44.校正方法利用控制点信息，构建畸变模型，进行图像校正。单幅摄影测量1图像获取通过单幅航空摄影或地面摄影获取影像。2几何纠正消除影像几何畸变，使影像与地面坐标系一致。3正射影像生成将影像投影到水平面上，生成正射影像。4信息提取从正射影像中提取目标信息，如地形、地物等。单幅摄影测量应用于地形图测绘、地籍测量、城市规划等领域，具有成本低、效率高、精度中等的特点。数字摄影测量数字化图像数字摄影测量使用数字相机获取图像，相比传统方法更易于存储和处理，且精度更高。数据处理技术数字摄影测量使用计算机技术进行数据处理，包括图像校正、几何模型构建、三维模型重建等。广泛应用数字摄影测量广泛应用于地形测绘、城市规划、资源调查、灾害监测、文物保护等领域。效率提升数字摄影测量能够提高测绘效率，缩短项目周期，降低测绘成本。立体摄影测量立体摄影测量是一种利用两幅或多幅从不同角度拍摄的同一目标物体的影像，通过对影像进行几何处理，恢复目标物体三维信息的测绘技术。1影像匹配识别并匹配两幅影像中相同目标的对应点2空间定位计算影像对应点的空间坐标3三维重建根据空间坐标构建目标物体的三维模型该技术广泛应用于地形测绘、城市规划、文物保护等领域，为人们提供更加直观、精确的三维信息。数字高程模型数字高程模型(DEM)是表示地面高程的数字模型，广泛应用于各种领域。DEM通过等高线或格网数据来表示地面高程，可用于地形分析、三维建模、虚拟现实等。100M精度现代DEM精度可达米级甚至更细。3D维度DEM提供了真实地形的立体信息。GIS应用DEM可用于地理信息系统(GIS)中。数字正射影像数字正射影像是一种将原始影像几何畸变校正后的影像产品，可以用来生成地形图，进行土地利用和资源调查。数字正射影像的应用包括：地质灾害监测、城市规划、农业遥感、资源调查等。优点缺点几何精度高制作成本较高易于测量和分析数据量较大可用于各种应用需要专业软件进行处理摄像机标定相机内参数内参数包括焦距、主点坐标和镜头畸变系数。这些参数反映了相机内部结构，对精确的成像几何模型至关重要。外参数外参数包括旋转矩阵和平移向量，用于描述相机在世界坐标系中的位置和姿态。标定过程需要获取相机内外参数。空中三角测量相对定向通过识别同一地物在不同影像上的对应点，建立两张影像之间的几何关系。绝对定向将影像坐标系与地面坐标系联系起来，确定影像的外部方位元素。空间后方交会通过已知地面控制点坐标，解算出所有影像的外部方位元素，最终生成完整的数字模型。精度评定通过评估测量误差，分析模型精度，并对数据进行必要的处理和校正。地面控制测量1控制点布设确定控制点位置，并进行实地测量。2坐标测量精确测量控制点的平面坐标和高程。3数据处理对测量数据进行校正和转换。4精度控制确保控制点测量精度符合要求。地面控制测量是摄影测量中必不可少的环节，它为影像几何校正和三维重建提供精准的参考信息。数据后处理1数据质量检查确保数据一致性，并对异常值进行处理。2数据校正消除系统误差，例如镜头畸变。3数据拼接将多幅影像拼接成完整影像。4数据配准将不同影像或数据源进行匹配。数据后处理是摄影测量中必不可少的一环，它确保数据的准确性、一致性和可靠性。数据分析与处理1数据质量控制数据质量直接影响分析结果。需要对数据进行检查、校正和处理，确保其完整性、准确性和一致性。2数据预处理进行数据清洗、转换、降维等预处理操作，以便于后续的分析和建模。3统计分析对数据进行统计分析，提取关键特征，并绘制相关图表，揭示数据背后的规律和趋势。4空间分析利用空间信息技术，分析数据的空间分布和相互关系，并进行空间插值和预测。摄影测量应用实例摄影测量应用广泛，涵盖多个领域。例如，城市规划、基础设施建设、自然资源管理等。城市3D模型地形地貌测绘文物保护灾害监测三维重建技术点云数据点云数据作为基础数据，提供丰富的几何信息。通过点云数据进行表面重建，形成三维模型。多视图几何通过多视角的图像信息，提取特征点，并进行匹配，实现三维场景的几何重建。倾斜摄影测量三维模型构建倾斜摄影测量通过获取地面不同角度的照片，可以创建高精度的三维模型，为城市规划和管理提供重要数据。城市规划与管理倾斜摄影测量可以生成城市街景的3D模型，用于城市规划、基础设施管理以及灾害应急等方面。地形地貌测量倾斜摄影测量能够精确测量地形地貌，生成数字高程模型，应用于土地利用、自然资源监测等领域。移动测绘技术移动测绘系统将传感器集成到移动平台，实现实时数据采集。移动测量车无人驾驶汽车手持式扫描仪三维建模生成城市、道路、桥梁等的三维模型。高精度数据实时更新可视化分析数据分析提取关键信息，进行数据分析和建模。道路状况交通流量环境监测导航定位提供高精度导航和定位服务。自动驾驶精准农业城市规划UAV遥感测绘灵活便捷UAV灵活机动，能够到达传统方法难以到达的区域，提高数据获取效率。高精度数据UAV能够获取高分辨率影像和三维模型，为精细化分析提供数据基础。成本低廉UAV测绘成本相对较低，是传统方法的有效补充，适合各种规模项目。应用广泛UAV测绘在城市规划、农业监测、灾害评估等领域发挥着重要作用。森林资源监测树木种类识别利用摄影测量技术，可以识别不同树种，监测树木生长状况，评估森林资源质量。森林覆盖度监测通过分析遥感影像数据，可以精确计算森林覆盖面积，监测森林面积变化趋势。森林病虫害监测利用多光谱或高光谱影像，可识别森林病虫害，及时采取防控措施，保护森林资源。森林碳汇监测基于摄影测量数据，可以估算森林碳储量，监测森林碳汇能力，为应对气候变化提供科学依据。城市3D建模城市模型虚拟现实中，城市3D模型能更直观地展现城市规划、交通布局和建筑设计等信息。通过3D模型，可以进行各种模拟和分析，比如交通流量模拟、自然灾害模拟以及城市环境变化分析等。建筑物建模3D建模技术可以创建逼真的建筑物模型，用于建筑设计、施工模拟和虚拟现实体验。3D建模可以帮助设计师在建造之前就直观地感受建筑物的真实效果，进行更好的规划和设计。基础设施监测11.桥梁监测桥梁是重要的交通基础设施，需要定期监测其结构安全和功能。22.道路监测道路状况会影响交通安全和通行效率，需要监测路面裂缝、沉降和变形。33.管线监测地下管线网络复杂，需要监测管道泄漏、腐蚀和变形等问题。44.水利设施监测水库、水坝等水利设施需要监测其结构稳定性和水位变化。农业遥感应用作物生长监测遥感技术可以监测作物生长情况，如叶面积指数、植株高度、生物量等，为科学施肥、灌溉提供依据。病虫害监测遥感图像分析可以识别病虫害造成的作物病变，及时预警，降低损失。农田资源调查遥感数据可以用于农田面积、土壤类型、水资源等资源调查，为农业规划提供数据支撑。精准农业管理结合遥感数据，可以实现精准施肥、精准灌溉、精准病虫害防治，提高农业生产效率。地质灾害监测滑坡监测摄影测量可以用于监测滑坡的发生发展，评估其潜在风险，并为防治工作提供依据。地震灾害摄影测量可用于快速评估地震灾害造成的破坏程度，为救援工作提供信息支持。火山喷发摄影测量可用于监测火山喷发活动，预测火山喷发的可能性，并为应急预案提供参考。考古文物保护精确测量摄影测量可以精确测量文物尺寸和形状，为文物修复和复制提供可靠数据。三维重建通过摄影测量技术生成文物的三维模型，可以为文物研究和展示提供更直观的视角。记录细节摄影测量可以记录文物表面的细节，包括材质、纹理和色彩，为文物保护提供重要的参考信息。数字化保护将文物数字化，可以有效地保护文物，减少实物文物被损坏或丢失的风险。其他应用领域文物保护摄影测量可用于创建文物的三维模型，以便进行数字化保护和研究。这可以帮助我们更好地了解文物的历史和结构。环境监测摄影测量可以用于监测环境变化，例如森林砍伐、土地利用变化和污染。医疗保健摄影测量可以用于创建人体器官的三维模型，以便进行手术规划和治疗。建筑设计摄影测量可以用于创建建筑物的三维模型，以便进行设计、建造和维护。发展趋势深度学习与人工智能深度学习算法在摄影测量解析中发挥着重要作用，可以提高模型精度和效率。人工智能技术可用于自动识别和提取关键信息，简化数据处理流程。三维重建技术三维重建技术不断发展，精度和效率不断提升，为多领域应用提供了更精准的模型。高精度三维模型可用于城市规划、虚拟现实、文物保护等领域。无人机遥