《摄影测量学绪论》课件

摄影测量学概述摄影测量学是利用摄影技术进行空间测量和分析的学科。它是工程测量中的一个重要分支,在航天、地质、城市规划等领域广泛应用。本课程将全面介绍摄影测量学的基本理论和实践操作。摄影测量学的概念和历史定义摄影测量学是利用照片和影像进行测量和分析的一门学科。它可以精确地获取目标物体的几何信息。起源摄影测量学最早起源于19世纪初,当时人们发现照片可以用于测绘和测量。发展随着相机技术和图像处理技术的进步,摄影测量学在测绘、遥感、文物保护等领域得到广泛应用。摄影测量技术的发展历程1早期发展时期20世纪初,摄影测量技术开始被引入,最初主要用于制图和地形测绘等领域。当时相机和记录设备能力有限,测量精度较低。2中期发展时期20世纪中叶,随着航空摄影的兴起,摄影测量在地图制作、城乡规划等方面得到广泛应用,测量精度和效率显著提升。3现代发展时期21世纪以来,数字相机、卫星遥感等新技术的发展,使摄影测量进入数字时代,测量范围更广、精度更高、效率更快。摄影测量学的研究对象地物测绘摄影测量学研究如何利用相机获取地物的三维信息,并绘制出精确的地图。建筑测绘摄影测量学可以用于记录和分析建筑物的立体空间信息,为工程设计提供依据。自然环境测绘摄影测量学可以用于测绘山川、森林、湖泊等自然环境的三维信息。考古测绘摄影测量学可以用于记录和分析考古遗址的三维空间信息,为考古研究提供数据。摄影测量的基本原理空间坐标系摄影测量利用相机在空间中的位置和姿态来获取物体的三维信息。相机与被摄对象的空间关系构成了测量的基础。成像原理摄影测量基于相机镜头的成像原理，利用像平面上的影像点来确定物体在三维空间中的位置。几何约束摄影测量利用影像几何特性来推导出物体在三维空间中的位置和形状信息。这需要满足一定的几何约束条件。成像参数相机的内部参数和外部参数是获取三维信息的关键。对这些参数的精确测量和标定是摄影测量的基础。摄影测量的主要应用领域地理信息系统摄影测量技术可提供地形、地物、影像等信息,支撑地理信息系统的建立和更新。遥感技术航空和卫星摄影测量能获取广阔区域的高分辨率影像数据,支撑遥感技术的发展。工程测量摄影测量可快速高效地获取建筑物、道路、管线等工程设施的三维信息。考古与文物保护近景摄影测量能记录和测绘文化遗产,为考古调查和文物保护提供重要支撑。摄影测量仪器设备大地测量仪器用于测量地表特征的专业测量设备,包括经纬仪、全站仪等,是摄影测量工作的基础。航空摄影机用于高空航拍的专业相机,可以高效快速获取大范围区域的航空影像数据。数字摄像机利用数字传感器捕捉影像的摄像机,为摄影测量数字化做好准备。激光扫描仪利用激光技术精准扫描三维物体表面形状的高科技测绘设备。数字摄影测量相机的特点高分辨率数字摄影测量相机拥有日益提高的像素数和解析度,可以捕捉高质量的影像细节,为后续的测量分析提供优越的数据源。自动化能力这些相机集成了自动对焦、自动曝光等功能,大大提高了工作效率,降低了人工干预的需求。高精度定位内置GPS和陀螺仪等传感器可以准确测量相机的位置和角度,为三维建模和摄影测量提供重要的定位数据。数字影像处理专业的图像处理软件可以对数字影像进行校正、配准等预处理,以满足摄影测量的各种要求。数字摄影测量相机的分类专业数码单反相机专业数码单反相机具有高像素、高动态范围和出色的光学成像能力,广泛应用于航空航天、工程测量等领域。无人机航拍相机无人机搭载的专业航拍相机能够快速获取大范围地区的高分辨率影像数据,适用于遥感、地图制作等领域。手持式近景相机轻便的手持式相机可用于近景摄影测量,如文物测绘、建筑测量等,能快速获取所需的影像数据。数字摄影测量相机的标定1相机内部定标确定相机内部参数，如焦距、主点位置等。2相机外部定标确定相机在空间中的位置和姿态。3综合定标结合内外部参数进行整体定标。数字摄影测量相机标定是确保数据精度的关键步骤。通过一系列精密的实验和计算，可以全面确定相机的内外部参数，为后续的三维重建和测量奠定坚实的基础。影像坐标系和物方坐标系的建立1影像坐标系定义在相机成像平面上的二维坐标系2物方坐标系定义在被摄对象实际三维空间中的坐标系3坐标系转换利用相机内部参数和外部参数实现两个坐标系之间的转换建立影像坐标系和物方坐标系是摄影测量的基础。影像坐标系定义在相机成像平面上,用来描述像点的位置。物方坐标系定义在被摄对象的实际三维空间中,用来描述物体的位置。通过相机的内外参数,可以实现两个坐标系之间的转换,为后续的测量和计算奠定基础。单幅像片的几何特性相机位置单幅像片是由某一确定位置的相机所拍摄,因此它记录下的物体的位置和大小都与相机位置密切相关。透镜特性相机镜头的焦距、光学特性等会影响像片的几何特性,如成像比例、畸变等。观测角度相机拍摄物体的角度会决定物体在像片上的投影,比如物体的大小、形状等。双重像片的立体观测双幅像片的重合利用双幅像片中具有重叠区域的内容,通过视差分析实现立体观测。视差角的测量计算左右两幅像片上对应点的视差角,可以得到目标物体的高度信息。三维坐标的确定结合视差角和相机参数,可以推算出目标物体在三维空间中的具体坐标。摄影测量的工作流程1数据采集通过摄影机或扫描仪获取高质量的数字影像,为后续处理奠定基础。2图像处理对影像进行几何校正、辐射校正和色彩校正等处理,提高图像质量。3三维重建利用双幅影像的立体视差,通过数字匹配技术构建三维数字表面模型。4数据分析从三维重建的数据中提取所需的地理信息,包括坐标、高程、面积等。5成果输出将处理后的数据以地图、数字模型等形式呈现,满足测量、制图等实际需求。影像航测技术1航空摄影测量利用航空摄影图像进行地形测绘和地物测量的技术手段。具有覆盖面广、获取信息全面的特点。2空间航测图像卫星或高空航拍获取的数字影像数据,可用于制作地形图、影像图等。分辨率较高,信息丰富。3数字摄影测量采用数字相机进行拍摄,结合计算机技术处理数字影像的新型摄影测量方法。具有自动化、高精度的特点。4多源影像融合将卫星影像、航空影像、无人机影像等多源数据融合处理,提高影像分辨率和信息内容。近景摄影测量技术高分辨率近景摄影测量能够获取高分辨率的图像,为后续的测量和分析提供了优质的数据基础。灵活性强近景摄影测量不受机位限制,可以针对不同的对象灵活地选择拍摄角度和位置。应用广泛近景摄影测量被广泛应用于建筑测量、工业检测、文物保护等领域,具有广泛的应用前景。地面控制网的建立1确定控制点位置根据测绘任务需要,选择合适的地理位置布设控制点。2建立平面控制网采用三角测量法测量并计算控制点的平面坐标。3建立高程控制网采用水准测量法测量并计算控制点的高程值。4加密控制网在初始控制点的基础上,适当增加中间控制点。地面控制网的建立是摄影测量的基础工作。首先需要根据测绘任务确定合适的控制点位置,然后采用三角测量法和水准测量法分别测算控制点的平面坐标和高程值。最后适当增加中间控制点,形成密集的地面控制网。数字图像像点测量图像获取利用专业的数字相机或扫描仪获取高分辨率的图像数据。适当的参数设置可以确保获取精度。图像预处理对获取的原始图像进行几何校正、亮度调整等预处理,为后续的像点测量创造良好条件。图像显示与放大通过专业的数字摄影测量软件,将图像在电脑屏幕上显示并进行放大操作,以便更精确地定位像点。人工或自动测量采用手动点选或自动匹配算法,在放大的图像上精确地测量出目标物体上的特征点坐标。数据记录与输出将测量得到的像点坐标数据记录下来,并可以输出为合适的数据格式以供后续处理使用。数字匹配技术在摄影测量中的应用自动化测量数字匹配技术能够自动提取数字影像上的众多特征点,大大提高了摄影测量的测量效率和准确性。三维重建通过多幅影像之间的数字匹配,可以还原出拍摄对象的三维几何形态,实现精准的三维建模。变形监测数字匹配技术可用于比较不同时期拍摄的影像,发现拍摄对象的细微变形,应用于工程监测等领域。三角测量的基本原理角度测量利用望远镜和高精度水平角仪进行角度测量,获取目标物体的角度信息。距离测量通过激光测距仪、光学测距仪等设备,测量目标物与观测站之间的距离。坐标确定根据角度和距离信息,利用三角测量法计算目标物的三维坐标。三角测量的基本原理是通过测量两个已知点与未知点之间的角度和距离,利用三角形的几何特性确定未知点的坐标位置。这是摄影测量学中最基础的测量原理,为后续数据处理和建模奠定了基础。数字高程模型的生成1获取影像数据利用地面测量、航空摄影或卫星遥感等方式获取高程信息。2数字匹配处理通过数字影像匹配技术提取三维坐标信息。3地形数据建模采用网格、三角网或等高线等方式建立数字高程模型。数字高程模型(DEM)是用计算机数字化表示地表三维地形的一种数据模型。它通过获取地表高程数据,采用数字匹配等方法提取三维坐标信息,然后建立地形数据模型,形成可视化的三维地形图。生成DEM对于航空航天遥感、地理信息系统等领域具有广泛应用。正射影像图的产生数据采集通过数字摄影测量相机或航空遥感影像获取原始图像数据。几何校正对原始影像进行投影变换,消除地形和倾斜引起的几何畸变。正射矫正利用数字高程模型将影像进行正射投影,形成无畸变的正射影像图。图像拼接将多幅正射影像图拼接成完整的大面积地理信息图层。数字正射影像图的特点1几何精度高数字正射影像图通过数字化和校正处理,可以获得精度较高的地理空间信息。2图像质量优良数字正射影像图采用高分辨率数字相机拍摄,图像清晰细腻,覆盖范围广。3数据处理灵活数字正射影像图易于数字化处理,可以进行快速更新和编辑操作。4应用领域广泛数字正射影像图广泛应用于地图制作、工程规划、资源管理等领域。摄影测量信息的获取与处理1影像采集利用航空摄影、近景摄影或地面摄影等技术获取全面的影像数据。2信息提取通过数字匹配、目标检测等方法从影像中提取所需的空间信息。3数据处理应用三角测量、数字高程模型生成等技术对数据进行分析和处理。摄影测量技术的前景展望无人机航摄技术无人机航摄技术正在迅速发展,为摄影测量提供更高效、低成本的数据采集方式。它可广泛应用于地形测绘、灾害监测等领域。虚拟现实技术虚拟现实技术可实现现场环境的三维可视化展示,提高摄影测量结果的直观性和交互性,促进技术在各行业的应用。人工智能算法基于人工智能的自动化处理算法,可提高摄影测量的工作效率和数据处理能力,为行业发展带来新的动力。摄影测量学在地理信息系统中的应用数字正射影像图利用摄影测量技术可以生成高分辨率的数字正射影像图,为地理信息系统提供精准的底图基础。三维地形模型摄影测量可以有效建立数字高程模型,为地理信息系统构建逼真的三维地形模型。遥感影像处理摄影测量方法可以用于遥感影像的几何校正和信息提取,为地理信息系统的数据收集和更新奠定基础。地理数据管理地理信息系统可以利用摄影测量获取的精准空间要素数据,实现更高效的地理数据管理与分析。摄影测量学在遥感技术中的应用遥感影像获取摄影测量学为遥感影像的拍摄提供了先进的仪器和技术支持,如高分辨率的数字相机、航空测量仪等。这些技术能够获取高精度的遥感影像数据。影像处理与分析摄影测量技术还可用于对遥感影像进行几何校正、正射纠正、影像匹配等处理,为后续的影像解译和信息提取奠定基础。地物信息提取利用摄影测量学中的数字匹配技术,可自动提取遥感影像上的地物特征信息,如地形地貌、建筑物、交通设施等。三维场景重建基于摄影测量学的原理,可从遥感影像中建立数字高程模型,实现地表三维场景的重建,为各类地理信息应用提供支撑。摄影测量学在工程测量中的应用精准建设测量摄影测量技术可用于测量大型建筑物的几何尺寸、倾斜度等参数,为工程建设提供精确的数据支持。桥梁维修监测定期进行航拍监测可以及时发现桥梁结构的变形或损坏,为维修工作提供依据。轨道交通测量摄影测量可精确测量铁路线路的轨距、曲率半径等关键参数,确保安全运营。摄影测量学在考古学中的应用1记录和保护文物遗址摄影测量技术可以精确记录复杂文物遗址的空间特征和尺寸数据,为保护和重建提供重要依据。2三维复原古代建筑通过摄影测量建立文物的数字三维模型,可以还原古代建筑的本来面貌,助力遗产保护与研究。3考古发掘数据采集摄影测量技术可以快速高效地采集考古发掘现场的数据,为研究分析提供重要基础。4远程考古与文物管理结合信息技术,摄影测量可支持远程考古调查和文物资源的数字化管理。摄影测量学在文物保护中的应用精确记录摄影测量技术可以精确地记录文物的三维尺寸、形态结构和