摄影测量学及其发展

摄影测量及其发展

一、摄影测量的基本原理

1、概论

摄影测量学的主要任务是从理论上研究摄影像片与所摄物体之间的内在几何和物理关系。利用这种几何关系可以确定被摄物体的形状、大小、位置等几何特性；利用它们之间的物理关系可以判定所摄物体的性质，做出正确的解释。为了实现上述目的，还需要从技术上研究和制造出摄影像片获取和处理的仪器、材料和作业方法。

摄影测量从本质上讲就是由二维影像→三维空间的学科。由测绘学科而言，摄影测量来自于“前方、后方交会”。而普通的测量定义则是在两个已知点1,2上，安置经纬仪，对未知点A测定水平角、垂直角，进行前方交会来测量未知点的坐标。

2、摄影测量的阶段：模拟摄影测量→解析摄影测量→数字摄影测量。

其中模拟摄影测量主要是指模拟测图仪进行的摄影测量，属于手工操作的模拟产品；解析摄影测量则主要是依据像片像点与相应地面点的数字关系，借助计算机用数学解算方法进行的摄影测量，属于机助作业员操作的模拟数字产品；数字摄影测量是从数字影像中获取物体三维空间数字信息的摄影测量，属于自动化操作的数字产品。

3、摄影测量的分类：

（1）、航天摄影测量（卫星）：利用航天摄影资料所进行的摄影测量。

（2）、航空摄影测量（飞机）：利用航空摄影资料所进行的摄影测量。

（3）、地面摄影测量（近景）：利用地面摄影的像片对所摄目标物进行的摄影测量。

二、摄影测量的基本原理与方法

1、摄影测量的两个基本内容。

（1）、建立起影像和物体的基本关系，即在两张影像上测定同一目标点——对应性。（2）、由影像坐标计算空间坐标——建立影像与空间的解析关系。

2、由影像到物体的变换差数。

3、由影像到物体的解析关系。

通过同名特征点的提取，获得一组观测值，应用于电脑处理搞定。

4、怎样确定9个方位元素。

九个方位元素主要包括内方位元素，即其在坐标轴上的横、纵、高坐标和外方位元素，即在空间坐标系中和地面辅助坐标系中坐标。前者一般是已知的，而后者则主要靠航摄像片来确定。

5、计算机怎样确定对应关系。

其基本原理是：

（1）、物体表面一般都是光滑的，因此物体表面上各点在图像上的投影是连续的，其视差也是连续的。

（2）、区域匹配。即粗匹配，是指将大的表面分成几个部分，然后通过某种对应关系或者某种方法，将同一场景不同视点的区域进行匹配。

（3）、用两个摄像机同时观察空间点，则该点在摄像机中分别所成的像，成为对应点，且一一对应。

（4）、极线约束。

6、摄影测量的两个基本问题。

（1）、建立起影像和物体的基本关系，即在两张影像上测定同一目标点——对应性。（2）、由影像坐标计算空间坐标——建立影像与空间的解析关系。

7、立体观测方法。

有立体镜、互补色立体、闭闪法立体、双像放映、偏振光、激光干涉全息等立体视觉等。

三、摄影测量的发展与应用

1、传感器的发展

传感器在工业生产、国防建设、科学技术领域发挥着巨大的作用。传感器正向微型化、多功能化、智能化方向发展。微型化传感器利用微机械加工技术将微米级的敏感元件、信号调整器、数据处理装置集成封装在一块芯片上；由于体积小、价格便宜、便于集成等特点，可以提高系统测试精度。多功能化传感器能够同时检测2个或2个以上的特性参数。智能传感器带有专用计算机，可实现相应智能化。其发展历程包括：微型传感器→智能化传感器→多功能化传感器。

2、计算机的发展

随着电子计算机的问世，人们自然会想到如何用电子计算机来完成摄影测量中复杂的几何解算和大量的数值计算。其实，早在A: 世纪H: 年代，当欧洲在发展模拟测图仪的时候，美国人丘奇便开始用手摇计算机来发展解析的迭代计算方法。德国人施密特在美国工作时建立了解析摄影测量的基本理论，并于1957~1958年间提出了进行空间区域三角测量的光束法平差的思想。电子计算机在摄影测量中的应用是从解析空中三角测量起步的。首先是在20 世纪70年代推广的航带法平差和航带法区域网平差，如加拿大的舒特和我国王之卓，随后在20 世纪70年代初期，由阿克曼等人发展了独立模型法平差。随着电子计算机容量增大和速度加快，各种光束法区域网平差也相继问世。在70~80年代，围绕如何提高摄影测量测定点位的精度和可靠性，人们又集中研究和解决了系统误差补偿和粗差剔除的问题。目前的发展是在空中三角测量中如何利用GPS全球定位系统的问题。

当电子计算机问世不久，海拉瓦就于1957年提出了解析测图仪的思想。当时，由于电子管计算机体积庞大，稳定性差，人们对这种用“数字导杆”来取代早已完善的机械导杆抱怀疑态度。但是，经过一段时间的研究之后，在电子计算机飞速进步下，到了70年代，解析测图仪便以明显优于模拟测图仪的特点而正式登台，走上了商用阶段。1976年联邦德国蔡司厂首次推出了Planicomp C100 解析测图仪。1980年瑞士威特厂和克恩厂也相继推出了AC1，BC1，AC2和BC2以及DSR1，DSR11型解析测图仪。蔡司厂也形成了C100，C110，C120，C130 系列解析测图仪。解析测图仪的价格逐步达到与一级精度模拟测图仪相近的价格，使它在全世界获得广泛的应用。

3、LIDAR及其应用

LIDAR即光探测与测量，是利用GPS和惯性测量装置机载激光扫描，其所或得到数据位数字表面模型的离散点表示，数据中含有空间3维信息和激光反射强度信息。另外，一般的LIDAR设备有一个相机与激光点的测量相匹配。ＬＩＤＡＲ硬件设备搭载的航空摄影的平台，在数据采集时与普通航空摄影测量一样，收到空域、天气等条件的限制。单身如果不开相机原则上其数据采集时可以夜航。针对LIDAR设备放入数据处理软件，目前主要靠进口，主要有芬兰、美国、日本等国家开发的数据处理和数据分析软件。其主要应用包括数字高程模型的提取；基础测绘的实施；数码城市3维重建和构建数字矿山。

4、摄影测量与应急响应

主要以应急航空摄影为例:航空摄影测量是测绘的主要方法之一，一般需要按航空摄影规范进行航线的设计，然后按预约的航线进行飞行和影像的获取。在常规航空摄影中，影像