摄影测量学(武大)01袁修孝
参考书目——摄影测量学
教材
王佩军，徐亚明 编著，《摄影测量学》，武汉大学出版社
参考书Байду номын сангаас
1、王之卓编著. 《摄影测量原理》，测绘出版社，1979年
2、李德仁 郑肇葆 编著，《解析摄影测量学》，测绘出版社 3、张剑清 潘励 王树根 编著，《摄影测量学》，武汉大学出版社 4、袁修孝 著，《GPS辅助空中三角测量原理及应用》，测绘出版社 5、钱曾波 编， 《解析空中三角测量基础》，测绘出版社
武汉大学摄影测量学试卷及答案
武汉大学2005～2006学年上学期 《摄影测量基础》答卷（A）
一、填空题（20分，每空1分）
1、摄影测量中常用的坐标系有 像平面直角坐标系、 像空间直角坐标系 、 像空间辅助坐标系、 地面摄影测量坐标系 、 地面测量坐标系 。
2、解求单张像片的外方位元素最少需要 3 个 平高地面控制 点。
3、GPS 辅助空中三角测量的作用是 大量减少甚至完全免除地面控制点，缩短成图周期，提高生产效率，降低生产成本。
4、两个空间直角坐标系间的坐标变换最少需要 2 个 平高 和 1 个 高程 地面控制点。
5、摄影测量加密按平差范围可分为 单模型 、 单航带 和 区域网 三种方法。
6、摄影测量的发展经历了 模拟摄影测量 、 解析摄影测量 和 数字摄影测量 三个阶段。
7、恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据的是 共面条件 方程。
8、法方程消元的通式为=+1,i i N 1,1
,,1,+−+−i i i i T
i i i i N N N N 。
二、名词解释（20分，每个4分）
1、内部可靠性：一定假设下，平差系统所能发现的模型误差的最小值。
2、绝对定向元素：确定模型在地面空间坐标系中的绝对位置和姿态的参数。
3、像主点：相机主光轴与像平面的交点。
4、带状法方程系数矩阵的带宽：带状法方程系数矩阵的主对角线元素沿某行（列）到最远非零元素间所包含未知数的个数。
5、自检校光束法区域网平差：选用若干附加参数构成系统误差模型，在光束法区域网平差中同时解求这些附加参数，从而在平差过程中自行检定和消除系统误差影响的区域网平差。
摄影测量学(武大)04袁修孝
本讲参考资料
教材
作业： PP.39，第3题
张剑清，潘励，王树根 编著，《摄影测量学》，武汉大学出版社
参考书
1、李德仁 等编，《基础摄影测量学》，测绘出版社 2、李德仁，郑肇葆 编著，《解析摄影测量学》，测绘出版社
《摄影测量学》（上）第四章
共线条件方程
武汉大学
遥感信息工程学院 摄影测量教研室
主要内容
一、共线条件方程的一般形式
二、共线条件方程的应用 三、共线条件方程的线性化
一、共线条件方程的一般形式
中心投影
像片的基本知识回顾
内外方位元素
常用坐标系 空间坐标变换
什么是共线条件方程
共线条件方程的简单推导
三、共线条件方程的线性化
目的 观测值 x,y 未知数 Xs, Ys, Zs, , , , X, Y, Z , x0 , y0 , f 泰勒级数展开
vx vy
x x x x x x x x x x x x X s Ys Z s X Y Z x0 y0 f x 0 x X s Ys Z s X Y Z x0 y0 f y y y y y y y y y y y y X s Ys Z s X Y Z x0 y0 f y 0 y X s Ys Z s X Y Z x0 y0 f
2011年注册测绘师航测-袁修孝
摄影测量与遥感
袁修孝教授
武汉大学
注册测绘师资格考试辅导
讲
1. 绪论 2. 测绘航空摄影
解
3. 摄影测量基础
4. 遥感基础
内
5. 处理系统
容
6. 航测外业 7. 4D产品生产
武汉大学
注册测绘师资格考试辅导
绪论
武汉大学
注册测绘师资格考试辅导
普通测量
A（X、Y、Z）
Z
Y
β1
O1
β2
2
X
武汉大学
注册测绘师资格考试辅导
A
S1
a1
a2
摄影测量
A
a1 a2
S2
先摄影 后测量
武汉大学
注册测绘师资格考试辅导
摄影测量的定义
摄影测量学 (Photogrammetry) 是利用光学摄影机获 取的像片，研究和确定被摄物体的形状、大小、位 置、特性及其相互关系的一门学科
武汉大学
注册测绘师资格考试辅导
按距离远近
航天摄影测量 航空摄影测量 地面摄影测量 近景摄影测量 显微摄影测量
按 用 途 地 形摄影测量 非地形摄影测量
按处理方法
模拟摄影测量 解析摄影测量 数字摄影测量
摄影测量的分类
武汉大学
注册测绘师资格考试辅导
摄影测量的任务
武汉大学摄影测量学课件
像场：物镜焦面上中央成像清晰的范围
像
像场角：像场直径对物镜后节点的夹角
场
角
2b
常 角：(视场角<75。) 宽 角：(视场角＝75。 ~100。) 特宽角：(视场角>100。)
航摄像片为量测像片，有光学框标和机械框标
航摄像片的大小为18cm×18cm, 23cm×23cm
航 摄 像 片
机械框标
光学框标
重 要 的
点
c
线
特
C
征
等角点特性
在倾斜像片和水 平地面上，由等 角点c和C所引出 的一对透视对应 线无方向偏差， 保持着方向角相 等
重 要 的
点 线 特 征 等比线特性
等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，
不受像片倾斜影响
已知 E 平面上有 A 点，在像平面上作对应的像 a
主合点
中
心
投
主要内容
一、航空摄影与航摄像片 二、航摄像片与地形图的差别 三、中心投影透视变换作图
§2.1 航空摄影与航摄像片
航空摄影
利用安装在航摄飞机上 的航摄仪从空中一定角 度对地面进行摄影
S
S
Z
航摄仪焦距：物镜节点到焦点的距离
像
像片主距：物镜后节点到像平面的距离
片
主
距
S
F
f
基于精密单点定位技术的GPS辅助空中三角测量_袁修孝
第36卷 第3期测 绘 学 报
Vol.36,No.3
2007年8月
ACTA GEODAETICA et CARTO GRAPHICA SINICA
Aug ,2007
文章编号:100121595(2007)0320251205中图分类号:P228.42 文献标识码:A
基于精密单点定位技术的GPS 辅助空中三角测量
袁修孝1,付建红1,楼益栋2
(1.武汉大学遥感信息工程学院,湖北武汉430079;2.武汉大学测绘学院,湖北武汉430079)
GPS 2supported Aerotriangulation B ased on GPS Precise Point Positioning
YUAN Xiu 2xiao 1,FU Jian 2hong 1,LOU Y i 2dong 2
(1.School of Remote Sensi ng and Inf ormation Engi neeri ng ,W huhan U niversity ,W uhan 430049,Chi na ;2.School of Geodesy and Geomatics ,W huhan U niversity ,W uhan 430049,Chi na )
Abstract :This paper describes briefly the basic principle of GPS Precise Point Positioning (PPP )and analyzes the accuracy of 3D coordinates of the exposure station positions obtained by PPP.A great deal of actual aerial pho 2tographs ,at image scales from 1∶2500to 1∶60000,with PPP data taken from multi 2type topography in China were processed by our GPS 2supported bundle block adjustment program WuCAPS.The empirical results have veri 2fied that the errors are very distinct in the 3D coordinates of the exposure station positions determined by PPP.However ,when there are 4X Y Z ground control points around the corners of a block area ,the accuracy of GPS 2sup 2ported bundle block adjustment with GPS data by PPP method is closed to that by D GPS method.And the accuracy satisfies the topographic maps specifications for aerophotogrammetric office operation.K ey w ords :GPS precise point positioning ;GPS 2supported bundle block adjustment ;accuracy
摄影测量学(武大)01袁修孝
数字线划地图 数字高程模型 数字影像地图 数 据 库
自动记录
VirtuoZo 数字摄影测量系统
Crystal eyes 3-D mouse
JX-4A数字摄影测量工作站
像素工厂
摄影测量三个发展阶段的特点
发展阶段
原始资料
投影方式
仪器
操作方式
产品
模拟 摄影测量 解析 摄影测量
像片
物理投影
模拟测图仪
2、近景摄影测量
3、遥感原理与方法
自动记录
德国Zeiss厂C-100型解析测图仪
瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪
瑞士WILD厂OR-1型数控正射投影仪
德国Zeiss厂Z-2型数控正射投影仪
坐标量测仪
数字摄影测量
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
20世纪70年代：数字摄影测量萌芽阶段 20世纪80年代：数字摄影测量原型研究阶段 20 世纪 90 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
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 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
数 字 影 像
•计算机技术 •数字图像处理 •影像匹配 •模式识别 •DPW
摄影测量学(武大)01袁修孝共58页
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
摄影测量学(武大)01袁修孝
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， Fra Baidu bibliotek想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
摄影测量基础第二
on f tg
要
oc f tg
2
v S
i
o
W
oi f ctg
T
c
点
n
线 的
J V vN C O
V E
数
ON Htg
T
学
CN Htg
关
2
Si ci f
sin
系
SJ iV H
sin
2020/5/12
重
要
的
n
点
线
特
N
征
2020/5/12
底点特性
铅垂线在像平面 上的构像位于以 像底点n为辐射 中心的相应辐射 线上
2020/5/12
§2.3 透视变换作图
将空间点、线作中心投影，在投影平 面P上得到一一对应的点、线，这种 经中心投影取得的一一对应的投影关 系称为透视变换
2020/5/12
航摄像片中的重要点、线、面
J
2020/5/12
Es S ho
hi P v
i
hc o
T
c
hi
n
ho
V v N hcC O
T
W
重 要 的
点 线 特 征
2020/5/12
c C
等角点特性
在倾斜像片和水 平地面上，由等 角点c和C所引出 的一对透视对应 线无方向偏差， 保持着方向角相 等
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数字摄影测量
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 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
数 字 影 像
•计算机技术 •数字图像处理 •影像匹配 •模式识别 •DPW
数字测量摄 影系统
自动建立 立体模型 自动量测 和解译
数字线划地图 数字高程模型 数字影像地图 数 据 库
自动记录
VirtuoZo 数字摄影测量系统
Crystal eyes 3-D mouse
JX-4A数字摄影测量工作站
像素工厂
摄影测量三个发展阶段的特点
发展阶段
原始资料
投影方式
仪器
操作方式
产品
模拟 摄影测量 解析 摄影测量
像片
物理投影
模拟测图仪
影像中的 几何信息 x y
模型重建
地物几何位置 X Y Z
几何量测
共线条件
z
y S(Xs, Ys, Zs)
Z a (x,y) x
x X X S y R Y Y S z Z ZS
Y
A(X,Y,Z) X
单像摄影测量：理论基础
影像处理
Where?
与量测 像点坐标量测及系统误差改正
第五章 立体像对解析 (6学时)
What Change?
网平差
共面条件方程、解析相对定向、空间前方交会 单元模型的绝对定向
第六章 经典解析空中三角测量 (10学时)
像片连接点设置、自由航带网的建立、光束法区域
成果表达
第七章 解析空中三角测量的精度与可靠性分析 (6
摄影测量学：定义
各种类型 传感器 被摄物体 影 像
通过量测和 解译过程
自然物体及其环境的可靠信息
DEM
DLG
DRG
DOM
P31 摄 影 经 纬 仪
RC30 框幅式航摄仪
ADS40 数字航摄仪
摄影测量学：定义
各种类型 传感器 被摄物体 影 像
通过量测和 解译过程
自然物体及其环境的可靠信息
DEM
1858年，法国摄影师纳达尔乘坐气球在巴黎郊外 80m上空拍摄了世界 上第一张航空影像 1860年，美国人布莱克利用湿板拍摄了波士顿的航空像片 1885年，法国人乘坐气球从2000英尺高空拍摄了巴黎的航空像片 1903年，莱特兄弟发明了飞机使航空摄影和航空摄影测量成为可能
1906年，美国人劳伦仕用17只风筝吊着巨型相机拍摄了旧金山大火
自动记录
德国Zeiss厂C-100型解析测图仪
瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪
瑞士WILD厂OR-1型数控正射投影仪
德国Zeiss厂Z-2型数控正射投影仪
坐标量测仪
数字摄影测量
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
20世纪70年代：数字摄影测量萌芽阶段 20世纪80年代：数字摄影测量原型研究阶段 20 世纪 90 年代：真正推出可用于生产的数字 摄影测量系统
车载升降台
摄影测量：特点
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
面采集数据方式 同时提取物体的几何与物理特性
摄影测量：任务之一
地形测量领域
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 建立各种数据库 提供地理信息系统和土地信息系 统所需要的基础数据
摄影测量：任务之二
2、近景摄影测量
3、遥感原理与方法
第一次世界大战期间，首台航摄仪的问世、立体坐标量测仪和 1318 立体测图仪的使用，真正开始了摄影测量学
摄影测量学的三个发展阶段
模拟摄影测量(1851-1970)
wenku.baidu.com
解析摄影测量(1950-1980)
数字摄影测量(1970-现在）
模拟摄影测量
利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/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 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
光 学 像 片
•单片测图 •分工法测图
光学机械 测图仪器
人工建立立 体模型 人工量测 和解译 机械绘图
图解线划地图 像片影像地图
•综合法测图
光学纠正仪
SEG-1
HJ-24
Wild A10 模拟立体测图仪
解析摄影测量
1954年，第一台电子计算机问世 1957年，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 20世纪70年代末至90年代初，解析摄影测量发展 的鼎盛时期
北京城市景观（亚运村）
摄影测量：分类
按距离远近
航天摄影测量 航空摄影测量 地面摄影测量 近景摄影测量 显微摄影测量 地 形摄影测量 非地形摄影测量 模拟摄影测量 解析摄影测量 数字摄影测量
按 用
途
按处理手段
摄影测量与遥感：平台
遥感平台 航天飞机 无线电探空仪 超高度喷气机 中低高度飞机 飞艇 高度 240～350km 100m～100km 10000～12000m 500～8000m 500～3000m 目的、用途 不定期地球观测、空间实验 各种调查（气象等） 侦察、大范围调查 各种调查、航空摄影测量 空中侦察、各种调查 其它
直升机
无线遥探飞机 牵引飞机 系留气球 索道 吊车 地面测量车
100～2000m
500m以下 50～500m 800m 以下 10～40m 5～50m 0～30m
各种调查、航空摄影测量
各种调查、航空摄影测量 各种调查、航空摄影测量 各种调查 遗址调查 地面实况调查 地面实况调查 飞机、直升机 牵引滑翔机
非地形测量领域
–
生物医学
–
–
公安侦破
古文物、古建筑
–
建筑物变形监测
§1.2 摄影测量学的发展历程
准确恢复两张影像的位置关系 快速确定两张影像上的同名点 A
a1 a2 S1
S2
摄影测量学的起源
1839年，法国人达盖尔发明摄影术为摄影测量提供了基本手段
1851 年，法国陆军上校劳赛达提出交会摄影测量并测绘了万森城堡 图，标志着摄影测量的开始
5、李德仁，袁修孝 著，《误差处理与可靠性理论》，武汉大学出版社
课程网站
http://232.192.93.86/jpkc2005/syclx/index.htm
摄影测量基础：与其他课程关系
先修课程
1、测量平差原理 2、测量学 3、高等数学 4、线性代数 5、航空和航天摄影技术
后续课程
1、数字摄影测量
DLG
DRG
DOM
P31摄影经纬仪近景影像
航空光学影像
ADS40数字航空影像
摄影测量学：定义
各种类型 传感器 被摄物体 影 像
通过量测和 解译过程
自然物体及其环境的可靠信息
DEM
DLG
DRG
DOM
正射影像图
三峡正射影象图：三条航带 、175张航空影像
三维景观图
三峡景观图：三条航带 、175张航空影像
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
摄影测量与遥感定义
1988年ISPRS在日本京都第16届大会上定义： 摄影测量与遥感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、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、科学和技术 ISPRS(International Society of Photogrammetry and Remote Sensing) ： Photogrammetry and Remote Sensing is the art, science and technology of obtaining reliable information from noncontract imaging and other sensor about the Earth and its environment, and other physical objects and processes through recording, measuring, analyzing and representation.
手工操作
模拟产品
像片
数字投影
解析测图仪
机助 作业员操作
模拟产品 数字产品
数字 摄影测量
数字化影像 数字影像
数字投影
计算机
自动化操作 +作业员干预
数字产品 模拟产品
§1.3 本课程的主要内容
讲授内容 与其他课程的关系
学习要求
摄影测量作业流程
Film based workflow RC30
Film Film processing in darkroom
《摄影测量基础》第一章
绪 论
袁修孝
教授
武汉大学
遥感信息工程学院
主要内容
一、摄影测量学的定义与任务
二、摄影测量学的发展历程 三、本课程的主要内容
§1.1 摄影测量学的定义与任务
定义 分类 平台 特点 任务
A（X、Y、Z）
Z
Y
1
2
2 X
O
1
通过摄影，进行测量
遥感影像
地形图
传统摄影测量学定义
解析摄影测量
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、 性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学
光 学 像 片
解 析 测图仪器
计算机建立 立体模型 人工量测 和解译
•解析空三 •解析测图仪 •数控正射仪
数字线划地图 数字高程模型 像片影像地图
学时) 理论精度和实际精度的评定方法 单个备选假设下的可靠性理论、粗差检测方法（数 据探测法、 选权迭代法）
第八章 解析空中三角测量最新发展 (6学时)
摄影测量基础：参考资料
教材
张剑清，潘励，王树根 编著，《摄影测量学》，武汉大学出版社
参考书
1、李德仁 等编，《基础摄影测量学》，测绘出版社 2、李德仁 等编，《摄影测量与遥感概论》，测绘出版社 3、李德仁，郑肇葆 编著，《解析摄影测量学》，测绘出版社 4、袁修孝 著，《GPS辅助空中三角测量原理及应用》，测绘出版社
Archive system
Visualization Image analysis
Digital workstation
Classification
B&W Color MS
All spectral channels simultaneously Printer
摄影测量：基本关系式
表达像点与地面点之间关系
B&W
DEM
Stereo plotter
Color
Orthophotos Mapping
FCIR B&W Color FCIR
Films used alternatively
DSW500 scanner
Revision GIS
Direct digital workflow ADS40
Mass Memory Ground processing
x y 已知量
共线方程
X Y Z 未知量
共面条件
z1 z2
y1
S1 Z x1 a1(x1,y1) y2 S2 a2(x2,y2)
x2
Y
A(X,Y,Z) X
立体摄影测量：目的
x1 y1 x2 y2 已知量
X Y Z 未知量
摄影测量基础：讲授内容
第一章 绪论
(2学时) 摄影测量学的定义、任务和发展过程
影像获取
点坐标变换
第二章 投影几何基础知识 (6学时)
投影的分类与透视变换、透视变换成图
第三章 单张像片解析 (20学时)
像片的内外方位元素、像点位移、常用坐标系、像 旋转矩阵、空间坐标变换、共线条件方程、单片空 间后方交会
What?
第四章 立体观察与立体量测 (6学时)
人体的立体视觉、人造立体视觉、像对的立体观察