《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起源摄影测量学是利用照片和影像进摄影测量学最早起源于世纪初19行测量和分析的一门学科它可当时人们发现照片可以用于测,以精确地获取目标物体的几何信绘和测量息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早期发展时期1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20,,测绘等领域当时相机和记录设备能力有限测量精度较低,中期发展时期2世纪中叶随着航空摄影的兴起摄影测量在地图制作、城乡20,,规划等方面得到广泛应用测量精度和效率显著提升,现代发展时期3世纪以来数字相机、卫星遥感等新技术的发展使摄影测量21,,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建筑测绘摄影测量学研究如何利用相机获取地摄影测量学可以用于记录和分析建筑物的三维信息并绘制出精确的地图物的立体空间信息为工程设计提供依,,据自然环境测绘考古测绘摄影测量学可以用于测绘山川、森林摄影测量学可以用于记录和分析考古、湖泊等自然环境的三维信息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成像原理摄影测量利用相机在空间中的位摄影测量基于相机镜头的成像原置和姿态来获取物体的三维信息理，利用像平面上的影像点来确相机与被摄对象的空间关系构定物体在三维空间中的位置成了测量的基础几何约束成像参数摄影测量利用影像几何特性来推相机的内部参数和外部参数是获导出物体在三维空间中的位置和取三维信息的关键对这些参数形状信息这需要满足一定的几的精确测量和标定是摄影测量的何约束条件基础摄影测量的主要应用领域地理信息系统遥感技术工程测量考古与文物保护摄影测量技术可提供地形、地航空和卫星摄影测量能获取广摄影测量可快速高效地获取建近景摄影测量能记录和测绘文物、影像等信息支撑地理信阔区域的高分辨率影像数据筑物、道路、管线等工程设施化遗产为考古调查和文物保,,,息系统的建立和更新支撑遥感技术的发展的三维信息护提供重要支撑摄影测量仪器设备大地测量仪器航空摄影机数字摄像机激光扫描仪用于测量地表特征的专业测量用于高空航拍的专业相机可以利用数字传感器捕捉影像的摄利用激光技术精准扫描三维物,设备包括经纬仪、全站仪等是高效快速获取大范围区域的航像机为摄影测量数字化做好准体表面形状的高科技测绘设备,,,摄影测量工作的基础空影像数据备数字摄影测量相机的特点高分辨率自动化能力高精度定位数字影像处理数字摄影测量相机拥有日益提这些相机集成了自动对焦、自内置和陀螺仪等传感器可专业的图像处理软件可以对数GPS高的像素数和解析度可以捕动曝光等功能大大提高了工以准确测量相机的位置和角度字影像进行校正、配准等预处,,捉高质量的影像细节为后续作效率降低了人工干预的需为三维建模和摄影测量提供理以满足摄影测量的各种要,,,,的测量分析提供优越的数据源求重要的定位数据求数字摄影测量相机的分类专业数码单反相机无人机航拍相机手持式近景相机专业数码单反相机具有高像素、高动态范围无人机搭载的专业航拍相机能够快速获取大轻便的手持式相机可用于近景摄影测量如,和出色的光学成像能力广泛应用于航空航范围地区的高分辨率影像数据适用于遥感文物测绘、建筑测量等能快速获取所需的,,,天、工程测量等领域、地图制作等领域影像数据数字摄影测量相机的标定相机内部定标1确定相机内部参数，如焦距、主点位置等相机外部定标2确定相机在空间中的位置和姿态综合定标3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影像坐标系1定义在相机成像平面上的二维坐标系物方坐标系2定义在被摄对象实际三维空间中的坐标系坐标系转换3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数据采集1通过摄影机或扫描仪获取高质量的数字影像为后续处理,奠定基础图像处理2对影像进行几何校正、辐射校正和色彩校正等处理提高,图像质量三维重建3利用双幅影像的立体视差通过数字匹配技术构建三维数,字表面模型数据分析4从三维重建的数据中提取所需的地理信息包括坐标、高,程、面积等成果输出5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航空摄影测量空间航测图像12利用航空摄影图像进行地形测卫星或高空航拍获取的数字影绘和地物测量的技术手段具像数据可用于制作地形图、影,有覆盖面广、获取信息全面的像图等分辨率较高信息丰富,特点数字摄影测量多源影像融合34采用数字相机进行拍摄结合计将卫星影像、航空影像、无人,算机技术处理数字影像的新型机影像等多源数据融合处理提,摄影测量方法具有自动化、高影像分辨率和信息内容高精度的特点近景摄影测量技术高分辨率灵活性强近景摄影测量能够获取高分辨率近景摄影测量不受机位限制可以,的图像为后续的测量和分析提供针对不同的对象灵活地选择拍摄,了优质的数据基础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确定控制点位置1根据测绘任务需要选择合适的地理位置布设控制点,建立平面控制网2采用三角测量法测量并计算控制点的平面坐标建立高程控制网3采用水准测量法测量并计算控制点的高程值加密控制网4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三维重建数字匹配技术能够自动提取数字通过多幅影像之间的数字匹配可,影像上的众多特征点大大提高了以还原出拍摄对象的三维几何形,摄影测量的测量效率和准确性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获取影像数据1利用地面测量、航空摄影或卫星遥感等方式获取高程信息数字匹配处理2通过数字影像匹配技术提取三维坐标信息地形数据建模3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DEM,息然后建立地形数据模型形成可视化的三维地形图生成对于航空航天遥感、地理信息系统等领域具有广泛应用,,DEM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几何精度高图像质量优良12数字正射影像图通过数字化和数字正射影像图采用高分辨率校正处理可以获得精度较高的数字相机拍摄图像清晰细腻,,,地理空间信息覆盖范围广数据处理灵活应用领域广泛34数字正射影像图易于数字化处数字正射影像图广泛应用于地理可以进行快速更新和编辑操图制作、工程规划、资源管理,作等领域摄影测量信息的获取与处理影像采集1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信息提取2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数据处理3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虚拟现实技术人工智能算法无人机航摄技术正在迅速发展为摄影测量虚拟现实技术可实现现场环境的三维可视化基于人工智能的自动化处理算法可提高摄,,提供更高效、低成本的数据采集方式它可展示提高摄影测量结果的直观性和交互性影测量的工作效率和数据处理能力为行业,,,广泛应用于地形测绘、灾害监测等领域促进技术在各行业的应用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三维地形模型遥感影像处理地理数据管理利用摄影测量技术可以生成高摄影测量可以有效建立数字高摄影测量方法可以用于遥感影地理信息系统可以利用摄影测分辨率的数字正射影像图为程模型为地理信息系统构建像的几何校正和信息提取为量获取的精准空间要素数据,,,,地理信息系统提供精准的底图逼真的三维地形模型地理信息系统的数据收集和更实现更高效的地理数据管理与基础新奠定基础分析摄影测量学在遥感技术中的应用遥感影像获取影像处理与分析地物信息提取三维场景重建摄影测量学为遥感影像的拍摄摄影测量技术还可用于对遥感利用摄影测量学中的数字匹配基于摄影测量学的原理可从,提供了先进的仪器和技术支持影像进行几何校正、正射纠正技术可自动提取遥感影像上遥感影像中建立数字高程模型,如高分辨率的数字相机、航、影像匹配等处理为后续的的地物特征信息如地形地貌实现地表三维场景的重建为,,,,,空测量仪等这些技术能够获影像解译和信息提取奠定基础、建筑物、交通设施等各类地理信息应用提供支撑取高精度的遥感影像数据摄影测量学在工程测量中的应用精准建设测量桥梁维修监测轨道交通测量摄影测量技术可用于测量大型建筑物的几何定期进行航拍监测可以及时发现桥梁结构的摄影测量可精确测量铁路线路的轨距、曲率尺寸、倾斜度等参数为工程建设提供精确变形或损坏为维修工作提供依据半径等关键参数确保安全运营,,,的数据支持摄影测量学在考古学中的应用记录和保护文物遗址三维复原古代建筑12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,数据为保护和重建提供重要依据的本来面貌助力遗产保护与研究,,考古发掘数据采集远程考古与文物管理34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,,研究分析提供重要基础数字化管理摄影测量学在文物保护中的应用精确记录状态监测摄影测量技术可以精确地记录文物的三维尺寸、形态结构和细节特通过定期进行摄影测量可以检测文物在保护过程中的变化及时发,,征为文物保护提供可靠的数据依据现问题并采取相应措施,虚拟修复数字化保护基于摄影测量数据可以利用数字技术对破损文物进行虚拟修复为将文物的摄影测量数据数字化保存可以为文物的研究、展示和传承,,,实际修复提供参考提供有价值的资料结语通过对摄影测量学的概念、历史、技术发展、研究对象和基本原理的综合介绍，我们深入认识了这一学科的理论基础和应用领域展望未来，摄影测量技术必将在地理信息系统、遥感、工程测量、考古和文物保护等领域发挥更加重要的作用，为人类社会的发展作出更大贡献。