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1、摄影测量及 其 发 展,走进测绘殿堂,1. 概述什么是摄影测量2. 摄影测量的基本原理与内容3. 摄影测量发展与应用4. 小结,概述什么是摄影测量,随着网络、信息时代的到来，地理空间信息正在被人们所熟悉，地球上所有的一切，离不开它的空间位置，摄影测量测量，则是 “通过影像获取地理空间信息的”学科。通俗而言：“摄影测量通过摄影，进行测量。”,在地面上两个已知位置点 上，安置经纬仪，对未知点 A 测定水平角、垂直角，就能 测得未知点的坐标 A（X、Y、Z）。,由测绘的前方交会，看摄影测量,(1) 什么是摄影测量,摄 影 测 量,在地面上两个已知位置上，对未知的物体拍摄两张照片，然后在影像上，量测同
2、名点： a1(x1、y1)、 a2(x2、y2) 进行前方交会，求解未知点的坐标 A（X、Y、Z）。,由计算机视觉，看 摄影测量,计算机视觉的研究目标是使计算机具有 通过二维图像认知三维环境信息的能力， 马颂德、张正友：计算机视觉理论与算法，1998,左手前 右手后,左手右 右手左,左眼,左手左 右手右,右眼,构建三维实体模型,23,摄影测量的基本流程,摄影测量是一门由“二维影像”“三维空间”的学科,摄影测量是通过影像对物体进行测量,Photogrammetry is defined as “the science or art of obtaining reliable measuremen
3、ts by means of photographs.” ( Manual of Photogrammetry 1966 ),(2) 摄影测量的分类及应用,根据影像获取的位置， 摄影测量基本可分为：,摄影测量的基本任务是测绘各种比例尺的地形图航空摄影测量，可测绘各种比例尺地形图，如1:5万、1:1万、1:5千、1:2千、1:1千、1:500 ；航天摄影测量主要测绘1:5万、1:1万地形图；地面摄影测量主要测绘大比例尺地形图；近景摄影测量可用于各种工程、工业、医学、建筑、考古等领域。,从680km高空观测地面（IKONOS影像）,台北中山纪念堂,上海东方明珠塔（快鸟影像450 km）,航空摄影,
4、利用相互重叠的影像覆盖整个摄影区域:沿飞行方向，互相重叠 (60%以上) 的影像，相邻影像构成“立体像对”、构成“航带”；互相重叠 (20%以上) 的“航带”构成“区域”,大坝施工测量,工业零件测量,建筑摄影测量,地面（近景）摄影测量,(3) 摄影测量的发展经历了三个发展阶段,数字 摄影测量,模拟 摄影测量,解析 摄影测量,模拟摄影测量时代 摄影测量完全依赖于 精密的光学机械仪器,解析摄影测量时代 摄影测量依赖于 精密的光学机械仪器计算机,计算机进入摄影测量,数字摄影测量时代 计算机完全替代原来的光机仪器,摄影测量基本原理与内容,(1) 摄影测量过程与原理,摄 影由三维 二维的过程 摄影测量由
5、二维 三维的过程摄影测量是摄影的逆过程、反转过程,(2) 摄影测量的基本内容,欲实现通过影像的量测实现对物体的直接测量， 条件有两个基本任务：在像片上量测的点必须是同名点，如： a1a2，b1b2 ，.；恢复摄影光线 S1a1A S2a2A 在摄影时的空间方位。,The fundamental task of photogrammetry is to rigorously establish the geometric relationship between the image and the object as it existed at the time of the imaging e
6、vent. Once this relationship is correctly recovered, one can then derive information about the strictly from its imagery. (摄影的根本任务是严格地建立的形象和对象之间的几何关系，正如成像事件实际存在的关系。这种关系一旦被正确恢复，就可以得出其图像信息严格) (E. M. Mikhail etc. Modern Photogrammetry 2001 ),摄影测量基本内容, 建立“影像与被摄物体间的几何关系”, 解决对应性(correspondence)问题,(3) 摄影测量
7、基本方程式三点共线方程,它完整地描述： 像点坐标x、 y 与物点坐标X、 Y 、 Z 的关系,(4) 摄影测量基本参数,在共线方程中：共有两组，9个参数,f,f,x0,x0,摄影机的3个内方位元素：x0、 y0 、f,影像的6个外方位元素：XS、 YS 、 ZS、与 、 ( a1/ a2 / a3 / b1 /b2 /b3 / c1 c2 / c3 ),如何确定这9个方位元素，是摄影测量的重要内容,模板匹配模式识别最基本的方法,4 6 8 3 9 0 4 6 8 9 4,例如：印刷数字识别,我们首先建立 0 9 十个数字的模板：, 模板匹配,(5) 计算机怎样确定同名特征与应用,4 6 8 3
8、 9 0 4 6 8 9 4,将模板：,与待识别的数字，逐个套合：,4,比较“灰度差的绝对值”最小，获得解4, | g1(x，y) g2(x，y) |min,a2,a1, 影像匹配,分别在左、右影像上建立一个目标区搜索区,x=1; y=0,x=0; y=0,x=0; y=0,x=1; y=0,x=2; y=0,x=3; y=0,x=4; y=0,x=5; y=0,x=6; y=0,x=7; y=0,x=8; y=0,x=9; y=0,x=10; y=0,x=11; y=0,x=1; y=1,x=2; y=1,然后将目标区，沿 x、y方向顺序与搜索区叠合。,x=6; y=3,当x=6; y=3
9、灰度差绝对值之和为最小同名点这就是利用计算机识别同名点的原理,图 像 拼 接,We need to match (align) images, 影像匹配的应用,Matching with Features,Detect feature points in both images,Matching with Features特征匹配,Detect feature points in both images（检测两个图像的特征点）Find corresponding pairs（寻找同名点）,Matching with Features,Detect feature points in both
10、imagesFind corresponding pairsUse these pairs to align images,测定影像间同名点，确定它们相对位置 相 对 定 向,匹配密集点云、生成等高线,等高线表示地形,摄影测量发展与应用, 各类传感器的发展 理论与算法的发胀 计算机与网络的发展为摄影测量的未来提供了 “无限的遐想空间”,（1） 高分辨率遥感影像（2）数码航空相机（3）POS系统（4）LiDAR（5）干涉雷达,摄影测量发展与 各类传感器的发展密切有关,(1) 高分辨率遥感卫星,美国商业化的高分遥感卫星,Dallas Worldview-2 高度： 770 km，焦距: 13.3
11、m,国产光学卫星影像,我国光学卫星2010.08.24.15:10： 天绘一号2011.12.22.11:26: 02C2012.01.09.11:17: ZY32012.05.06.15:10： 天绘一号02星,ZY3: 正视：2.08米，前后视：3.46米；02C；两台HR相机，2.36米; 天绘：两台HR相机： 2.0米,资源三号下视影像（GSD=2.1m）,辽宁大连港,大连港空间点云,(2) POS 直接确定外方位元素,POS GPSIMU（Inertial system ），,用于直接测定“外方位元素”， 有车载、机载， 用于直接确定影像的外方位元素。它也是激光扫面的基础。,航空激光
12、 扫描系统,(3) 激光扫描与LiDAR系统直接确定“点云”,航空激光扫描：LiDAR系统直接产生“点云”,加拿大.多伦多,多次回波这是激光特有的优势！,多 次 回 波,LiDAR系统向海面发射波长为1064nm的红外激光和倍频后波长为532的蓝绿激光，由于蓝绿激光较易直接穿透海水而红外激光不易穿透海水。,LiDAR浅海测绘原理,LiDAR穿透海水,(4) 数码相机,进入数码相机， 摄影测量发生了深刻的变化,无需冲洗、无需扫描；无压平误差；无颗粒噪声。,数码相机为多视觉摄影提供了实际的可能,Twin view match is an ill-posed problem, there is no
13、 redundancy in each observation。（双视图匹配是一个病态的问题，在每个观察有没有多余观测值。）,Multi view match 随着数字相机的应用，大重叠度航空摄影已成为密集点云 匹配的发展方向,多 视 匹 配 - 增加匹配的可靠性,左 左中 中 右中 右,例如 航向 80重叠， 同一地物同时出现在 5 张影像上,重叠度 p 与 影像数n (同一地物出现的影像数),大重叠度,左 右 5 张 影 像,旁向重叠为70上 下3 条不同航带,总数达35 张影像,15,(5) 摄影测量与智慧城市,摄影测量为智慧城市提供基础地理空间信息,数字迪拜,6.摄影测量与嫦娥工程,嫦
14、娥一号首绘完整三维月球图像,为获得三维月球图像在“嫦娥一号”上安装一台三线阵相机,三线阵相机,三线阵相机的影像,第一幅月面图像局部区域的假彩色地形图,三个视角影像处理形成的数字高程模型图,正规影像与数字高程模型处理形成的正射影像图,正射影像与数字高程模型处理形成的数字高程色彩编码地形图,航空三线阵相机工作原理,三条线 三个眼睛的“视网膜”,从不同的视点 观察物体,(7) 计算机的发展,当年，1978 王之卓先生提出 全数字化自动测图系统,当时，我们使用的 TQ16晶体管计算机,计算机的发展为摄影测量开辟了 难以预料的空间,计算机网络、集群处理，特别是GPU的发展与应用必将开创当代摄影测量新的旅
15、程,计算机的发展为摄影测量实时开辟了大门,航空三线阵相机 ADS 80,计算机的发展为摄影测量实时开辟了大门,卫星（ZY3）三线阵相机,影像匹配与3D摄影(原始影像),影 像 匹 配 另一实例,基 本 流 程 -影像增强,影像匹配与3D影像增强,影像匹配与3D产生金字塔影像,线特征构架,线特征构架,影像匹配与3D特征提取,点特征细部,点特征细部,影像匹配与3D特征提取,立体匹配点云(with r、g、b),三维点特征云,影像匹配与3D点云,基 本 流 程 -渲染rendering,D:E软件大_足_石_窟_软件20120417PCd-for-3D_2_imgbin,影像匹配与3D点云+渲染,龙门石窟中最大的佛像卢舍那大佛，通高17.14米，头高4米，耳长1.9米,D:E软件大_足_石_窟_软件20120417PCd-for-3D_2_imgbin,两张二维影像三维模型,演示实例,4 . 小结,摄影测量是通过“影像”，对“实物”进行测量；其核心是通过二维影像构建三维实体模型，而后对模型进行测量；由于影像信息的丰富，是其他任何其他传感器所无法比拟的，因此，它的应用范围必将愈来愈宽广；由于当代各种传感器、计算机、网路与通信的发展，为摄影测量开辟了广阔的前景。摄影测量虽然发展很快，但是其根本的原理不变，欲学好摄影测量，学好基础最重要！,
