摄影测量学介绍

zhao20444 · 发表于 2010-11-21 19:14

中文名称：摄影测量学英文名称：photogrammetry 定义：研究利用摄影影像测定目标物的形状、大小、空间位置、性质和相互关系的一门学科。所属学科：测绘学（一级学科）；摄影测量与遥感学（二级学科）
摄影测量学是研究利用摄影手段获得被测物体的图像信息，从几何和物理方面进行分析处理，对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。
摄影测量学
根据发展阶段分类
　　从发展的阶段看，摄影测量可分为：

　　* 模拟摄影测量

　　* 解析摄影测量

　　* 数字摄影测量
根据处理对象分类
　　从处理对象看，摄影测量可分为：

　　* 航空摄影测量

　　* 卫星摄影测量

　　* 地面摄影测量

　　* 近景摄影测量

　　* 显微摄影测量
摄影测量的主要处理过程
　　* 空中三角测量

　　* 内定向

　　* 相对定向

　　* 绝对定向

　　* 数字地面模型生成

　　* 正射影像生成

　　* 等高线测绘

　　* 地物测绘

v-stars 数字摄影测量系统
V-STARS系统概况
　　V-STARS（Video-Simultaneous Triangulation and Resection System）系统是美国GSI公司研制的工业数字近景摄影三坐标测量系统。该系统主要具有三维测量精度高（相对精度可达1/20万）、测量速度快和自动化程度高和能在恶劣环境中工作（如热真空）等优点，是目前国际上最成熟的商业化工业数字摄影测量产品。

　　该系统是基于数字摄影的大尺寸三坐标测量系统，也称为工业摄影测量系统（Industrial Photogrammetry System）、数字近景摄影测量系统、数字近景摄影视觉测量系统、数字摄影三维测量系统、三维光学图像测量系统（3D Industrial Measurement System）。

　　它通过V-STARS软件(如图3)处理采集好的照片来得到待测点的三维坐标，而这些照片是用一个高精度的专业相机（如美国GSI公司的INCA3相机），通过在不同的位置和方向，对同一物体进行拍摄所获取的， V-STARS软件会自动处理这些照片，通过图像匹配等处理及相关数学计算后得到待测点精确的三维坐标。一旦处理完毕,被测对象的三维数据将会进入到坐标系统中,就好像以前测量过或者处理过一样。如果需要的话,V-STARS 软件还内置了分析工具,三维数据可以被输出。这些被测量的物体一般是事先手动贴上回光反射标志，或者是通过投点器投射上点，或者是探测棒上的点。
V-STARS系统技术特点
　　（1）高精度：单相机系统在10m范围内测量精度可以达到0.08mm，而双相机系统则可以达到0.17mm；

　　（2）非接触测量：光学摄影的测量方式，无需接触工件；

　　（3）测量速度快：单相机几分钟即可完成大量点云测量，双相机实时测量；

　　（4）可以在不稳定的环境中测量（温度，震动）：测量时间短受温度影响小，双相机系统可以在不稳定环境中测量；

　　（5）特别适合狭小空间的测量：只要0.5m空间即可拍照、测量；

　　（6）数据率高，可以方便获取大量数据：像点由计算机软件自动提取并量测，测量1000个点的速度几乎与10个点的一样；

　　（7）适应性好：被测物尺寸从0.5m到100m均可用一套系统进行测量；

　　（8）便携性好：单相机系统1人即可携带到现场或外地开展测量工作。
V-STARS系统分类
　　V-STARS系统可采用脱机和联机二种测量方式，即单相机系统和双（多）相机系统，如图4。根据采用不同的相机又可以分为V-STARS/S（智能单相机系统）、V-STARS/E（经济型单相机系统）和V-STARS/M（智能多相机系统）

　　1 智能单相机系统V-STARS/S

　　智能单相机系统主要特点是，它不仅提供高精度的测量，而且便携。

　　目前的最新型号为V-STARS/S8，主要包括1台测量型数码相机INCA3、1台笔记本电脑（含系统软件）、1套基准尺、1根定向棒、1组人工特征标志点（定向反光标志），见图5。

　　（a）INCA3相机（b）软件与附件

　　图5 V-STARS/S8系统图6 单相机测量过程

　　INCA（INteligent CAmera）是GSI公司自主研制的测量型智能相机，它采用高分辨的CCD芯片获取图像，内置单片机可以实时对所拍摄的像片进行无损压缩、标志点识别等处理工作，稳固的整体机身专为工业现场而设计，表1是最新型号INCA3a的主要技术参数。

　　表1 INCA3a相机技术参数

　　该系统主要用于对静态物体的高精度三维坐标测量，测量时只需要手持相机距离被测物体一定距离从多个位置和角度拍摄一定数量的数字像片（图7），然后由计算机软件自动处理（标志点图像中心自动定位、自动匹配、自动拼接和自动平差计算）得到特征标志点的X、Y、Z坐标。

　　V-STARS/S8系统的典型测量精度（1倍sigma）由原来的5um＋5um/m（采用INCA3相机）已提高到4um＋4um/m（采用INCA3a相机），即10m范围的测量精度达到0.044mm。

　　需要重点提出的是，该系统的主要优势是其便携和高精度，整个系统（包括一个电脑，一个相机和其附件）可以被装在两个箱子中，你可以随身携带，为你的工作提供极大的方便。

　　2 经济型单相机系统V-STARS/E

　　V-STARS/E是GIS公司入门级的单相机系统。对测量精度要求不是很高，而又求比较经济的测量用户来说，该系统是比较好的选择。

　　经济型单相机系统目前最新型号为V-STARS/E4X，除相机采用尼康D2X之外，其余配置与V-STARS/S8完全一样，图7。但对于V-STARS/E4X系统，它不能升级为双相机系统。

　　V-STARS/E4X系统的测量精度为10um＋10um/m。

　　图7 V-STARS/E4X系统

　　经济型单相机系统由于采用一般商用相机、测量精度相对较低，主要应用于对静态物体的中等精度测量工作。

　　该系统的主要特点是简单便携，而且相对于价格昂贵的V-STARS/S8系统来说，该系统具有绝对的价格优势，另外，用我们的尼康D2X相机拍摄的照片，V-STARS软件可以直接识别，不但方便而且精度高。

　　3 智能多相机系统V-STARS/M

　　该系统主要用于在不稳定的测量条件下提供实时测量。

　　智能多相机系统目前的最新型号为V-STARS/M8，它可以采用2台或2台以上的INCA相机，其最为常用的是双相机系统，主要包括：2台测量型数码相机INCA3、1台笔记本电脑（含系统软件）、1套基准尺、1根定向工棒、1套辅助测棒、1组人工特征标志点和1套联机附件（相机脚架、电缆线和控制器）。如图8。

　　V-STARS/M8双相机测量时通过软件控制相机拍摄像片，可以同时测量被测物体上的特征标志点集、也可以通过辅助测量棒实现单点测量，尤其适合隐藏点测量。

　　V-STARS/M8系统配合投点器（图11）使用，则可以实现真正意义上的非接触式测量。

　　图11 双向＋投点器实现非接触式大量点云测量

　　由于是通过控制器控制相机同步曝光，故该系统尤其适合动态物体的测量，包括变形测量。另外，采用了整体光线束法平差技术，当相机脚架处于不稳定环境（如振动）中时也可以实现高精度测量。在动态测量模式下，每移动一次相机，就对被测物体上的标志点拍摄一组照片，但是，这些点必须是在物体上一些稳定控制点，这样，相机的移动对测量产生的影响就可不计。而一般的，这个稳定的控制场是用单相机系统建立的。

　　V-STARS/M8（双相机）系统的典型测量精度为10um＋10um/m。
V-STARS系统的应用
　　V-STARS系统在国外航空航天、天线制造，汽车、造船、核工业等诸多领域均有广泛应用。如图12。
国内代理
　　V-STRAS系统由郑州辰维科技有限公司代理，负责产品推广与销售。该系统是基于数字摄影的大尺寸三坐标测量系统，也称为工业摄影测量系统、数字近景摄影测量系统、数字近景摄影视觉测量系统、数字摄影三维测量系统、三维光学图像测量系统。

　　数字摄影测量实用系统

　　*郑州辰维科技有限公司

　　* 武汉适普公司,VirtuoZo

　　* Z/I 公司，ImageStation

　　* LH 公司，Socet Set

　　* Autometric公司， Softplotter

　　* 北京四维公司，JX-4

　　摄影测量的应用：

　　* 城市规划

　　* 工程

　　* 军事

　　相关学科：

　　* 大地测量学

　　* 计算机图像处理

　　* 模式识别

　　* 计算机图形学

　　* 地理信息系统

图书.摄影测量学
基本信息
　　

作者:张剑清潘励王树根

　　市场价：22.00

　　·出版社：武汉大学出版社

　　·页码：227 页

　　·出版日期：2003年

　　·ISBN：730703932X

　　·条形码：9787307039322

　　·开本：16开
内容简介
　　本书以真正反映当代摄影测量的基本原理，方法与内涵，以利于承前启后，加速摄影测量学科的发展，为教师都学，学生自主学习提供完整的教学方案，最大限度地满足教学需要。

　　本书可作为测绘工程专业大学本科了函授的教材，也可供其他相关专业的师生、工程技术人员和研究人员学习参考。
前言
　　19世纪中叶，摄影技术一经问世，便应用于测量，摄影测量学也就诞生了。摄影测量从模拟摄影测量开始，经过解析摄影测量阶段，现在已经进入数字摄影测量阶段，实现了摄影测量从人工操作到半自动化、自动化处理的过渡。20世纪80年代以来，随着摄影测量的发展，摄影测量的专业课程也从一门课程分成了三门课程：基础摄影测量、解析摄影测量与数字摄影测量。在王之卓院士著名的《摄影测量原理》一书出版之后，与摄影测量三门课程相对应，已出版了《基础摄影测量学》、《解析摄影测量学》[sup][1]与《数字摄影测量学》等多套教科书。这些教科书虽然具有丰富的内涵并包括了近20年来摄影测量新的研究成果，但其中一部分教科书包含了相当数量的陈旧理论、仪器、工艺与方法，如果继续使用这些教材，势必影响本科生的学习、应试研究生的考学和教师的授课。为了剔除陈旧过时的内容，介绍当代摄影测量的最新研究成果，培养学生的综合素质和创新能力，急需在原有教材的基础上重新编写一本新的《摄影测量学》教科书，以真正反映当代摄影测量的基本原理、方法与内涵，以利于承前启后，加速摄影测量学科的发展，为教师教学、学生自主学习提供完整的教学方案，最大限度地满足教学需要，这就是编写本书的主要目的之一。

　　本书可作为测绘工程专业大学本科和函授的教材。也可供其他相关专业的师生、工程技术人员和研究人员学习参考。

　　本书共分九章。第一、九章由张剑清编写；第二、三、七章由王树根编写；第四、五、六、八章由潘励编写，全书由张剑清统稿。

　　由于水平所限，书中可能存在不足与不妥之处，敬请读者不吝指正。

　　张剑清潘励王树根

　　2002年12月于武汉大学
目录
　　第一章绪论

　　1 摄影测量学的定义与任务

　　2 模拟摄影测量

　　3 解析摄影测量

　　4 数字摄影测量

　　5 当代数字摄影测量的若干典型问题

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书摘
　　一、解析空中三角测量的目的和意义

　　解析空中三角测量指的是用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素。在传统摄影测量中，这是通过对点位进行测定来实现的，即根据影像上量测的像点坐标及少量控制点的大地坐标，求出未知点的大地坐标，使得已知点增加到每个模型中不少于四个，然后利用这些已知点求解影像的外方位元素，因而解析空中三角测量也称摄影测量加密。

　　采用大地测量测定地面点三维坐标的方法历史悠久，至今仍有十分重要的地位。但随着摄影测量与遥感技术的发展和电子计算机技术的进步，用摄影测量方法进行点位测定的精度有了明显提高，其应用领域不断扩大。而且对某些任务则只能用摄影测量方法才能使问题得到有效的解决。

　　摄影测量方法测定(或加密)点位坐标的意义在于：

　　(1)不需直接触及被量测的目标或物体，凡是在影像上可以看到的目标，不受地面通视条件限制，均可以测定其位置和几何形状；

　　(2)可以快速地在大范围内同时进行点位测定，从而可节省大量的野外测量工作量；

　　(3)摄影测量平差计算时，加密区域内部精度均匀，且很少受区域大小的影响；

　　所以，摄影测量加密方法已成为一种十分重要的点位测定方法，它主要有以下几种应用：

　　(土)为立体测绘地形图、制作影像平面图和正射影像图提供定向控制点(图上精度要求在

　　0．1mm以内)和内、外方位元素；

　　(2)取代大地测量方法，进行三、四等或等外三角测量的点位测定(要求精度为厘米级)；

　　(3)用于地籍测量以测定大范围内界址点的国家统一坐标，称为地籍摄影测量，以建立坐标地籍(要求精度为厘米级)；

　　(4)单元模型中解析计算大量点的地面坐标，用于诸如数字高程模型采样或桩点法测图。

　　(5)解析法地面摄影测量，例如各类建筑物变形测量、工业测量以及用影像重建物方目标等。此时，所要求的精度往往较高。

　　概括起来讲，解析空中三角测量的目的可以分为两个方面：第一是用于地形测图的摄影测量加密；第二是高精度摄影测量加密，用于各种不同的应用目的。

　　二、解析空中三角测量的分类

　　利用电子计算机进行解析空中三角测量可以采用各种不同的方法。

　　从传统方法上讲，根据平差中采用的数学模型可分为航带法、独立模型法和光束法。航带法是通过相对定向和模型连接先建立自由航带，以点在该航带中的摄影测量坐标为观测值，通过非线性多项式中变换参数的确定，使自由网纳入所要求的地面坐标系，并使公共点上不符值的平……