数字摄影测量与计算机视觉

摄影测量与计算机视觉的联系与区别摄影测量是测绘学科的一个分支，它是对由摄影机提取的影像（二维）进行量测，测定物体在三维空间的位置、形状、大小、乃至物体的运动。

摄影测量在近百年的历史中经历了：模拟、解析与数字摄影测量三个阶段。

当被测物体的尺寸或摄影距离小于100米时的摄影测量称之为近景摄影测量（Close-range photogrammetry）。

随着数字传感器技术的发展，尤其是CCD器件和CMOS器件的迅速发展，利用CCD(或CMOS)像机不需要胶片就可直接获得被测物的数字影像，这种直接基于数字影像的进京摄影测量称为数字近景摄影测量（digital close-range photogrammetry）。

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，这种能力将不仅使机器感知三维环境中物体的几何信息，包括它的形状、位置、姿态、运动等，而且能对它们进行描述、存储、识别与理解。

由此可知，数字近景摄影测量与计算机视觉（特别是立体视觉）在研究内容和目标上十分相近。

数字近景摄影测量关注的是几何量的量测信息（物体的位置、大小和形状等）；计算机视觉也需要量测信息，但其更为关注的是对物体进行描述、识别和理解。

因此，数字近景摄影测量和视觉测量（或检测）所关注的是完全一致的。

事实上，数字近景摄影测量与计算机视觉（测量）的理论基础是一致的，二者都是针孔成像原理（像点、镜头中心和物点共线）的具体应用。

但由于各自学科的历史、研究内容和侧重点的不同，在具体的诸多方面又存在着差异，主要表现在以下几个方面：⑴出发点不同导致基本参数物理意义的差异：摄影测量中的外部定向是确定影像在空间相对于物体的位置与方位（将物体先平移再旋转），而计算机视觉则是物体相对于影像的位置与方位来描述问题（将摄像机先旋转再平移）。

⑵由于两者不同的出发点导致基本公式的差异：摄影测量中最为基本的是共线方程，而视觉测量中最为基本的公式是用齐次坐标表示的投影方程。

摄影测量的发展与趋势（作业）⼀、摄影测量的发展历史：摄影测量学发展⾄今，经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个发展阶段摄影测量学三个发展阶段的特点：我国摄影测量的发展历史中国的摄影测量历史最早可追溯到1902年，当年的北洋⼤学曾⽤进⼝的摄影经纬仪做过建筑摄影测量试验。

中国的航空摄影测量始于1931年，浙江省⽔利局航测队与德国测量公司合作进⾏⾸次航空摄影，摄取了钱塘江⽀流浦阳江⼀段河道的航⽚，随后，国民党政府成⽴航测队。

主要测制了中国局部地区1:1万和1:2.5万军事要塞图，以及湘黔、成渝⼀带l:5万地形图。

1949年中华⼈民共和国成⽴以后，航空摄影得到飞速发展。

国家测绘局、林业、农业、地质、铁道、⽯油、⽔利等部门都积极开展了航空摄影。

1980年前，中国利⽤航空摄影测量主要制作1:25000-1:100000各种⽐例尺地形图，采⽤的是分⼯法和全能法测图。

1980年后，利⽤解析和数字摄影测量⽅法，全国范围主要制作1:50000地形图，各省市主要制作1:10000和1:5000地形图，城市则是制作1:1000和1:2000地形图，构成各类GIS的地形数据库。

21世纪初，数码摄影仪⾯世之后，城市⼤⽐例尺航测制作正射影像图得到了迅速发展，现在已经发展到制作三维城市电⼦地图。

⽬前，中国已经构建了1:1000000、1:250000和1:50000全国空间数据库，包括的数据产品有DOM、DEM、DLG和DRG 四类，还有地名数据库和⼟地利⽤数据库等，各省市已经或正在建⽴1:10000全省空间数据库。

许多⼤中城市已建⽴了1:500-1：2000空间数据库。

这些都成为构建“数字中国”、“数字省区”和“数字城市”的重要基础。

2006年国家测绘局启动了西部测图计划，使⽤了⼀批新设备、新技术、新航空航天遥感影像，将改写中国西部200多万平⽅公⾥⽆1：50000地形图的历史。

⼆、摄影测量的发展现状摄影测量在经历模拟摄影测量，解析摄影测量两个发展阶段后，现已进⼊数字摄影测量阶段，这对整个摄影测量的教学，科研，⽣产都产⽣了极其深远的影响。

摄影测量（一）一、填空题（20 分，每空 1 分）1、摄影测量中常用的坐标系有、、、、2、解求单张像片的外方位元素最少需要个点。

3、GPS辅助空中三角测量的作用是。

4、两个空间直角坐标系间的坐标变换最少需要个和个地面控制点。

5、摄影测量加密按平差范围可分为、和三种方法。

6、摄影测量的发展经历了、和三个阶段。

7、恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据的是方程。

8、法方程消元的通式为Ni,i+1 = 。

二、名词解释（20 分，每个 4 分）1、内部可靠性：2、绝对定向元素：3、像主点：4、带状法方程系数矩阵的带宽：5、自检校光束法区域网平差：三、简答题（45 分，每题15分）1、推导摄影中心点、像点与其对应物点三点位于一条直线上的共线条件方程，并简要叙述其在摄影测量中的主要用途。

2、像片外方位元素的作用是什么？用图示意以y 轴为主轴的航摄像片的外方位元素。

3、如果拥有一套POS系统，你打算如何用其快速确定地面点的三维坐标（简要叙述基本思想和具体解算过程）？四、综合题（15 分）设某区域由两条航线组成（如图 1 所示），试根据光束法区域网平差原理回答下列问题：① 当控制点无误差时，观测值个数n、未知数个数t 、多余观测数r ；② 按最小带宽原则在图 a 中标出像片排列顺序号并求出带宽；③ 在图 b 中绘出改化法方程系数矩阵结构图（保留像片外方位元素）。

摄影测量（二）一、名词解释1 摄影测量学2 航向重叠3 单像空间后方交会4 相对行高5 像片纠正6 解析空中三角测量7 透视平面旋转定律8 外方位元素9 核面10 绝对定向元素二、填空1 摄影测量的基本问题，就是将 ________ 转换为 _______ 。

2 物体的色是随着 _________ 的光谱成分和物体对光谱成分固有不变的 ______ 、__________ 、和________ 的能力而定的。

3 人眼产生天然立体视觉的原因是由于 ________ 的存在。

与计算机视觉相关的数字摄影测量的发展彭树鸿1王闻宇2朱光珠11.内蒙古航空遥感测绘院呼和浩特0100102.内蒙古自治区测绘院呼和浩特010051摘要：摄影测量在进入数字摄影测量时代时已与计算机视觉紧密地联系在了一起，二者面临着相同的基本问题，而计算机视觉是一个相对年轻且发展迅速的领域。

从摄影测量的理论、技术及其发展历史出发，总结了数字摄影测量与计算机视觉之间差异，试图探讨数字摄影测量中采用的与计算机视觉领域相关的一些关键技术。

关键词：数字摄影测量计算机视觉多目立体视觉影像匹配从这里了解西部资源从这里了解西部经济〖论文天地〗084WESTRN RESOURCES引言摄影测量学是一门古老的学科，若从1839年摄影术的发明算起，摄影测量学已有170多年的历史，而被普遍认为摄影测量学真正起点的是1851—1859年“交会摄影测量”的提出。

在这漫长的发展过程中，摄影测量学经历了模拟法、解析法和数字化三个阶段。

模拟摄影测量和解析摄影测量分别是以立体摄影测量的发明和计算机的发明为标志，因此很大程度上，计算机的发展决定了摄影测量学的发展。

在解析摄影测量中，计算机用于大规模的空中三角测量、区域网平差、数字测图，还用于计算共线方程，在解析测图仪中起着控制相片盘的实时运动，交会空间点位的作用。

而出现在数字摄影测量阶段的数字摄影测量工作站（digital photogrammetry workstation ，DPW ）就是一台计算机+各种功能的摄影测量软件。

如果说从模拟摄影测量到解析摄影测量的发展是一次技术的进步，那么从解析摄影测量到数字摄影测量的发展则是一场技术的革命。

数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别在于：它处理的是数字影像而不再是模拟相片，更为重要的是它开始并将不断深入地利用计算机替代作业员的眼睛。

[1-2]毫无疑问，摄影测量进入数字摄影测量时代已经与计算机视觉紧密联系在一起了[2]。

计算机视觉是一个相对年轻而又发展迅速的领域。

数字摄影测量复习要点（2016.5）1、摄影测量发展历程模拟摄影测量(1851-1970)模拟摄影测量主要是根据摄影过程的几何反转，反求地面点的空间位置。

它所采用的仪器为光学投影器、机械投影器或光学-机械投影器模拟摄影过程，用光线交会被摄物体的空间位置。

解析摄影测量(1950-1980)1957年，Helava提出用“数字投影代替”物理投影，数字投影就是利用电子计算机实时的进行共线方程的解算，从而交会出被摄物体的空间位置。

数字摄影测量(1970-现在）利用数字影像相关技术，实现真正的自动化测图。

➢数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别：1)处理的原始信息主要是数字影像；2)以计算机视觉代替人眼的立体观测。

2、数字摄影测量的任务、特点主要任务：使用星载(机载)传感器所获取的可见光影像对地球陆地区域进行信息提取，具体包括：目标量测、影像解译、地形图测绘、正射影像图制作、数字高程模型生成。

特点：数据量大、计算机运算速度快、技术精度高。

3、数字摄影测量定义：数字摄影测量是利用影像相关技术来代替人眼的目视观测，自动识别同名点，实现几何信息的自动提取。

主要内容：影像及特征点的识别、同名像点的自动相关和匹配、数字影像纠正技术、数字高程模型（DEM）的制作、数字摄影测量系统的完整操作和测绘产品的生产。

4、计算机辅助测图计算机辅助测图（又称数字测图）是利用解析测图仪或具有机助系统的模拟测图仪，进行数据采集和数据处理，测绘数字地图，制作数字高程模型，建立测量数据库。

计算机辅助测图系统所处理的依旧是传统像片，且对影像的处理仍然需要人眼的立体量测，计算机则起数据记录与辅助处理的作用，是一种半自动化的方式。

计算机辅助测图是摄影测量从解析化向数字化的过渡阶段。

5、影像的点、线、面特征点特征主要指明显点，如角点、圆点等。

提取点特征的算子称为兴趣算子或有利算子，即运用某种算法从数字影像中提取我们感兴趣的即有利于某种目的的点。

摄影测量学发展综述（1）摄影测量学，从名字上来看，是摄影与测量的结合。

它起源于19世纪中叶，当时人们开始使用摄影技术进行地形测量，随着科技的发展，摄影测量学已经从传统的手工测量方式逐渐演变为数字化、自动化的测量技术。

起初，摄影测量学主要依赖于大型的户外摄影设备和复杂的化学处理过程。

摄影师需要拍摄大量的照片，然后通过复杂的工艺将底片进行处理、分析和比对，最后得出测量结果。

这个过程不仅耗时，而且对环境和设备的要求极高。

然而，随着科技的进步，特别是数字技术和计算机技术的飞速发展，摄影测量学迎来了新的发展机遇。

数字摄影和卫星遥感技术的出现，使得摄影测量不再局限于户外的大尺度空间，而是可以深入到微观世界，对细微的物体进行精确的测量。

此外，计算机视觉和人工智能的引入，使得摄影测量的自动化程度大大提高。

计算机可以根据拍摄的图像自动识别、定位、匹配，甚至可以自动完成三维模型的构建。

这大大减少了人工干预和计算量，提高了测量的效率和精度。

然而，摄影测量学的发展并不意味着传统的方法被完全替代。

在某些特定的情况下，传统的摄影测量技术仍然有其独特的优势。

例如，在某些复杂的环境下，如茂密的森林、峡谷或者建筑物内部，数字摄影和卫星遥感技术可能无法获取有效的数据，而传统的摄影测量方法可能更加适用。

总的来说，摄影测量学的发展是一个不断进步的过程。

随着科技的进步，我们有理由相信，未来的摄影测量学将更加高效、精确和智能化。

摄影测量学发展综述（2）摄影测量学，源于19世纪中叶的摄影技术，是一门利用摄影或数字化影像，通过对影像的解析和处理，获取目标物体的形状、大小、位置以及相互关系的一门科学。

随着科技的不断进步，摄影测量学也经历了从模拟摄影测量到解析摄影测量，再到数字摄影测量的巨大变革。

在模拟摄影测量时代，摄影底片需要通过人工测量和解析，以获取所需的数据。

这种方法不仅耗时费力，而且精度也受到很大的限制。

随着计算机技术和数字化技术的发展，解析摄影测量应运而生。

●摄影测量学：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。

●数字摄影测量：将摄影测量的基本原理与计算机视觉相结合，从数字影像中自动（半自动）提取所摄对象用数字方式表达的几何及物理信息。

●航空摄影：利用安装在航空遥感平台上的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影。

●航摄仪焦距：物镜节点到焦点之间的距离。

●像片主距：物镜后节点到像平面的距离。

●像场：物镜焦平面上中央成像清晰的范围。

●像片倾角：主光轴偏离铅垂线的夹角。

●航向重叠度：同一航线上相邻两张像片的重叠度。

●旁向重叠度：相邻航线上像片的重叠度。

●摄影基线：航向相邻两个摄站之间的距离。

●摄影比例尺：视像片水平、地面取平均高程时，相片上的线段l与地面上相应的水平距L的比值。

（1/m= l/L = f/H ）●航线弯曲：把一条航线上的影像按照地物拼接起来，各张像片的像主点连线不在一条直线上，而是一条弯曲的折线。

●航线弯曲度：航线最大弯曲矢量与航线长度之比。

●像片旋角：相邻的像主点连线与同方向框标连线的夹角。

●投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射。

●中心投影：投影直线汇聚一点的投影。

●平行投影：投影射线平行于某一固定方向的投影。

●正射投影：投影射线与投影面垂直的投影。

●像点位移：当像片倾斜、地形起伏时，地面点在航摄像片上的构象相对于理想情况构像产生的位置差异。

●相片比例尺：航摄像片上某一线段的长度与地面上相应线段长度之比。

●透视变换：将空间点、线作中心投影，在投影平面上得到一一对应的点、线，这种经中心投影所得到的一一对应的投影关系叫透视变换。

●方位元素：描述摄影瞬间摄影中心、像片、地面间相互位置关系的参数。

●内方位元素：描述物镜后节点与像片之间位置关系的参数。

●外方位元素：描述摄影瞬间像片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。

●外方位线元素：描述摄影瞬间摄影中心在地面坐标系中的位置的参数。

●外方位角元素：描述摄影瞬间像片在地面坐标系中的姿态的参数。

数字摄影测量定义一：基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象的几何与属性信息，并用数字方式表达的摄影测量的分支学科。

数字摄影测量定义二：基于摄影测量的基本原理，应用计算机技术，从影像（包括硬拷贝影像、数字影像或数字化影像）提取所摄对象的几何与属性信息，并用数字方式表达的摄影测量的分支学科。

数字摄影测量的基本范畴：确定被摄定对象的几何和物理属性，即量测和理解。

计算机辅助测图：以计算机及其输入、输出设备为主要制图工具实现从影像中提取地图信息及其转换、传输、存储、处理和显示。

一个完全的机助测图系统包括数据采集、数据处理和数据输出三部分。

数据采集主要过程：1）像片的定向，在解析测图仪上要进行解析内定向、相对定向和绝对定向或一步定向，在机助的立体坐标仪也要经过上诉定向。

2）像片定向后，要输入一些基本参数，如测图比例尺、图幅的图廓点坐标、测图窗口参数。

3）为了形成最终形式的库存数据，必须给不同的坐标（地物）以不同的属性代码（特征码），因而从测量每一个地物之前必须要输入属性码。

4）逐点量测地物上的每一个应记录点，或对地物、地貌（等高线等）进行跟踪，由系统确定点的记录与否。

5）当发现错误时进行联机编辑，包括删除、修改、增补等功能，不过联机编辑不宜过多以免降低测图仪利用效率。

6）所测数据以图形方式显示在计算机屏幕上，以便监测量测结果的正确与否。

为快速确定需要编辑的地物，在数据采集时要建立屏幕检索表（作用）。

数字地面模型（DTM ）：是地形表 面形态多种信息（地形、环境、土地利用、人口分布等）的一 种数字化表示。

数字表面模型（DSM ）：包含了地表建筑物、桥 梁和树木等高度的数字高程模型数字高程模型DEM ：一个地理信息数据库的基本内核，若只考虑DTM 的地形分量，则为DEM 。

表示区域D 上的三维数字向量序列。

}{n i Z Y X V i i i i ...2,1),,,(==其中，（X,Y)是平面坐标,Z 是D Y X i i ∈),(点对应的高程。