[科普中国]-摄影测量学

摄影测量学是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。传统的摄影测量学是利用光学摄影机摄得的影像，研究和确定被摄物体的形状、大小、性质和相互关系的一门科学与技术。它包括的内容有：获取被研究物体的影像，单张和多张像片处理的理论、方法、设备和技术，以及将所测得的成果如何用图形、图像或数字表示。1

特点摄影测量学的主要特点是在像片上进行量测和解译，无需接触物体本身，因而很少受自然和地理等条件的限制。影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、逼真。人们可从中获取所研究物体的大量几何信息和物理信息。因此，摄影测量可广泛应用于各个方面。只要物体能被摄成影像，都可使用摄影测量的方法和技术解决某一方面的问题。被摄物体可以是固体、液体或气体；也可是静态或动态；可以是微小的(如电子显微镜下的细胞)或巨大的(宇宙星体)。由于这些灵活性，使摄影测量除用于地形测绘外，还可用于工业、建筑、生物、医学、考古等方面。从而可把摄影测量分为地形摄影测量和非地形摄影测量两大类。1

主要任务摄影测量学的主要任务是测制各种比例尺的地形图，建立地形数据库，并为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。因此，摄影测量学在理论、方法和仪器设备等方面的发展，都受到地形测量、地图制图、数字测图、测量数据库和地理信息系统的影响。2

发展阶段从1839年尼普斯和达意尔发明摄影术算起，摄影测量已有170多年的历史。但将摄影术真正用于测量的是法国陆军上校劳赛达特，他在1851~1859年提出和进行了交会摄影测量。由于当时飞机尚未发明，摄影测量的几何交会原理仅限于处理地面的正直摄影，主要是用来进行建筑物摄影测量，而不是用来进行地形测量。

从空中拍摄地面的照片，最早是1858年纳达在气球上拍摄的。1903年莱特兄弟发明飞机后，才使航空摄影测量成为可能。在第一次世界大战时期，第一台航空摄影机问世。由于航空摄影比地面摄影有明显的优越性（如视场开阔、无前景挡后景现象、可快速获得大面积地区的像片等），使得航空摄影测量成为20世纪以来大面积测制地形图的最有效方法。1901年研制了立体坐标量测仪，1909年研制了1318立体自动测图仪，这些仪器主要用于地面摄影测量。从20世纪30年代到50年代末，各国主要测量仪器厂针对航空地形摄影测量研制和生产了各种类型的模拟测图仪器。这个时期是模拟航空摄影测鼙的黄金时期。在我国，模拟航空摄影测量一直延续到20世纪70年代末。

模拟航空摄影测量指的是用光学或机械方法模拟摄影过程，使两个投影器恢复摄影时的位置、姿态和相互关系，构成一个比实地缩小了的几何模型，即所谓摄影过程的几何反转，在此模型上的量测即相当于对实地的量测，量测的结果是通过机械或齿轮传动等方法直接在绘图桌上绘出，如地形图或各种专题图。

由于计算机及计算技术的发展，人们开始使用计算机来完成摄影测量中复杂的几何解算和大量的数值计算。这便出现了始于20世纪50年代末的解析空中三角测量仪、解析测图仪与数控正射投影仪，开辟了解析摄影测量的新纪元。1957年，海拉瓦博士提出了利用计算机进行解析测图的思想，限于当时计算机的发展水平，解析测图仪经历了近20年的研制和试用阶段。到了20世纪70年代中期，计算机技术的发展才使解析测图仪进入了商用阶段。

解析摄影测量的进一步发展是数字摄影测量。从广义上讲，数字摄影测量指的是从摄影测量和遥感所获取的数据中，采集数字化图形或数字化影像，在计算机中进行各种数值、图形和影像处理，研究目标的几何和物理特性，从而获得各种形式的数字产品和可视化产晶。这里的数字产品包括数字地图、数字高程模型、数字正射影像、测量数据库、地理信息系统和土地信息系统等。这里的可视化产品包括地形图、专题图、纵横剖面图、透视图、正射影像图、电子地图、动向地图等。对数字/数字化影像在计算机中进行全自动化数字处理的方法称为全数字化摄影测量，它包括自动影像匹配与定位、自动影像判读两大部分。自动影像匹配与定位是对数字影像进行分析、处理、特征提取和影像匹配，然后进行空间几何定位．建立数字高程模型和获得数字正射影像。所获得的可视化产品则为等高线图和正射影像图等。由于自动影像匹配与定位能代替人眼立体观测的过程，故而是一种计算机视觉方法。自动影像判读是解决对数字影像的定性描述，并称为数字图像分类。数字图像低级的分类方法是基于灰度、特征和纹理等，多用统计分类方法；数字图像高级的分类则基于知识，构成分类专家系统。

数字摄影测量的发展还推动了实时摄影测量的问世。所谓实时摄影测量是用CCD多数字摄影机直接对目标进行数字影像获取，并直接输入计算机系统中。在实时软件作用下，立刻获得和提取需要的信息，并用来控制对目标的操作。这种实时摄影测量系统主要用于医学诊断、工业过程控制和机器人观察方面。在陆地车载或空中机载、星载系统中，利用GPS定位技术和CCD影像技术可以实时地直接为GIS采集所需要的数据和信息，对军用和民用都有极大的意义。

综上所述，摄影测量经历了模拟法、解析法和数字化三个发展阶段。3

分类摄影测量学可从不同角度进行分类。按摄影距离的远近分，可分为航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量和显微摄影测量。按用途分类，有地形摄影测量与非地形摄影测量。地形摄影测量主要用于测绘国家基本地形图，工程勘察设计和城镇、农业、林业、土地等部门的规划与资源调查用图和相应的数据库；非地形摄影测量用于解决资源调查、变形观测、环境监测、军事侦察、弹道轨迹测量、爆破以及工业、建筑、考古、地质工程、生物医学等方面的科学技术问题。按处理的技术手段分，有模拟法摄影测量、解析法摄影测量和数字摄影测量。模拟法摄影测量的成果为各种图件（地形图、专题图等），解析法和数字摄影测量除可提供各种图件外，还可直接为各种数据库和地理信息系统提供数字化产品。2

与测绘学科的关系测绘学是研究地球与地表信息的一种学科，是测量学和地图制图学的总称。测量学是用科学手段获取有关地球形状、大小、重力场，测定地面点的平面位置和高程，识别地物、地貌特征、类别，属性、分布和地理名称等信息，经加工处理，综合制成各种类型的成果，像片、图件和其他资料，地图制图学是研究地图制作的理论、工艺和应用，它是以测量信息为基础制作地图，再加上各种非测量信息，制成各种比例尺的地形图与各类专题应用图。摄影测量学是测绘学科的一个分支。根据目前的发展，测绘可分为大地测量学、摄影测量与遥感学、地图制图学、工程测量学、地籍测量学、海洋测绘学、军事测绘学等。

测绘学是一个古老的学科，相传公元前两千多年夏代《九鼎》就是一幅体现测绘技术的原始地图。摄影测量学，则是这一古老学科中发展历史较短的一个学科。但由于它与新兴科学有着血缘的相互关系，它的发展，必然影响整个测绘学科的发展。例如与摄影测量有着血缘关系的航天摄影技术，巾子计算技术、信息科学等都极大地影响了测绘学的发展，使测绘学成为一门地理信息科学，为国家管理、决策、建设提供各种基本信息。测绘的仪器与处理手段，也正在向电子化、自动化方向发展，其成果则由图表转为各种信息系统。1

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方正 - 副教授 - 江南大学