[科普中国]-模拟摄影测量

简介

模拟摄影测量是利用光学或机械交会方法1，直接将象点坐标交会成空间模型坐标，它是一种避免计算的摄影测量。它主要是研究摄影测量的基本原理，包括单张像片和双像成图原理，即摄影过程和几何反转原理、恢复和变换光束原理、像片上地物地貌影像变形规律等，根据这些原理制造各种模拟型测图仪器，包括纠正仪（利用单张像片生成影像图）、立体测图仪（利用双像建立立体模型一次测绘地形图）等仪器的结构原理、操作方法与成图过程等。

模拟型测图仪器的操作比较复杂，对操作员的素质要求比较高，对像片比例尺、成图比例尺都有一定的限制，而且成果产品单一，只能以影像或地形图的开式输出，不利于地形图的保管、修测与补测。2

发展历史19世纪中叶，劳塞达用摄影像片和所谓的“明箱”装置，测制万森城堡图，标志着摄影测量的诞生。当时采用的是图解法逐点测绘。直到本世纪初，才由维也纳军事地理研究所按奥雷尔的思想制成了“自动立体测图仪”，后来由德国卡尔蔡司厂进一步发展，成功地制造出实用的“立体自动测图仪”。由于这些仪器均采用光学投影器或机械投影器或是光学一机械投影器“模拟”摄影过程，用它们交会被摄物体的空间位置，所以我们称之为“模拟摄影测量仪器”。因此，这一发展时期也被称为“模拟摄影测量时代”。在这时期，能够用来解决摄影测量主要问题的现有的全部的摄影测量测图仪，实际上都以同样的原理为基础，这个原理可以称为“模拟原理”。仪器虽冠以“自动”二字，但它只是说能够避免繁琐的计算，即利用光学机械模拟的装置，实现了复杂的摄影测量解算。但它并不是不需要人工来观测。摄影测量技术的发展可以说基本上是围绕开发十分昂贵的立体测图仪来进行的。到了六、七十年代，这种类型的仪器发展到了顶峰。3

特点及比较摄影测量的发展可分为三个阶段，即模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。模拟摄影测量与其他两者相比，其特点如图所示。

解析摄影测量电子计算机的出现和自动控制技术、模数转换技术的实用化，为摄影测量立体测图仪的发展提供了新的技术条件。Helava于1957年提出了摄影测量的一个新概念，就是用“数字投影代替物理投影”。所谓“物理投影”，就是指“光学的、机械的、或光学一机械”的模拟投影。“数字投影”就是利用电子计算机实时地进行共线方程的计算。从而交会被摄物体的空间位置。解析摄影测量是依据像点与相应的地面点间的数学关系，用电子计算机解算像点相应地面点的坐标并进行测图解算的技术。在解析摄影测量中，利用少量的野外控制点，加密测图用的控制点或其它用途的更加密集的控制点的工作，叫做解析空中三角测量，也称为电算加密。电算加密和解析测图仪的出现标志着摄影测量进入解析摄影测量的时代。

解析测图仪与模拟测图仪的主要区别有三点:

(一)、前者使用数字投影方式，后者使用模拟的物理投影方式。(二)、在仪器设计和结构上前者为由计算机控制的坐标量测系统，后者使用纯光学、机械型的模拟测图装置。(三)、在操作方式上前者是计算机辅助的人工操作、后者是完全手工操作。3

数字摄影测量用影像相关(或影像匹配)技术代替双眼观测，实现真正的自动化测图，采用数字方式实现摄影测量自动化，这样，摄影测量发展到了数字摄影测量阶段。随着数字图像处理、模式识别、人工智能、人工神经元网络、专家系统和计算机视觉等学科的不断发展，以及计算机性能的快速提高，数字摄影测量被公认为摄影测量的第三个阶段。数字摄影测量就是以数字影像为基础，用电子计算机进行分析和处理，确定被摄物体的形状、大小、空间位置及其性质的技术。

数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别在于:它处理的原始信息不仅可以是像片，更主要的是数字摄影(如CCD影像)或数字化影像，它最终是以计算机视觉代替人眼的主体观测，因而它所使用的仪器最终将只是通用计算机及其相应外部设备。3

摄影测量简介摄影测量学距今以有二百多年的历史了。最初叫图像量测学(据Ieonometry而来，或译作量影术)。1837年，发明摄影技术后，才叫摄影测量学。数学家勃兰特早在18世纪就论述了摄影测量学的基础—透视几何理论。1839年，法国报导了第一张摄影像片的产生后，摄影测量学开始了它的发展历程。

19世纪中叶，法国陆军上校劳塞达利用所谓“明箱”装置，测制了万森城堡图。劳塞达被公认为“摄影测量之父”。航空技术发达之后，摄影测量学被称作航空摄影测量学。1975年，卫星上天后，航空测量发展到了航天测量，再随着遥感技术的迅速发展，1980年，国际摄影测量学会改称为“国际摄影测量与遥感学会”。摄影测量进人到遥感这个新的历史时期。

摄影测量就是利用摄影技术(主要是航空摄影，也可是地面摄影)摄取物体的影像，从而识别此物体并测求其形状及位置。摄影测量的发展可分为三个阶段，即模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量。

摄影测量三个发展阶段从时间上来看没有严格准确的划分，但基本上，在50年代早期，没有计算机，那时的摄影测量就是要避免计算，对于制图和影像输出都采用模拟技术来实施。60年代早期出现第一批数字式计算机，但摄影测量还是没能跳出传统摄影测量的范围。因此，以上时期属于模拟摄影时期。到了70年代，正射影像和解析测图仪的出现，标志着解析摄影测量时代的到来。当时的摄影测量仪器制造业没有参与软件的研制而且没有严格地考虑硬件，这种情况持续了10年。随着计算机技术的发展，促进了数字制图和计算机图形学的发展，同时遥感也逐渐发展，最终到了80年代左右，开始了数字摄影测量的发展。3

应用测制各种比例尺地形图这是模拟摄影测量最主要的应用之一，我国经济发展很快，城乡建设日新月异，对地形图成图的速度、质量要求愈来愈高，利用摄影测量方法测制地形图，具有精度高、现势性好、经济效益高等优点，正逐渐地被国家级测绘单位采用。还有一些单位已进行了各种比例尺全数字化地形成图试验，并且正在提高生产效率，为以后全面推广奠定了基础。2

为地理信息系统提供数据地理信息系统（GIS）是集计算机科学、地理学、遥感、环境、城市、空间、信息、管理科学为一体的新兴科学，在我国的经济建设中起着不可估量的作用。平板、摄影测量模拟法成图可以通过先测绘地形图，再将地形图数学化获得数据，或者利用解析法成图获得数据，从而为GIS提供数据。2

与CAO数据间的交换模拟摄影测量采集的数据，可以形成各种形式的数据文件，也可以转换成广泛的CAD图形文件。2