攝影測量學

攝影測量學是通過影像研究信息的獲取、處理、提取和成果表達的一門信息科學。傳統的攝影測量學是利用光學攝影機攝得的影像，研究和確定被攝物體的形狀、大小、性質和相互關係的一門科學與技術。它包括的內容有：獲取被研究物體的影像，單張和多張像片處理的理論、方法、設備和技術，以及將所測得的成果如何用圖形、圖像或數字表示。

基本介紹

• 中文名：攝影測量學
• 外文名：photogrammetry
• 學科：測繪學
• 套用：工業、建築、生物等

特點

攝影測量學的主要特點是在像片上進行量測和解譯，無需接觸物體本身，因而很少受自然和地理等條件的限制。影像是客觀物體或目標的真實反映，信息豐富、逼真。人們可從中獲取所研究物體的大量幾何信息和物理信息。因此，攝影測量可廣泛套用於各個方面。只要物體能被攝成影像，都可使用攝影測量的方法和技術解決某一方面的問題。被攝物體可以是固體、液體或氣體；也可是靜態或動態；可以是微小的(如電子顯微鏡下的細胞)或巨大的(宇宙星體)。由於這些靈活性，使攝影測量除用於地形測繪外，還可用於工業、建築、生物、醫學、考古等方面。從而可把攝影測量分為地形攝影測量和非地形攝影測量兩大類。

主要任務

攝影測量學的主要任務是測制各種比例尺的地形圖，建立地形資料庫，並為各種地理信息系統和土地信息系統提供基礎數據。因此，攝影測量學在理論、方法和儀器設備等方面的發展，都受到地形測量、地圖製圖、數字測圖、測量資料庫和地理信息系統的影響。

發展階段

從1839年尼普斯和達意爾發明攝影術算起，攝影測量已有170多年的歷史。但將攝影術真正用於測量的是法國陸軍上校勞賽達特，他在1851~1859年提出和進行了交會攝影測量。由於當時飛機尚未發明，攝影測量的幾何交會原理僅限於處理地面的正直攝影，主要是用來進行建築物攝影測量，而不是用來進行地形測量。

從空中拍攝地面的照片，最早是1858年納達在氣球上拍攝的。1903年萊特兄弟發明飛機後，才使航空攝影測量成為可能。在第一次世界大戰時期，第一台航空攝影機問世。由於航空攝影比地面攝影有明顯的優越性（如視場開闊、無前景擋後景現象、可快速獲得大面積地區的像片等），使得航空攝影測量成為20世紀以來大面積測制地形圖的最有效方法。1901年研製了立體坐標量測儀，1909年研製了1318立體自動測圖儀，這些儀器主要用於地面攝影測量。從20世紀30年代到50年代末，各國主要測量儀器廠針對航空地形攝影測量研製和生產了各種類型的模擬測圖儀器。這個時期是模擬航空攝影測鼙的黃金時期。在我國，模擬航空攝影測量一直延續到20世紀70年代末。

模擬航空攝影測量指的是用光學或機械方法模擬攝影過程，使兩個投影器恢復攝影時的位置、姿態和相互關係，構成一個比實地縮小了的幾何模型，即所謂攝影過程的幾何反轉，在此模型上的量測即相當於對實地的量測，量測的結果是通過機械或齒輪傳動等方法直接在繪圖桌上繪出，如地形圖或各種專題圖。

由於計算機及計算技術的發展，人們開始使用計算機來完成攝影測量中複雜的幾何解算和大量的數值計算。這便出現了始於20世紀50年代末的解析空中三角測量儀、解析測圖儀與數控正射投影儀，開闢了解析攝影測量的新紀元。1957年，海拉瓦博士提出了利用計算機進行解析測圖的思想，限於當時計算機的發展水平，解析測圖儀經歷了近20年的研製和試用階段。到了20世紀70年代中期，計算機技術的發展才使解析測圖儀進入了商用階段。

解析攝影測量的進一步發展是數字攝影測量。從廣義上講，數字攝影測量指的是從攝影測量和遙感所獲取的數據中，採集數位化圖形或數位化影像，在計算機中進行各種數值、圖形和影像處理，研究目標的幾何和物理特性，從而獲得各種形式的數字產品和可視化產品。這裡的數字產品包括數字地圖、數字高程模型、數字正射影像、測量資料庫、地理信息系統和土地信息系統等。這裡的可視化產品包括地形圖、專題圖、縱橫剖面圖、透視圖、正射影像圖、電子地圖、動向地圖等。對數字/數位化影像在計算機中進行全自動化數字處理的方法稱為全數位化攝影測量，它包括自動影像匹配與定位、自動影像判讀兩大部分。自動影像匹配與定位是對數字影像進行分析、處理、特徵提取和影像匹配，然後進行空間幾何定位．建立數字高程模型和獲得數字正射影像。所獲得的可視化產品則為等高線圖和正射影像圖等。由於自動影像匹配與定位能代替人眼立體觀測的過程，故而是一種計算機視覺方法。自動影像判讀是解決對數字影像的定性描述，並稱為數字圖像分類。數字圖像低級的分類方法是基於灰度、特徵和紋理等，多用統計分類方法；數字圖像高級的分類則基於知識，構成分類專家系統。

數字攝影測量的發展還推動了實時攝影測量的問世。所謂實時攝影測量是用CCD多數字攝影機直接對目標進行數字影像獲取，並直接輸入計算機系統中。在實時軟體作用下，立刻獲得和提取需要的信息，並用來控制對目標的操作。這種實時攝影測量系統主要用於醫學診斷、工業過程控制和機器人觀察方面。在陸地車載或空中機載、星載系統中，利用GPS定位技術和CCD影像技術可以實時地直接為GIS採集所需要的數據和信息，對軍用和民用都有極大的意義。

綜上所述，攝影測量經歷了模擬法、解析法和數位化三個發展階段。

分類

攝影測量學可從不同角度進行分類。按攝影距離的遠近分，可分為航天攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量、近景攝影測量和顯微攝影測量。按用途分類，有地形攝影測量與非地形攝影測量。地形攝影測量主要用於測繪國家基本地形圖，工程勘察設計和城鎮、農業、林業、土地等部門的規劃與資源調查用圖和相應的資料庫；非地形攝影測量用於解決資源調查、變形觀測、環境監測、軍事偵察、彈道軌跡測量、爆破以及工業、建築、考古、地質工程、生物醫學等方面的科學技術問題。按處理的技術手段分，有模擬法攝影測量、解析法攝影測量和數字攝影測量。模擬法攝影測量的成果為各種圖件（地形圖、專題圖等），解析法和數字攝影測量除可提供各種圖件外，還可直接為各種資料庫和地理信息系統提供數位化產品。

與測繪學科的關係

測繪學是研究地球與地表信息的一種學科，是測量學和地圖製圖學的總稱。測量學是用科學手段獲取有關地球形狀、大小、重力場，測定地麵點的平面位置和高程，識別地物、地貌特徵、類別，屬性、分布和地理名稱等信息，經加工處理，綜合製成各種類型的成果，像片、圖件和其他資料，地圖製圖學是研究地圖製作的理論、工藝和套用，它是以測量信息為基礎製作地圖，再加上各種非測量信息，製成各種比例尺的地形圖與各類專題套用圖。攝影測量學是測繪學科的一個分支。根據目前的發展，測繪可分為大地測量學、攝影測量與遙感學、地圖製圖學、工程測量學、地籍測量學、海洋測繪學、軍事測繪學等。

測繪學是一個古老的學科，相傳公元前兩千多年夏代《九鼎》就是一幅體現測繪技術的原始地圖。攝影測量學，則是這一古老學科中發展歷史較短的一個學科。但由於它與新興科學有著血緣的相互關係，它的發展，必然影響整個測繪學科的發展。例如與攝影測量有著血緣關係的航天攝影技術，巾子計算技術、信息科學等都極大地影響了測繪學的發展，使測繪學成為一門地理信息科學，為國家管理、決策、建設提供各種基本信息。測繪的儀器與處理手段，也正在向電子化、自動化方向發展，其成果則由圖錶轉為各種信息系統。