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《摄影测量学下》课程简介本课程是摄影测量学的下半部分，重点介绍摄影测量的基本原理、数学模型、数据获取和处理,以及在工程测量、文物保护、医疗等领域的广泛应用。课程内容丰富,涵盖了摄影测量的理论和实践,为学生全面理解和掌握该领域知识奠定基础。T.byTRISTravelThailand.

摄影测量学的定义摄影测量学是一门综合性的学科,它结合了摄影学、光学、计算机视觉等多个领域的知识,利用摄影技术对物体进行三维空间测量和分析。它通过分析和处理摄影图像数据,准确计算出目标物体的位置、尺寸、形状等几何参数。

摄影测量学的发展历程119世纪初摄影测量学的前身—摄影学诞生220世纪初立体摄影技术的出现31950年代航空摄影技术的广泛应用41960年代数字化摄影测量技术发展521世纪虚拟现实等新兴应用领域摄影测量学作为一门交叉学科,其发展历程伴随着摄影学、光学、计算机视觉等多个领域的不断进步。从19世纪初的摄影学初步应用,到20世纪航空摄影的广泛应用,再到当今数字化和虚拟现实技术的快速发展,摄影测量学的内涵和外延都不断丰富和拓展。

摄影测量学的应用领域工程测量摄影测量技术广泛应用于基础设施建设、道路规划和管线检测等工程测量领域,可以快速精确地获取目标物体的三维信息。文物保护摄影测量能够记录和重建古建筑、文物等的精确三维模型,为文物保护提供科学依据,助力遗产保护工作。医疗诊断利用摄影测量技术可以快速、无创地获取人体各部位的三维数据,应用于矫形器设计、肿瘤体积测量等医疗领域。虚拟现实摄影测量能够准确捕捉现实世界的三维信息,为虚拟现实和增强现实技术提供底层数据支持,增强沉浸感和真实感。

摄影测量的基本原理基于几何原理摄影测量利用摄像机的成像原理,借助几何关系来测量目标物体的三维信息。利用多角度拍摄可以获得更全面的信息。数学建模通过数学模型对摄像机的内外参数进行精确建模,结合影像数据可得到目标物体的位置、尺寸等几何属性。自动化处理现代摄影测量技术高度自动化,利用计算机视觉算法对影像进行特征提取、匹配和重构,大幅提高工作效率。

摄影测量的基本要素成像系统摄影测量的基础是摄像机的成像原理,包括像素传感器、光学镜头等关键部件。这些构成了捕获影像数据的基础硬件系统。坐标系统摄影测量需要建立多个坐标系统,如世界坐标系、相机坐标系和像平面坐标系,用于描述物体、相机和影像之间的几何关系。数学模型通过数学模型可以对摄像机内参数和外参数进行精确建模和优化,为后续的三维重建和测量提供数学基础。数据处理摄影测量需要对影像数据进行特征提取、匹配、重建等一系列计算机视觉处理,才能从中提取出目标物体的三维信息。

摄影测量的坐标系世界坐标系定义目标物体所处的三维空间坐标系,通常以地理坐标或工程测量坐标为参考。相机坐标系描述相机本身的三维空间位置和姿态,用于建立相机和物体之间的几何关系。像平面坐标系表示二维影像平面上的坐标系,与相机坐标系通过投影关系相连。

摄影机的成像原理摄影测量的基础是摄像机的成像原理。摄像机通过光学镜头将三维物体投射到二维图像平面上,形成数字化的影像数据。这一过程涉及光线的反射、折射等光学原理,以及成像传感器的光电转换等技术。摄像机的成像特性可以通过内参数进行精确建模,如焦距、主点位置、畸变系数等。这些参数决定了物体在图像平面上的投影位置和形状,为后续的测量计算奠定基础。

摄影机的几何模型1透视投影模型摄影机可以通过透视几何模型进行描述,它将三维空间中的物体投影到二维图像平面上。这种投影关系可以通过数学公式精确描述。2针孔相机模型针孔相机是最简单的成像模型,它假设相机的光圈可以视为一个无限小的孔,光线通过此孔成像。这种模型忽略了镜头的光学特性。3畸变校正实际相机镜头会产生各种光学畸变,如径向畸变和切向畸变。通过数学模型对这些畸变进行校正,可以获得更精确的成像结果。

摄影机的参数化内参数摄影机的内参数描述了相机自身的几何和光学特性,如焦距、主点位置、畸变系数等。这些参数决定了物体在二维图像上的投影位置和形状。通过精确建模这些参数,可以实现更准确的三维重建。外参数摄影机的外参数描述了相机在三维空间中的位置和姿态,即相机坐标系相对于世界坐标系的变换关系。这些参数为将二维影像与三维空间进行几何对应奠定了基础。

摄影测量的数学模型1透视投影模型摄影测量利用透视投影的几何关系,通过数学公式将三维物体坐标映射到二维影像平面上。这一模型考虑了相机内部参数和外部位姿等因素,为三维重建奠定基础。2线性解算法基于透视投影模型,可以使用线性代数方法对相机参数进行解算。通过大量的影像数据和控制点信息,可以得到相机的内外参数及目标物体的三维坐标。3非线性优化为进一步提高精度,需要采用非线性优化方法对上述初始解进行迭代优化。常用的算法包括bundle调整等,可以最小化重投影误差,