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什么是摄影测量？

摄影测量学是一门利用光学像片研究被摄物体的形状、位置、大小、特性及相互位置关系的学科。简而言之，就是一摄影为工具，以测量为目的。

如果我们用拼图来拼凑摄影测量的理论基础，我们会发现摄影与测量是这样相亲相爱的??

透视变换的几何原理

摄影测量理论基础拼图的第一个板块是透视变换的几何原理。离开透视变换，就无法计算相片中物体的形状位置信息。

也就是说，如果没有透视变换，就算你拍出的照片再精美，也无法从照片测量出什么有用信息

有了透视变换，我们才能在二维的纸张/照片上，展现出物体的三维特征。

几何透视变换

文艺复兴初期的意大利建筑师布鲁内莱斯基（Brunelleschi，-），真正建立了几何意义上的透视法。他启发了同时代的画家。马萨乔（Masaccio，-），是第一个运用透视法的画家。

透视窗。从左到右分别是：模特、透视窗、对着透视窗临摹的画家

十九世纪中叶，法国测量学家和摄影测量学的先驱Fourcade首先发现了用立体照片可重建立体视觉，从而促进了摄影测量的诞生。此处高亮“双目视觉”的概念。

成像设备

几何透视变换和双目视觉理论的发展为摄影和测量牵上了线，然而要想共乘友谊之舟不翻船，需要一个重要的工具：

相机？不，用我们学术期刊的专业术语，叫，成像设备。

19世纪早期，德国教授舒尔兹发现银的混合物在日光下会变黑。１８３９年，法国画家达盖尔发明了银版摄影法，并制作了世界上第一台真正的照相机。

年，贝尔实验室的博伊尔和史密斯发明了一种称作为电荷耦合器件（chargecoupleddevice，CCD）的元件，这是一种高感光度的半导体单晶材料。

看到这里，相信无数老法师小伙伴已经露出了欣慰或心酸的微笑，胶片/数码相机的出现，让许多人在“单反穷三代”和“毒、德味、大师、学习了”的大坑中越陷越深，也让摄影测量有了最关键的工具。

哈苏数码相机

在其后漫长的岁月里，相机和照片帮助人们将野外测量工作搬运至室内。”内业“工作成为主体，照片替代了三脚架、经纬仪和标尺，成了主要的研究对象。

传统测绘地形图-------航片

载体

摄影测量的第３个板块是载体。狭义上的摄影测量一般指航空摄影测量，成熟的飞行平台是重要的组成部分。

18世纪，西方的孟格菲兄弟重新发明热气球，并于年第一次载人航行。

一年后，法国的罗伯特兄弟乘坐氢气球飞上天空。

年，法国摄影师纳达尔乘坐气球拍摄了世界上第一张航空影像。

年，莱特兄弟驾驶自制的世界上第一架飞机上了天。

以航天飞行器为载体的摄影测量应运而生。第一次世界大战中，首台航摄仪问世、立体坐标量测仪和立体测图仪投入使用。

年，第一颗卫星被发射到外太空，同时开启了卫星摄影测量时代。

年前后，各国陆续开始深空探测项目，虽然没有“深空摄影测量”的明确说法，摄影测量学者对基于光学的深空探测项目也贡献良多。

月球车玉兔

摄影测量多样化的摄影平台如下图所示：

上排：手持仪器架、地面移动测图系统、无人机；

下排：无人飞艇、国产运12航摄飞机、测绘卫星；

中排：嫦娥月球探测车

测量法和测量工具

年，年仅18岁的高斯发明了最小二乘法。

年，德国的Schmid教授提出光束法区域网平差，这是小孔成像的物理原理与最小二乘的完美结合。

根据测量工具的演进，将摄影测量的发展区分为三个时代。

时代

年代

特征

模拟摄影测量时代

s-s

光学像片、光学仪器、人工量测和解译

解析摄影测量时代

s-s

光学像片、解析测图仪、人工量测和解译

数字摄影测量时代

s-至今

光学、数字像片、计算机、自动量测和解译

各个时代的部分仪器如下：

由此我们可以总结出：

狭义的摄影测量

根据一系列像片，利用三角测量获取像片的位置和姿态，并交会出所摄物体的位置和深度。

摄影测量数学基础

透视几何、核线几何与光束法区域网平差（bundleadjustment）（代表作：王之卓.摄影测量原理，）。

摄影测量产品

DEM、DOM、DRG、DLG、专题图、各级缩编地图等等。

什么是计算机视觉？

如果说摄影测量学是摄影与测量这对好基友结合的产物，那么计算机视觉和摄影测量就可以说是离散多年的兄弟了。

两者在定义、目的、经典算法、概念称呼等都有精妙的类似之处。

计算机视觉的定义可简单概括为“用计算机代替人眼，从图片中重建和解译世界”。

看看这些经典的算法和算子：Canny边缘检测、ShapefromShading、Hough变换、LoG（LaplaceofGaussian）等……

再看看计算机视觉的数学基础：透视几何、核线几何、多视几何、光束法平差……

最后看看视觉几何的应用：

人对着棋盘网格摄影，以检校相机内参数

用SLAM获得的半密集的三维map

采用图割法生成室内模型的深度图

汽车三维模型的构建

可见，仅从视觉中的几何出发，两门学科具有相同的理论基础，差别甚少。而且，技术细节上也有许多相近的实例。

20世纪90年代后，摄影测量与计算机视觉都得到物理和技术领域的强大推动，两个领域的学者们都在处理相似的问题，但也有细微的区别。将两门学科的细微区别与同源等价之处总结归纳（蓝色为区别，紫色为等价）。

区别/

等价

摄影测量

计算机视觉

相机检校

布设高精度三维检校场

常采用二维平面棋盘

空中三角测量

严密的光束法区域网平差

从运动恢复结构

（Structurefrommotion）

SLAM

等价概念

粗差处理中的选权迭代法

权衰减法

（weightdecayingmethod）

最小二乘平差

考虑到法方程系数阵（计算机视觉中叫Hessian矩阵）可能接近秩亏，发展出岭估计法（卫星摄影测量）

L-M法

计算机视觉的经典著作是Marr在年发表的《视觉：从计算的视角研究人的视觉信息表达与处理》，详细分析了二维图像的表达、立体图像的对应和重建、算法以及硬件的实现。

如果仅仅只有这些细微的差别，这两门学科早就合而为一了。两者间的区别主要在于数据源和应用。

如果用表格来表示，两者应用之间的区别为：

摄影测量学

计算机视觉

主要集中于航空/航天平台

以大众Crowd数据为主

目前向无人机、MMS、深空发展

目前向无人机、无人车发展

面阵、线阵专业相机

普通数码相机

最初应用于制图

应用广泛，贴近生活

以实用为主、理论基础稍欠

数学理论基础更好

摄影测量中以地面移动测量系统(mobilemappingsystem,MMS)采集道路和街景；而计算机视觉同样