航空攝影測(cè)量指的是在飛機(jī)上用航攝儀器對(duì)地面連續(xù)攝取像片，結(jié)合地面控制點(diǎn)測(cè)量、調(diào)繪和立體測(cè)繪等步驟，繪制出地形圖的作業(yè)。航空攝影測(cè)量單張像片測(cè)圖的基本原理是中心投影的透視變換，立體測(cè)圖的基本原理是投影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)。航空攝影測(cè)量的作業(yè)分外業(yè)和內(nèi)業(yè)。那么航空攝影測(cè)量的方法有哪些呢？

一、測(cè)量方法

航空攝影測(cè)量的測(cè)圖方法主要有3種，即綜合法、全能法和分工法（或稱微分法）。

航空攝影測(cè)量的綜合法是攝影測(cè)量和平板儀測(cè)量相結(jié)合的測(cè)圖方法。地形圖上地物、地貌的平面位置由像片糾正的方法得出像片圖或線劃圖，地形點(diǎn)高程和等高線則用普通測(cè)量方法在野外測(cè)定。它適用于平坦地區(qū)的大比例尺測(cè)圖。

航空攝影測(cè)量的全能法是根據(jù)攝影過(guò)程的幾何反轉(zhuǎn)原理，置立體像對(duì)于立體測(cè)圖儀內(nèi)，建立起所攝地面縮小的幾何模型，借以測(cè)繪地形圖的方法。在立體測(cè)圖儀上安置像片時(shí)依據(jù)內(nèi)方位元素，目的是使恢復(fù)后的投影光束同攝影光束相似（也可在一定條件下變換投影光束）。由于像對(duì)的相對(duì)定向過(guò)程中并未加入控制點(diǎn)，只利用了像對(duì)內(nèi)在的幾何特性，所以建立的幾何模型的方位是任意的，模型的比例尺也是近似值，因此必須通過(guò)絕對(duì)定向才能據(jù)以測(cè)圖。

全能法測(cè)圖的儀器是立體測(cè)圖儀。這類儀器形式繁多，根據(jù)投影系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為3種類型：

①建立實(shí)際投影光線束的光學(xué)投影式的；

②從投影中心至像點(diǎn)一方為實(shí)際的投影光線，而從投影中心至模型點(diǎn)一方則用方向?qū)U代替的光學(xué)機(jī)械投影式的；

③用一根貫穿3個(gè)萬(wàn)向關(guān)節(jié)（它們分別代表像點(diǎn)、投影中心和模型點(diǎn)）的方向?qū)U來(lái)代替投影光線的機(jī)械投影式的。前兩種型式的儀器現(xiàn)已基本淘汰了。立體測(cè)圖儀的結(jié)構(gòu)均須有投影系統(tǒng)、觀測(cè)（觀察和量測(cè)）系統(tǒng)和繪圖系統(tǒng)等幾個(gè)主要部分。使用立體測(cè)圖儀進(jìn)行相對(duì)定向和絕對(duì)定向，是通過(guò)兩個(gè)投影器的角運(yùn)動(dòng)（少數(shù)儀器也有直線移動(dòng)）和測(cè)標(biāo)架上測(cè)標(biāo)的安置動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定向之后，可以通過(guò)立體觀測(cè)，利用儀器上的測(cè)標(biāo)點(diǎn)在地面的立體模型上進(jìn)行地物和地貌的測(cè)繪。有的儀器還可以處理地面攝影的像片，有的可在儀器上作空中三角測(cè)量。

立體測(cè)圖儀自1930年問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展到60年代達(dá)到高峰，以后主要是發(fā)展儀器外圍設(shè)備，例如電子繪圖桌、正射投影裝置（見(jiàn)正射影像技術(shù)）以及坐標(biāo)記錄裝置等。電子繪圖桌有多種功能，可以自動(dòng)地做某些內(nèi)容的繪圖工作。

航空攝影測(cè)量的分工法（微分法）是按照平面和高程分求的原則進(jìn)行測(cè)圖的一種方法。使用的主要儀器是立體量測(cè)儀。它是根據(jù)豎直攝影像對(duì)，量測(cè)左右視差較和在右方像片上勾繪等高線的一種儀器。一個(gè)地面點(diǎn)在左、右兩張像片上構(gòu)像點(diǎn)的橫坐標(biāo) x的差值稱左右視差p，而兩個(gè)地面點(diǎn)的左右視差之差則稱之為左右視差較Δp，這個(gè) Δp是該兩點(diǎn)的高程差所引起的。

在量測(cè)左右視差較Δp的過(guò)程中，借助儀器上的改正機(jī)件，自動(dòng)改正由攝影外方位元素帶來(lái)的影響，使之等于理想像對(duì)的左右視差或左右視差較；而用高差公式計(jì)算高程差；然后用投影轉(zhuǎn)繪儀把在像片上勾繪的等高線以及調(diào)繪的地物，進(jìn)行分帶投影轉(zhuǎn)繪成地形圖。中國(guó)設(shè)計(jì)制造的X－2型視差測(cè)圖儀是在立體量測(cè)儀的基礎(chǔ)上，另加平面改正機(jī)件，改進(jìn)后的儀器，在使用中可把分工法測(cè)圖中的兩個(gè)步驟一次解決，從而提高了作業(yè)效率。意大利、聯(lián)邦德國(guó)也有類似的儀器。

航空攝影測(cè)量的成圖方法和儀器正在向著半自動(dòng)化和自動(dòng)化方向發(fā)展，在這方面解析測(cè)圖儀已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)某删汀?/p>

二、相關(guān)技術(shù)

航空攝影測(cè)量的主題，是將地面的中心投影（航攝像片）變換為正射投影（地形圖）。這一問(wèn)題可以采取許多途徑來(lái)解決。解法、光學(xué)機(jī)械法（亦稱模擬法）和解析法等。在每一種方法中還可細(xì)分出許多具體方法，而每種具體方法又有其特有的理論。其中有些概念和理論是基礎(chǔ)性的，帶有某些共性，如像片的內(nèi)方位元素和外方位元素，像點(diǎn)同地面點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系式，共線條件方程，像對(duì)的相對(duì)定向，模型的絕對(duì)定向和立體觀測(cè)原理等。

像片的內(nèi)方位元素和外方位元素

內(nèi)方位元素用以確定攝影物鏡后節(jié)點(diǎn)（像方）同像片間的相關(guān)位置。利用它可以恢復(fù)攝影時(shí)的攝影光線束。內(nèi)方位元素系指攝影機(jī)主距 f和攝影機(jī)物鏡后節(jié)點(diǎn)在像平面的正投影位于框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值（x0,у0）。這些數(shù)值通過(guò)對(duì)航攝機(jī)鑒定得出，故內(nèi)方位元素總是已知的。確定攝影光線束在攝影時(shí)的空間位置的數(shù)據(jù)，叫做像片或攝影的外方位元素。外方位元素有6個(gè)數(shù)值，包括攝影中心S在某一空間直角坐標(biāo)系中的3個(gè)坐標(biāo)值Xs、Ys、Zs和用來(lái)確定攝影光線束在空間方位的3個(gè)角定向元素，如φ、ω、k角。這些外方位元素都是針對(duì)著某一個(gè)模型坐標(biāo)系O－XYZ而定義的。模型坐標(biāo)系的X坐標(biāo)軸近似地位于攝影的基線方向，Z坐標(biāo)軸近似地與地面點(diǎn)的高程方向相符。在模型坐標(biāo)系內(nèi)所建立的立體模型必須在其后經(jīng)絕對(duì)定向的過(guò)程才能取得立體模型的正確方位。

像點(diǎn)坐標(biāo)變換式

像點(diǎn)ɑ在以攝影中心S為原點(diǎn)，攝影主光軸z坐標(biāo)軸的像空間坐標(biāo)系（S-xуz）中的坐標(biāo)為xɑ、уɑ、zɑ=-f。此時(shí)以S為原點(diǎn)再建立一個(gè)輔助坐標(biāo)系（S-uvw）其中3個(gè)坐標(biāo)軸u、v、w分別與模型坐標(biāo)的3個(gè)坐標(biāo)軸X 、Y、Z相平行。ɑ點(diǎn)在此輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)設(shè)為uɑ、vɑ、wɑ，則其變換關(guān)系式為：

R為旋轉(zhuǎn)矩陣，它是由像空間坐標(biāo)系與輔助坐標(biāo)系的相應(yīng)坐標(biāo)軸間夾角的余弦（稱方向余弦）組成，而這些方向余弦都是像片的3個(gè)角定向元素的函數(shù)。這是一個(gè)重要的基本公式，因?yàn)橛泻芏嗬碚摴交蜃鳂I(yè)公式就是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步演化得出的。例如，在解析攝影測(cè)量中有廣泛應(yīng)用的"共線條件方程式"，就是根據(jù)它的反算式作進(jìn)一步演化得出。

相對(duì)定向

確定像片對(duì)相互位置關(guān)系的過(guò)程。模擬法相對(duì)定向是在立體測(cè)圖儀上進(jìn)行。其理論基礎(chǔ)是使空間所有的同名光線都成對(duì)相交。當(dāng)同名光線不相交時(shí)，則在儀器的觀測(cè)系統(tǒng)中可以觀察到上下視差（常用 Q表示）。上下視差就是兩條同名射線在空間不相交時(shí)在垂直于攝影基線方向中存在的距離。此時(shí)將投影器作微小的直線移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以消除這個(gè)距離。理論上只要能夠在適當(dāng)分布的 5個(gè)點(diǎn)處同時(shí)消除該點(diǎn)處的上下視差，就認(rèn)為已經(jīng)獲得在這個(gè)立體像對(duì)內(nèi)全部上下視差的消除，從而完成了相對(duì)定向，得出立體模型。相對(duì)定向的解析法是在像片上量測(cè)各同名像點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)，例如對(duì)左像片為x1、у1，對(duì)右像片為x2、у2。根據(jù)同名射線共面條件的理論可以推導(dǎo)出這些量測(cè)值與相對(duì)定向元素的關(guān)系式。理論上測(cè)得5對(duì)同名像點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)值，就能夠解算出該像片對(duì)的 5個(gè)相對(duì)定向元素。同名點(diǎn)在左右像片上的縱坐標(biāo)差（у1-у2）習(xí)慣上也稱之為上下視差，用符號(hào)q 表示。

模型的絕對(duì)定向

在攝影測(cè)量中，相對(duì)定向所建立的立體模型常處在暫時(shí)的或過(guò)渡性的模型坐標(biāo)系中，而且比例尺也是任意的，因此必須把它變換至地面測(cè)量坐標(biāo)系中，并使符合規(guī)定的比例尺，方可測(cè)圖，這個(gè)變換過(guò)程稱為絕對(duì)定向。絕對(duì)定向的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是三維線性相似變換，它的元素有7個(gè)，3個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)的平移值，3個(gè)立體模型的轉(zhuǎn)角值和1個(gè)比例尺縮放率。

立體觀測(cè)原理

立體觀察的原理是建立人造立體視覺(jué)，即將像對(duì)上的視差反映為人眼的生理視差后得出的立體視覺(jué)。得到人造立體視覺(jué)須具備3個(gè)條件：①由兩個(gè)不同位置（一條基線的兩端）拍攝同一景物的兩張像片（稱為立體像對(duì)或像對(duì)）；②兩只眼睛分別觀察像對(duì)中的一張像片；③觀察時(shí)像對(duì)上各同名像點(diǎn)的連線要同人的眼睛基線大致平行，而且同名點(diǎn)間的距離一般要小于眼基線（或擴(kuò)大后的眼基距）。若用兩個(gè)相同標(biāo)志分別置于左右像片的同名像點(diǎn)上，則立體觀察時(shí)就可以看到在立體模型上加入了一個(gè)空間的測(cè)標(biāo)。為便于立體觀察，可借助于一些簡(jiǎn)單的工具，如橋式立體鏡和反光立體鏡。對(duì)于那種利用兩個(gè)投影器把左右像片的影像同時(shí)疊合地投影在一個(gè)承影面上的情況，可采用互補(bǔ)色原理或偏振光原理進(jìn)行立體觀察，并用一個(gè)具有測(cè)標(biāo)的測(cè)繪臺(tái)量測(cè)。

三、具體工作

航空攝影測(cè)量需要進(jìn)行外業(yè)和內(nèi)業(yè)兩方面的工作。

航測(cè)外業(yè)工作包括：

①像片控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)。像片控制點(diǎn)一般是航攝前在地面上布設(shè)的標(biāo)志點(diǎn)，也可選用像片上的明顯地物點(diǎn)（如道路交叉點(diǎn)等），用普通測(cè)量方法測(cè)定其平面坐標(biāo)和高程。

②像片調(diào)繪。是圖像判讀、調(diào)查和繪注等工作的總稱。在像片上通過(guò)判讀，用規(guī)定的地形圖符號(hào)繪注地物、地貌等要素；測(cè)繪沒(méi)有影像的和新增的重要地物；注記通過(guò)調(diào)查所得的地名等。通過(guò)像片調(diào)繪所得到的像片稱為調(diào)繪片。調(diào)繪工作可分為室內(nèi)的、野外的和兩者相結(jié)合的3種方法。

③綜合法測(cè)圖。主要是在單張像片或像片圖上用平板儀測(cè)繪等高線。

航測(cè)內(nèi)業(yè)工作包括：

①測(cè)圖控制點(diǎn)的加密。以前對(duì)于平坦地區(qū)一般采用輻射三角測(cè)量法，對(duì)于丘陵地和山地則采用立體測(cè)圖儀建立單航線模擬的空中三角網(wǎng)，進(jìn)行控制點(diǎn)的加密工作。20世紀(jì)60年代以來(lái)，模擬法空中三角測(cè)量逐漸地被解析空中三角測(cè)量代替（見(jiàn)空中三角測(cè)量）。

②用各種光學(xué)機(jī)械儀器測(cè)制地形原圖。