【科普】摄影测量学的前世、今生与未来，值得珍藏！
故事要从小编的一位师兄说起⋯⋯
有一天小编很随意地问师兄，话说师兄你当时为啥选了摄影测量专业？
师兄沉痛的：你师兄从小就艺术细菌浓厚，特别喜欢照相，想着选一个摄影相关专业，以后就可以走上摄影师的艺术道路了⋯⋯
不得不说，这又是一个【测绘版友谊的小船说翻就翻】的故事啊⋯⋯
不过，今天我们要说的，是一个友谊的小船推开波浪的故事⋯⋯
这个故事的主角包括：
摄影、测量、摄影测量、计算机视觉、遥感、人工智能、深度学习……
有点乱，让我捋捋，大概就是：
∙摄影测量到底是一个什么样的专业？
∙摄影和测量这两项看似八竿子打不着的职业是如何成为好基友并孕育出一门学科的呢？
∙计算机视觉和摄影测量是什么关系？
∙遥感和摄影测量是什么关系？
∙人工智能、深度学习和摄影测量学的发展有什么关系？
∙未来的摄影测量学会是怎样的？
中国科学院院士，龚健雅教授在学术论文《从摄影测量到计算机视觉》中对摄影测量学的前世今生做了详尽的介绍，并展望了摄影测量的未来，指出与计算机视觉、人工智能等学科的进一步交叉融合是摄影测量发展的必然之路
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，就是以摄影为工具，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⋯⋯
01
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，1377-1446），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，1401-1428），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。
02
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。
锦州干豆腐
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。
1969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（charge coupled device，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
03
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。
wyyyy18世纪，西方的孟格菲兄弟重新发明热气球，并于1783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。
1858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。
1903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1318立体测图仪投入使用。
1957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。
2000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；
生活小故事
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
04
测量法和测量工具
1795年，年仅18岁的高斯发明了最小二乘法。
1959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。大肠的做法
异常心理时代
年代
特征
模拟摄影测量时代
1860s-1960s
光学像片、光学仪器、人工量测和解译
全屏截图解析摄影测量时代
1950s-1990s
光学像片、解析测图仪、人工量测和解译
数字摄影测量时代广东大学录取分数线
1970s- 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（bundle adjustment）（代表作： 王之卓.摄影测量原理，1990）。
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、Shape from Shading、Hough 变换、LoG（Laplace of Gaussian）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
英语绘本小故事
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。
