利用显微摄影、X光摄影、视频摄影等特种摄影手段获取被测物体的影像（像片或数字影像），提取被测物体的信息，并确定被测物体的特性。

19世纪90年代中期，德国物理学家W.C.伦琴（Wilhelm Conrad Rontgen）发现了X射线，而在此之前摄影测量科学的基础已奠定，立体像对也已用于测制地形图。因此，在发现X射线后，X射线摄影测量开始被广泛用于肉眼不可见物体的内部研究。1897年，法国学者成功设计了立体量测仪，但由于X射线摄影技术尚处于较低水平，所以所设计的仪器并未得到实际应用。直到1970年，瑞士摄影测量学家才对X射线摄影测量理论进行了系统的阐述。

20世纪30年代后期，由于第二次世界大战的军事需要，雷达技术获得飞速发展。50年代初期，美国成功研制了工作在微波频率的能够产生地面图像的机载真实孔径侧视雷达，但由于保密原因，这些雷达直到60年代初期，才用于地球资源探测。合成孔径雷达（SAR）从50年代初提出并研制，到60年代初就进入实用阶段，仅用10余年时间就从科技转化为生产力，足见其具有突出的优点以及重大的实用价值。从雷达摄影测量发展的历程可知，50年代末完成了从真实孔径雷达到合成孔径雷达的转变，70年代末完成了从机载合成孔径雷达到星载合成孔径雷达的转变，80年代完成了从光学记录和处理到主要以数字记录和处理的转变，90年代完成了从单波段、单极化成像方式到多波段、多极化的成像方式的转变。

20世纪40年代末，出生于匈牙利的英国人盖伯发明了全息摄影，为改进电子显微镜性能做出了巨大贡献。虽然已清楚地指出了记录三维物体的可能性，但是由于盖伯所用的光源的关系，他的第一次光学表演仅仅局限于用简单的透明物体，而在1965年，莱斯和阿普尼克斯用激光光源首次成功实现重现固态漫反射物体的三维成像。不久之后就有几个团体认识到一张全息底片不仅能存储影像，而且还能在存储产生该像的波前表现出新奇的干涉效应，所产生的干涉条纹好像凝结在合成的全息底片里面，并且可以把他们解释为构成各个全息图形的显微干涉图像之间的莫尔图样，全息摄影测量也由此应运而生。从70年代末期开始，全息摄影测量技术就已向应用化和社会化发展，其中应用化以干涉计量应用程度最高，而社会化以全息显示为主。

20世纪70年代，随着摄影测量技术的广泛应用，出现了利用物方空间和像方空间处在两种不同介质中拍摄的图像确定被摄目标几何特性的测量技术——双介质摄影测量。作为特种摄影测量的一个分支，双介质摄影测量在过去的近40年内得到了不少研究和应用，其中水下摄影测量被广泛用于测制海底地图，并为水生物学、水文学、水下考古、探坝、核反应器探查和水下近景变形测量等学科提供测量手段。

1974年，国际摄影测量学会（ISP）第五委员会在华盛顿召开了专题讨论会，名为《生物立体测量-74》，会上讨论了摄影测量在医学中应用的前景。许多代表的发言令人信服生物医学摄影测量这一新发展的重要性。20世纪90年代末，生物医学摄影测量广泛应用于国内外医学界，如整形外科，为诊断分析提供定量的数据，同时在体育研究领域的应用也得到了长足的发展。生物医学摄影测量以影像学为基础，以摄影测量方法为处理手段。它以非接触的方法获知患者的身体状况，方便快捷，在医疗诊断过程中提供了精确的定量数据，为医疗水平的提高做出了突出的贡献。

特种摄影测量是不接触被摄目标的测量手段，主要包括全息摄影测量、双介质摄影测量、水下摄影测量、视频摄影测量、弹道摄影测量、生物医学摄影测量、X射线摄影测量、雷达摄影测量等。特种摄影测量具有如下优点：①在特殊波段成像并采用特殊摄影方式，可以探测到不易被发现物体的本质特征。②量测工作和信息获取在时间和空间上是相互独立的。③自动化程度高。④对特定的对象采取相应的特种测量手段进行处理，其结果更具针对性。⑤全部的测量信息可以作为数据文件进行存储。特种摄影测量主要应用于地质探矿、生物医学、工业生产等领域，以获取特定目标的位置、大小、形状、与周围物体的相互辨析以及物理特性等信息。与此同时，其部分技术手段也同样适用于地形目标的测绘，比如雷达摄影测量在快速地形测绘、应急救灾保障及常年阴雨地区的地形图更新等方面具有十分重要的应用价值，为国民经济建设和国防建设提供了重要的技术支撑。

特种摄影测量在实际生产中有着广泛的使用空间和广阔的发展前景。

应用经典摄影测量学的全部理论和成就，提高了X射线探伤和X射线诊断的信息量和准确度，大大减少了手术事故。在工业领域，X射线摄影测量被用于检查材料和焊接的内部隐患，研究建筑材料和工程建筑物的内部形变；在医学方面，X射线立体摄影测量应用于脑外科，进行大脑手术前的高精度测量。此外，对恶性肿瘤放射治疗时，X射线立体摄影测量被用于校正离子辐射源。随着X射线摄影的发展，出现了X射线显微摄影，其分解力大大超过光学显微镜的分解力。但是，由于测量精度要求日渐提高，将X射线立体摄影测量用于处理X射线显微摄影像片，仍需要进行大量的理论探讨和研制新设备。

由于其具有全天候，穿透能力强，可获取光学遥感之外信息等优点，因此在地球资源探测、环境监测和军事等方面应用十分广泛。例如，欧空局发射的ERS卫星携带成像模式以及波谱模式合成孔径雷达，被用于研究海洋环流、洋流、潮汐及内波传播，了解全球风和波浪的关系，分析极地冰盖以及海冰，测量浅水区的海底地形并检测海面温度。雷达摄影测量在现代军事测绘中的应用主要包括两个方面：①为军事指挥机关提供超前或近实时的测绘保障。②以直接融合的方式成为现代武器系统的一个重要组成部分。伴随机载和星载SAR数据源的增多和计算机技术的飞速发展，基于数字工作站的雷达摄影测量已得到广泛使用，并能生产出高精度数字地形图和数字正射影像。此外，干涉合成孔径雷达理论和方法已经较为完善，取得了丰硕的研究成果，显示了干涉摄影测量技术在获取地表三维信息和动态监测等方面的独特优势和广阔的应用前景。

利用一定方向的激光光束投射到全息图上，获取原物体三维结构图像的摄影测量方法。用一个激光器光源制作的全息底片再现出的三维影像具有完整性以及真实性，并且将全息底片所重现的一个或多个波前用干涉测量法进行比较，其应用范围更加广泛。例如，对震动着的物体进行全息摄影后再现均时干涉条纹进行测量，可以对拟在表面挠曲状态下工作的高频挠曲晶体的厚度进行检测。另外，应用两次曝光全息底片可对某些材料在受到了一些干扰以后所发生的缓慢变化进行测量。

成像光线穿过不同介质界面时的折转，一直以来是双介质摄影测量的核心技术问题。成像光线的折转量与介质的种类、密度、纯净度、温度、形态等有关。水下摄影测量、过水摄影测量、穿过耐压舱玻璃的摄影测量，均属双介质摄影测量乃至多介质摄影测量范畴。作为双介质摄影测量重要组成部分，水下摄影测量被广泛用于水下地质研究、水下环境探测、潜艇营救、沉船探察、电缆探察与修复、油管监测、考古、海底生物研究、锰核取样、海底详图测绘、水下人工构筑物监测等领域。