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1、5.影响近景摄影测量精度的因素,1）像点坐标的质量（影像获取设备的性能、像点坐标量测精度、系统误差的改正程度等）；2）摄影条件、标志设计与使用、摄影方式；3）控制质量；4）图像处理与摄影测量处理的能力、水平，如人工量测量与自动量测,1.非量测摄影机,A、不是专为测量目的而设计制造，结构不严谨；b、内方位元素未知且不能记录；c、无外部定向设备；d、光学畸变差大；e、无改正底片变形的措施；F、使用方便；g、普及，社会拥有量大。,2.量测摄影机,A、专为测量目的而设计制造，结构严谨，经过严格检校；B、内方位元素已知，可记录；C、具有外部定向设备；D、光学畸变差小；E、有机械或光学框标；F、采取措施压
2、平底片；,3.半量测摄影机,A、不具备量测摄影机的性能；B、具有改正底片变形的格网； （非量测摄影机加装格网）,4.格网摄影机,A、具备量测摄影机的性能；B、具有改正底片变形的格网； （量测摄影机加装格网）,瑞士Wild P31,瑞士P32,德国UMK型,CRC系列,Hasseblad(哈苏),普通135、120型相机，高速摄影机、X光机、电影摄影机,则目标点物方空间坐标中误差为：,几点结论：-为提高精度，应尽可能拍摄摄影比例尺大的像片，即尽可能减小摄影距离，选用主距大的摄影机；-为提高精度，应尽可能拍摄摄影基线大的像对；-为提高精度，应尽可能提高像点坐标的质量，包括像点坐标的量测质量、剔除各
3、类系统误差的能力；-一般情况下，摄影方向的中误差最大，常以mZ估算精度；,一、以（x,y,p）为观测值的正直摄影精度估算,二、以（x1,y1,x2,y2）为观测值的正直摄影精度估算,某单位研制成功由两台Nikon D100型数码相机组成的立体摄影测量系统，使用定焦的35mm镜头，现对4.5m远的某体育场模型按正直摄影方式拍摄立体影像对，同名点的影像坐标按单片方式量测（即测出了同名像点坐标），量测精度为10m，若要求摄影方向的测量精度优于5.0mm，请估算相机间的最短距离应安置为多少？,思考题,其中,则景深为：,景深大小与调焦距、焦距、光圈号数、模糊圈直径相关。,景深的大小，首先与镜头焦距有关，
4、焦距长的镜头，景深小，焦距短的镜头景深大。其次，景深与光圈有关，光圈越小(数值越大，例如f16的光圈比f11的光圈小)，景深就越大；光圈越大(数值越小，例如f2.8的光圈大于f5.6)景深就越小。其次，前景深小于后景深，也就是说，精确对焦之后，对焦点前面只有很短一点距离内的景物能清晰成像，而对焦点后面很长一段距离内的景物，都是清晰的。,景深：给定光圈和模糊圈大小，被摄影空间能够获得清晰构像的深度范围。景深D为沿光轴方向的后景距D2与前景距D1的差值,D = D2-D1,算例：a、设物镜焦距f=100mm，取光圈号数k=16，模糊圈直径E=0.05mm，当调焦距D=2m时，计算超焦距H、前景距D
5、1、后景距D2及景深D。,b、设物镜焦距f=100mm，取光圈号数k=5.6，模糊圈直径E=0.05mm，当调焦距D=2m时，计算超焦距H、前景距D1 、后景距D2 及景深D。,b.如用一架普通135相机对某目标进行测光，安置的感光度为ISO100，光圈号数安置为8，此时测得的曝光时间为1/60秒。用P31摄影机对此目标摄影，选用的感光材料的感光度为ISO12.5，安置的光圈号数为16，试确定其正确的曝光时间。,s和S分别为普通相机上给定的感光度和所用近景摄影机上拟使用感光材料的感光度,举例：a.如用一架普通135相机对某目标进行测光，安置的感光度为ISO100，光圈号数安置为8，此时测得的曝
6、光时间为1/60秒。用P31摄影机对此目标摄影，选用的感光材料的感光度为ISO400，安置的光圈号数为11，试确定其正确的曝光时间。,推算比较法也可通过逐步推算得出结果。推算原则是：a.光圈号数不变，感光度增大一倍，曝光时间减小一档，感光度减小一倍，曝光时间增大一档；b.感光度不变，光圈号数增大一档，曝光时间增加一档，光圈号数减小一档，曝光时间减小一档。注意：相邻光圈号数间的关系为 倍,近景摄影测量中，立体像对的获取方法： 使用立体摄影机或立体摄影系统 移动相机法 移动目标法 旋转被摄目标法,表面处理方法：,1、利用投影设备将光栅、格网、及图案、图象投影到物体表面，形成人工纹理；,2、利用激光
7、经纬仪、激光笔，按一定规则将激光投射到被测目标上，形成人工纹理；,3、在被测目标表面粘贴人工标志，形成人工纹理；,4、在被测目标表面上绘制人工纹理,一、摄影机与摄像机的选择,模拟法近景摄影测量：量测型摄影机解析法近景摄影测量：任何类型摄影机数字法近景摄影测量：固态摄像机（CCD),摄影机选择原则：,满足精度原则效率高原则,注意事项： 1.当被测物体的摄影距离必须很远/近时，应选择焦距长/短的摄影机； 2.拍摄更大比例尺的影像，应使摄影距离尽量近或选择焦距尽量长的相机等。,二、从像点的点位精度选择摄影机,像点位置的误差主要来源于光学畸变、底片压平误差以及底片变形.为了保证像点的准确位置，量测摄影
8、机上采取了以下措施：1.摄影机物镜系统设计考究，使物镜畸变差限 制在很小的范围之内；2.采用底片压平技术，将底片贴附在承片框平 面上压平；3.补偿底片变形的影响；4.采用量测摄影机（记录内外方位元素）,摄影基线确定基本原则： 使用尽量长的基线B，以提高测量精度 应避免不能进行立体测绘的死角出现，必要时可缩短基线，甚至对摄影基线的方向和长度重新考虑。,5.1 近景摄影测量控制的一般概念,一、近景摄影测量控制的目的1、把所构建的近景摄影测量网纳入到给定的物方空间坐标系中；2、利用多余的控制（包括控制点和相对控制）加强近景摄影测量网的强度；3、利用多余的控制点和相对控制检查近景摄影测量的精度和可靠性
9、。,三、物方空间坐标系的定义方法1.按控制点定义2.按物方距离定义3.按摄站到物方点距离定义,1.平面坐标精度分析,mA、mB : 测站点A、B的点位中误差 m: 角A或B的测角中误差 S：基线AB0的长度,2.高程精度分析,mS: 测站点与待定点间测距中误差； m: 垂直角测角中误差,基线的确定方法：1）钢尺、皮尺；2）因瓦尺；3）测距仪；4）标准尺法,室内控制场:又称室内实验场，是室内建立的三维控制系统，系统内按一定规律布设有一群已知空间坐标的控制标志。,活动控制系统:均匀分布有一定数量的二维或三维控制标志的可携带的轻型金属构架。,三、活动控制系统的测量方法1. 普通工程测量前方交会法测定
10、2. 三维坐标量测仪测量3. 摄影测量方法4. 使用“景深法”测定,相对控制：相对控制是指在近景摄影测量中布置在物方空间的未知点间的某种已知几何关系。,课堂讨论： 若有一放置于地面的佛像高度为6.2m，测量环境开阔。现需要用摄影测量方法环绕其四周拍摄正直摄影立体像对，并在BC2解析测图仪上绘制其等值线，要求测量精度为2mm。试设计一个测量像控点的控制测量方案。,背景：“南海观音”佛像，玻璃钢制，高6.2米，莲花座直径3.7米。使用近景摄影测量方法测量其横断面和纵断面。,近景摄影测量的像控点测量中，为使控制点的 中误差m控对待定点的坐标中误差不构成影响， 测量中应达到的精度要求为（）；2.在近景
11、摄影测量控制点的施测中，前方交会用于 确定控制点的（）坐标。3.下面表述是否正确：近景摄影测量中的相对控制是指物方空间布置的控制点间的某种已知几何关系，如已知的长度（）。,习题,4. 近景摄影测量中实施控制的目的是什么?5. 近景摄影测量中对控制点的测量精度要求是什么？6 .什么是相对控制？试举几例。7 .近景摄影测量中，叙述测量控制点一般方法的基本原理与操作步骤。,共线条件方程可用于解算：1）可解算内方位元素 空间后方交会、光线束法、直接线性变换2）可解算外方位元素 空间后方交会、光线束法、直接线性变换3）可解算物方空间坐标（X，Y，Z） 空间前方交会、光线束法、直接线性变换,4）可解算系统
12、误差参数，如 畸变系数空间后方交会、自检校光线束法、直接线性变换等5）可解算像点坐标（x,y） 用于生成模拟数据、逆摄影测量,共线方程中：,为物点在像空间坐标系中的坐标,为像点坐标观测值改正数向量,为外方位元素改正数向量,为外方位元素改正数向量系数矩阵,为物方空间坐标改正数向量,为物方空间坐标改正数向量系数矩阵,为常数项向量,为像点坐标观测值,为迭代中计算的像点坐标近似值,为内方位元素改正数向量,为内方位元素改正数向量系数矩阵,6.3 近景摄影测量的多片空间前方交会解法,定义：根据已知内、外方位元素的两张或两张以上的像片，将待定点的像点坐标视作观测值，按共线条件方程逐点解算待定点物方空间坐标的
13、过程。,二、误差方程式,外方位元素已知 t=0，内方位元素已知X2=0，附加参数Xad及控制点Xc不解求，解求的未知数为待定点物方坐标改正数Xu，待定点像方坐标为观测值，则：,从误差方程式看出：未知数为： ，有三个，至少要列三个方程才能解求。所以，至少要两张像片。,外方位元素的获取方法有： 在实地测量或记录外方位元素；如用普通测量方法直接测量摄站点坐标（Xs,Ys,Zs)，用摄影机的自身或附加精密跨水准管记录外方位角元素； 按物方空间布置适宜的一定数量控制点，通过近景摄影测量空间后方交会解算出各像片的外方位元素值；3. 通过适当的检校方式，预先测定两立体摄影机（或立体视觉系统）在给定物方空间坐
14、标系内的外方位元素值。,三、影响多片空间前方交会精度的因素,1）网的几何构形，包括像片张数及其布局、交 会角等；2）像点坐标质量；包括像点坐标的量测精度以 及各类像点坐标系统误差改正程度 ；3）各像片外方位元素的测定精度；4）摄影机内方位元素的检定水平。,6.4 近景摄影测量的单像空间后方交会解法,定义: 把一张像片覆盖的一定数量控制点的像方坐标（必要时也包含其物方坐标）作为观测值，按共线条件方程解算该像片内外方位元素以及其它附加参数的过程。,二、误差方程式,1.只解求外方位元素,物方控制点已知（Xc=0),待定点物方坐标、内方位元素、系统误差参数 Xad不解求，解求的未知数为外方位元素改正数
15、t，则：,从误差方程式看出：未知数为： 有六个，至少要列六个方程才能解求。所以，至少要三个物方控制点。,2.解求内、外方位元素,物方控制点已知（Xc=0),待定点物方坐标、系统误差参数 Xad不解求，控制点的像点坐标为观测值，解求的未知数为内方位元素改正数X2和外方位元素改正数t，则：,从误差方程式看出：未知数为： 有九个，至少要列九个方程才能解求。所以，至少要五个物方控制点。,间接平差解算,精度评定,三、影响内精度的因素1.控制点的数量、分布及精度；2.像点坐标的量测精度；3.控制点对应像点在像片上的分布。,6.5 近景摄影测量的光线束解法,定义:把控制点的像点坐标、待定点的像点坐标以至其它
16、内外业量测数据的一部分或全部均视作观测值，按共线条件方程整体地同时地解算它们的最或是值和待定点的物方空间坐标的解算方法。,二、光线束法与空间后方交会、空间前方交会解法的区别1、空间后方交会空间后方交会解法分步解求，光线束法为整体解算；2、空间前方交会空间前方交会解法中待定点的像点坐标对外方位元素的确定不起作用；光线束法中，待定点的像点坐标对外方位元素的确定有很大影响。,三、几种典型的光线束解法1、控制点坐标视作真值且实地不测外方位元素的光线束解法a)适用条件 在被测目标上或周围可以布设稳固的控制点，分布合理，控制点精度好； 使用量测摄影机，同一调焦距，或使用检校过的非量测相机，同一调焦距；,b
17、) 误差方程式 原则： 对观测值列误差方程式 待定点像点坐标观测值： 像点坐标 控制点像点坐标 待定点的物方空间坐标改正数未知数： 外方位元素改正数,对控制点的像点坐标对待定点的像点坐标,对一目标拍摄5张像片，10个控制点，25个待定点，100%覆盖。利用光束法求解像片的外方位元素及待定点坐标。问未知数的个数？可列出多少个误差方程式？,对控制点的像点坐标: 1个像点列 2个方程， 10个像点列 20个方程， 5张像片列 100个方程；对待定点的像点坐标: 1个像点列 2个方程， 25个像点列 50个方程， 5张像片列 250个方程；,误差方程式的总个数： 350个方程未知数的总个数： 105个
18、,2、无控制点且外方位元素视作观测值的光线束解法a)适用条件 在被测目标上或周围无法或不易布设控制点；使用量测摄影机，同一调焦距，或使用检校过的非量测相机，同一调焦距； 实地可量测外方位元素，但精度不高，将其认做观测值；,b) 误差方程式 原则： 对观测值列误差方程式 待定点像点坐标观测值： 外方位元素 待定点的物方空间坐标改正数未知数： 外方位元素改正数,对一目标拍摄5张像片，25个待定点，100%覆盖。利用光束法求解像片的外方位元素及待定点坐标。问未知数的个数？可列出多少个误差方程式？,外方位元素: 1张像片列 6个方程， 5张像片列 30个方程；对待定点的像点坐标: 1个像点列 2个方程
19、， 25个像点列 50个方程， 5张像片列 250个方程；,误差方程式的总个数： 280个方程未知数的总个数： 105个,3、控制点物方坐标及外方位元素均视作观测值的光线束解法a)适用条件 在被测目标上或周围布设有控制点，但看作观测值；使用量测摄影机，同一调焦距，或使用检校过的非量测相机，同一调焦距； 实地可量测外方位元素，但精度不高；,b) 误差方程式 原则： 对观测值列误差方程式 待定点像点坐标 控制点像点坐标观测值：控制点物方坐标 外方位元素,对待定点的像点坐标对控制点的像点坐标对控制点的物方坐标对外方位元素,待定点的物方空间坐标改正数未知数：控制点的物方空间坐标改正数 外方位元素改正数
20、,对一目标拍摄5张像片，10个控制点，25个待定点，100%覆盖，其误差方程式的阶数是多少？,对控制点的像点坐标: 1个像点列 2个方程， 10个像点列 20个方程， 5张像片列 100个方程；对待定点的像点坐标: 1个像点列 2个方程， 25个像点列 50个方程， 5张像片列 250个方程；,对控制点的物方坐标: 1个物方点列 3个方程， 10个物方点列 30个方程，对外方位元素: 1张像片列 6个方程， 5张像片列 30个方程，,误差方程式的总个数： 410个方程未知数的总个数： 135个,4、含相对控制的光线束解法 含相对控制的光线束解法中，相对控制的使用可采用两种方式处理： 相对控制看
21、作观测值，此时应列误差方程式与其它误差方程式一并解算； 相对控制看作真值，此时所列方程式为制约条件，加强所构建模型的强度；, 相对控制看作观测值, 相对控制看作真值,1CCD固态摄像机按结构的不同分为（）CCD相机和（）CCD相机。2近景摄影测量中的两种基本摄影方式是（）和（）。3.共线条件方程、共面条件方程各自代表的几何含义是什么？4.使用UMK10/1318型量测摄影机对10m远的某目标物摄影，设物镜焦距为10cm，安置的光圈号数为16,若取模糊圈直径为0.02mm，请计算此时的超焦距及景深。,课堂练习,5. 如图1所示，为测量一目标外形，在其表面贴敷520个标志点，选择其中20个分布合理
22、的标志点用全站仪测量其三维坐标作为控制点，其余作为待定点。使用数码相机在9个摄站对此目标摄影（不调焦），重叠度为100%。若物方控制点坐标作为真值，实地不测外方位元素，列出以内、外方位元素及待定点物方坐标为未知数的光束法平差的误差方程式。（1）指出哪类参数是观测值？（2）误差方程式的个数是多少？多余观测数是多少？,6.如图1所示，分别在9个摄站对一目标摄影。现使用多片空间前方交会解法解求一物点A的物方坐标，指出哪类参数是观测值，哪类参数是未知数？误差方程式的个数是多少？多余观测数是多少？针对第9张影像，列出误差方程式。,思考题：物方空间布置有12个控制点，请列出使用单像空间后方交会解算内、外方
23、位元素以及畸变系数的误差方程式。其中畸变差模型为,直接线性变换解法:是建立像点的“坐标仪坐标”和相应物点的物方空间坐标直接的线性关系的解法。二、直接线性变换解法的特点1、不归心、不定向；2、不需要方位元素的起始值；,3、物方空间需布置一组控制点；4 、特别适合于处理非量测相机所摄影像；5、本质是一种空间后交前交解法。,此式中：（x , y）像点的坐标仪坐标；（x 0 ,y 0 ）像主点的坐标仪坐标；（X,Y,Z）像点对应的物方点的物方空间坐标（X S ,Y S ,Z S ）摄影中心的物方空间坐标（a i ,b i ,c i ）旋转矩阵中的方向余旋（x,y）线性误差改正数（包含ds,d）,比例尺
24、不一误差ds可以认为是所用坐标仪x轴、y轴单位长度不一致及摄影材料不均匀变形等因素引起的。 不正交性误差d可认为是所用坐标仪 x轴、y轴不垂直引起的； 对数字相机而言，比例尺不一误差ds可以认为是像元x、y方向长度不等引起的。 对数字相机而言，不正交性误差可认为是像元x、y方向排列不垂直引起的。,物方空间布置有10个控制点，列出解求li 系数精确解及畸变系数k1 的误差方程式。,思考题,二、控制点空间分布的要求 控制点不能布设在空间的任意同一平面内。 引申为控制点布设在空间的起伏不大，解算结果也不稳定。 要求: 控制点在空间分布均匀；在像片上的构像范围大。,五、影响精度的因素,1、精度：直接线
25、性变换解法可提供1/5000摄影距离精度的测量成果。2、影响直接线性变换解法精度的因素有： * 像点坐标量测精度； * 控制点的 数量、质量、分布； * 两像片主光轴的交会角(交会图形)； * 像片张数； * 非线性畸变误差的改正程度；,8.1,近景摄影测量的其他解析处理方法* 基于共面条件方程式的近景摄影测量解析处理方法* 基于角锥体原理的空间后方交会-前方交会解法（1，2）* 基于被测目标平行线垂直线组的摄影机检校方法* 伪视差法* 近景摄影测量的空间相似变换,以共线条件方程为基础的空间后方交会求解像片的外方位元素，存在一些问题：（1）当各控制点在像片上的构像范围较小时，外方位角元素的解就
26、不稳定，尤其在地面近景摄影测量中，这种现象格外明显；（2）需要同时解算6个外方位元素，而解算过程又是按迭代方式进行，初始值的不佳会引起未知数间较强的相关性，导致不正确的解算结果。,8.1 基于角锥体原理的空间后方交会-前方交会解法,近景摄影测量中，基于“以摄影中心为顶点的两根构像光线的像方角应与其物方角相等”原理的空间后方-前方交会解析处理方法，称之为角锥体原理的空间后方交会-前方交会 有时也称余弦法或矢量法。,以摄影中心为顶点的两根构像光线的像方角与其物方角相等,二、解算方法一步骤：1. 摄影中心坐标确定（线元素确定）2. 每张像片旋转矩阵确定（角元素确定）3. 待定点空间坐标确定,三、解算
27、方法二步骤：计算摄影中心与已知控制点间的距离2. 外方位线元素解算3. 外方位角元素解算4. 待定点物方空间坐标解算,同名光线对对相交于核面内,检查和校正摄影机内方位元素和光学畸变系数的过程称为近景摄影机的检校。 目的是为了恢复摄影时的正确光束形状。,二、检校内容 从广义上讲，检校内容包括：1. 摄影机主点位置(x0,y0)和主距f的测定；2. 光学畸变系数的测定；3. 压平装置以及像框坐标系的设定；4. 调焦后主距变化的测定；5. 调焦后畸变差变化的测定；6. 摄影机偏心常数的测定；7. 立体摄影测量系统的检校；8. 摄影机同步精度的测定；,内方位元素的测定精度与被测目标的测定精度有关； 摄影机主距越大，被测物深度越小，内方位元素的测定精度要求越低。,通常，内方位元素的检定精度要求为,mxo=myo=mf=0.01mm,
