摄影测量学知识点.docx

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1、第_章绪论1、摄影测量学-是对研究物体进行摄影、量测和解译所获得的影象，获取被摄物体 的几何信息和物理信息的一门科学和技术。摄影测量的特点1、在影像上量测.无需接触物体本身，因此很少受自然地理等条件的限制。2、影象是客观事物的真实反映，信息丰富，可选择需要的物体影象进行量测、处理、 研究，从影象上获得最新最全面的几何或物理信息。3、摄影测量大部分工作在内业进行，有利于自动化、数字化、智能化，工作效率高。摄影测量分类按摄影站的位置：航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量 显微摄影测量、水下摄影测量按研究对象不同：地形摄影测量、非地形摄影测量按处理技术手段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测

2、量摄影测量学的三个发展阶段模拟摄影测量阶段(1851-1970)用光学投彩笔和机械方法恢宣掇影时的但胃、姿蕴模掀掇骨过程r瑕成一 个比实地瑶小了的几何模型，即所靖援影过程的几何反售，在此模型上采集 侵测,将所得到的皓瓶过机械或由轮传功方式直接在镣图桌上绘出各种图 件。光学机械*测图仪器土人工建立立*体模型哺片测图,分二法浏图,踪台洼测图图解线划地图像片影像地图人工量测和解译机械绘图解析摄影测量阶段(1950-1980)提出摄影测量新概念一一数字投影代替物理投影到解折摄影房量的时代.精密的机械导杆被共我方彳一 又称为数字导杆”所代替，简化了仅器的结枸，形成了解 析测图伙.然而利用六个标准点位进行

3、相对定向仍然没有变化.只是 人们只需观秘六个标演点位的上下视差.计算机就能F【动 解算相对定向的元素。计算的过巷虽然还是迭代的过程， 但是，作业员的作业中避免了迭代过程，从而加快了定向学片 光像解 折删图仪器J计算机建立 立体模型,段祈空三中风图土蚊控正肘土数字皱地图 数字曲程模型 像片影像地图和解译自动记录数字线划地图数字高程模型数字影像地图数据库自动量测 和解译I自动记录数字摄影测量阶段(1970现在)计算挑技术,歆宇囹琉地理阪谀匹配模式识别 -DPW摄影测量三个发展阶段的特点发展阶段原始资料侵器操M式产品模拟 摄影测量像片枷里曜手择住模虾H解析 摄影测量像片踌投墨解祈测图惧机助模虾品 割

4、亨产品数字 摄咐量数字化悬像 数宁影像计真机4作业员干预数字产吕 模J护品第二章摄影测量解析基础中心投影的正片位置和负片位置a）负片位置：投影平面和物点位在投影中心的两侧b）正片位置：投影平面和物点位在投影中心同一侧c）摄影时的位置是负片位置，解算时的位置是正片位置，为了解算的方便，像点 和物点之间的几何关系并没有改变；摄影比例尺d）摄影比例尺指摄影像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距L之比e）航摄比例尺-指水平像片，地面取平均高程时，像片上的一线段Z与地面上相应线段的水平距L之比摄影仪摄影的要求摄影方式竖直摄影：摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直摄影航高：H=mf摄影重叠度f）重叠摄影

5、部分与整个像幅长的百分比称为重叠度g）航向重叠p-同一条航线内相邻像片之间的影像重叠h）旁向重叠q-相邻航线的重叠P=6065%q=3035%摄影比例尺特性-1 ）摄影比例尺愈大，则像片地面分辨率越高，有利影像的解译与提高成图的 精度。-2）摄影比例尺愈大，则摄影工作量增加，摄影费用要增多，所以摄影比例尺 要根据信息采集的精度确定。量测用摄影机的特征1量测用摄影机的像距是一个固定的已知值2量测用摄影机承片框上具有框标3量测用摄影机的内方位元素值是已知的摄影测量解析基础（一） 一、像片解析：就是利用数学分析的方法，研究被摄景物在航摄像片上的成像规律， 像片上影像与所摄物体之间的数学关系，从而建立

6、像点与物点的坐标关系式。二、像片解析是摄影测量的理论基础；三、测量中：地面与地形图的投影方式属于正射投影，航摄像片的投影方式：中心 投影重要的点、线、面 一、点投影中心S （主光轴：过投影中心S垂直于像平面P的光线）像主点0：主光轴与像平面的交点o 地主点O：主光轴与地面对应点O像底点n:过投影中心S的铅垂线SN与像平面交点n地底点N：过投影中心S的铅垂线SN与地面点交点N.倾斜角主光轴SO与主垂线SN夹角a等角点c :倾斜角a的平分线SC与像平面P的交点c； SC和与地面E的交点C称为等角点共 轭点；合点：过投影中心做E上的一直线的平行线和P的交点；二、线 So :摄影机的主距&像片主距用f

7、表示； TT：迹线&透视轴像平面和地平面的交线； SO：摄影方向，表示摄影瞬间摄影机主光轴的空间方位； SN：是投影中心S相对于相对于过地底点N的地平面的航高； vv：主纵线，W和P的交线 VV：摄影方向线，W和E的交线 Hihi:合线，真水平线，ES与P的交线 三、面 P：像平面；E：地平面； W：主垂面：过铅垂线SnN和摄影方向线SoO的铅垂面；PW,W E，W TT ES：真水平面或者合面，过S作一水平面平行与E常用坐标系像平面上的直角坐标系 框标坐标系（量测）像平面直角坐标系（计算）像空间直角坐标系（S-xyz）像空间辅助坐标系（S-XYZ）摄影测量坐标系（O1XPYPZP）地面测量坐

8、标系（tXtYtZt） 地面摄影测量坐标系（AXtpYtpZtp ）坐标系种类十像平面上的坐标系_ 像平面坐标系-仃）像方坐标系费框标坐标系1-像空间坐标系 像空间辅助坐标系丹摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系Lttf标在恂0四角：框标坐标系;（一）像平面上的直角坐标系2. 原 v3. 坐辱轴：推标连疑夹角在质 携方向的平分城为点ft（一）像平面上的直角坐标系像平面直用坐标系1, 框标在像幅四边中央;2原点* 口像主点3坐标轴：同前（二）像空间直角坐标系3-xyz）（三）像空间辅助坐标系（S-XYZ） 过渡性坐标系L原点：S21坐标轴，X辎肮殁方向般刊福标述珑不腰合）r轴钳垂线方向（四）摄影测量

9、坐标系（OLXpYpZp）右手坐标系航带网中的统一坐标，表示诸模型点在构成航带网后的统一坐标；坐标轴；通常与第一张像片（或第一个像对）的像空间辅助坐标系的各坐标轴相同坐标原点在地面上某一个点g（五）地面测量坐标（t-XtYtZt）地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐 标系为高斯-克吕格三度带或六度带1980西 安坐标系，高程坐标系淅9眺黄海高程系（六）地面摄影测量坐标系（A-XtpYtpZtp）原点为地面某一控制点，p轴与地面测景 坐标系的互轴平行，Xtpffll与航线一致 右手系坐标t ztj-. r航测像片的方位元素方位元素：确定摄影时摄影物镜（摄影中心）、像片与地面三者之间相关位置的参数

10、； 描述摄影瞬间摄影中心与影像在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态的参数。分类：内方位元素和外方位元素作用：确定像点、投影中心和物点的相对位置，然后通过像点反求物点坐标像片的内方位元素作用：摄影物镜后节点与像片之间相互位置的参数；表示摄影中心与影像之间相关位置的参数参数： 包括三个参数（f.，x0，y0）- 像主点o在像框标坐标系中的坐标x0，y0 摄影中心S到影像的垂距（主距）f恢复内方位元素可恢复摄影时的摄影光束像片的外方位元素像片外方位元素：通过已建立的摄影光束，确定摄影瞬间摄影中心和影像在地面直角坐 标系中空间位置和姿态的参数一张像片有六个外方位元素，三个直线元素，三个角元素；三个直线

11、元素：用于描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值（一般为地面摄影 测量坐标系）；三个角元素：描述摄影光束在拍摄瞬间在空间的姿态的要素。三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值（Xs、Ys、Zs）（地面摄 影测量坐标系中坐标）。三个角元素、k），表示摄影光束空间姿态（像片在摄影瞬间 空间姿态的要素）主轴：第一次旋转所绕的轴；副轴：第二次旋转所绕的轴；第三旋转轴：第三次旋转所绕的轴像点坐标变接及投影变换投影变换 1.目的：将地面景物中心投影构像的影像变换为正射投影的地图信息这也是影像信 息的摄影测量处理基本任务之一， 2.中心投影构像方程- 设摄影中心S与地面点A在地面摄影测量

12、坐标系AXtpYtpZtp中的坐标分 别为XSYSZS （即像片外方位直线元素）和XAYAZA，则地面点A在像空间辅助坐标系中的坐标为XA 一 XS, YAYS, ZAZS共线方程尤=_f气闩-山)+ n匕-七)+ C1(Z勺 空XX,) + b3(XA - XS) + c3(Z厂 ZS) v_ ( XA-XS) + b s) +。Z厂 Zs ) y222a (XA - Xs) + b (Ya - Ys) + c (ZA - Zs)3aD3a。3/1D当需要顾及内方位元素时，上式可表示为：注(X - X ) + b (Y- Y ) + c (Z- Z )XX= f A s 1_As 1As0

13、a (X - X ) + b (Y - Y ) + c (Z - Z )3 A s 3 As 3 As_a (X -X ) + b (Y-Y ) + c (Z-Z )y yo _- a2(XX+b(YY+CZAZ3 A s 3 A s 3 A s共线条件方程的几点结论当地面某一点坐标(XA,YA,ZA)已知时，量测像点坐标(x, y),式中有六个未知数，即 六个外方位元素；利用3个或3个以上的已知地面平高点，可求出像片外方位元素(后交法)；立体像对的外方位元素已知时，量测像点坐标(x, y)，可求解未知地面点三维坐标 (XA,YA,ZA)；在给定像片的外方位元素的条件下，并不能由像点坐标计算地

14、面点的空间坐标，只能确定地 面点的方向，只有给出地面点的高程，才能确定地面的平面位置。共线条件方程的应用单像空间后方交会和多像空间前方交会解析空中三角测量光束法平差中基本数学模型；摄影测量中的数字投影基础；计算航空影像模拟(已知影像内外方位元素和物点坐标求像点坐标)利用DEM与共线方程制作数字正射影像；利用DEM进行单张像片测图等。影像内定向定义：传统摄影测量中，利用平面相似变换等公式，将影像架坐标(框标坐标)变换为像平 面直角坐标系坐标的方法；定义：数字摄影测量中，利用平面相似变换等公式，将扫描坐标系转换为像平面坐标系的过 程；方法：平面相似变换例如仿射变换；单像空间后方交会定义：利用影像覆

15、盖范围内一定数量的分布合理的控制点的空间坐标与影像坐标，根据共线 条件方程，反求该影像的外方位元素。第三章1. 人造立体视觉自然界中，当用两眼同时观察空间远近不同的A与B两个物点时，如图，由于远近不同而 形成的交会角的差异，便在人的两眼中产生了生理视差，得到一个立体视觉，能分辨出物体 远近。根据这一原理，在P1与P2两个位置上，用摄影机摄得同一景物的两张像片，这两 张像片称为立体像对。这种观察立体像对得到地面景物立体影像的立体感觉称为人造立体视觉。2. 观察人造立体的条件摄影测量中，人造立体的观察必须满足形成人造立体视觉的条件。归纳如下：1、由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对。2、一只

16、眼睛只能观察像对中的一张像片。（分像条件）3、两眼各自观察同一景物的左、右影像点的连线应与眼基线近似平行。4、像片间的距离应与双眼的交会角相适应。观察立体的方法口 互补色法、光闸法、偏光振法、液晶闪闭法3. 三种立体效应：正立体、反立体和零立体效应。4. 像对的立体观察5. 液晶闪闭法：广泛用于现代的数字摄影测量系统中，主要由液晶眼镜和红外发射器组成， 使用时，红外发射器一端和显卡相联，图像显示软件按照一定的频率交替地显示左右图像， 红外发射器则同步地发射红外线，控制液晶眼睛的左右镜片交替闪闭，从而达到左右眼睛各 看一张像片的目的。双像解析摄影测量基础核面：摄影基线与某一地面点组成的平面；立体

17、像对的定义：在不同摄站对同一地区摄取具有重叠的连续的两张像片；摄影基线：相邻两摄站的连线；同名光线：同一地面点发出的两条光线；同名像点：同名光线在左右像片上的构像；同名核线：核面与左右像片面的交线； 主核面：通过像主点的核面（左、右主核面）垂核面：包含左右像底点的核面；空间前方交会方法定义：由立体像对中两张像片的内、外方位元素和同名像点坐标来确定相应地面点在物方空 间坐标系中坐标的方法。原理：使用立体像对上的同名像点，就能得到两条同名射线在空间的方向，这两条射线在空 间一定相交，其相交处必然是该地面点的空间位置；前交法计算过程 获取已知数据 x0, y0, f, XS1, YS1, ZS1,

18、1, 1, k1 , XS2, YS2, ZS2 , 2, a2, k2量测像点坐标x1,y1 ,x2,y2 由外方位线元素计算基线分量BX, BY, BZ 由外方位角元素计算像空间辅助坐标X1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2计算点投影系数N1, N2 计算地面坐标XA, YA, ZA空间后交法与前交法求解地面点的步骤这种方法首先由单片后方交会求出左、右像片的外方位元素，再用空间前方交会公 式求出待定点坐标，主要步骤如下：口野外像片控制测量：要求重叠部分至少有四个已知地面控制点；口用立体坐标量测仪量测像点坐标；口空间后方交会法计算像片外方位元素：利用控制点分别计算每个像片的六个 外方位

19、元素，包括 Xs1, Ys1, Zs1, ei, 3 1, K 1 和 Xs2, Ys2, Zs2, 2, 2, K 2；空间前方交会法计算未知点地面坐标 利用各自的像片的角元素，计算出左、右像片的方向余弦，组成旋转矩阵R1,R2； 根据左、右像片的外方位元素计算摄影基线分量BX，BY，BZ 逐点计算像点的像空间辅助坐标； 计算点投影系数； 计算未知点的地面摄影测量坐标；解析相对定向：利用立体像对中摄影时存在的同名光线对应相交的几何关系，通过量测的 像点坐标 以解析计算的方法，求解两像片的相对方位元素值勺过程。解析相对定向：恢复摄影时相邻两影像摄影光束的相互关系，从而使同名光线对对相交。相对定

20、向元素：确定相邻两像片的相对位置和姿态的要素，称之为相对定向元素。（5个） 相对定向的目的是建立一个与被摄物体相似的几何模型，以确定模型点的三维坐标。相对方位元素根据选取的空间辅助坐标系的不同，其相对定向元素也有所不同，分为：口连续法相对定向：像空辅坐标系的原点：立体像对中左片的摄站点上；坐 标轴方向：与立体像对中左片的像空辅坐标系重合口单独法相对定向：在以左摄影中心为原点、左主核面为XZ平面、摄影基 线为X轴的右手空间直角坐标系中，左右像片的相对方位元素绝对定向：借助于物空间坐标为已知的控制点来确定空间辅助坐标系与实际物空间坐标系之间 的变换关系，称为立体模型的绝对定向。描述立体像对在摄影瞬

21、间的绝对位置和姿态的参数称绝对定向元素。人，X0，Y0， Z0，Q，K通过将相对定向模型进行缩放、平移和旋转，使其达到绝对位置，也就是模型要进 行空间相似变换。三种方法比较方法严密性控制点要求使用场台右史-前吏法点位箱度决定于外方 位元素精度 没有利用寥余条件3个平高点已知像片外方位 元素拥对邕的-5 走简法点位精度决定于将肘 定向一匏莉定向精度个平高点+1个高程点矗法加密一步走向法理论最严密鞫度墓高2个平高点+ 1个高程点光束毯加密第四章解析空中三角测量定义：利用计算的方法，根据航摄像片上所量测的像点坐标以及极少量的地面控制点求出地 面加密点的物方空间坐标，称之为解析空中三角测量。意义不触及

22、被量测目标即可测定其位置和几何形状；可快速地在大范围内同时进行点位测定，以节省野外测量工作量；不受通视条件限制；摄影测量平差时，区域内部精度均匀，且不受区域大小限制;分类按数学模型按平差范围航带法单模型法独立模型法航带法光线束法区域网法第五章A）采样；对实际连续函数模型离散化的量测过程B）采样的原因：数字影像或者数字化影像信息量巨大，但不能对理论上每个点都获取其 灰度值；只能将实际灰度函数离散化，对相隔一定间隔的“点”量测其灰度值。C）样点：被量测的“点” 称为样点 小的区域-像素。）采样间隔：样点之间的距离（矩形的长与宽通常称为像素的大小）E）影像采样通常是等（”）或不等（X）间隔进行；黔采

23、样间隔如何确定？采样定理1、为什么进行影像重采样？对影像进行旋转，核线重排列与数字纠正时，需要的点可能并不是采样点，需要根据采样点 内插出新的点。2、核线重排列的原因：同名像点均位于同名核线上，进行影像相关计算。当欲知不位于矩阵（采样）点上的原始函数g（x,y ）的数值时就需进行内插，此时称为重采样 第六章1. 影像相关：利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点2. 影像匹配：实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别同名点.它是计算机视觉研究的核心问 题，也是数字摄影测量的核心问题。目的是提取物体的几何信息，确定其空间位置3. 数字影像匹配：是利用计算机以数值计算方式，按特定的算法，根据一

24、定的准则，比较左右影 像的相似性，来确定其是否为同名影像块，从而确定相应同名像点.4. 为什么要进行影像相关的谱分析？5. 功率谱估计作用：其结果可进一步用于相关函数的估计，还可对信号的截止频率进行估计 以确定采用间隔数字高程模型DTM的表达形式1、规则矩形格网（GRID）2、不规则三角网（TIN）3、矩形格网三角同混合形式DEM3、二者的优映点比较1）规翳格网：存贮量最小.便于使用管理破点七 是有时不能淮确表示地形的结利与细部，适用与 大范围的地形起伏不太的地区.广TIN能较好顾及地貌特征点、线，表达复杂 的地形表而比GRID要准确，不仅要存储三角形的 顶点，还要存储各三角形的邻接关系.能较好地 顾及地貌特征点、线，表示复亲地形表面比矩形 格网精确。缺点是数据量较大，数据结构较复杂，使用与管理也较复杂.可以建立各种非规则网的DEM，最简单是不规则三角网应尽可能保证每个三角形是锐角三角形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过 小的锐角第七章第八章根据参数与数字地面模型，利用相应的构像方程式，或按一定的数学模型用控制点解算，从 原始非正射投影的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行, 且使用的是数字方式处理，所以叫数字微分纠正