近景摄影测量集中实习.doc

近景摄影测量集中实习实习报告姓 名：*学 号：*指导教师：*地 点：*编程部分实习报告一、 实习目的1. 数码相机摄影部分实习，为后续的摄影测量解析处理提供质量合格的立体像对；了解所用数码相机的特点及使用；学习获取立体像对的方法。2. 像点坐标量测部分实习，量测所拍摄的高精度室内三维控制场中控制点的像点坐标，为后续摄影测量解析处理准备计算数据。3. 单像空间后方交会解算部分实习，加深理解近景摄影测量单像空间后方交会的理论；编制单像空间后方交会程序。4. 直接线性变换(DLT)解算加深理解近景摄影测量直接线性变换（DLT）的理论；编制直接线性变换程序二、 实习内容1. 数码相机摄影部分实习，使用Canon EOS450D型单反数码相机，配1855变焦镜头，对遥感信息工程学院近景摄影实验室内的高精度三维控制场进行摄影。2. 像点坐标量测部分实习，采用数码相机所拍摄的控制场影像，使用Photoshop或自编像点坐标量软件的坐标量测功能，人工半自动逐点量测30个同名控制点的影像坐标。3. 直接线性变换(DLT)解算，计算影像的内外方位元素，编制直接线性变换程序，统计计算精度：像点坐标观测值单位权中误差，各未知数的中误差，像点观测值残差，检查点的物方空间坐标差值及精度统计。4.单像空间后方交会解算部分实习，编制单像空间后方交会程序。计算影像的内外方位元素，统计计算精度：单位权中误差，各未知数的中误差，像点观测值残差。 三、 实习过程及注意事项1. 数码相机摄影部分实习，使用Canon EOS450D型单反数码相机，配1855变焦镜头，对遥感信息工程学院近景摄影实验室内的高精度三维控制场进行摄影。根据所学的理论知识，选择合适的摄站位置，按交向摄影方式或正直摄影方式拍摄室内高精度三维控制场。注意不要使吊杆互相遮挡。首先要找好位置，注意两摄站之间要保持一定的距离，以及摄站不要靠控制场原点太近；然后调好焦距，注意要覆盖整个控制场以及能够看清标志，否则后续处理将会很麻烦，精度也会降低。摄像完后记住相片号，导出数据即可。2. 像点坐标量测部分实习采用数码相机所拍摄的控制场影像，使用自编像点坐标量软件的坐标量测功能，人工半自动逐点量测30个同名控制点的影像坐标。运行Photoshop软件，打开自己所摄影像，将其转换为灰度图像，并保存为*.BMP 格式。运行像点量测软件；打开被量测影像，文件打开在目录中选择图像（要求为*.bmp格式）；在界面中选择“量测方式半自动量测”；量测所选控制点，单按鼠标左键并拖拽鼠标，所拉矩形框包含被量测标志后松开鼠标后，出现点号输入对话框，输入标志点点号。依次量测所选控制点。量测完成后保存，量测结果与影像同名，后缀为*.txt。如发现量测错误，可使用删除点功能，在界面中选择“操作删除”后，单按鼠标左键并拖拽鼠标，所拉矩形框包含被量测标志后松开鼠标，弹出“确认删除该点？”对话框，按“OK”按钮即可删除所选点。如保存了已量测像点坐标文件并退出程序，当再次运行程序并打开图像后，可重新引入已量测点并显示在图像上。在界面中选择“操作读入已测点”后，弹出 “文件操作” 对话框，查找到与所量测图像对应的坐标文件后，点击“OK”按钮即可引入已测像点。其后可继续进行量测。 摄影时拍摄一张高质量相片非常重要，如果相片质量太差，自动量测的精度将会很低，即使人工量测也很难看清楚标志点，影响整个实习。4. 直接线性变换(DLT)解算计算影像的内外方位元素，编制直接线性变换程序，统计计算精度：像点坐标观测值单位权中误差。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。可以适合量测相机和非量测相机，而且不用初始数据，使用的范围比空间前方交会和后方交会更广。从已经学习过的知识我们知道DLT法主要有以下步骤：1. 计算LI系数的近似值 ；2.用近似值计算内方位元素 ；3.以f的前后值之差不小于某个数如0.000001为判断条件迭代循环计算精确的LI值 ；4.计算十二参数 ，以上相当于空间后方交会的计算 ，接下来则相当于空间前方交会的计算了 ；5.改正待定点“坐标仪坐标”；6. 待定点物方空间坐标近似值解算；7. 待定点物方空间坐标精确值解算。根据以上的分析可以画出DLT法的程序框图：输入物方点及像方点坐标数据计算 L的近似值计算和确定值xo,yo,fx组成矩阵M计算W矩阵逐点组成误差方程式并法化计算fx与前一次的差值解法方程，求L矩阵值Fx差值限差否？整理并输出计算结果正常结束迭代次数小于限差否？输出中间结果和出错信息否非正常结束否是否计算r和A值所有点完否根据L系数进行相点坐标改正根据L值计算十二参数输出 2.接下来要利用两片的L系数计算同名点的物方坐标，计算的程序框图为：输入两张像方点坐标数据求改正了非线性误差的相点坐标计算物方坐标近似值组成矩阵N计算Q矩阵组成误差方程式并法化计算X,Y,Z的误差输出并保存结果否否计算A值i+,是否所有点都计算完解法方程，求第i点X,Y,Z值是否小于给定阈值3. 单像空间后方交会解算部分实习单像空间后方交会的基本思想是：以单幅影像为基础，从该影像所覆盖地面范围内若干控制点的已知地面坐标和相应点的像坐标量测值出发，根据共线条件方程，解求该影像在摄影时刻的内外方位元素f，x0，y0，XS，YS，ZS，。由于在利用线性化的共线方程及其相应的系数计算公式解求影像的内外方位元素时，有9个未知数，至少需要列出9个方程。对每一对像方和物方共轭点可列出2个方程，因此，若有5个已知地面坐标的控制点，则可列出10个方程。在实际应用以及本题中，为了提高解算精度，常有多余观测方程，用最小二乘平差方法进行计算。程序框图如下:输入原始数据归算像点坐标x,y计算和确定初值Xso,Yso,Zso,t,w,k,xo,yo,fo组成旋转矩阵R计算(x),(y)和lx,ly逐点组成误差方程式并法化所有点完否解法方程，求未知数改正数未知数改正数限差否？整理并输出计算结果整理并输出计算结果正常结束迭代次数小于限差否？输出中间结果和出错信息否非正常结束否是否四、 实习结果及程序说明1. 输入信息里面是输入计算空间后方交会的内外方位元素时候要输入的控制点文件和像方点文件，控制点文件名为“控制点坐标.txt”，像方坐标文件为“左片.txt，右片.txt”，在空间后交的时候只能输入一张相片，可以依次计算；2. 输入完毕，点击计算结果，会弹出输入初始值的对话框，用默认的值就可以了，只要不是差很远，迭代都能收敛；3. 点击OK弹出显示内外方位元素的对话框，可以输出结果。“左片空间后交外方位元素”文件里面是左片的结果；4. 可以输出相点残差，查看相点的精度。如果结果的精度太差，请点击剔除大误差点重算，程序将会根据给定的剔除点数剔除残差大的点重新计算。本功能可以查出错误的点，也可以查出误差大的点，依次剔除可以得到好的结果。“左片相点残差”文件。该文件是根据残差从小到大的顺序排列的；5. DLT参数计算，可以同时计算两张相片的十二参数，两张相片的点不用对应也不用一样多，然后分别点击左右片的L系数计算结果即可；完成后分别点击左右片的十二参数的计算，可以查看计算结果，并保存；可以比较一下此处的结果和空间后交的结果之间的差值有多大；6. 点击输出残差，可以输出左右片的残差，查看点的精度，注意DLT法的点的精度计算方法与空间后方交会法不一致，结果有出入，对应的误差大的点也不一定完全一样；7. 对于DLT法也有其对应的大误差值，可以剔除掉，然后可以重新计算空间后交的结果，可以发现剔除大误差点后的中误差都会降低很多；8. 在确保计算了两片的L系数后，点击DLT空间坐标计算，输入点号一致的同名点左右片文件，点击OK后可以查看结果及与真值的差值大小，依次可以分析出自己所使用的数据的情况，一般点多的部位计算的精度好。可以输出计算结果。查看“物方坐标计算结果及精度.txt”，请注意进行了此处操作后相片点已经默认为此处输入的了，要计算其它的如DLT的参数则请重新输入文件，以免出错；9. “空间后交自动循环找优质点”及“DLT自动循环找优质点”的功能只是在上面提到的剔除点的基础上设置自动的循环。这是考虑到在大数据的情况下要剔除点，每一次又不能剔除很多，要重复计算后再重复剔除，重复的操作很麻烦，让计算机自动循环，人只需要观察误差变化的情况，在合适的情况下设置合适的参数，具体设置在后面分析精度的时候说明。注意一定要谨慎设置值，如果不想循环请点击取消直到循环停止；五、 实习结果分析1. 从程序运行后空间后交计算得到的结果看，中误差都比较小，但是这个是理论上的精度，如果用很少的点，一般这种误差就会小，点很多的时候这种误差可能会变大，即使点的质量都很好，但是不能为了追求小的精度而减少点的个数，一般要足够量的数据才能保证后面计算空间点坐标的精度，否则会与实际的相差很多，而只有你所取的那部分相片所对应的物方点坐标结果好。2. 在空间后交里，我用很多同学的数据放入程序中计算，一般初始值的取定没有很严格的要求，在大致的范围内都能够收敛，而且只要收敛了结果都一样，所以如果出错了一般不要考虑初始值的问题；很多同学计算不收敛而自动停止了，这个时候应该输出循环的结果，加入循环次数的约束，可以查看中间结果；循环的次数一般也不会太多；所以出现了错误主要原因在于：1.数据中含有错误的值；2.程序中有问题。程序的问题要靠不断地调试解决，看程序运行到哪里出现了不正常结果就以此为源寻找。3. 如果数据中有错误或者整体数据精度都很差，则要想办法找出来；可以把数据重新输入数据量测程序查看，但是很麻烦，也只能找出错误点，误差的大小一般看不出来。我这次做了一个自动剔除大误差点的功能，即为误差的大小排序，注意点的顺序就要变了，所以要把点对应的点号和坐标均作相应的变化。4. 到底要剔除多少点为好呢，一般刚开始计算大的误差数据点较多，剔除的值应该设置大一点，如10个左右，然后慢慢减小剔除值，如何设置要相应地查看设置值后中误差的变化情况，减小的快说明设置的合理，到后面要设置小值，如3，2，因为后面误差大的点并不多，如果设置大了可能会把好的点剔除了，反而在下次计算中误差变大了，具体要自己用程序试验。5. 考虑到有在大数据中找出优质数据的需要，增加了一个“空间后交自动循环找优质点”的功能，这个只是把剔除点的 功能实现自动机化，减少人工点击的麻烦而已，注意设置好循环的次数，如果不想循环下去了就点击取消直到所有循环次数完成为止。如果 要确认就直接按回车键，比较方便。6. 在DLT参数的计算过程中我计算L系数的时候用了迭代的算法，而且尝试了在迭代的过程中就进行了相片点的非线性误差改正，但是当我用好的数据代入计算时，结果会更好，用低精度的数据计算时，结果就十分不稳定，每次计算的结果都不一致，可以看出，好的数据在迭代过程中进行相片改正有利于把数据向正确的方向移动，而差的数据在迭代时候作相片改正就不行了，因为在未充分循环迭代之前K1的值可能会很大，并不是精确的值，这个时候就改正可能一下子让相片点偏离原始位置，再用这种偏离了的值去计算，则会进一步偏离，所谓“恶性循环”，可能就是这样的，而对于本来就好的值，可能一开始K1的值就很精确了，这个时候就会越改正越好，形成“良性循环”；从输出的点的残差也可以看出这一点，差的数据在计算几次后输出与原始数据再比较，会发现已经偏离了很多，最后数据室处于一种无序状态，所以计算的结果也会不稳定，跳动很大，如果用改正了的差数据再进行空间后交的计算会发现结果无穷大，也证明了这种改正是使得“差数据更差”的改正；而相反用改正后的好数据去计算空间后交会发现结果更好，其误差值不仅变小很多，而且计算结果也与DLT法相一致了。7. 相应的DLT法也有剔除点的功能以及自动循环剔除点的功能，跟空间后交差不多；如果输入一张相片点，可以同时计算空间后交与DLT，到底是用空间后交的结果作为剔除点的依据还是用DLT法来剔除点呢？我用数据作过实验，用DLT法结果更好，79个点的相片，剔除点到50个左右结果就很好了，而用后方交会法不管怎样删除点都无法达到其精度；如何设置剔除的点数呢？一般前面的时候大误差点较多，可以设置大一点的，如10左右，接下来应该自己注意观察精度的变化，设置的值能够使精度降低就是合适的，如果精度降低慢就要放小步距，要注意值的变化，到后面一般设置2或3个点就可以了，因为此处的点精度都很好了，不能随意剔除。8. 尽管用剔除点的方法可以提高精度，但是如果数据的本来精度已经不低了，则最好不要剔除了，一方面这种所谓的精度只是一种理论上的精度，实际的精度并不一定好；另一方面，如果要实际的精度好，则需要较多的控制点，剔除太多了也不好，还可能造成剩下的点处于同一平面等不好的情况。使得结果不稳定等问题。9. DLT法计算空间坐标，由于只有两张相片，没有用迭代的 方法，直接用四个方程采取平差的方法计算。以对应点的X,Y,Z与真值的差值的平方和作为分析精度的依据，实验结果一般都小于1.0000或有个别在其左右变动，一般能达到1/5000摄影距离精度；但是并不是所有的点都是精度很好的，一些边缘点的精度就很差，如果把检查点均匀分布在相片上，可以看到计算的结果是中间好，两边差。原因一方面在于中间点是两片都重叠的比较好的，我们取的控制点较多的地方也是中间，故这一块的点精度好，而边缘点则控制差，加上变形改正也没有考虑到多次项，没有循环迭代的算法。六、 小结这次编程实习刚看起来似乎比较容易，书上的公式都给好了，而且编程只涉及数值的计算，没有很多的VC+知识要求。但是从一开始编程，我就感觉并不是这样子的，因为我们不只是简单的输入公式，即使是输入公式也很容易出现错误，很多时候程序的错误就在于我们输入过程中造成的，而且一旦输入错误，很难发现；更重要的是我们要得出好的结果，要有好的精度，对于量测好的数据，如何评判其精度？如何发现数据中的错误？如何从中分离出更好的数据？可能这才是关键。在编制好了基本的程序框架后，我就在想如何提高精度。在用VirtuoZo软件实习相对定向和绝对定向的过程中，我发现该软件能够在我们每一次输入一个点后对应地自动选择好的点作为控制点，我就想我们测了这么多的点也是可以自动选择好的点计算的，于是我就以此设计了剔除大误差点的功能。 在这次编程过程中我感觉要编好这种数值计算的程序一定要有认真、细心的精神，否则就会有许许多多意想不到的结果出现。编程中我也发现了自己的许多不足之处。1.不够细心，尽管很认真，但是最后还是会发现有许多错误；2.VC的理论知识不够，程序中的方法都很单一； 3.编程的经验仍然不够，可能是很少面向实际吧，对自己的代码质量总是没有要求，冗余代码太多，没有合理的安排能力，结构单一，没有很好地安排整个过程； 4.考虑的还不够细，对于可能出现的问题没有给出足够的预防和提示，如果输入错误数据，不了解该程序的人可能不知道如何去处理； 5.对近景摄影测量的理论知识还很欠缺，只会照搬书籍，对于平差部分的分析能力还很差，以后要多多加强学习。 “南海观音”模型摄影测量内业处理一、 目的1 学习使用VirtuoZo软件处理近景摄影测量立体像对；2 学习摄影测量处理时P31相机影像内定向的方法；3 学习相对定向过程中人工加点、人工剔除点的方法。二、 作业原理内定向相对定向绝对定向生成核线影像影像匹配生成DEM生成等值线生成正射影像三、 作业步骤1 文件-打开测区；2 设置相机参数；3 影像格式转换；4 建立模型；5 内定向；6 相对定向。本次实习利用VirtuoZo软件生产出正射影像，实习过程比较明确，即作业原理里面的步骤，指导书中有很明确的说明，这里主要说一下要注意的地方1. 相机参数的设定。因为近景摄影的原因及相机使用过程中不是按照原来的位置照相的以及正负片的放置等原因要注意，摄影时像幅为竖像幅，主点相对朝内，生成相机文件时要分别生成左右相机文件，可以先生成左片，再把右片设置成旋转即可。此处一定要注意好，尽管后面还是能够定向，但是对精度有影响，也可能出现错误，使得后面的结果都出现问题。2. 相对定向时候选点一定要注意均匀，不可以为了好的精度而把点都选在中间线上；也要注意自己选的点要在区域内，超出区域的点没有用，而且精度很差，影响结果；尽量把点选在角点及很细小的交点上，不要选择凸凹大的地方，也不要都集中于一块平面上，要注意到后面的绝对定向精度，如果此处的点位不好，会影响后面的立体观测，会有比部分无法画出正确的边缘3. 由于和摄影测量里面的坐标系有所差别，绝对定向时物方坐标系要做转换，将原测墩坐标系转换为摄影测量坐标系，即将坐标轴调换为（-Y,Z,X），再输入到控制点文件里面，注意要尽可能地多利用控制点，当然要选择好的点用，分布不能太集中而忽视了边缘的分布情况。4. 定向完后就是生成核线影像影像匹配生成DEM生成等值线生成正射影像，这些都是按照流程做就可以了，立体观察的时候要注意佛像的边缘的勾画，必须使十字丝上切于点上。四、有关数据资料1 像对XY4142图5-3 摄影测量处理像对采用如图5-3所示41-42像对。2像控点点位如图5-3所示。像控点坐标如下（左手坐标系）：点号 X Y Z105407.025255052.856006439.46775415582.089055060.075816035.25662446167.614065732.854514017.69909456218.093704432.484603932697136150.666203527.46381486732.638285017.96117 528.64033726189.965006313.141001505.71500736233.207503731.250001509.84400bDE6454.440395138.857161544.54705E6483.315995145.503021989.69568F6430.487295145.990982488.43640G6371.488785159.993132988.79709H6353.002165141.244363485.538