摄影测量学重点.pdf

摄影测量学 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 1 基础地理信息类型传统的基础地理信息类型传统的 4D4D4D4D数据数据 DLGDLGDLGDLG DigitalDigitalDigitalDigital LineLineLineLineGraphicGraphicGraphicGraphic 数字线化图 数字线化图 DEMDEMDEMDEM DigitalDigitalDigitalDigitalElevationElevationElevationElevationModelModelModelModel 数字高程模型 数字高程模型 DOMDOMDOMDOM DigitalDigitalDigitalDigitalOrthophotoOrthophotoOrthophotoOrthophotoMapMapMapMap 数字正射影像 数字正射影像 DRGDRGDRGDRG DigitalDigitalDigitalDigitalRasterRasterRasterRasterGraphicGraphicGraphicGraphic 数字栅格地图 数字栅格地图 2 2 2 2 传统的摄影测量学传统的摄影测量学 是利用光学摄影机获取的像片 通过像片来研究和确定被摄物体的形状 大小 位置 性是利用光学摄影机获取的像片 通过像片来研究和确定被摄物体的形状 大小 位置 性 质及其相互关系的一门科学技术 质及其相互关系的一门科学技术 3 3 3 3 摄影测量与遥感摄影测量与遥感 是对非接触传感器系统获得的影像进行记录 量测 分析和表达 从而获得地球及其环境是对非接触传感器系统获得的影像进行记录 量测 分析和表达 从而获得地球及其环境 和其它物体的可靠信息的一门工艺 科学和技术 和其它物体的可靠信息的一门工艺 科学和技术 4 4 4 4 摄影测量是影像信息的获取 处理 提取和成果表达的一门信息科学 摄影测量是影像信息的获取 处理 提取和成果表达的一门信息科学 5 5 5 5 摄影测量的任务 摄影测量的任务 1 1 1 1 地形测量领域 各种比例尺的地形图 专题图 特种地图 正射影像地图 景观图 地形测量领域 各种比例尺的地形图 专题图 特种地图 正射影像地图 景观图 建立各种数据库 建立各种数据库 提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据 2 2 2 2 非地形测量领域 非地形测量领域 生物医学生物医学 公安侦破公安侦破 交通事故交通事故 勘察古文物勘察古文物 古建筑建筑物古建筑建筑物 变形监测变形监测 工业摄影测量工业摄影测量 环境监测环境监测 6 6 6 6 摄影测量的特点 摄影测量的特点 无需接触物体本身获得被摄物体信息无需接触物体本身获得被摄物体信息 由二维影象获取对象的空间三维信息由二维影象获取对象的空间三维信息 面采集数据方式 信息丰富逼真面采集数据方式 信息丰富逼真 同时提取物体的几何与物理信息同时提取物体的几何与物理信息 7 7 7 7 摄影测量学的三个发展阶段摄影测量学的三个发展阶段 1 1 1 1 模拟摄影测量阶段模拟摄影测量阶段 1851 1970 1851 1970 1851 1970 1851 1970 利用光学利用光学 机械投影方法实现摄影过程的反转 用两个机械投影方法实现摄影过程的反转 用两个 多个投影器模拟摄影机摄影多个投影器模拟摄影机摄影 时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型 通过对该模型的量测得到通过对该模型的量测得到 地形图和各种专题图地形图和各种专题图 2 2 2 2 解析摄影测量阶段解析摄影测量阶段 1950 1980 1950 1980 1950 1980 1950 1980 以电子计算机为主要手段以电子计算机为主要手段 通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来研通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来研 究和确定被摄物体的形状究和确定被摄物体的形状 大小大小 位置位置 性质及其相互关系性质及其相互关系 并提供各种摄影测量并提供各种摄影测量 产品的一门科学产品的一门科学 3 3 3 3 数字摄影测量阶段数字摄影测量阶段 1970 1970 1970 1970 现在 现在 基于摄影测量的基本原理基于摄影测量的基本原理 通过对所获取的数字通过对所获取的数字 数字化影像进行处理数字化影像进行处理 自动自动 半自半自 动动 提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息 从而获得各种形式的数字产从而获得各种形式的数字产 品和目视化产品品和目视化产品 8 8 8 8 摄影测量三个发展阶段的特点摄影测量三个发展阶段的特点 9 9 9 9 影像信息学 影像信息学 影像信息学是一门记录影像信息学是一门记录 存储存储 传输传输 量测量测 处理处理 解译解译 分析和显示由非接触传感器分析和显示由非接触传感器 影像获得的目标及其环境信息的科学 技术和经济实体 影像获得的目标及其环境信息的科学 技术和经济实体 10101010 影像的获取航空影像的获取航空 影像的获取 航空摄影测量主要使用专用的量测航空摄影机影像的获取 航空摄影测量主要使用专用的量测航空摄影机 航天影像的获取 各种遥感影像卫星航天影像的获取 各种遥感影像卫星 近景影像的获取 各种量测及非量测相机近景影像的获取 各种量测及非量测相机 第二章第二章 摄影测量基础知识摄影测量基础知识 1 1 1 1 建立摄影测量坐标系的目的 建立摄影测量坐标系的目的 摄影测量学的基本任务是根据像点的位置确定地面得点位置摄影测量学的基本任务是根据像点的位置确定地面得点位置 像点和地面点需要在不同的坐标系下定量描述其位置像点和地面点需要在不同的坐标系下定量描述其位置 通过坐标变换式 建立像点坐标到地面点坐标的映射关系通过坐标变换式 建立像点坐标到地面点坐标的映射关系 2 2 2 2 摄影测量使用两类坐标系摄影测量使用两类坐标系 1 1 1 1 像方坐标系 用于描述像点的平面或空间位置 像方坐标系 用于描述像点的平面或空间位置 1 1 1 1 像平面上的直角坐标系 像平面上的直角坐标系 2 2 2 2 像空间直角坐标系 像空间直角坐标系 S xyz S xyz S xyz S xyz 3 3 3 3 像空间辅助坐标系像空间辅助坐标系 S S S S uvwuvwuvwuvw 目的 像空间坐标系是从像平面坐标系得目的 像空间坐标系是从像平面坐标系得 到的到的 造成各像片的像空间坐标系不统一造成各像片的像空间坐标系不统一 给计算带来困难给计算带来困难 为了统一不同为了统一不同 像片的像空间坐标系 建立一种相对统一的坐标系像片的像空间坐标系 建立一种相对统一的坐标系 S S S S uvwuvwuvwuvw 2 2 2 2 物方坐标系 用于描述地面点的平面或空间位置 物方坐标系 用于描述地面点的平面或空间位置 1 1 1 1 地面测量坐标系 地面测量坐标系 T T T T XtXtXtXtYtYtYtYtZtZtZtZt 地面测量坐标为国家统一坐标系 平面坐地面测量坐标为国家统一坐标系 平面坐 标系为高斯标系为高斯 克吕格三度带或六度带克吕格三度带或六度带 1980198019801980西安坐标系西安坐标系 或或 1954195419541954 北京坐标系北京坐标系 高程坐标系为高程坐标系为 1956195619561956 黄海高程系或黄海高程系或 1985198519851985黄海高程系黄海高程系 2 2 2 2 地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系 D XYZ D XYZ D XYZ D XYZ 像空间直角坐标系是右手坐标系 地面像空间直角坐标系是右手坐标系 地面 测量坐标系是左手坐标系测量坐标系是左手坐标系 为了坐标转换的方便为了坐标转换的方便 在两者之间建立一种过渡在两者之间建立一种过渡 性的坐标系 性的坐标系 3 3 3 3 摄影测量坐标系摄影测量坐标系 p XpYpZp p XpYpZp p XpYpZp p XpYpZp 将像空间直角坐标系沿将像空间直角坐标系沿w w w w轴反向平移到轴反向平移到 地面上某一点地面上某一点 p p p p 上所构成的地面直角坐标系上所构成的地面直角坐标系 3 3 3 3 像片的方位元素 像片的方位元素 描述航空摄影瞬间摄影中心和像片在地面设定的空间坐标系中的位置和姿描述航空摄影瞬间摄影中心和像片在地面设定的空间坐标系中的位置和姿 态参数 态参数 方位元素有内方位元素 外方位元素方位元素有内方位元素 外方位元素 像片的内方位元素像片的内方位元素 描述摄影物镜后节点描述摄影物镜后节点 摄影中心摄影中心 与像片之间相互位置的参数与像片之间相互位置的参数 内方位元内方位元 素包括三个参数 摄影中心素包括三个参数 摄影中心 S S S S 到像片的垂距 主距 到像片的垂距 主距 f f f f 及像主点 及像主点 o o o o 在像片框标坐标系中的在像片框标坐标系中的 坐标坐标x x x x0 0 0 0 y y y y0 0 0 0 像片外方位元素 在恢复内方位元素的基础上 确定摄影光束在地面直像片外方位元素 在恢复内方位元素的基础上 确定摄影光束在地面直 角坐标系 一般为地面摄影测量坐标系 中空间位置角坐标系 一般为地面摄影测量坐标系 中空间位置 和姿态的参数 和姿态的参数 4 4 4 4 理想像片理想像片 对于水平的平坦地区对于水平的平坦地区 若能摄取一张水平像片若能摄取一张水平像片 由于像片与地面平行由于像片与地面平行 则像则像 片上任意两像点间的距离与相应地面点间的水平距离之比为一常数 即摄影比例尺片上任意两像点间的距离与相应地面点间的水平距离之比为一常数 即摄影比例尺f Hf Hf Hf H 且且 在此像片上任一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角 则这样的像片可在此像片上任一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角 则这样的像片可 作为地形图使用 称为理想像片 作为地形图使用 称为理想像片 5 5 5 5 像点位移像点位移 当像片倾斜当像片倾斜 地面起伏时地面起伏时 地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构 像所产生的位置差异称像点位移像所产生的位置差异称像点位移 6 6 6 6 像点位移规律 像点位移规律 7 7 7 7 航空摄影与航空摄影机 航空摄影与航空摄影机 航空摄影的航摄仪主要选用量测摄影机航空摄影的航摄仪主要选用量测摄影机 量测摄影机与普通摄影机相比量测摄影机与普通摄影机相比 具有如下具有如下 三个特征 三个特征 1 1 1 1 像距是一个固定的已知值 且等于摄影机的主距 像距是一个固定的已知值 且等于摄影机的主距f f f f 2 2 2 2 摄影机获取的像片上有框标标志 摄影机获取的像片上有框标标志 3 3 3 3 摄影机的内方位元素 摄影机的内方位元素 x x x x0 0 0 0 y y y y0 0 0 0 f f f f 是已知的 是已知的 8 8 8 8 摄像机的参数 摄像机的参数 航摄机主距 物镜中心到像片平面 位于焦点处 的距离 也叫做像片主距航摄机主距 物镜中心到像片平面 位于焦点处 的距离 也叫做像片主距 像片框标 像框平面上的框标标志在像片上的成像 在框架中点的机械标志叫机械框标 像片框标 像框平面上的框标标志在像片上的成像 在框架中点的机械标志叫机械框标 在框架的四个角偶上的记号叫光学框标在框架的四个角偶上的记号叫光学框标 内方位元素 摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点 由于制造技术上的误差 导致内方位元素 摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点 由于制造技术上的误差 导致 像片主点与框标坐标系原点 框标连线的交点 不重合 像片主点在框标坐标系中的坐标像片主点与框标坐标系原点 框标连线的交点 不重合 像片主点在框标坐标系中的坐标 值 值 x x x x0 0 0 0 y y y y0 0 0 0 与像片主距 与像片主距f f f f 被称为摄影机的内方位元素 或像片的内方位元素被称为摄影机的内方位元素 或像片的内方位元素 像场角像场角 视场 光线通过物镜后 成像平面上照度不均匀的光亮圆视场 光线通过物镜后 成像平面上照度不均匀的光亮圆 像场 视场内物镜焦面上中央成像清晰的光亮圆像场 视场内物镜焦面上中央成像清晰的光亮圆 视场角 由物镜后节点向视场边缘射出的光线所张开的角 视场角 由物镜后节点向视场边缘射出的光线所张开的角 2a2a2a2a 像场角 由物镜后节点向像场边缘射出的光线所张开的角 像场角 由物镜后节点向像场边缘射出的光线所张开的角 2b2b2b2b 常常角 角 像场角像场角 70 70 70100 100 100 100 像幅 摄影机最大成像胶片大小 一般有像幅 摄影机最大成像胶片大小 一般有 18cm18cm18cm18cm 18cm 18cm 18cm 18cm 23cm23cm23cm23cm 23cm23cm23cm23cm 30cm30cm30cm30cm 30cm30cm30cm30cm 三种 在三种 在 四边或四角有框标四边或四角有框标 9 9 9 9 摄影成果的质量要求摄影成果的质量要求 像片的色调 色调一致 反差适中 没有影响测图的阴影像片的色调 色调一致 反差适中 没有影响测图的阴影 像片重叠度 沿航线方向相邻两张像片应有像片重叠度 沿航线方向相邻两张像片应有 60 60 60 60 左右的航向重叠 相邻航线间的像片应左右的航向重叠 相邻航线间的像片应有有 30 30 30 30 左右的旁向重叠左右的旁向重叠 航向重叠 同一条航线上 相邻两像片应有一定范围的影像重叠 沿航线方向相邻两张像航向重叠 同一条航线上 相邻两像片应有一定范围的影像重叠 沿航线方向相邻两张像 片应有片应有 60 60 60 60 左右的航向重叠 最小不能小于左右的航向重叠 最小不能小于 53535353 旁向重叠 相邻航线的像片之间也应有一定范围的影像重叠 相邻航线间的像片应有旁向重叠 相邻航线的像片之间也应有一定范围的影像重叠 相邻航线间的像片应有 30 30 30 30 左右的旁向重叠 最小不能小于左右的旁向重叠 最小不能小于 15151515 像片倾角像片倾角 摄影瞬间摄影机的主光轴发生了倾斜摄影瞬间摄影机的主光轴发生了倾斜 主光轴与铅垂线的夹角主光轴与铅垂线的夹角 称为像片倾角称为像片倾角 一般要求像片倾角不大于一般要求像片倾角不大于 2 2 2 20 0 0 0 最大不能超过 最大不能超过 3 3 3 30 0 0 0 航线弯曲 把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来 各张像片的主点连线不在一条航线弯曲 把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来 各张像片的主点连线不在一条 直线上 而呈现为弯弯曲曲的折线 称为航线弯曲 航线弯曲度 航线最大弯曲矢量与航直线上 而呈现为弯弯曲曲的折线 称为航线弯曲 航线弯曲度 航线最大弯曲矢量与航 线长度线长度l l l l L L L L之比的百分数 要求航线弯曲度之比的百分数 要求航线弯曲度 3 3 3 3 像片旋角 相邻像片上主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线之间的夹角 称为像片旋像片旋角 相邻像片上主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线之间的夹角 称为像片旋 角 要求像片旋角角 要求像片旋角 6 6 6 60 0 0 0 最大不超过 最大不超过 8 8 8 80 0 0 0 10101010 航摄像片和地图的对比 航摄像片和地图的对比 地形图的特点地形图的特点 1 1 1 1 图上任意两点间的距离与相应地面点 图上任意两点间的距离与相应地面点 的水平距离之比为一常数 等于图的水平距离之比为一常数 等于图 比例尺比例尺 2 2 2 2 图上任意一点引画的两条方向线间的 图上任意一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角夹角等于地面上对应的水平角 航摄像片的特点航摄像片的特点 比比 例例 尺 地图有统一比例尺 航片无统一比例尺 尺 地图有统一比例尺 航片无统一比例尺 表示方法 地图为线划图 含符号 注记表示方法 地图为线划图 含符号 注记 航片为影像图 航片为影像图 表示内容 地图需要综合取舍 航片表示全部地物 表示内容 地图需要综合取舍 航片表示全部地物 几何差异 航摄像片可组成像对立体观察 地图不能 几何差异 航摄像片可组成像对立体观察 地图不能 11111111 空间对象的透视变换作图的基本准则 空间对象的透视变换作图的基本准则 找迹点 物面上直线与透视轴的交点找迹点 物面上直线与透视轴的交点 找合点 过投影中心作物面上直线的平行线与合线的交点找合点 过投影中心作物面上直线的平行线与合线的交点 找线段端点的中心投影 迹点 合点连线与线段端点 投影中心连线的交点找线段端点的中心投影 迹点 合点连线与线段端点 投影中心连线的交点 找线段的中心投影找线段的中心投影 连接线段端点的中心投影连接线段端点的中心投影 其连线即为物面上线段的中心投影其连线即为物面上线段的中心投影 第四章第四章 摄影测量解析基础摄影测量解析基础 1 1 1 1 立体坐标量测步骤 立体坐标量测步骤 仪器归零仪器归零 各个手轮应放在零读数各个手轮应放在零读数 x x x x0 0 0 0 y y y y0 0 0 0 p p p p0 0 0 0 q q q q0 0 0 0 位置上位置上 左左 右测标分别对准左右测标分别对准左 右像片盘的中心右像片盘的中心 再使左再使左 右像片框标连线的交点分别与左右像片框标连线的交点分别与左 右测标重合右测标重合 即像片即像片 归心归心 仪器坐标系原点与像片坐标系原点重合仪器坐标系原点与像片坐标系原点重合 像片定向像片定向 使仪器坐标轴系与像平面坐标轴系平行使仪器坐标轴系与像平面坐标轴系平行 移动移动X X X X手轮手轮 单眼观察测标的单眼观察测标的 移动看是否沿像片上的移动看是否沿像片上的x x x x轴向运动轴向运动 若测标不在若测标不在x x x x轴向上轴向上 则需要用则需要用 螺旋旋转像片螺旋旋转像片 使测标保持在使测标保持在x x x x轴上移动轴上移动 像点量测 移动像点量测 移动X X X X Y Y Y Y p p p p q q q q手轮 使测标立体切准量测像点 并记下相应读数鼓手轮 使测标立体切准量测像点 并记下相应读数鼓 上的读数上的读数x x x x y y y y p p p p q q q q 坐标计算 坐标计算 x x x xa a a a x x x x x x x x0 0 0 0 y y y ya a a a y y y y y y y y0 0 0 0 x x x xa a a a x x x xa a a a p p p p p p p p0 0 0 0 y y y ya a a a y y y ya a a a q q q q q q q q0 0 0 0 2 2 2 2 单张像片的空间后方交会 单张像片的空间后方交会 利用航摄像片上三个以上的像点坐标和其对应的地面点坐标 根据共线条件方程求解像片利用航摄像片上三个以上的像点坐标和其对应的地面点坐标 根据共线条件方程求解像片 外方位元素的工作 称为单张像片的空间后方交会 外方位元素的工作 称为单张像片的空间后方交会 3 3 3 3 双像解析摄影测量双像解析摄影测量 根据获取的立体像对的内在几何特性 按照物点 摄影中心与像点构成的几何关系 用解根据获取的立体像对的内在几何特性 按照物点 摄影中心与像点构成的几何关系 用解 析计算方法获取地面的基础地理信息 点的三维空间位置 几何信息 析计算方法获取地面的基础地理信息 点的三维空间位置 几何信息 4 4 4 4 双像解析摄影测量的方法及比较双像解析摄影测量的方法及比较 5 5 5 5 5 体像对的空间前方交会 体像对的空间前方交会 由立体像对中两张像片的内 外方位元素和像点坐标来确定相应地面点在物方空间坐标系由立体像对中两张像片的内 外方位元素和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 称为立体像对的空间前方交会 中坐标的方法 称为立体像对的空间前方交会 6 6 6 6 解析相对定向的概念 解析相对定向的概念 确定一个立体像对两像片的相对位置确定一个立体像对两像片的相对位置 称为相对定向称为相对定向 相对定向的目的相对定向的目的 确定立体像对确定立体像对 两张像片相对位置和姿态 建立一个与拍摄物体相似的立体模型 以确定模型点的三维坐两张像片相对位置和姿态 建立一个与拍摄物体相似的立体模型 以确定模型点的三维坐 标 标 相对定向元素 确定立体像对两张像片相对位置和姿态关系的参数 相对定向元素 确定立体像对两张像片相对位置和姿态关系的参数 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 通过量测像点坐标通过量测像点坐标 以解以解 析计算的方法析计算的方法 此时不需要野外控制点此时不需要野外控制点 解求两像片的相对定向元素值的过程解求两像片的相对定向元素值的过程 称之为解称之为解 析相对定向 析相对定向 6 6 6 6 绝对定向元素绝对定向元素 描述相对定向所建立的立体模型的比例尺和空间方位描述相对定向所建立的立体模型的比例尺和空间方位 绝对位置和姿态绝对位置和姿态 的参数称作绝的参数称作绝 对定向元素对定向元素 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 原理原理 绝对定向是利用已知的地面控制点绝对定向是利用已知的地面控制点 对立体模型进行空间相似变换对立体模型进行空间相似变换 解求解求 7 7 7 7 个绝个绝 对定向元素对定向元素 7 7 7 7 双像解析的相对定向 绝对定向解析方法步骤 双像解析的相对定向 绝对定向解析方法步骤 综合立体像对的相对定向和绝对定向过程 可得到双像解析的相对定向 绝对定向解析方综合立体像对的相对定向和绝对定向过程 可得到双像解析的相对定向 绝对定向解析方 法步骤 法步骤 采用连续像对或单独像对的相对定向元素的误差方程式解算相对定向元素 采用连续像对或单独像对的相对定向元素的误差方程式解算相对定向元素 由相对定向元素组成左由相对定向元素组成左 右像片的旋转矩阵右像片的旋转矩阵 R1R1R1R1 R2R2R2R2 并利用前方交会式求出模型点并利用前方交会式求出模型点 在像空间辅助坐标系中的坐标 在像空间辅助坐标系中的坐标 根据已知地面控制点根据已知地面控制点 按绝对定向元素的误差方程式解算该立体模型的绝对定向元按绝对定向元素的误差方程式解算该立体模型的绝对定向元 素 素 按绝对定向公式 将所有待求点的坐标纳入到地面摄影测量坐标系中 按绝对定向公式 将所有待求点的坐标纳入到地面摄影测量坐标系中 将待求点的地面摄影测量坐标系下的坐标改化到地面测量坐标系下 提交成果 将待求点的地面摄影测量坐标系下的坐标改化到地面测量坐标系下 提交成果 第五章第五章 解析空中三角测量解析空中三角测量 1 1 1 1 解析空中三角测量 解析空中三角测量 按航线或区域网将空中摄站及像片的空间位置和姿态放到整个网中按航线或区域网将空中摄站及像片的空间位置和姿态放到整个网中 采用严采用严 密的数学模型密的数学模型 用少量的地面控制点为平差条件用少量的地面控制点为平差条件 按最小二乘法原理按最小二乘法原理 统一统一 解算测图所需控制点的地面三维坐标解算测图所需控制点的地面三维坐标 称之为空中三角测量称之为空中三角测量 亦称解析空三亦称解析空三 加密 加密 2 2 2 2 解析空中三角测量的意义 解析空中三角测量的意义 不触及被量测目标即可测定其位置和几何形状不触及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 不受通视条件限制不受通视条件限制 区域内部精度均匀 且不受区域大小限制区域内部精度均匀 且不受区域大小限制 除为双像测图工序提供大量的控制点坐标外 还可提供内业测图工序所需的各种数据和一除为双像测图工序提供大量的控制点坐标外 还可提供内业测图工序所需的各种数据和一 系列副产品 如每张像片的绝对倾角 摄站点坐标 相对定向元素 绝对定向元素等 系列副产品 如每张像片的绝对倾角 摄站点坐标 相对定向元素 绝对定向元素等 3 3 3 3 解析空中三角测量的应用 解析空中三角测量的应用 为立体测绘地形图为立体测绘地形图 制作影像平面图和正射影像图提供定向控制点和像片定向参数制作影像平面图和正射影像图提供定向控制点和像片定向参数 内 外方位元素 内 外方位元素 取代大地测量的方法取代大地测量的方法 进行三进行三 四等或等外三角测量的点位测定四等或等外三角测量的点位测定 要求精度厘米级要求精度厘米级 地籍测量中测定大范围内界址点的国家统一坐标地籍测量中测定大范围内界址点的国家统一坐标 以建立坐标地籍以建立坐标地籍 要求精度厘米要求精度厘米 级 级 单元模型中大量地面点坐标的解析计算单元模型中大量地面点坐标的解析计算 解析近景摄影测量 如建筑物变形测量 工业测量及用影像重建物方目标等 解析近景摄影测量 如建筑物变形测量 工业测量及用影像重建物方目标等 4 4 4 4 航带网法区域网平差步骤航带网法区域网平差步骤 按单航带模型法分别建立航带模型按单航带模型法分别建立航带模型 并计算各航带模型点在本航带统一的辅助坐标并计算各航带模型点在本航带统一的辅助坐标 系中的坐标 系中的坐标 各航带模型的绝对定向各航带模型的绝对定向 从第一航带开始从第一航带开始 利用本航带的已知控制点和相邻航带的公共点进行绝对定利用本航带的已知控制点和相邻航带的公共点进行绝对定 向向 将各航带网纳入到统一的坐标系中将各航带网纳入到统一的坐标系中 并求出区域内各航带模型点在全区并求出区域内各航带模型点在全区 域统一的地面摄影测量坐标系下的概略坐标 域统一的地面摄影测量坐标系下的概略坐标 计算航带的重心坐标及重心化坐标 计算航带的重心坐标及重心化坐标 以模型中控制点的加密坐标应与实测坐标相等以模型中控制点的加密坐标应与实测坐标相等 相邻航带间公共连接点坐标相等为相邻航带间公共连接点坐标相等为 条件 列出误差方程式 求解各航带的非线性改正 条件 列出误差方程式 求解各航带的非线性改正 用平差计算得到的多项式系数 计算各模型点改正后的坐标值 用平差计算得到的多项式系数 计算各模型点改正后的坐标值 5 5 5 5 光束法区域网空中三角测量实现步骤 光束法区域网空中三角测量实现步骤 获取每张像片的外方位元素和待定点坐标的近似值 获取每张像片的外方位元素和待定点坐标的近似值 从每张像片上控制点从每张像片上控制点 待定点的像点坐标出发待定点的像点坐标出发 按共线方程按共线方程 逐点建立误差方程式逐点建立误差方程式 并法化 并法化 逐点建立改化法方程式 逐点建立改化法方程式 边法化边消元循环分块解求改化法方程式边法化边消元循环分块解求改化法方程式 先求取一类未知数先求取一类未知数 一般为每张像片的一般为每张像片的 外方位元素外方位元素 按前方交会求加密点按前方交会求加密点 待定点的地面坐标待定点的地面坐标 对于模型间的公共点对于模型间的公共点 取其平均值作为最取其平均值作为最 终结果 终结果 6 6 6 6 三种空中三角测量方法的比较 三种空中三角测量方法的比较 7 7 7 7 自动空中三角测量 自动空中三角测量 AATAATAATAAT 与传统作业方式的对比 与传统作业方式的对比 传统的 需手工进行像片定向并选择 转刺加密点传统的 需手工进行像片定向并选择 转刺加密点 量测加密点和控制点的像片坐标 量测加密点和控制点的像片坐标 进进 行区域网平差 检测并剔除粗差行区域网平差 检测并剔除粗差 AAT AAT AAT AAT 除半自动量测控制点之外除半自动量测控制点之外 其它所有作业都可以自动完成其它所有作业都可以自动完成 与与 PATBPATBPATBPATB 强强联手强强联手 具有高具有高 性能的粗差检测功能和高精度的平差计算功能性能的粗差检测功能和高精度的平差计算功能 8 8 8 8 AATAATAATAAT的特点的特点 自动化程度高 作业速度快 作业效率高 自动化程度高 作业速度快 作业效率高 高效 可靠的粗差检测功能和自动剔除粗差功能 高效 可靠的粗差检测功能和自动剔除粗差功能 加密精度高 加密精度高 对各种复杂地形诸如大面积落水和大面积森林覆盖等具有高度自适应性 对各种复杂地形诸如大面积落水和大面积森林覆盖等具有高度自适应性 可以自动处理包含交叉航线和分断航线的复杂测区 可以自动处理包含交叉航线和分断航线的复杂测区 可以方便的引入可以方便的引入 GPSGPSGPSGPS 和和 IMUIMUIMUIMU 参数并进行参数并进行 GPSGPSGPSGPS 联合平差 联合平差 可以方便的实现测区之间的接边和分割合并 可以方便的实现测区之间的接边和分割合并 第第 6 6 6 6章章数字摄影测量基础数字摄影测量基础 1 1 1 1 数字摄影测量 数字摄影测量 利用数字灰度利用数字灰度 彩色彩色 信号信号 采用数字相关技术量测同名像点采用数字相关技术量测同名像点 在此基础上通过解析计在此基础上通过解析计 算 进行相对定向和绝对定向 建立数字立体模型 从而建立算 进行相对定向和绝对定向 建立数字立体模型 从而建立 DEMDEMDEMDEM 绘制等高线 制 绘制等高线 制 作正射影像图 采集道路 房屋等地物要素 为作正射影像图 采集道路 房屋等地物要素 为 GISGISGISGIS提供基础信息 提供基础信息 由于整个过程是以数字形式在计算机中完成 又称为由于整个过程是以数字形式在计算机中完成 又称为全数字摄影测量 全数字摄影测量 2 2 2 2 数字摄影测量系统 数字摄影测量系统 DigitalDigitalDigitalDigitalPhotogrammetricPhotogrammetricPhotogrammetricPhotogrammetric SystemSystemSystemSystem 简称简称 DPSDPSDPSDPS 或数字摄影测量工作站或数字摄影测量工作站 DigitalDigitalDigitalDigital PhotogrammetricPhotogrammetricPhotogrammetricPhotogrammetric WorkstationWorkstationWorkstationWorkstation DPWDPWDPWDPW 实质上是以工作站或微机作为主机的计算机影 实质上是以工作站或微机作为主机的计算机影 像处理系统 配置影像数字化装置 和专用影像解析软件 来完成各种数字摄影测量处理像处理系统 配置影像数字化装置 和专用影像解析软件 来完成各种数字摄影测量处理 工作 工作 3 3 3 3 影像灰度 影像灰度 影像的灰度 影像的灰度 greyscalegreyscalegreyscalegreyscale 又称光学密度 又称光学密度 opticalopticalopticaloptical densitydensitydensitydensity 指影像 正片或 指影像 正片或 负片 的透明程度 即透光能力 负片 的透明程度 即透光能力 透光率透光率T F F0T F F0T F F0T F F0 阻光率阻光率O F0 FO F0 FO F0 FO F0 F 其中其中 F0F0F0F0 为投射到透明像片上的光通量 为投射到透明像片上的光通量 F F F F 为穿过透明像片后的光通量 为穿过透明像片后的光通量 透光率和阻光率都能说明影像的黑白程度 但为了适应人眼的视觉 呈对数关系变化透光率和阻光率都能说明影像的黑白程度 但为了适应人眼的视觉 呈对数关系变化 采采 用对阻光率的对数表示 用对阻光率的对数表示 D D D D lg lg lg lg O O O O lg lg lg lg 1 T1 T1 T1 T 把把 D D D D称为影像的灰度 称为影像的灰度 显然 当光线全部通过 影像的灰度显然 当光线全部通过 影像的灰度 D 0D 0D 0D 0 当光通过率为当光通过率为 1 1 1 1 时 即不透过率为时 即不透过率为 100100100100 则 则 D 2D 2D 2D 2 实际获得的航空摄影底片 负片 的灰度为实际获得的航空摄影底片 负片 的灰度为 0 30 30 30 3 1 81 81 81 8之间 之间 4 4 4 4 影像数字化过程 影像数字化过程 将透明像片将透明像片 正片或负片正片或负片 放在影像数字化器上放在影像数字化器上 通过通过采样采样和和量化量化把像片上把像片上 像点的灰度值用数字形式记录下来 像点的灰度值用数字形式记录下来 采样采样 在像片上每隔一个间隔在像片上每隔一个间隔 读一个点的灰度值的过程读一个点的灰度值的过程 称为采样称为采样 采样间隔取决于扫描仪的影像分辨率和应用要求 采样间隔取决于扫描仪的影像分辨率和应用要求 量化量化 将读取的灰度值转化为一定量级范围内的整数的过程 称为量化 将读取的灰度值转化为一定量级范围内的整数的过程 称为量化 灰度的量化级一般为灰度的量化级一般为 2 2 2 2m m mm 如 如 mm mm 1 1 1 1 为二值图像 为二值图像 mm mm 8 8 8 8 灰度图像灰度图像 每个像元每个像元 8bit8bit8bit8bit 灰度范围为 灰度范围为 0 2550 2550 2550 255 5 5 5 5 数字影像的内定向 数字影像的内定向 内定向的目的是要确定扫描坐标系与像平面坐标系之间的关系以及数字影像可能存在的变内定向的目的是要确定扫描坐标系与像平面坐标系之间的关系以及数字影像可能存在的变 形 数字影像变形主要是仿射变形形 数字影像变形主要是仿射变形 6 6 6 6 重采样 重采样 数字影像是个规则排列的灰度格网序列 但当对数字影像进行几何处理时 如对核线的排数字影像是个规则排列的灰度格网序列 但当对数字影像进行几何处理时 如对核线的排 列 数字纠正等 由于所求得的像点不一定恰好落在原始像片上像素的中心 要获得该像列 数字纠正等 由于所求得的像点不一定恰好落在原始像片上像素的中心 要获得该像 点的灰度值 就要在原采样的基础上再一次采样 这称为重采样 点的灰度值 就要在原采样的基础上再一次采样 这称为重采样 重采样的过程就是灰度值内插的过程重采样的过程就是灰度值内插的过程 即利用不落在影像矩阵规则采样点上的像点周即利用不落在影像矩阵规则采样点上的像点周 围的若干个原始影像上像点的灰度值 来内插出所求像点的灰度值 围的若干个原始影像上像点的灰度值 来内插出所求像点的灰度值 灰度内插的方法有 双三次卷积法 最临近像元法和双线性内插法 灰度内插的方法有 双三次卷积法 最临近像元法和双线性内插法 7 7 7 7 基于灰度的影像匹配 基于灰度的影像匹配 同名像点的确定以影像的灰度分布为基础 通过在两影像上一定尺寸的窗口中比较灰度分同名像点的确定以影像的灰度分布为基础 通过在两影像上一定尺寸的窗口中比较灰度分 布的相似程度 利用相似性测度作为同名点判别的依据 在灰度层次上进行匹配 布的相似程度 利用相似性测度作为同名点判别的依据 在灰度层次上进行匹配 影像匹配具有两个重要步骤 相似性测度的计算和同名像点搜索范围的确定 影像匹配具有两个重要步骤 相似性测度的计算和同名像点搜索范围的确定 根据影像匹配时同名像点搜索过程的不同根据影像匹配时同名像点搜索过程的不同 数字影像匹配可分为数字影像匹配可分为 二维影像匹配和一二维影像匹配和一 维影像匹配 维影像匹配 二维影像匹配的搜索范围沿着两个方向确定 搜索区域为一个二维影像匹配的搜索范围沿着两个方向确定 搜索区域为一个k k k k l l l l的二维区域 的二维区域 一维影像匹配的搜索范围只是沿着一个方向搜索 通常是核线一维影像匹配的搜索范围只是沿着一个方向搜索 通常是核线 搜索区域为 搜索区域为 1 1 1 1 l l l l的的 一维区域一维区域 7 7 7 7 核线的概念核线的概念 通过摄影基线与地面点所作的平面称为核面通过摄影基线与地面点所作的平面称为核面 核面与影像面交线称为核线核面与影像面交线称为核线 同名像点必定在同名核线上 同名像点必定在同名核线上 第七章第七章像片纠正与正射影像图像片纠正与正射影像图 1 1 1 1 像片平面图 或正射影像图 像片平面图 或正射影像图 是地图的一种形式 用相当于正射投影的像片上的影像 是地图的一种形式 用相当于正射投影的像片上的影像 表示地物的形状和平面位置 表示地物的形状和平面位置 2 2 2 2 像片纠正像片纠正 将倾斜摄影的航摄像片通过投影变换将倾斜摄影的航摄像片通过投影变换 获得相当于航摄像机物镜主光轴在铅获得相当于航摄像机物镜主光轴在铅 垂位置摄影的水平像片 并归化至规定的比例尺 或应用计算机按相应的数学关系式进行垂位置摄影的水平像片 并归化至规定的比例尺 或应用计算机按相应的数学关系式进行 解算 从原始非正射的数字影像获取数字正射影像的作业过程 解算 从原始非正射的数字影像获取数字正射影像的作业过程 像片纠正的实质是要将像片的中心投影变换为成图比例尺的正射投影 实现这一变换像片纠正的实质是要将像片的中心投影变换为成图比例尺的正射投影 实现这一变换 的关键是要建立像点与相应图点之间的对应关系 这种关系可以按投影变换用中心投影方的关键是要建立像点与相应图点之间的对应关系 这种关系可以按投影变换用中心投影方 法建立 也可按数学解析方法用函数式确定 法建立 也可按数学解析方法用函数式确定 3 3 3 3 数字微分纠正 数字微分纠正 根据影像的内方位元素根据影像的内方位元素 外方位元素以及外方位元素以及 DEMDEMDEMDEM 利用构像方程式利用构像方程式 或按一定的数学模型或按一定的数学模型 如如 高次多项式 用控制点解算 将影像化为很多微小的区域逐一进行纠正 从原始非正射投高次多项式 用控制点解算 将影像化为很多微小的区域逐一进行纠正 从原始非正射投 影的数字影像获取正射影像的过程 影的数字影像获取正射影像的过程 4 4 4 4 两种数字纠正方法的比较 反解法和正解法 两种数字纠正方法的比较 反解法和正解法 反解法反解法 间接法间接法 比较适合制作正射影像图比较适合制作正射影像图 因为它是在规则排列的灰度量测值中因为它是在规则排列的灰度量测值中 进行灰度内插重采样进行灰度内插重采样 不会出现像素内灰度值的空白与重复不会出现像素内灰度值的空白与重复 同时其重采样的结果同时其重采样的结果 可以直接赋给正射影像 计算机不需要大块的存贮空间 可以直接赋给正射影像 计算机不需要大块的存贮空间 反解法求解时 在数字高程模型上可以由地面点坐标反解法求解时 在数字高程模型上可以由地面点坐标 X Y X Y X Y X Y 直接内插出其高程值直接内插出其高程值 Z Z Z Z 无需迭代求解 无需迭代求解 正解法正解法 直接法直接法 纠正后的图像上的纠正点是非规则排列的纠正后的图像上的纠正点是非规则排列的 有的像素内可内出现有的像素内可内出现 空白 而有的像素可能会出现重复 多个像点空白 而有的像素可能会出现重复 多个像点 很难获得规则排列的数字影像 很难获得规则排列的数字影像 而且需要迭代运算 过程比反解法复杂 而且需要迭代运算 过程比反解法复杂 正解法在对航摄像片上的某些特征地物如道路正解法在对航摄像片上的某些特征地物如道路 地类界地类界 房屋轮廓房屋轮廓 水涯线等目标水涯线等目标 进行纠正时 比较方便 进行纠正时 比较方便 5 5 5 5 数字正射影像图 数字正射影像图 DigitalDigitalDigitalDigitalOrthophotoOrthophotoOrthophotoOrthophotoMap DOM Map DOM Map DOM Map DOM 一种以航摄像片或遥感影像 灰度一种以航摄像片或遥感影像 灰度 彩色 为基础 经扫描处理并经辐射纠彩色 为基础 经扫描处理并经辐射纠 正正 微分纠正和镶嵌微分纠正和镶嵌 按地形图范围裁剪而成的影像数据按地形图范围裁剪而成的影像数据 并将地形要素的并将地形要素的 信息以符号信息以符号 线划线划 注记注记 管理网格管理网格 图廓整饰等形式添加到该影像平面上图廓整饰等形式添加到该影像平面上 所形成的以栅格数据形式存储的空间数据 所形成的以栅格数据形式存储的空间数据 该数据同时兼具地形图的几何精度和影像特征 该数据同时兼具地形图的几何精度和影像特征 6 6 6 6 数字正射影像图的特征和用途 数字正射影像图的特征和用途 数字正射影像图同时兼具地形图的几何精度和影像特征 数字正射影像图同时兼具地形图的几何精度和影像特征 数字正射影像图具有精度高 信息丰富 直观逼真 现实性强等优点 数字正射影像图具有精度高 信息丰富 直观逼真 现实性强等优点 数字正射影像图可作为背景控制信息评价其它数据的精度 现实性和完整数字正射影像图可作为背景控制信息评价其它数据的精度 现实性和完整 性 性 可从数字正射影像图中提取自然信息和人文信息可从数字正射影像图中提取自然信息和人文信息 并派生出其它新的信息和并派生出其它新的信息和 产品 为地形图的修测和更新提供良好的数据和更新手段 产品 为地形图的修测和更新提供良好的数据和更新手段 7 7 7 7 数字正射影像图的生成方法 数字正射影像图的生成方法 全数字摄影测量方法全数字摄影测量方法 单片数字微分纠正单片数字微分纠正 正射影像扫描正射影像扫描 8 8 8 8 三维景观图的生成 三维景观图的生成 景观图生成的方法主要有两类 模拟灰度景观图 一种是用一定的光照模型模拟光线照射到地面时所产生的 视觉效果 经明暗处理产生具有深度感的灰度浓淡图像 并用纯数学的方法 如分形几何方法 模拟地形表面的各种微起伏特征和颜色纹理 这种方法 一般用于显示 DEM 真实景观图 Landscape 另一种是将航空或航天遥感图像数据影射到 DEM 上 建立实际地形的逼真显示 这种方法可以逼真地显示地面各种地物和人 工建筑的颜色和纹理特征 第八章第八章摄影测量的外业工作摄影测量的外业工作 1 1 1 1 摄影测量外业工作任务及作业流程 摄影测量外业工作任务及作业流程 在已有大地测量成果和航摄资料的基础上 需要在野外测定一定数量的控制点 这项工作在已有大地测量成果和航摄资料的基础上 需要在野外测定一定数量的控制点 这项工作 就是摄影测量外业控制测量 就是摄影测量外业控制测量 其意义在于把航摄资料与大地测量成果联系起来 使像片量测具有与地面测量相同的其意义在于把航摄资料与大地测量成果联系起来 使像片量测具有与地面测量相同的 数学关系 数学关系 2 2 2 2 摄影测量成图的外业工作内容 摄影测量成图的外业工作内容 像控点联测像控点联测 外业实际测定像片控制点并在像片上标定像控点的工作外业实际测定像片控制点并在像片上标定像控