201长安大学摄影测量复习.ppt

摄影测量总复习 一 摄影测量概述二 单张航摄像片解析三 立体测图的理论和方法四 解析空中三角测量五 数字摄影测量基础 摄影测量学Photogrammetry 目前获取全要素地理空间信息最重要 最快捷 使用最广泛的手段 遥感影像 地形图 地面 Approach 摄影测量的主要任务之一 把地面按中心投影规律获取的摄影比例尺航摄像片转换成以测图比例尺表示的正射投影地形图 摄影测量各阶段比较 二 航空摄影的基本要求1 航摄倾角2 摄影比例尺3 像片的重叠度4 摄影基线5 航线弯曲度6 像片旋角 摄影基本知识与航空摄影 一 航空摄影1 航空摄影的定义2 框标的定义及其作用3 航摄仪焦距主光轴4 像片主距5 中心投影6 像片的内 外方位元素 主要内容中心投影的基本知识航摄像片中重要的点 线 面摄影测量常用坐标系像片的内 外方位元素像点在不同坐标系中的变换中心投影的构像方程 共线方程 像点位移 二 单张航摄像片解析 航片与地形图的区别 比例尺 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 航片为影像图表示内容 地图需要综合取舍几何差异 航摄像片可组成像对立体观察航片是地面景物的中心投影 地形图 包括影像地图 是地面景物的正射投影 二 单张航摄像片解析 摄影测量常用坐标系 框标坐标系 像空间坐标系 地面辅助坐标系 大地坐标系 像点 地面点 摄影测量 关系 关系 已知 坐标系之间的关系 1 以Y为主轴的 转角系统航向倾角 绕y轴转 旁向倾角 绕x 轴转 像片旋角 绕轴转 绕Y轴转 绕X 轴转 绕Z 轴转 S XYZS X Y Z S X Y Z S xyz 像片的外方位元素 返回目录 2 以X为主轴的 转角系统旁向倾角 绕x轴转 航向倾角 绕Y 轴转 像片旋角 绕Z 轴转 绕x轴转 绕Y 轴转 绕Z 轴转 S XYZS X Y Z S X Y Z S xyz 返回目录 像片的外方位元素 3 以Z为主轴的转角系统方位角A 绕轴转 像片倾角 绕轴转 像片转角v 绕转 绕Z转A绕XA转绕转vS XYZS XAYAZAS xyz 返回目录 像片的外方位元素 像点和地面点之间的共线条件方程 重点 SaA共线 两点两系 点的坐标变换 建立方程关系 推导思路 像点和地面点的坐标变换 像点的坐标变换 地面点的坐标变换 1 点的坐标变换 一点两系 共线条件方程的推导 求像点在地辅系中的坐标 求地面点在像空系中的坐标 向量表达式 2 建立共线关系 两点一系 1 A a o 共线条件方程的推导 像点和地面点之间的共线条件方程 SaA共线 共线条件方程的应用 1 求像点坐标 X Y Z X Y Z 2 答解方位元素 空间后方交会的基本原理 共线条件方程的应用 已知 利用地面控制点及其在像片上的像点 确定一张像片外方位元素的方法 1 什么叫单像空间后方交会 2 单像空间后方交会的基本方法 角锥体法 利用共线条件方程解算像片的外方位元素 3 单像空间后方交会对控制点的要求 至少有三个不在一条直线上的地面控制点 空间后方交会 单张像片定位 是否还有别的方法 共线条件方程的应用 3 求地面点坐标 4个方程 解算3个未知数 立体像对定位 共线条件方程的应用 3 求地面点坐标 三 立体测图的理论和方法 主要内容立体像对的基本知识相对定向 绝对定向理论 二 像对的相对方位元素 三 像对的绝对方位元素 一 立体像对的基本概念 立体像对的基本知识 立体像对的基本知识 1 立体像对2 双像立体测图 3 立体像对的点 线 面 同名像点 a1 a2 同名光线 AS1 AS2 摄影基线 S1S2 核面 垂核面 主核面 同名核线核点 核线 垂核线 主核线 外方位元素 相对方位元素 绝对方位元素 立体像对 实际地面 相似模型比例尺任意 方位任意 5个 7个 如何答解这些元素 1 解析相对定向2 相对定向目的3 相对定向元素4 解析绝对定向5 绝对定向目的6 绝对定向元素 相对定向 绝对定向基本概念 三 立体测图的理论和方法 连续像对系统 共面条件坐标分量表达式 相对方位元素 相对定向理论 三 立体测图的理论和方法 连续像对相对定向线性化误差方程 相对定向理论 则总体误差方程为 V AX L 故法方程的解为 连续像对相对定向方位元素的解算过程 1 原始数据2 确定相对方位元素的初始值3 计算右片的旋转矩阵4 计算坐标5 组误差方程 并形成法方程6 答解法方程7 计算相对方位元素的值 相对定向理论 解算注意事项 1 初值给定 BX 2 点数 点位 格鲁伯点 空间相似变换 绝对定向理论 空间相似变换 绝对定向理论 空间相似变换 绝对定向理论 1 已知 地面控制点坐标 和相应的模型点坐标 求绝对方位元素 2 已知 模型点坐标 和绝对方位元素 求所对应地面点在地辅坐标系中的坐标 空间相似变换 空间相似变换公式的应用 二 绝对定向理论 绝对方位元素解算 绝对定向理论 线性化绝对定向的基本公式 绝对定向元素是 因此答解该方程必须要观测两个平高控制点和一个高程控制点 且这三个控制点不能在一条直线上 或者两个平面控制点和三个高程控制点 且这三个控制点也不能在一条直线上 解析相对定向 解析绝对定向作业流程 像片控制测量 获得像控点物方坐标 解析相对定向 解析绝对定向作业流程 四 解析空中三角测量 像点坐标系统误差预改正解析空中三角测量的基本理论单航带解析空中三角测量光束法解析空中三角测量 像点坐标的系统误差及其改正 一 航摄像片的变形 二 物镜畸变差 三 大气折光差 四 地球曲率的影响 像片变形的原因及种类像片变形的检查及其改正方法 畸变差的几何意义及其种类像片变形的检查及其改正方法 大气折光差的几何意义及公式推导大气折光差变形的改正方法 地球曲率的几何意义及公式推导地球曲率的改正方法 四 解析空中三角测量 定义 在已知少量地面控制点的基础上 通过量测重迭像片的像点坐标 依据摄影测量原理 运用数学方法 解析方法 解求像片加密控制点坐标的一门学科 2 解析空中三角测量的基本理论 目的 用于地形图测图的控制点加密 外方位元素 高精度摄影测量点位测定 2 解析空中三角测量的基本理论 不接触被测目标即可测定其位置和形状 对被测目标是否可以接触无特别要求 可以快速地在大范围内实施点位的测定 节省大量的野外测量工作 凡从空中摄站可摄取的目标 均可测定其点位 不受地面通视条件的限制 区域网平差的精度高 内部精度均匀 且不受区域大小的限制 特点 三种区域网平差方法的比较航带法产生于计算机问世之初 是一种分步的近似平差方法 首先通过单个像对的相对定向和模型连接建立自由航带 然后在进行每条航带多项式非线性改正时 顾及航带间公共点条件和区域内的控制点 使之得到最近符合 从这个思想 航带法区域网平差的数学模型是航带坐标的非线性改正公式 平差 观测值 是自由航带中各点的摄影测量坐标 平差单元为航带 整体平差未知数是各航带的多项式改正系数 显然航带法的特点是未知数少 解算方便快捷 但精度不高 所谓的观测值并不是真正的原始观测值 彼此并不独立 因此它不是严密的平差方法 目前航带法主要用于为严密平差提供初始值和小比例尺低精度点位加密 独立模型法源于单元模型空间相似变换 影像坐标经过相对定向求出独立模型坐标 通过各单元模型在空间的平移 旋转和缩放 使得模型公共点有尽可能相同的坐标 并通过地面控制点 使整个空中三角测量网最佳纳入到规定的坐标系中 独立模型法的数学模型是单元模型的空间相似变换公式 观测值是计算的模型坐标 平差单元为独立模型 未知数是各模型空间变换的7个参数 也可按平面4个 高程3个参数分开求解 此外未知数还有加密点的地面坐标 这种方法是一种相当严密的平差方法 如能顾及模型坐标间的相关特性 独立模型法在理论上与光束法同样严密 光束法是从实现摄影过程的几何反转出发 基于摄影成像时像点 物点和摄影中心三点共线的特点而提出的 这种方法最初提出时 由于受当时计算机水平和计算技术的限制 未能广泛应用 但随着摄影测量技术的发展和计算机水平的提高 这种最严密的平差方法得到广发应用 并已成为解析空三加密的主流 光束法的数学模型是共线方程 平差单元是单个光束 每幅影像的像点坐标为原始观测值 未知数是各影像的外方位元素和所有加密点的地面坐标 通过各个光束在空间的旋转和平移 6个定向参数 使同名光线最佳地交会 并最佳地纳入到地面控制系统中 光束法是最严密的一步解法 误差方程式直接对原始观测值列出 能最方便地顾及影像系统误差的影像 最便于引入非摄影测量附加观测值 如导航数据和地面量测数据 它还可以严密地处理非常规摄影以及非量测相机的影像数据 目前光束法已广泛应用于各种高精度解析空三和点位实际生产中 与前两种方法相比 光束法也有其缺点 首先像点坐标所描述的像点坐标和各未知数的关系是非线性的 因此必须建立线性化的误差方程式和提供未知数的初始值 其次光束法未知数多 计算量大 计算速度相对较慢 此外它不能将平面高程分开处理 只能三维网平差 光束法解析空中三角测量 主要运算过程光束法的主要运算过程可分为两大部分 区域网概算和区域网平差计算 一 区域网概算光束法区域网平差主要提供外方位元素的近似值和加密点坐标近似值 以及剔除原始资料中的粗差 二 区域网平差1 逐步建立误差方程和改化法方程2 利用边法化边消元分块解求改化法方程3 求出每张像片的外方位元素 4 空间前方交会求解待定点的地面坐标 对于各片公共连接点应取其均值作为最后结果 这一方法要求预先应较好的消除像点坐标的系统误差 平差计算方可取得好结果 否则 理论上严密的光束法是难以取得精密的加密成果 实验表明 光束法对系统误差特别敏感 这是光束法的重要特点 光束法解析空中三角测量 全区参加平差的控制点和连接点 每一个点都可按列出两个原始误差方程式 然后按最小二乘法原理组成原始法方程 解求法方程 可得外方位元素和加密点坐标的近似值的改正数 计算过程需要反复迭代 由于光束法的原始法方程中含有大量的未知数 包括每张航片的六个外方位元素和每一加密点的三个坐标 为了节省存储单元 缩短运算时间 通常需要采用消去部分未知数组成等效误差方程 边法化边消元循环分块解法 建立简化法方程的方法 误差方程式与法方程式的建立 光束法解析空中三角测量 五 数字摄影测量基础 基本概念 数字摄影测量 数字影像 影像相关 影像匹配 同名核线确定数字地面模型数字测图数字摄影测量系统 影像相关技术立体测图的关键就是已知同名像点在左 右像片上的位置 对于全数字摄影测量而言 如何由计算机自动从左 右影像中寻找同名像点 也即数字影像的相关或匹配是数字摄影测量的核心问题 影像相关是利用两个信号的相关函数 评价它们的相似性以确定同名点 即首先取出以待定点为中心的小区域中的影像信号 然后取出其在另一影像中相应区域的影像信号 计算两者的相关函数 以相关函数最大值的相应区域中心点为同名点 即以影像信号分布最相似的区域为同名区域 同名区域的中心点为同名点 这就是自动化立体量测的基本原理 五 数字摄影测量基础 数字相关 1 二维相关 利用计算机对数字影像进行数值计算完成影像的相关 目标区 搜索区 五 数字摄影测量基础 2 一维相关 在核线影像上 只需要进行一维搜索 目标区 搜索区 数字相关 五 数字摄影测量基础 核线相关的概念和核线相关的目的 确定同名核线的方法基于影像几何纠正的核线解析关系核线的重排列 核线重采样 最邻近像元法双线性插值法双三次卷积法 同名核线确定 五 数字摄影测量基础 数字地面模型 基本概念数字地面模型的数据获取数字地面模型的内插方法数字地面模型的应用 五 数字摄影测量基础 DTM是用数字形式描述地形表面的模型 实质上这是对地面形态和属性信息的数字表达 当DTM中数字属性为高程时称数字高程模型 即DEM DEM是DTM的一种特例 从测绘的角度看 DEM是新一代的地形图 它通过存储在介质上的大量地面点空间数据和地形属性数据 以数字形式来描述地形地貌 数据点不均匀分布时数据点规则分布时 数字地面模型 数字地面模型形式规则矩形格网不规则三角网TINGrid TIN混合网 数字地面模型 DEM数据点的采集方法 1 地面测量2 现有地图数字化3 摄影测量4 空间传感器 LIDAR 直接获取 数字地面模型 DEM内插 在一定范围内 根据若干已知数据