摄影测量原理

精品文档 欢迎下载 摄影测量原理摄影测量原理 含当代摄影测量 工程硕士讲课提纲 含当代摄影测量 工程硕士讲课提纲 参考教材 参考教材 摄影测量学 Instruction to Modern Photogrammetry 摄影测量原理部分 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1 1 摄影测量学的定义 任务 分类和发展摄影测量学的定义 任务 分类和发展 摄影测量 Photogrammetry 由希腊文的三个词根组成 light writing measurement 传统上 先摄影 后测量 现代 摄影与测量同时完成 至少是部分 是追求目标 定义 最初的定义由 摄影测量手册 Manual of Photogrammetry 给出 随着学科的发 展 应用的扩展和人们认识水平的提高 其内涵和外延也在不断发生变化 目前延 用 1988 年 ISPRS International Society of Photogrammetry and Remote Sensing 国际会议的定义 与遥感一起定义 内容涉及信息获取 记录 存储 量测和解译 产品表达 信息传输和产品应用等 任务 任务也是发展变化的 笼统而言包括 定量的 Quantitative 几何处理 metric 解决是多少的问题 Where how much when 定性的 Qualitative 解译处理 interpretation 解决是什么的问题 What 现状 定量问题相对解决的较好 自动化程度较高 如 空三测量 DEM DOM 的生产等 定 性问题还需付出很大努力 问题解决涉及多学科交叉 认知科学以及对人类自身的了解 和研究 分类 从传感器平台 或摄影距离 来考虑 航空摄影测量 Aerophotogrammetry Aerial Photogrammetry 航天 卫星摄影测量 Space Satellite Photogrammetry 地面摄影测量 Terrestrial Photogrammetry 近景摄影测量 Close range Photogrammetry 显微摄影测量 Micro range Photogrammetry 从用途 或应用范围 来考虑 工业摄影测量 Industrial Photogrammetry 建筑摄影测量 Architectural Photogrammetry 生物医学摄影测量 Biomedical Photogrammetry 水下 双介质摄影测量 Underwater Two medium Photogrammetry 城市摄影测量 Urban Photogrammetry 铁路摄影测量 Railway Photogrammetry 地质摄影测量 Geological Photogrammetry 森林摄影测量 Forest Photogrammetry 等等 精品文档 欢迎下载 发展 1839 年 发明摄影术 1858 年 气球拍摄第一张空中像片 1903 年 发明飞机 使航空摄影成为可能 1901 年 1909 年 立体坐标量测仪 模拟立体测图仪 1957 年 海拉瓦 Helava 提出了解析测图仪的思想 1987 年以后 开始研究开发数字摄影测量工作站 根据美国 Franz W Leberl 教授 Evolutionary Revolutionary 模拟阶段 解析摄影测量阶段 数字 Digital Softcopy 阶段 1900 1970 1970 1990 1990 70 years 20 years years 摄影测量学三个发展阶段的特点 表 1 1 发展阶段原始资料投影方式仪 器操作方式产 品 模拟摄影测量像片物理投影模拟测图仪作业员手工模拟产品 解析摄影测量像片数字投影解析测图仪机助作业员操作 模拟产品 数字产品 数字摄影测量 数字化影像 数字影像 数字投影计算机 自动化操作 作业员的干预 数字产品 模拟产品 摄影测量学与遥感的结合 摄影测量学的发展历史就是遥感的发展历史 它们目的相同 只是各自所处的科技发展历史时期不同 可以说摄影测量学发展到数字摄影测量阶段就是 遥感 王之卓 特点 从细分走向综合 集成 一体化 补充 补充 影像信息科学的形成与内涵影像信息科学的形成与内涵 影像信息科学是信息科学的一个分支 21 世纪信息的主要载体是影像 摄影测量 遥感与地理信息系统的结合 RS 是 GIS 数据采集和数据更新的重要手段 GIS 信息对 RS 数字图像处理和自动分类起重要作用 对影像信息科学 Iconic Informatics Geomatics Geoinfomatics 的形成有以下共 识 影像信息科学涵盖了现代测绘科学的全部内容 强调了对地球空间数据和信息的计算机处理技术 强调了相关学科的结合 强调对地球空间数据 Geo spatial data 的集成处理 强 调从数据采集 处理 量测 分析 管理 存储 显示到发布的信息流全过程 关于 Geomatics 的中文译法 地球空间信息学 国际标准组织 ISO 的简明定义 1996 Geomatics is the modern scientific term referring to the integrated approach of measurement analysis management and display of spatial data 影像信息科学的崛起 影像信息科学是由摄影测量学 遥感 地理信息系统 计算机图形学 精品文档 欢迎下载 数字图像处理 计算机视觉 模式识别 人工智能 专家系统 航天科学与技术 传感器技 术和认知科学等相结合的一个边缘学科 边缘效应 边缘学科最有发展潜力 第二章第二章 摄影测量解析基础摄影测量解析基础 补充 补充 航空摄影的基本知识航空摄影的基本知识 航空摄影机 胶片摄影机 胶片摄影机 FilmFilm CameraCamera 数字摄影机数字摄影机 Digital Digital Camrera Camrera 需要胶片 需要显影 定影等 需要扫描数字化 成像光谱窄 无需胶片及扫描数字化 便于自动数据处理 成像光谱宽 对摄影天气要求降低 效率高 应用范围广 发展潜力更大 分辨率高 价格低 相当长时期内仍是 主流 已趋于成熟 价格偏高 制作大幅面数字相机还有困难 技术尚未成熟 Donald L Light 论文 Film camera or digital sensor The challenge ahead aerial imaging PE RS Vol 62 No 3 March 1996 胶片分辨率通常用 线对 lp mm 表示 数字影像分辨率则用像元 Pixel 大小表示 标准的航空像片其分辨率通常为 40 lp mm 相当于 80 Pixel mm 或像元大小为 12um 同理可得 60 lp mm 像元大小为 8um 如果分辨率用 dpi dots per inch 表示 则有下列等效关系 12um pixel size 2000dpi 8um pixel size 3000dpi 关于影像扫描数字化的数据量 对 230 230 航片 当采样间隔为 12 5 um 时 每行 列 有 18400 pixels 则存储量为 18400 18400 1024 1024 22MB 数字传感器的两种主要形式 利用 CCD Charge Coupled Device CMOS 将取代 CCD 线阵列扫描 line scanner pushbroom 面阵列扫描 matrix camera 摄影比例尺 数字影像实际上是一个数据文件 我们更关心它的像元尺寸 Image Pixel Size 和地面采 样间隔 Ground Sampling Distance 地面采样间隔 GSD 像元尺寸 H f 显示 打印 比例尺 显示 打印 像元尺寸 GSD Robert P Comer 在 Talking Digital 一文中说道 It should be clear that scale does not tell the whole story for digital imagery 空中摄影基本理论 基本概念 B H B H f 航摄计划 航高 重叠度 经费预算 用户要求 选择合适的摄影机 宽角 特宽角 胶片 航摄飞行 天气条件 空域申请 交叉飞行 构架飞行 摄影处理 显影 定影 水洗 透明正片 相片 质量检查 重叠度大小 航偏角大小 影像反差 航摄漏洞 绝对 相对 精品文档 欢迎下载 GPS 辅助的空中摄影是发展方向 补充 航摄像片上的特殊点 线补充 航摄像片上的特殊点 线 倾斜像片 水平像片 正片位置 负片位置 摄影中心 主距 像片倾角 像主点 像 地 底点 等角点 主纵线 灭点 vanishing point 2 1 2 1 共线方程共线方程 摄影测量常用的坐标系 摄影测量常用的坐标系 像方坐标系 内定向 像平面坐标系 o xy 扫描坐标系 i j 像空间坐标系 S xyz 像空间辅助坐标系 S XYZ 物方坐标系 摄影测量坐标系 P XpYpZp 地面摄影测量坐标系 A XtpYtpZtp 大地坐标系 T XtYtZt 左手系 航空摄影测量研究 不能直接转换 o xy T XtYtZt S xyz S XYZ P XpYpZp A XtpYtpZtp 其中 t 代表 terrain 地面 p 代表 photogrammetry 摄影测量 除像平面坐标系和大地坐标系外 其他坐标系都可认为是过渡坐标系 对于遥感而言 常用的坐标系还包括 传感器坐标系 框架坐标系 平台坐标系 地理坐标系 L B H 地心直角坐标系 XCYCZC 局部切面坐标系 XTYTZT 还有 WGS 84 世界大地坐标系 等 航摄像片的内 外方位元素 航摄像片的内 外方位元素 内方位元素 xo 0 yo 0 f 即描述摄影中心与像片之间相互位置关系的参数 确定方式 摄影机检校 Camera Calibration 主要方法包括 实验室检校 控制场检校 光束法自检校 摄影机检校的主要内容 光学和数字相机略有不同 光学 内方位元素 物镜畸变差 框标间距等 数码 内方位元素 物镜畸变差 像元大小等 外方位元素 即描述摄影瞬间摄影光束在空间的位置和姿态的参数 共有 6 个 外方位线元素 Xs Ys Zs 外方位角元素 以 Y 为主轴 双像测图即立体测图 以 X 为主轴 双像测图即立体测图 A kV 以 Z 为主轴 单像测图即单片纠正 三个角元素可理解为是航空摄影时候飞机的 俯仰角 滚动角和航偏角 确定方式 利用控制点空间后交 地 空型 利用 GPS IMU POS 空 地型 精品文档 欢迎下载 利用星相机空间后交 空间直角坐标变换 空间直角坐标变换 S xyz 与 S XYZ 之间的变换 X Y Z T R x y f T 反算式 x y f T R T X Y Z T 其中 R 为正交矩阵 R T R 1 方向余弦的确定 cosxyz Xa1a2a3 Yb1b2b3 Zc1c2c3 三种转角系统 R f f f A kV 注意注意 但由三种角元素计算所确定的方向余弦ai bi ci 对应相等 计算过程中有时只需要求方向余弦即可 作为附加产品 没必要求出角元素 中心投影的构像方程与投影变换 中心投影的构像方程与投影变换 中心投影的构像方程 它是摄影测量与遥感学科中最为重要的公式之一 共线方程 Collinearity Condition Equation 的含义 即摄影中心 像点及对应地面点 三点共线 2 11 式 要求掌握式中每个符号的意义 共线方程的主要应用为 单片空间后方交会 多片空间前方交会 光束法空中三角测量的基础方程 解析测图仪中的数字导杆 计算模拟像片数据 已知内 外方位元素及 DEM 利用 DEM 进行单片测图 etc 中心投影变换 注意中心投影 如航空像片 和正射投影 如正射影像 地形图 的区别 当像片严格水平 地面绝对平坦时中心投影和正射投影之间没有区别 补充 理想情况 像片水平 地面绝对平坦 则无像点位移 此时中心投影等效于正射投影 因像片倾斜引起的像点位移 简单认识 地面上的一组平行线在像片上不平行 在像水平线上无因像片倾斜引起的像点位移 因像片倾斜引起的像点位移可通过像片纠正的方法一次改正 因地形起伏引起的像点位移 投影差 rh H h 像底点上无投影差 因地形起伏引起的像点位移在以像底点为中心的辐射线上 通过像片纠正可以限制投影差的大小 使其满足测图精度要求 要完全消除 只有逐点纠正 因地形起伏引起的像点位移是立体观测的基础 精品文档 欢迎下载 2 2 2 2 单幅影像解析基础单幅影像解析基础 影像内定向 仪器坐标 或扫描坐标 与像片坐标之间的转换 内定向步骤 框标识别 利用框标的像片坐标和扫描坐标求转换公式中的系数 将所求得的系数回代转换公式求任意一点扫描坐标所对应的像片坐标 空间后方交会的含义 已知 像片覆盖范围内地面上三个以上控制点的坐标 Xc Yc Zc 控制点所对应的像点坐标 xc yc 和 内方位元素 xo yo f 一般认为已知 求 像片摄影瞬间的外方位元素 空间后方交会的基本公式 共线方程 注意 共线方程中观测值和未知数之间是非线性的 平差解算之前需对其线性化 线性化按泰勒阶数展开 未知数取一次小项 线性化过程要引入未知数的初值 平差计算过程是迭代进行的 至少需要已知三个地面平高控制点的坐标 空间后方交会的解算过程 获取已知数据 量测控制点的像点坐标 确定未知数的初始值 计算旋转矩阵R 逐点计算像点坐标的近似值 逐点计算误差方程式的系数和常数项 组成误差方程式 计算法方程的系数矩阵ATA与常数项ATL 组成法方程式 解求外方位元素 检查计算是否收敛 空间后方交会的精度评定 mi m0 m0 iiQ 62 n vv 出现空间后方交会不定解的情况 地面平坦 误差方程式系数之间相关 地面控制点和摄影中心位于危险圆上 理论分析结论 空间后方交会精度取决于控制点的个数 一般 角的精度较 的精度要低 Zs 的精度比平面精度要高 2 3 2 3 立体像对相对定向与核线几何立体像对相对定向与核线几何 补充 立体视觉原理与立体观察补充 立体视觉原理与立体观察 人眼相当于一架照相机 认知科学认为这种比喻过于简单 人眼的立体视觉是计算机立体视觉的基础 对纵深 距离 高度的判断 立体观测优于单目观测 基 高比大 有利于提高立体观测的精度 基 高 1 为好 可借助仪器扩大眼基线 精品文档 欢迎下载 人造立体视觉的概念与应用 虚拟现实 双像解析摄影测量的任务与方法 双像解析摄影测量的任务与方法 把问题归结为 已知 一个立体像对 若干地面控制点的坐标 量测 像点坐标 包括地面控制点的和待求点的 求 待求点的地面坐标 三种解析处理方法 单像空间后方交会 双像空间前方交会 相对定向 绝对定向 光束法整体解求 一步法 解析法相对定向 解析法相对定向 Error Error NoNo bookmarkbookmark namename given given 目的 恢复摄影时左 右片之间的相互 位置和姿态 关系 建立与地面相似的几何模型 相对定向元素 连续法相对定向元素 by bz 单独法相对定向元素 1 1 2 2 2 解析法相对定向原理 从共面条件出发 解析计算出 5 个相对定向元素 以恢复左 右片的相互关系 共面条件方程 确定摄影基线与左 右片同名光线三矢量共面的方程 0 2211 aSaSB 解析法相对定向过程 注意 共面条件需线性化 未知数需引入初值 计算是迭代进行的 相对定向无需地面控制点的信息 2 4 2 4 立体像对的空间前方交会立体像对的空间前方交会 目的 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的坐标 利用点投影系数的空间前方交会方法 步骤 1 根据单片后交结果求 R1 R2 Bx By Bz 2 计算 X1 Y1 Z1 T 和 X2 Y2 Z2 T 3 求 N1 N2 4 计算物方空间坐标 或模型坐标 利用共线方程的严格解法 2 5 2 5 单元模型的绝对定向单元模型的绝对定向 目的 把相对定向后前方交会求得的模型点坐标纳入到大地坐标系中 绝对定向元素 12 5 7 个 X Y Z 绝对定向基本公式 三维空间相似变换 解析法绝对定向过程 注意 三维空间相似变换式需线性化 未知数需引入初值 计算是迭代进行的 绝对定向至少需要已知 2 个平高控制点 1 个高程控制点的地面坐标 坐标重心化的概念及意义 2 6 2 6 立体影像对光束法严密解 一步法 立体影像对光束法严密解 一步法 一 一步法指同时解求两张像片的外方位元素和待定点的地面坐标 解算基本公式 共线条件方程 精品文档 欢迎下载 第三章第三章 解析空中三角测量解析空中三角测量 3 1 3 1 概述概述 解析空中三角测量 Aerial Triangulation 的目的和意义 根据像片上的二维量测坐标求 出该点所对应的物方空间三维坐标的方法 x y i X Y Z i 解析空中三角测量的分类 空中三角测量即俗称的加密 传统上有三种方法 航带法 独立模型法 光束法 比较比较 方法方法航带法航带法独立模型法独立模型法光束法光束法 平差单元以航带为单元以独立模型为单元以单张像片为单元 平差观测值 Xp Yp ZpXm Ym Zmx y 整体平差公式多项式空间相似变换共线方程 系统误差改正通过非线性改正没考虑通过共线条件 原 理 近似 严密 精 度 低 高 速 度 快 慢 应 用 低精度测图加密 测图目的加密 高精度点位测定 和提供平差初值 3 3 3 3 像点坐标量测与系统误差改正像点坐标量测与系统误差改正 像点坐标的量测 因物理因素引起的像点位移 它们是系统误差的主要误差源 物理因素包括 底片变 形物镜畸变 大气折光 地球曲率等 位移结果 像点 摄影中心和物点偏离了三点共线 改正方法 模拟法 解析 数字法有别 3 7 3 7 系统误差补偿与自检校光束法区域网平差 系统误差补偿与自检校光束法区域网平差 Self calibrationSelf calibration 问题的提出 试验发现 理论上 光束法 优于 独立模型法 优于 航带法 实际上 并非完全如此 原 因 像片坐标系统误差未严格考虑 像片坐标系统误差来源 摄影系统 量测系统 自检校光束法区域网平差的基本思想是 把可能存在的系统误差作为待定参数引入区域网 空中三角测量的整体平差运算中求出其值 3 8 3 8 摄影测量与非摄影测量观测值的联合平差 摄影测量与非摄影测量观测值的联合平差 CombinedCombined AdjustmentAdjustment 摄影测量观测值 指用摄影测量方法得到的观测值 如像点坐标 模型坐标等 非摄影测量观测值 指不是用摄影测量方法得到的观测值 如水平距离 方位角等 联合平差定义 在摄影测量平差计算中利用各种非摄影测量的原始观测值或相对控 制条件 在一个统一的三维坐标系中进行整体平差的理论 方法和技术 为什么要进行联合平差 摄影测量加密的精度已提高到可以与大地测量观测值相当 加密的目的不仅仅是为了测图 而且还应用于加密三 四等大地网 变形测量及地籍测 量 在困难地区要减少甚至不做地面控制 就要利用非摄影测量信息 精品文档 欢迎下载 GPSGPS 辅助空中三角测量原理 辅助空中三角测量原理 关于全球定位系统 GPS GPS 辅助空中三角测量含义 利用装在飞机上的一台 GPS 信号接收机和设在地面基准站的 GPS 接收机同时而连续地接收 GPS 信号 通过处理获取航摄仪暴光时刻摄影中心的三维坐 标 然后将其视为带权观测值引入摄影测量的区域网平差中 经采用统一的数学模型和算 法以整体确定物方点坐标和像片外方位元素并评定其质量的理论 技术和方法 空中三角测量的现状和发展趋势 地面控制点 空中三角测量 少量地面控制点 GPS 辅助空中三角测量 完全不要地面控制点 POS 辅助空中三角测量 或只要 GPS INS 而不要空三 3 9 3 9 自动空中三角测量自动空中三角测量 定义 从数字影像或数字化影像出发 利用影像匹配技术代替人眼的立体观测来实现自动转点 和影像坐标自动量测 最终实现地面三维坐标的自动测定 全过程很少或几乎不要人工 干预 自动空中三角测量的主要内容 自动内定向 自动选点和自动相对定向 多片匹配自动转点 控制点半自动量测 自动空中三角测量的优越性体现在 匹配量测像点坐标可以达到很高的精度 精度高 每片的连接点个数可以多达几百个甚至更多 提供了极强的区域连接几何条件 可 靠性好 速度快 自动化程度高 无需专门的摄影测量仪器设备 经济 快速 关于在线 On line 空中三角测量 将像点量测与平差计算放在同一环节中进行 边量测 边计算 量测结束 计算也结束 可以对像点坐标量测中的粗差进行实时监控 第四章第四章 数字影像与特征提取数字影像与特征提取 补充 概述补充 概述 定义 由数字影像或数字化影像出发 通过计算机对这种数字影像信息进行处理和加工 以 获取所需要的图形和数字信息称之为数字摄影测量 组成 计算机辅助测图 混合数字摄影测量 影像数字化测图 全数字摄影测量 通用全数字摄影测量 实时全数字摄影测量 工业 特点 从处理对象 仪器设备 产品形式考虑 Key 计算机代替人眼的立体观测 全数字摄影测量 Full Digital Photogrammetric System DPS DPW Softcopy 若干典型问题 辐射信息量 数据量 速度与精度 影像匹配 精品文档 欢迎下载 影像解译 发展与挑战 RS DPS GIS GPS ES 影像信息学 影像信息工程系统 4 1 4 1 影像数字化和影像重采样影像数字化和影像重采样 影像数字化过程 采样和量化 数字影像的构成 二维灰度矩阵 数字影像的内定向 扫描坐标与像片坐标之间的转换 同名核线的确定与核线的重采样 同名核线的确定与核线的重采样 核线的概念 左右同名光线与摄影基线所构成的核面与两像片面的交线叫同名核线 核线几何关系解析 倾斜像片上的所有核线 延长 交于一点 水平像片上的所有核线俩俩相互平行 确定同名核线的意义 左片某核线上的任意一点一定在右片的同名核线上 确定同名核线的目的是为了变二维变二维 相关为一维相关相关为一维相关 减少搜索范围 沿核线重采样 重采样即灰度的重新分配 通过对灰度的内插和赋值实现 主要有二种方法 邻近点法 双线性内插法 核线相关 一维 4 2 4 4 4 2 4 4 关于特征提取与定位算子关于特征提取与定位算子 点特征提取算法 提取点特征的算子称为兴趣算子或有利算子 Interest Operator 比较 著名的有 Moravec 算子和 Forstner 算子 线特征提取算法 线特征指影像不同区域的 边缘线 或 分界线 定位算子 其目的是为了确定上述点或线特征在影像上的精确位置 第五章第五章 影像匹配基础理论与算法影像匹配基础理论与算法 5 1 5 4 5 1 5 4 基于灰度的影像相关基于灰度的影像相关 Gray based Gray based imageimage matching matching 相关又叫匹配 主要指寻找左右像片上的同名点 数字影像相关是全数字摄影测量的核心问 题 基于灰度的影像相关是指仅利用待相关点所在的一个小区域的影像灰度信息来寻找左右像片 同名点 相关系数法影像相关 注意 0 则表示完全不相关 1 则表示完全相关 一般 的值在 0 Min 特点 在相关计算中引入一些变换参数作为待定值 直接纳入到最小二乘法解算之中 以抵 偿两个相关窗口之间的辐射及几何差异 所以相关精度很高 子像素 精度 不足 最小二乘相关需要比较准确的初值 即拉入范围小 否则会失去相关 计算较复杂 主要应用 生产 DEM DOM 选取连接点 控制点的加密 工业上高精度点位测定 等 精品文档 欢迎下载 关于 多点 和 多片 最小二乘匹配的概念 5 5 5 5 基于特征的影像匹配基于特征的影像匹配 Feature based Feature based imageimage matching matching 分析 基于灰度匹配有以下不足 需要比较准确的初始匹配位置值 信息贫乏地区相关易失败 匹配窗口大小的选择也很困难 但匹配精度很高 人眼立体观测的过程是 由粗到细 基于解译 基于特征 基于灰度 故数字影像匹配也应分层次进行 基于特征的影像匹配 是指首先利用影像分析的方法在像片上提取点 线 面等特征 然后 再找出两像片间相匹配的 即同名的 特征 此方法优缺点 不需要很准确的初始匹配位置值 可以用一些快速的算法加以实现 而且出错和失去相关的可能性较小 影像匹配的精度较低 约一个像素精度 通常作为一种初相关为精相关提供初值 基于特征的影像匹配步骤 特征提取 利用一组参数对特征做出描述 利用参数进行匹配 跨接法影像匹配 Bridge based image matching 基本思想 第六章第六章 数字高程模型 数字高程模型 DEMDEM 的建立与应用 的建立与应用 6 1 6 1 概述概述 几个概念之间的区别 DTM Digital Terrain Model 数字地面模型 DEM Digital Elevation Model 数字高程模型 DHM Digital Height Model 数字高程模型 DSM Digital Surface Model 数字表面模型 DOM Digital Object Model 数字目标模型 DEM 的形式 矩形格网矩形格网 DEMDEM三角形三角形 DEMDEM 或称 或称 TINTIN 优 点存储量小 便于使用和管理能较好地顾及地貌的特征点 线 缺 点 不能准确地表示地形的结构和 细部 数据量大 数据结构复杂 因而使 用和管理也较复杂 还有 混合形式的 DEM Grid TIN 带状 线状 DEM 6 2 6 2 数字高程模型数据点的获取数字高程模型数据点的获取 数据点指 DEM 格网点的三维坐标 即 Xi Yi Zi 数据获取的主要方法有 地面测量方法 如 GPS 全站仪 等 从现有地图数字化 利用空间传感器 如 干射雷达 InSAR 激光测距 LIDAR 断面扫描仪等 摄影测量方法 基于解析测图仪和机助测图装置的摄影测量采集方法 精品文档 欢迎下载 基于摄影测量工作站的自动化 DEM 数据采集 影像匹配 立体前方交会 上述 的共同特点是只能得到 DSM 而非 DEM 采样方式主要有 沿等高线采样 按规则格网采样 沿断面扫描 渐近采样 选择采样 构成 TIN 时用 混合采样 构成 Grid TIN 时用 关于渐近采样 DEM 数据采集质量控制 各种 DEM 生成方法之精度和价格比较 仅供参考 方方 法法精精 度度成本 每平方公里 成本 每平方公里 大比例尺航空像片 0 2 m1000 DM 激光测距 0 2 m500 DM 小比例尺航空像片 1 0 m500 DM 机载干射雷达 1 0 m100 DM SPOT 卫星影像 10 m10 DM 卫星雷达干射测量 20 m5 DM 6 3 6 3 曲面的内插和逼近曲面的内插和逼近 DEM 的内插实际上就是曲面的内插 因为 DEM 表面是一个曲面 DEM 的内插分为 由离散点 内插 规则格网点 由规则格网点 内插 离散点 等高线上点 特征点等 DEM 内插的特点 整个地球表面的起伏形态不可能用一个简单的低次多项式来拟合 而高次多项式的解 不稳定且会产生不符合实际的震荡 地形表面既有连续光滑的特性 又可能由于自然或人为的原因产生地形的不连续 由于计算机内存的限制 不可能同时对很大的范围来内插数字高程模型 双线性多项式内插 由格网点格网点 内插内插 离散点离散点的方法 双线性多项式 XYaYaXaaZ 11011000 特点 先利用 4 个已知数据点求出双线性多项式的系数 然后再求任一点的 Z 值 相邻区域连续 但不能保证光滑 移动拟合法 DEM 内插 由离散点离散点 内插内插 格网点格网点的方法 二次双线性 曲面 FEYDXCYBXYAXZ 22 特点 以格网点为中心 先利用 6 个离散数据点求出多项式的系数 然后再求该格网点 的 Z 值 不能保证相邻区域连续 有限元 DEM 内插 由离散点离散点 内插内插 格网点格网点的方法 特点 它属于分块多项式内插 但直接将规则格网点的待求高程作为未知数求解 使用公式为双线性多项式或双三次多项式 6 5 6 5 三角网数字高程模型三角网数字高程模型 精品文档 欢迎下载 完全三次多项式 2 9 2 87 3 6 2 54 3 3 2 210iiiiiiiiiiiii yxayxayxayayayaxaxaxaaz 6 6 6 6 数字高程模型主要应用算法数字高程模型主要应用算法 在测绘方面的主要应用 绘制等高线 DEM 像片内 外方位元素 生成正射影像 DEM 单张像片 测图 立体透视图 三维景观图 等 在工程方面的主要应用 地形剖面的面积计算和体积计算 数字坡度模型及地面坡度分类 由 DEM 求真实的地表面积 挖方 填方计算 等 在其它方面的应用 军事方面的应用 通讯方面的应用 等 第七章第七章 数字微分纠正数字微分纠正 7 1 7 1 概述概述 纠正的目的 变倾斜像片为水平像片 并归化比例尺 纠正技术的发展过程 光学纠正仪 一次 纠正 适用于平坦地区 光学分带纠正 适用于丘陵地区 光学微分纠正 可用于山区 数字微分纠正 适用于任何地区 7 2 7 2 框幅式中心投影的数字微分纠正框幅式中心投影的数字微分纠正 定义 根据 DEM 和像片的有关参数 利用相应的构像方程 或按一定的数学模型 从原始的 数字影像出发 通过解析计算和灰度赋值得到相应正射影像的过程 主要方法 直接法和间接法 利用共线方程间接法数字微分纠正过程 步骤 假设 DEM 和像片的内 外方位元素已知 计算地面点坐标 由 DEM 格网点内插出格网内部点 计算像点坐标 利用共线方程 灰度内插 灰度赋值 依次对每个纠正像元素完成上述运算 即可获得纠正的数字图像 数字正射影像 利用多项式进行数字微分纠正 2 5 2 43210 2 5 2 43210 ybxbxybybxbbY yaxaxyayaxaaX 7 3 7 3 线性阵列扫描影像的数字微分纠正线性阵列扫描影像的数字微分纠正 7 4 7 4 立体正射像片对的制作立体正射像片对的制作 补充 精品文档 欢迎下载 关于影像镶嵌 一张正射影像一般不能覆盖一幅图 标准分幅 的范围 除非小比例尺的卫星影像 因此 将多张像片拼成整幅影像图的过程称为影像镶嵌 影像镶嵌方法 切割镶嵌 数字镶嵌 通过软件实现 几何镶嵌 辐射镶嵌 辐射镶嵌 又叫匀光处理 是重点和难点之一 特别是对彩色影像 匀光处理主要是利用 直方图进行 看直方图分布是否协调一致 数字正射影像的主要应用 可制作影像地图 与等高线套合可制作影像地形图 可用于与线划图 DLG 套合进行地形图修测 或检查其精度 现势性和完整性 数字正射影像 DEM 生成景观图 与立体匹配片一起可用于检查 DEM 的质量 等等 制作正射影像 图 存在问题 阴影问题 遮蔽问题 接边问题 几何精度 辐射精度 关于真正射影像 True Orthophoto 数字正射影像的快速更新方法 在 DEM 已知的情况下 旧的正射影像 新飞的航片 匹配得到地面控制点的坐标 利用控制点的坐标求新飞航片的外方位元素 利用 DEM 外方位元素 制作新片的正射影像 第八章第八章 计算机辅助测图计算机辅助测图 8 1 8 1 解析测图仪概述解析测图仪概述 数字投影的概念 利用数字导杆 共线方程 代替光学投影或机械投影 解析测图仪的基本组成部分 解析测图仪的优点 与模拟测图仪比较 解析测图仪的发展 朝数字摄影测量工作站 DPW 方向发展 即集数字测图 地形数据库 地理 土地信息系统数据采集于一体 解析测图仪解析测图仪数字摄影测量工作站 数字摄影测量工作站 DPWDPW 价 格昂 贵便宜 且数据处理 软件配置更灵活 性 能性能稳定自动化程度高 输 入模拟像片数字影像 数字化影像 处理速度总体慢 旋转快 总体快 旋转慢 输入要求对辐射 灰度 要求不高完全取决于辐射 灰度 信息 DWP 的定义 hardware and software to derive photogrammetric products from digital imagery 1988 8 2 8 2 机助测图系统机助测图系统 精品文档 欢迎下载 机助测图指除人眼立体观测以外的大部分操作由计算机完成 如 机助相对定向 绝对定向 机助地物 地貌的测绘 自动数据记录 成果输出 机助测图系统构成 单像 立体坐标量测仪 或 模拟测图仪 计算机硬软件 机助 控 测图系统 模拟仪器的改造 编码器 模 数 A D 转换装置 伺服系统 数 模 D A 转换装置 第九章第九章 数字摄影测量系统数字摄影测量系统 数字摄影测量工作站的组成 1 硬件组成 数字摄影测量工作站的硬件由计算机及其外部设备组成 1 计算机 目前可以是个人计算机 PC 或工作站 2 外部设备 其外部设备分为立体观测及操作控制设备与输入输出设备 2 软件组成 数字摄影测量工作站的软件由数字影像处理软件 模式识别软件 解析摄影测量软件及辅助 功能软件组成 1 数字影像处理软件主要包括 影像旋转 影像滤波 影像增强 特征提取 2 模式识别软件主要包括 特征识别与定位 影像匹配 同名点 线与面的识别 目标识别 3 解析摄影测量软件主要包括 定向参数计算 空中三角测量解算 核线关系解算 坐标计算与变换 数值内插 数字微分纠正 投影变换 4 辅助功能软件主要包括 数据输入输出 数据格式转换 注记 质量报告 图 廓整饰 人机交互 数字摄影测量工作站的功能 1 影像数字化 利用高精度影像数字化仪 扫描仪 将相片 负片或正片 转化为数字影像 2 影像处理 使影像的亮度与反差合适 色彩适度 方位正确 3 量测 单像量测 双像量测 多像量测 4 影像定向 内定向 相对定向 绝对定向 5 自动空中三角测量 6 构成核线影像 7 影像匹配 8 建立数字地面模型及其编辑 9 自动绘制等高线 10 制作正射影像 11 正射影像镶嵌与修补 12 数字测图 13 制作影像地图 14 制作透视图 景观图 15 制作立体匹配片 数字摄测量工作站的主要产品包括 精品文档 欢迎下载 影像参数 空中三角测量加密成果或影像定向结果 数字地面模型 DEM 或数字表面模型 DSM 数字地图 数字正射影像图 透视图 景观图 可视化立体模型 各种工程设计所需的三维信息 各种信息系统 数据库所需的空间信息 数字摄影测量工作站工作流程图 略 4D 产品的术语源自美国联邦地质调查局 USGS 指的是 DEM Digital Elevation Model 数字高程模型 DOM Digital Orthophoto Map 数字正射影像 DLG Digital Line Graphic 数字线划地图 DRG Digital Raster Graphic 数字栅格地图 4D 技术的特点 以栅格数据的基本形式 兼容矢量数据 与传统的以矢量数据为主体的 GIS 技术相比 具 有生产成本低 生产效率高的特点 容易实现多种信息的高精度配准 可以准确地叠加显示出相同空间基准的影像 栅格图形 和矢量图形 以便高效率地比较和综合利用多种信息 当代摄影测量部分 0 0 概述概述 摄影测量原理的主线 定量的 几何的 解决是多少 摄影 成像 记录 胶片 数字 处理 加工 定性的 解译的 解决是什么 表达 产品形式 存贮 管理 更新 发布 应用 新的应用需求 认识水平提高 促成新的成像 非成像方式的研究 集成 回到开始 摄影测量学科与其他学科的交叉融合 大成智慧树 现代成像系统涵盖了 摄影成像 数码成像 电视成像 红外成像 医学成像 X 光 CT 超声波扫描成像 核磁共震成像等 微波成像 等 上述成像系统都是摄影测量 遥感 的研究范畴 传统的摄影技术已经发展到 成像工程 精品文档 欢迎下载 摄影测量作为一门独立的学科是否存在 从摄影测量学科的名称和定义说起 Photogrammetry Imagegrammetry Sensorgrammetry Pictogrammetry 摄影测量学的主干课程是什么 摄影测量与遥感学科领域研究的总体发展趋势表现为 强调对认知机理的研究 如地表遥感信息传输及其成像机理 遥感信息反演机理 地球 空间信息认知机理 空间三维可视化认知机理 地图 影像 认知机理 计算机视觉认 知机理 计算机可视化编程认知机理等等 强调对智能信息技术和系统的研究 在地球空间信息获取和处理手段的很多方面已实现 自动化或半自动化的同时 目前正在向更高水平的智能化方向发展 包括智能信息获取 处理 应用 智能控制技术和智能通讯技术等 如智能化遥感图像处理 GIS 智能化网 络管理与控制 网络智能信息检索 智能交通 智能机器人传感器和智能摄影测量等 强调与人类自身的研究 特别是对人类大脑和视知觉系统研究成果的结合 因为对人类 自身了解的多与少 将决定科学进步和社会发展的进程 计算机视觉 人工神经网络 人工智能 专家系统 遗传 进化 算法 信息融合 数据挖掘 知识发现等领域的研 究进展都在不同程度上受制于对人类自身的认识水平 已进一步认识到哲学 思维科学 认知科学 心理学乃至美学与艺术等学科对地球空间 信息科学研究 特别是在空间信息的可视化表达以及虚拟现实等方面所能发挥的指导作 用或影响 1 1 当代 数字 摄影测量的基本内容当代 数字 摄影测量的基本内容 概述 事实上 某些数字摄影测量工作站的想法 仅仅是一个解析测图仪的替代品 主要用 的是人工量测技术 但是作为一个解析测图仪替代品的 DPW 它不应属于 当代数字摄 影测量 当代数字摄影测量的内涵和外延都要比 DPW 广泛得多 面向测图的当代数字摄影测量 MDP 面向地图修测 GIS 数据更新的 MDP 地图修测 GIS 数据更新是下一代 MDP 的主要任务 一个地图修测系统是很复杂的 甚至是比基于测图的系统更复杂 需考虑的问题更多 面向三维测图的 MDP 三维测图是数码城市的基础 基于新技术发展的 MDP 由于 POS 的出现 无疑给 无地面控制 的空中三角测量 进而加速摄影测量的进程带来可 能性 特别是对困难地区的测图是非常重要的 LIDAR 数据的出现 LIDAR 数据的应用正越来越广泛 相干雷达与 SRTM 高分辨率卫星影像的应用 分辨率在 0 5m 3m 之间 Fritz 在 1999 年曾给出过对分辨率的定义 Low Resolution 30m 分辨率 300m Medium Resolution 3m 分辨率 30m High Resolution 0 5m 分辨率 3m Very High Resolution 分辨率 0 5m 数码航空相机的出现 基于非地形测量的 MDP 2 2 影像扫描数字化影像扫描数字化 影响数字化影像质量的因素 精品文档 欢迎下载 原始影像的质量 扫描仪的性能 扫描参数设置 对航片扫描仪的质量及其性能需考虑的几个方面 几何质量 目前 像片坐标的量测精度约为 2um 因此扫描仪的几何精度需与此相当 影像分辨率 鉴于目前大部分航空影像的分辨率为 40lp mm 故航片扫描选择以下分辨率是 比较合适的 仅供参考 黑白影像扫描分辨率 10um 彩色影像扫描分辨率 15um 影像噪声 摄影胶片的噪声主要取决于胶片乳剂层的颗粒度 gramularity 对 10um 间隔的扫描分辨率 影像噪声应小于 0 03 0 05D 才有意义 反差动态范围 扫描仪的反差动态范围应与原始影像相适应 色彩恢复 color reproduction 数据压缩 关于数字化扫描仪的检校问题 3 3 空间信息系统集成空间信息系统集成 空间信息 是关于地球表层及其环境的大量几何或物理信息所构成的空间数据流和信息流 对 空间信息的认知值得研究 空间信息系统集成的技术核心是 3S 技术及其集成 集成 是指一种有机的结合 在线的连接 实时的处理和系统的整体性 GPS GIS RS 3S 两种技术水平的集成 空基 3S 集成 地基 3S 集成 3S 集成需要解决的理论问题和关键技术 3S 集成系统的实时空间定位 3S 集成系统的一体化数据管理 语义和非语义信息的自动提取理论与方法 基于 GIS 的航空 航天遥感影像的全数字化智能系统及对 GIS 数据库快速更新的方法 3S 集成系统中的数据通讯与交换 3S 集成系统中的可视化技术理论与方法 3S 集成系统中的设计方法及 CASE 工具研究 3S 集成系统中基于客户机 服务器的分布式网络集成环境 3S 技术中实用的集成模式 GIS GPS 用途 各种电子导航系统 GIS RS 用途 变化检测 环境检测 实时更新等 GPS INS RS 用途 GPS 摄影测量 3S 或 多 S 的整体集成 如 GPS INS IMU GIS CCD 激光雷达 用途 移动测图系统 道路自动检测和管理 战场自动指挥系统 等 3S 集成的例子 机 星 载激光扫描测距 成像遥感制图系统 主要组成部分包括 动态差分 GPS 接收机 用于确定扫描装置投影中心的空间位置 姿态测量装置 一般采用惯性导航系统或多天线 GPS 用于测定扫描装置的主光轴的姿 态参数 精品文档 欢迎下载 激光测距仪 扫描仪用于测定传感器到地面点的距离 用于内插生成 DEM 一套成像装置 用于记录地面实况 目的 实现空地型直接对地定位 直接生成带地学编码的正射影像 车载制图系统 Mobile Mapping System 主要组成部分包括 用于导航定位的差分 GPS 接收机 确定传感器姿态的惯性导航系统 Inertial Navigation System 简称 INS 测图传感器 如 CCD 相机 激光测距仪和雷达等 运载平台为汽车 4 4 关于关于 POSPOS 系统系统 所谓 POS 系统 即 P Position and O Orientation S System 为定位与定向系统 它由 GPS IMU 组成 回顾 对于 GPS 辅助空中三角测量 虽然可减少对地面控制点的要求 但 对航空摄影构网有一定要求 对 Tie point 的布设有一定要求 两端需布设构架航线 对单航带法 公路 铁路 GPS 辅助空中三角测量减少控制点方面没有优势 对沿海岸线航空摄影 因大部分像片落水 在选择 Tie point 时有困难 在自动空中三角测量 AAT 中使用 POS 数据的主要作用 对航空摄影布网的要求可进一步放宽 提供高精度的外方位元素 简化 AAT 中的点位测定过程 有助于进行在航摄影机检校 对f和像主点位移的检校 可进一步减少对地面控制点和连接点的要求 航空摄影时不再需要作交叉飞行 但因姿态测定精度较低 完全用 POS 数据来进行相对定向可能出现大的上下视差 不能测图 但制作正射影像是可能的 解决办法 利用 POS 数据 像片连接点进行区域网平差 无需地面控制点 目前世界上主要 POS 厂商有 厂 商国 名设 备 名 Applanix of TorontoCana