摄影测量学实验报告.docx

摄影测量学实验报告指导老师： 班 级： 学 生： 学 号： 年 月目录实验一 立体观察31.1实验内容：31.2实验目的及要求：31.3实验方案：31.4实验成果及评估：41.5结论与展望：5实验二 选刺点以及制作点志记62.1实验内容：62.2实验目的及要求：62.3实验方案：72.4实验成果及评估：72.5结论与展望：12实验三 航片调绘（室内）133.1实验内容：133.2实验目的及要求：133.3实验方案：133.4实验成果及评估：143.5结论与展望：16实验四 像素坐标采集及内定向程序设计164.1实验内容：164.2实验目的及要求：164.3实验方案：174.4实验成果及评估：174.4.1. 选刺框标点（角点）：174.4.2. 编写内定向程序并计算：184.5结论与展望：21实验五 相对定向程序设计225.1实验内容：225.2实验目的及要求：225.3实验方案：225.4实验成果及评估：235.5结论与展望：25实验六 数字摄影测量256.1实验内容：256.2实验目的及要求：256.3实验方案：256.4实验成果及评估：266.5结论与展望：28附录一 内定向程序源代码29附录二 Matrix_operation 矩阵运算类：33附录三 相对定向程序源代码36实验一 立体观察1.1实验内容：像对的立体观察方式主要分为分影式立体观察和叠影式立体观察两类。分影式立体观察是在一个像对的两张影像不重叠的情况下进行立体观察的，主要是以立体镜观察的方式进行；而叠影式立体观察是将两张影像重叠在一起进行立体观察的，随着数字影像的出现，叠影式立体观察逐渐成为主流的立体观察方式，实现叠影式有诸多方法，包括互补色法、光闸法、偏振光法以及液晶闪闭法等。不论分影式还是叠影式的立体观察，都要实现立体观察最基本的条件“分像”，即人的一只眼睛只能观察到一幅影像。立体观察就是利用以上提到的一种方式方法对影像实验数据进行立体观察。立体观察的过程实际上是违反了人眼观察时调焦和交会相统一的凝视本能，所以立体观察其实是一个训练过程。虽然我们采用的一些方式方法有助于我们改善观察条件，更易于进行立体观察；但是，观察中的训练过程还是不可避免的。1.2实验目的及要求：立体观察实验是摄影测量学专业基本技能培养与训练。通过实验了解建立立体模型的原理；通过立体观察练习建立较强的立体观察效应。1.3实验方案：在LISA软件中新建工程，设置好相机参数，加载一个立体像对中的左右影像；按下按钮，这时左右影像分别变成红色和绿色的半透明底片，并重叠在一起；戴上红绿眼镜进行立体观察。该方案利用的是互补色法，分别对普通数码像片、航片以及近景摄影像片进行立体观察。1.4实验成果及评估：图1.1 进行普通数码航拍相片的立体观察总体来讲，用LISA软件来观察该分辨率较低并且纹理较浅的立体效果差强人意。主要是LISA软件显示出来的互补色品质较低，对于这种低分辨率浅纹理的像对观察起来很吃力。但是通过较长时间的视觉“训练”还是能够过程到立体效果的。图1.2 进行航片立体观察用LISA软件来观察该分辨率较高的航片，通过视觉训练能很快观察到立体，并且立体效果较好。不过，由于所拍地区地势过于平坦，纹理特征较浅，立体视觉冲击力还是较小。对于建筑物等突兀的部分，能观察到较于平坦地面更好的立体效果。图1.3 进行近景摄影像对的立体观察用LISA软件来观察该分辨率较高、纹理明显，且起伏很大的近景摄影相片，能很快观察到立体，而且立体效果非常好。所观察到的该立体，山势逼真，视觉冲击力极强。1.5结论与展望：利用互补色法，成功地观察到了立体。希望以后该实验能够组织更多种的立体观察的方式方法，让同学们对于立体观察的体会更深刻。另外，更加重视课堂中对于实验原理的阐述，做到言简意赅。立体观察不仅仅是应用在摄影测量中的技术手段，立体观察得到了愈来愈广泛的应用。不过，随着影像匹配的技术越来越精确高效，非近景摄影测量中对于同名点的选刺将越来越不依赖于靠立体观察的人工去完成。实验二 选刺点以及制作点志记2.1实验内容：2.1.1选刺点选刺外业控制点称转刺点；选刺内业加密点称选刺加密点刺点。在传统的摄影测量作业流程里，要靠人工选刺点。将外业获取的控制点转刺到影像上做控制，给像片上的点引入地面坐标。同时，选刺点也是解析空中三角测量的重要环节。2.1.2. 点志记以及点位索引图传统的制作点志记和点位索引图的方法是在像片的后面绘出草图，标记点名、刺点精度、刺点日期及刺点人等。有了数字影像之后，可以将所刺的点以及周围部分影像截取出来，标记上点名、刺点精度、刺点日期及刺点人等。2.2实验目的及要求：选刺点是摄影测量中的一个重要环节，选刺的点要求地物特征明显，以便正确的相互转刺，在标准点位附近没有明显地物时可以略微移动位置，像控制点距像片边缘距离不得小于1cm。点志记要求标注刺点精度范围，并写明点名、刺点人、时间等信息。点位索引图的点位标记要清晰、大小适度，图幅大小合适且能够方便地匹配找出原始影像上点的具体位置。保留刺点结果数据，后续实验待用。通过该实验掌握选刺点和制作点志记以及点位索引图的基本方法和流程。在实验中尽量规范操作。2.3实验方案：本次实验，使用LISA软件建立小飞机拍摄的像片hangxian1-0017.JPG、hangxian1-0018.JPG、hangxian1-0019.JPG的立体模型，使用红绿眼镜进行立体观察，在标准点位附近切准表面刺点，然后截取所刺点附近的影像，建立点位索引图并制作点志记。标准点位示意图：1111116351246图2.1 标准点位示意图2.4实验成果及评估：图2.2 选刺点过程示意图1007（17）：点名1007精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯1008（17）：点名1008精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯1009（17）： 点名1009精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯1010（18）：点名1010精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯1011（18）：点名1011精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯1012（18）：点名1012精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯1013（19）：点名1013精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯点名1014精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯1014（19）：1015（19）：点名1015精度t0.3mm刺点日期2011年9月23号刺点人刘夯系列图2.3 选刺点索引图及点志记2.5结论与展望：成功使用LISA软件建立了立体模型，在标准点位附近切准模型表面，选刺了一系列的点，并且截取下来制作了点位索引图和点志记。规范操作使得刺点误差得到了有效控制，刺点精度有了保证。点位索引图截取的范围合适，能够使人方便地匹配出选刺点的位置，并且标识点位的圆圈大小合适、点名大小合适。随着数字摄影测量的发展，刺点自动化程度越来越高，特征点的选刺以及影像匹配都可以自动或半自动的完成。于是，在数字影像自动提取特征点之后，点志记这种表达方式将被淘汰，取代它的是展示有点名点号、点位坐标以及精确计算出的误差列表。但是我觉得点位索引图还是可以继续存在，因为索引图可以提供局部的和更为形象具体的点位定性表达，并且在计算机中索引图可以做成和原始影像的响应链接借助于鹰眼应该可以很好的实现。实验三 航片调绘（室内）3.1实验内容：像片调绘主要包括下列内容：1调查和研究地面的各种地物、地貌的性质，质量、数量特征和分布情况，依据图式的解说和规定，正确使用地形图符号显示于相片上。2随着成图比例尺和用途不同，正确掌握综合取舍的尺度，熟悉各要素的表示要点。3研究航摄像片的地物构象规律和各要素的影像特征，从而准确的判读和描绘。4正确调查和注记各种地理名称（属性）准确补测新增地物。调绘的内容还应该包括：控制点与独立地物的调绘；道路网的调绘；水系的调绘；管线、垣栅得调绘；境界的调绘；地貌和土质的调绘；植被的调绘；地理名称的调绘；注记资料的量测和调注；新增地物的补测；像片清绘与接边等。3.2实验目的及要求：通过实验掌握调绘流程和方法，体会调绘的意义和作用。熟悉专题图制图方法。3.3实验方案：利用ArcGIS编辑矢量图层的功能，对小飞机所拍像片和交大犀浦校区航片进行调绘。首先，打开ArcCatalog模块，根据计划调绘的要素类新建Shape文件（Shapefile）；然后，在ArcMap加载原始影像，打开编辑器，使用绘图工具，对地物进行勾绘，重复勾绘直到所有的要素类都勾绘完毕；尔后，设置属性字段（地名或土地类别），并在图层属性里将该字段设为该图层的标注；最后，加载制图模板制图并导出。3.4实验成果及评估：图3.1 小飞机航拍像片调绘成果由于是室内调绘，所以对于不知道小飞机所拍的像片上的具体地名，只能勾绘其主要的土地利用类别。根据调绘结果来看，此幅调绘似乎太细了。图3.2 西南交大犀浦校区调绘成果由于极其熟悉的缘故，对我们交大犀浦校区的调绘可以说是手到擒来。制图综合总体把握恰当，地名也通过标注字段自动加载上去了。但是看似完美的地图还是有点不足：忘了调绘桥梁，丢掉了交大一大特色。3.5结论与展望：通过本次实验，完成了对两张不同地区、不同特点的像片的调绘工作。通过实际动手操作，我感受到室内调绘已经是一项十分繁重的工作了，全野外调绘的劳动强度可想而知。室内调绘的成败关键是调绘前要全面收集测区有关资料。调绘工作到目前为止，还是主要靠人力劳动，计算机的强大计算功能对于地物判别十分不管用，只能起到极其有限的辅助功能。计算机对于影像识别的成熟技术仅仅停留在特征点的提取和匹配上，即是说停留在零维地物的识别上，想要利用它进行各种维度地物的判别是一项非常复杂的事情。实验四 像素坐标采集及内定向程序设计4.1实验内容：采集像片框标点的像平面坐标和像素坐标，保存在文件里待用。编写内定向程序，将先前采集的框标点的两套坐标导入该程序，计算出仿射变换系数，然后在导入实验二所刺的、标准点位附近的控制点的像素坐标，计算出控制点相应的像平面坐标，完成内定向。采用的仿射变换公式： （式4.1）4.2实验目的及要求：1、 编写内定向程序，实现两个连续像对的内定向，保留成果后续实验待用。2、 通过对内定向程序设计，掌握内定向的基本原理。4.3实验方案：利用ERDAS的LPS模块，对三张小飞机航拍的影像进行框标点像素坐标的采集（由于拍摄该影像的相机是普通相机，故而所拍的影像没有框标，不过可以采集四个角点来代替框标点），刺点中误差不得超过0.33 pixels。在Microsoft Visual Studio 2008的编程环境下，应用C#语言，编写内定向程序。首先，设计程序界面；其次，编写Matrix_operation类（矩阵运算类）；再次，编写From1的成员，包括存储数据的字段，和点击各个Button所引发的事件；最后，调试程序直至成功运行。编写好程序之后，运行该程序，将实验二所测得的控制点像素坐标数据导入，点击按钮计算并保存结果。4.4实验成果及评估：4.4.1. 选刺框标点（角点）：图4.1 选刺像片角点示意图像片角点坐标采集成果Point #Image XImage YFilm XFilm Y171-0.009-0.009-7.40011.1001722846.839-0.0097.40011.1001730.1884270.852-7.400-11.1001742846.8394270.6567.400-11.1001810.3000.072-7.40011.1001822846.7190.3007.40011.1001830.3004270.728-7.400-11.1001842846.7194270.7287.400-11.1001910.1250.125-7.40011.1001922846.6250.1257.40011.1001930.1254270.875-7.400-11.1001942846.6254270.6257.400-11.100表4.2 像片角点的两套坐标用LPS采集像片角点加上规范的操作，使得所采集的像素坐标精度很高，刺点中误差分别为0.06 pixels、0.05 pixels和0.06 pixels，完全满足要求。4.4.2. 编写内定向程序并计算：图4.3 内定向程序开始运行的界面图4.4 导入框标点数据计算出仿射变换系数及残差图4.5 导入控制点数据计算出相应的像平面坐标经过验证（即导入框标点系数坐标反算），该程序运行稳定可靠。应老师要求，该程序能够导入四个或八个框标点的数据（实际上能够导入不定个框标点的数据）；并且控制点的导入个数也可以是不定的。不需要用户设置框标点和控制点的个数，程序能随着数据文件的大小自动设置。内定向成果（仿射变换系数以及框标点坐标残差）内定向成果171234Residual X-0.00030.00030.0003-0.0003Residual Y0.0003-0.0003-0.00030.0003Result X-7.40037.4003-7.39977.3997Result Y11.100311.0997-11.1003-11.0997a0a1a2b0b1b2-7.40020.00520.000011.10020.0000-0.0052内定向成果181234Residual X0.00000.00000.00000.0000Residual Y0.0003-0.0003-0.00030.0003Result X-7.40007.4000-7.40007.4000Result Y11.100311.0997-11.1003-11.0997a0a1a2b0b1b2-7.40160.00520.000011.10070.0000-0.0052内定向成果191234Residual X0.00000.00000.00000.0000Residual Y0.0003-0.0003-0.00030.0003Result X-7.40007.4000-7.40007.4000Result Y11.100311.0997-11.1003-11.0997a0a1a2b0b1b2-7.40060.00520.000011.10100.0000-0.0052系列图表4.1 内定向成果框标点坐标残差及仿射变换系数内定向成果（像平面坐标）点名17（x，y）(mm)18（x，y）(mm)10070.328-0.563-4.672-1.59710081.00410.002-4.3348.91110090.753-9.418-3.903-10.45810105.5291.1840.4830.31110115.2559.248-0.1458.28210124.614-7.080-0.058-7.953点名18（x，y）(mm)19（x，y）(mm)10100.4750.309-1.909-1.5781011-0.1478.288-1.8196.2551012-0.064-7.954-3.181-9.79410133.154-7.696-0.046-9.93710142.6510.4000.127-1.69510152.0457.8590.2385.686系列图表4.2 内定向成果像平面坐标4.5结论与展望：该程序经过反复修改优化后，比较好地实现了通用性，对于数据量的限制较小，只要按照数据格式写好输入文件，导入程序都能很快计算出满意的结果。因为对于该程序的要求大大提高（要能够输入四个框标点的数据，并且还要能计算控制点的像平面坐标），建议老师还是先把实验步骤和要求讲解一下。实验五 相对定向程序设计5.1实验内容：编写相对定向程序，然后将实验四（内定向）计算出的控制点像平面坐标导入该程序，解算出相对定向元素，并进一步解算模型点坐标。相对定向共面条件方程： （式5.1）相对定向误差方程通式： （式5.2） 法方程解： （式5.3）5.2实验目的及要求：1、编写相对定向程序：用C#语言编写相对定向程序。 2、完成两个连续像对的相对定向：用自己编写的相对定向程序，解算两个连续像对的相对定向元素，完成这两个像对的相对定向，建立起连续的模型。3、通过编写相对定向程序，掌握相对定向原理。5.3实验方案：在Microsoft Visual Studio 2008编程环境下，用C#语言，编写相对定向程序。首先，设计程序界面；其次，编写Matrix_operation类（矩阵运算类）；再次，编写From1的成员，包括存储数据的字段，和点击各个Button所引发的事件；最后，调试程序直至成功运行。编写好程序之后，运行该程序，将实验二所测得的控制点像素坐标数据导入，点击按钮计算并保存结果。5.4实验成果及评估：图5.1 软件运行界面图5.2 相对定向还没有去找一组已有相对定向结果的数据进行验证，不过就相对定向元素来说，符合经验事实。该程序的优点是对于原始数据文件的格式要求较为灵活。相对定向元素：_影像编号_u（rad）_v（rad）_（rad）_（rad）_（rad）_ 2 -0.141535 -0.003079 0.008562 0.007344 -0.031881 3 -1.54366 -1.433886 0.243786 -0.15021 1.60344模型点坐标： _模型点号_ Model-X(mm)_Model-Y(mm)_Model-Z(mm)_ 11 169556.010446 1597018.339432 900108.083512 12 156947.544642 -516778.500653 900306.239111 13 150177.400279 -1982022.58164 900127.640818 14 201283.909712 335728.538273 900024.514120 15 193111.366245 26107.930234 900022.353278 16 174777.62074 -284723.880876 900024.243103 21 100007.39993 -286149.74848 900198.474555 22 83297.222015 -101388.984373 900077.239298 23 -11628.242835 -135972.195086 900065.985957 24 119211.128764 -354679.664463 900024.431245 25 32234.328171 -35673.635863 900021.35