摄影测量与遥感-y--df

13871393024,fdeng邓非,主要内容,2011年考试题目分析2012年考试大纲分析测绘航空摄影摄影测量与遥感案例分析,2011年考试题目分析测绘航空摄影、摄影测量与遥感部分,内容比例：单项选择题：第29至44题，16/80占1/5多项选择题：第88至91题，4/20占1/5案例分析题：第3题，1/7分数：18/120,2011年考试大纲分析测绘航空摄影、摄影测量与遥感部分,考试内容分析：（1）侧重测绘航空摄影、摄影测量基础，特别是基本概念（2）遥感内容偏少；（3）案例分析题基本覆盖了摄影测量主要工作流程（4）部分内容超出了大纲要求,2012年考试大纲分析测绘航空摄影,1.根据测区的范围、地形条件和摄影测量要求，选择航摄季节和航摄时间，确定飞行平台、航摄仪和航摄比例尺，划定航摄分区，计算航摄参数，进行技术设计。2.根据项目要求，确定在航空摄影中采用机载激光扫描、机载侧视雷达、低空遥感系统以及定位定姿系统等技术的实施方案。3.根据项目要求，确定航摄影像资料质量检查的方法和技术指标，并进行航摄中间过程的质量控制和项目成果的整理、检查、验收和归档。,2012年考试题目分析摄影测量与遥感,1.根据项目要求，确定摄影测量与遥感成果的类型、规格，以及航空、航天影像资料的空间分辨率、波段组合、重叠度和获取时间等技术指标，进行技术设计。2.根据技术设计和测区情况，选择、收集合适的影像数据源，并对其进行必要的预处理。3.根据技术设计和影像资料情况，划分区域网，布设并测定像片控制点。4.根据技术设计，进行影像判读和外业调绘。,2012年考试题目分析摄影测量与遥感,5.根据技术设计，利用影像、像片控制点及定位定向辅助资料，实施空中三角测量。6.根据技术设计，进行数据采集、数据编辑、影像处理和数据建库，制作数字线划图、数字高程模型、数字正射影像图、三维建筑模型等数据成果。7.根据项目要求，利用多光谱、多时相遥感影像资料，制作遥感调查工作底图和专题遥感数据成果。8.根据摄影测量与遥感项目的特点与要求，对项目过程进行质量控制，并对项目成果进行整理、检查、验收和归档。,2012年考试大纲分析测绘航空摄影、摄影测量与遥感,重点内容：围绕4D测绘产品的生产，掌握数字摄影测量、基本掌握遥感图像处理，重点掌握航空、航天影像获取、处理以及3D生产技术流程和规定。数据获取：测绘航空摄影、卫星影像、LiDAR航测外业：像控点布设、选刺及测量，外业调绘航测内业：摄影测量三个发展阶段，4D测绘产品的数字摄影测量方法，重点掌握DEM、DOM测绘产品：3D测绘产品标准,2012年考试大纲分析测绘航空摄影、摄影测量与遥感,重点内容：围绕4D测绘产品的生产，掌握数字摄影测量、基本掌握遥感图像处理，重点掌握航空、航天影像获取、处理以及3D生产技术流程和规定。数据获取：测绘航空摄影、卫星影像、LiDAR航测外业：像控点布设、选刺及测量，外业调绘航测内业：摄影测量三个发展阶段，4D测绘产品的数字摄影测量方法，重点掌握DEM、DOM测绘产品：3D测绘产品标准,从大纲和培训教材分析,2012年和2011年大纲基本一致遥感没有单独列出，增加了三维建筑模型、基于卫星遥感影像工作地图和专题遥感数据成果制作大纲中“从技术设计”、“根据项目要求”表述方式，是否可以认为从摄影测量与遥感业务或生产角度命题？从行业覆盖角度分析，侧重基础、侧重通用技术偏工程测量的格局是否改变？数据获取重点：卫星遥感；数据处理：DEM/DOM案例分析：工作底图、地形图更新,第7章测绘航空摄影,测绘航空摄影概要测绘航空摄影技术设计测绘航空摄影工作的实施航空摄影中的新技术应用航摄成果的检查验收,7.1测绘航空摄影概要,考点分析：根据项目的精度和提供成果的要求，选择确定采用光学航摄或者数码航摄。根据成图比例尺、测图精度、测图仪器设备和测图方法等选择航摄仪，并进行检定；确定摄影比例尺、焦距、像幅以及需要配备的航摄附属仪器。,7.1.1测绘航空摄影概要-基本概念,测绘航空摄影：在航空器（飞机、直升机、飞艇、气球等）上安装航空摄影仪，从空中对地球表面进行的摄影。航空摄影系统主要包括：航空摄影平台和航摄仪测绘航空摄影的目的：为了获取指定范围内、一定比例尺和重叠度的航空影像。航空摄影任务的实施过程一般包含：任务委托、签订合同、航摄技术计划制定、航摄申请与审批、空中摄影实施、摄影处理、资料检查验收等环节。,7.1.2航空摄影仪航空摄影仪可分为：胶片航摄仪和数码航摄仪。7.1.2.1胶片航摄仪1.胶片航摄仪的结构镜箱体暗匣座架：避震，整平，改正偏流控制器：操纵航摄仪工作航摄仪的特点：像幅大小：23cm23cm焦平面上有贴附框航摄仪有系列焦距和滤光片,框标类型1）机械2）光学,胶片航摄仪的结构,检影望远镜气泡整平改正偏流调整重叠度,胶片航摄仪分类单镜头分幅摄影机是目前应用较多的航空摄影机，它装有低畸变透镜。1）根据摄影机主距f值的不同，航空摄影机可分为长焦距（255mm）、中焦距（102-255mm）和短焦距（102mm）。焦距（f）物镜后节点N到后主焦点F的距离。摄影比例尺：1/m=f/H航摄中分：大比例尺航空摄影1/m1/1万中比例尺航空摄影1/2.5万1/m1/1万小比例尺航空摄影1/m1/5万,胶片航摄仪分类,2）根据像场角的大小，航空摄影机可分为常角（75）、宽角（75-100）和特宽角（100）。像场角（2）：由物镜的后节点（s）与像场直径（d)两端点连线所夹角度。像场角的计算tg=d/2/f=d/2f2=2tg-1(d/2f)其中：d像场对角线（像场直径）在航摄中，2反映了在焦平面上构成清晰影像的空间范围。,S,d,f,2,S,航空摄影机的分类航空摄影对于摄影机主距的选择，估计像片上投影差的大小以及摄影基高比对高程测定精度的影响，一般情况下，对于大比例尺单像测图（如正射影像制作），应选用常角或窄角航摄机；对于立体测图，则应选用宽角或特宽角航摄机。,1)感光材料及其特性,黑白感光材料基本结构:乳剂层、片基、附加层按感色性分感色性感光材料对光谱敏感的范围与能力。色盲片正色片分色片全色片全色红外片红外片,2.感光材料特征及胶片冲洗,2）彩色感光材料一般结构,感B,生成黄（Y）染料,感G,生成品红（M）染料,感R,生成青（C）染料,片基,黄色滤光层,按用途分：彩色负片、彩色反转片与彩色正片等。按摄影时所要求的光照条件分：日光型、灯光型和日灯光两用型,3）感光材料的感光测定,定义定量的研究光对感光层的作用，并以数量表示其特性的一种方法称为感光测定。内容,感光特性,感光度S反差系数宽容度L灰雾密度D0感色性,微观特性,分辨率R清晰度A颗粒度RMS调制传递函数MTF,黑白摄影处理a)显影使潜像变成可见影像。潜像的显影是氧化还原反应。,曝光后,显影后,感光中心,潜像,可见影像,4）航摄胶片的冲洗,b）定影固定已显出的影像，即将剩余的卤化银（未曝光的）全部溶解转化为可溶性络盐。c）水洗与干燥,彩色摄影处理a）彩显将已曝光的卤化银还原成金属银，其显影剂氧化产物与成色剂起作用生成染料。b）漂白将金属银及黄色滤光层溶解为可溶性银盐。c）定影将未曝光的卤化银溶解，将可溶性银盐溶解。d）水洗,4)航摄胶片的冲洗,1）航摄滤光片2）像移补偿装置3）航摄仪自动曝光系统1）航摄滤光片航摄滤光片与地面摄影用的滤光片比较航摄滤光片有特殊要求波谱透射曲线不同航摄滤光片的密度由中心向边缘逐渐递减，以补偿焦平面上的照度分布不均匀。航摄中滤光片的选择与应用根据空中蒙雾亮度的强弱，选择滤光片的颜色；根据地面景物的波谱特性尽可能选择浅颜色或UV镜；根据地物信息，应与景物波谱特性和航摄胶片的感色性匹配。,3.航摄仪辅助设备,像移：曝光时间内由于飞机前进运动而引起的像点位移值。,航空摄影规范对不同比例尺的最大允许值的规定：摄影比例尺：1/50001/10万0.04mm,wt,S1,S2,a,a,航摄时的最长许可曝光时间：,2）航摄仪像移补偿装置,像移补偿装置的工作原理,H/W的实际意义：1）为重叠度调整器提供了理论依据；2）为像移补偿装置提供了数据。,像移补偿装置的最大补偿速度（V）,而,即：,像移补偿的意义：1）提高了大比例尺航空摄影的影像质量；2）可以使用低感光度高分解力的感光材料；3）可在能见度稍差的条件下进行航空摄影。,2）航摄仪像移补偿装置,基本要求a）测光表的光谱敏感范围与航摄仪的色差校正范围一致，为400900nm;b）程序控制各种航摄仪感光度的安置和测光模式a）曝光计算,3）航摄仪的自动测光系统,4.常用的两种胶片航摄仪,1)RC型航摄仪(瑞士（威特厂）RC型航摄仪常用的有RC-10、RC-20和RC-30等型号，每种型号又配有几种焦距的物镜筒，像幅均为23cm*23cm。2）RMK型航摄仪（德国（奥普托）RMK-cc24RMK-TOPRMK型航摄仪有5个不同焦距的摄影物镜，像幅均为23cm*23cm。,7.1.2.2数字航摄仪,从2000年ISPRS阿姆斯丹大会上，首次展示了大幅面的数码航空摄影相机以来，数码量测航空相机的发展受到了很大的重视。它基本上有两种形式：1）推扫式（线阵CCD）：线阵；2）框幅式（面阵CCD）：多个（4个）面阵组合、单镜头大面阵DMC、UltraCam-D和SWDC系列航摄仪等，而推扫式数字航摄仪主要有ADS系列航摄仪。,1.Z/IDMC面阵数码相机,DMC是由4台分离的倾斜摄影小面阵影像经过纠正、拼接而成一个大面阵影像。DMC有四个全色波段和多光谱波段,飞行方向,F/R飞行方向的右侧B/R后方的右侧F/L飞行方向的左侧B/L后方的左侧,全色影像包括了重叠部分虚线是有效影像,DMC相机技术参数,辐射分辨率为：12比特4096级记录一个亮度值所用的比特数,DMC数码航摄仪,2.Vexcel的UltraCamX数码航摄相机奥地利,由4次分别曝光的9个小面阵拼接成的大面阵,DMC与UCX数码相机的差异相同点：都是由4个（全色波段）相机构成大幅面黑白影像4个（红、绿、兰红外）多光波大幅面彩色影像,DMC,UCD,数码航摄仪,3.SWDC系列数字航摄仪,2006,2008,2010,LeicaADS40线阵,（前视下视后视）近红外红绿兰全色多光谱利用三个航空摄影条带进行摄影测量,4.ADS系列数字航摄仪,ADS40数字影像航空摄影仪系统,ADS系列数字航摄仪包括：ADS40/ADS80机载数字航空摄影测量系统，使用全球定位系统（GPS）和高精度惯性测量系统（IMU）技术。镜头采用中心投影设计，它的全色波段采用了三对CCD线阵对前视、下视和后视三个方向同时获取RGB和近红外波段阵列安置于全色阵列之间，记录目标的多光谱信息，可以利用一次飞行获得前视、底视、后视的具有100%三度重叠、连续无缝的全色立体影像、彩色影像和彩红外影像。,7.1.2.3航摄影像的分辨率1）数字影像的分辨率影响分辨率是觉得影像对地物识别能力和成图精度的重要指标。对于数字航空影像或航天遥感影像而言，分辨率通常是指地面分辨率，一般以一个像素所代表地面的大小来表示。2）胶片影像的分辨率胶片摄影分辨率指衡量摄影机成像系统对黑白相间、宽度相等的线状目标影像分辨的能力。3）扫描影像的分辨率扫描分辨率是指影像扫描仪在实现图像的模数转换时，通过扫描元件将扫描对象表示成像素所采用的最小面元单位。,4.航摄仪的检定1）摄影机检校的内容a.像主点位置与主距的测定；b.摄影物镜光学畸变差或畸变系数大小的测定；c.底片压平装置的测定；d.框标间距以及框标坐标系垂直性的测定。2）摄影机检校的方法航空摄影测量的摄影机检校方法主要包括：实验室检校法和试验场检校法两大类。,7.1.3测绘航空摄影基本要求1.航摄像片倾角航摄像片倾角：航摄机向地面摄影时，摄影物镜的主光轴偏离铅垂线的夹角。,气泡,时钟,高度表,记事板,像片倾角一般不大于20，个别最大不大于40,7.1.3测绘航空摄影基本要求2.航摄比例尺航摄像片的比例尺：像片上的一个单位距离所代表的实际地面距离。摄影比例尺越大，像片的地面分辨率越高，越有利于影像的解译和提高成图的精度。,对于平坦地区：S=摄影机主距/相对航高=f/H实际摄影比例尺在像片上处处不等。,qx、qy根据规范中的上下限检查qx：60%65%个别最大不得大于75%最小不得小于56%。若56%qx53%且其相邻像对的航向重叠度不小于58%，能确保测图定向和测绘工作边距像片边缘不小于1.5cm时，可视为合格。qy：30%35%个别最小不得小于13%,3.像片重叠度,1)航向重叠度,2)旁向重叠度,最大弯曲矢距（）与航线长度（L）之比,航线弯曲度,规范规定：,航线弯曲度=,4.航线弯曲与航迹角,航线弯曲：把一条航线的航摄像片根据地物经线叠拼起来，每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。,相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线之间的夹角称像片的旋偏角。实际航空摄影时，可通过设置摄影仪在其座架中的旋转角从而消除或减小旋偏角，以达到理想的立体覆盖效果。,规范规定（2005年10月）：1/m1:7000，相对航高1200m时，60，最大不超过801:35001/m1:7000，80，最大不超过1001/m1:3500，100，最大不超过120当采用数字测图法时可在上述各项规定的基础上，相应放宽20执行。在一条航线上，达到或接近最大旋偏角的像片数不得超过三片，且不得连续。在一个摄区内出现最大旋偏角的像片不得超过摄区像片总数的4%。,5.像片旋偏角,7.2测绘航空摄影技术设计,7.2.1任务分析测绘航空摄影技术设计是：航摄项目开始实施前，针对航空摄影的需要，依据航空摄影合同、航空摄影规范和飞行有关规定，以航空摄影最小单元确定飞行的基本要素的过程。7.2.1.1设计分析1.资料收集2.方案选择3.确定主要设计因子,7.2.1.2航摄主要技术要求1.航摄设计用图的选择设计用图应选择可靠、出版时间较近的地形图作为航摄设计用图。设计用图的比例尺一般应根据测图比例尺来选择，在兼顾设计精度和设计工作量的同时，保证设计用图比例尺和航摄比例尺的倍率在2一5倍之间。航摄设计用途的选择原则如下：1）应是摄区新近出版的基本比例尺地形图；2）一般根据成图比例尺按下表选择，也可按照现行有关规范的规定进行选择。,2.航摄比例尺的选择前提：确保测图精度原则：利于缩短成图周期、降低成本、提高测绘综合效率航摄比例尺一般按下表选择，也可根据的目的、摄区的具体条件由航摄单位与用户商定。,航空摄影时，应根据测图方法、仪器设备、成图比例尺和测图精度等要求综合选择与其相匹配的航摄仪。,3.航摄仪的确定,光学航摄仪和数码航摄仪,光学和数码航摄仪,三种主要的数码航摄仪,根据成图比例尺选择摄影比例尺及航高，划分航摄分区。航摄分区划分时，要遵循以下原则：分区界线应与图廓线一致。分区内的地形高差一般不大于1/4的相对航高；当航摄比例尺大于或等于1：7000时，一般不应大于1/6相对航高。分区内的地物反差、地貌类型应尽量一致。根据成图比例尺确定分区最小跨度。当地面高差突变、地形特征显著不同时，在用户认可的情况下，可以破图幅划分航摄分区。划分分区时，应考虑航摄飞机侧前方安全距离与安全高度。当采用GPS辅助空三航摄时，应确保一个分区可涵盖多个完整的加密分区。,4.航摄分区的确定,划分摄影分区,1/m1:7000时h最高-h最低H摄/4,1/m1:7000时h最高-h最低H摄/6,绘制分区截面图,3.1航摄准备,5.航线敷设方法航线敷设时，要遵循以下原则：航线应东西向直线飞行。常规方法敷设航线时，航线应平行于图廓线。水域、海区航摄时，航线敷设要尽可能避免像主点落水。荒漠、高山区隐蔽地区等测图控制作业特别困难的地区，可以敷设架构航线。根据合同要求航线按图幅中心线或按相邻两排成图图幅的公共图廓线敷设时，应注意计算最高点对摄区边界图廓保证的影响和与相邻航线重叠度的保证情况，当出现不能保证的情况时，应调整航摄比例尺。采用GPS领航时，应计算出每条航线首末摄站的经纬度。GPS辅助空三航摄时，应符合国家现行有关规范的要求。,6.航摄时间的确定在合同规定的航摄作业期限内选择最佳的航摄季节，综合考虑以下主要因素：摄区晴天日数多。大气透明度好。光照充足。地表植被机器覆盖物对摄影和成图的影响最小。彩红外、真彩色摄影，在北方一般避开冬季。航摄时间的选定原则如下：既要保证具有充足的光照度，又要避免过大的阴影，一般按下表执行。沙漠、戈壁等地面反光强烈的地区，在当地正午前后2小时之内不应摄影。,c.彩红外和真彩色摄影应在色温45006800K范围内进行；雨后绿色植被表面水滴未干时不应进行彩红外摄影。航摄时间的选定原则,7.2.2技术设计书编写1.项目概况1）任务来源及基本概况；2）摄区地理位置、地貌、地物情况、气象情况、执行任务的有利与不利因素；3）飞行空域状况；4）特别需要说明的其他事项，如国界、禁区等。2.摄区基本技术要求及技术依据3.项目技术设计项目技术设计包括：航摄分区设计、航线设计、技术参数设计、摄影时间等。,4.实施方案项目实施方案包括以下内容：1）飞行保障。2）软硬件设备选择（航摄仪及数据处理设备等）。3）主要技术标准及精度要求（重叠度、旋偏角、航高、航线弯曲度、像片倾角、太阳高度角、影像质量等）。4）质量控制（飞行质量、摄影质量、补摄与重摄的技术要求及控制方法、采取的主要质量保障措施等）。5）成果提交。6）人员及进度安排。,7.3测绘航空摄影工作的实施,7.3.1航摄准备1）航摄实施前，应制定详细的飞行计划，且针对可能出现的紧急情况制订紧急预案。2）航摄应遵照民航、通航和空域管理部门的有关规定执行。3）使用机场时，应按照机场的相关规定飞行。4）航摄实施前对工程使用的设备、材料进行认真检查，并做好检查记录。5）派出经验丰富的项目负责人现场组织安排和指挥生产，不错过航摄天气，确保飞行质量、摄影质量与生产工期。6）摄影尽量协调、安排在碧空天气进行，确保影像清晰、色调均匀、层次丰富。,7.3.2航摄工作的实施1）每次起飞之前，需仔细检查系统设备的工作状态是否正常。2）进入摄区前，要组织飞行员和摄影员进行航线设计的技术讲评。3）严格按照规范规定的太阳高度角要求选择航摄时间。4）在航摄飞行时，要严格按照操作规范进行。5）飞行时，应保持航高，最大航高与最小航高之差不大于规范限值。6）飞行结束后，要对旁向重叠、范围保证等元素进行注意检查，凡不符合要求的产品，必须及时进行补摄或重摄。7）漏洞补摄必须按原设计航迹进行，补摄航线的两端应超出漏洞之外不少于一条基线。8）每次飞行结束后，应填写航摄飞行记录表。,7.4航空摄影中的新技术应用,7.4.1GPS在空中摄影中的应用1.航摄飞行导航航空摄影飞行必须按航摄计划中的要求，在一定的高度沿设计航线飞行，以保证所得的影像具有一定的摄影比例尺、旁向重叠度及航向重叠度。2.GPS辅助空中三角测量中的导航与定位GPS辅助空中三角测量的目的是利用GPS精确的测定摄影曝光瞬间航摄仪物镜中心的位置，将所测数据应用于摄影测量内业加密，以尽可能减少对地面控制点的数量要求。,7.4.2机载激光扫描技术的应用三维激光扫描测量技术克服了传统测量技术的局限性，采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，能对任意物体进行扫描，且没有白天和黑夜的限制，快速将现实世界的信息转化成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点。,7.4.3机载侧视雷达技术的应用侧视雷达具有以下特点：1）具有全天候工作性能；2）分辨率高，所摄像片清晰；3）覆盖面积大，提供信息快，把飞行中连续拍摄的照片拼接起来可构成大面积的地形图；4）不易受干扰；5）具有分辨地面固定和活动目标的能力。机载和星载SAR影像的应用主要体现在地形的立体测绘方面。雷达干涉测量技术（InSAR）可以用来提供大范围的数字高程模型（DEM）。,7.4.4低空遥感系统的应用低空遥感系统是一种高机动性、低成本的小型化、专用化遥感系统。,缺点：安全性能有待改进，容易出现事故受风力影响较大，飞行抖动厉害，影像姿态和重叠度不稳定，最终给影像自动化匹配和空三带来巨大困难像幅小，生产效率低,优点：不需机场，升降灵活、方便实施各类紧急任务；设备便于携带，转移方便，机动性强；平台构建、维护以及作业的成本极低；低空摄影，影像空间分辨率高；受天气影响较小，空中飞行灵活，适用于中小区域的快速作业；一般情况下，不必申请空域；能够获取高重叠度的影像，有利于提高后续数据处理的可靠性和精度；,UAV与常规航空摄影测量的比较,姿态不稳定，需要新的初始值计算方法姿态不稳定，基于灰度的相关系数匹配失效重叠度增大，增加观测值个数，增加解算稳定和可靠性,传统摄影测量航向重叠60%旁向重叠30%姿态角3无人机摄影测量航向重叠70-85%旁向重叠35-55%航偏角可达10以上,差异,需要解决的问题,7.4.5定位定姿系统的应用定位定姿系统是IMU/DGPS组合的高精度位置与姿态测量系统，利用装在飞机上的GPS接收机和设在地面上的一个或多个基站上的GPS接收机同步而连续地观测GPS卫星信号。机载POS系统一般由以下几部分组成：1）惯性测量装置。2）GPS接收机。3）计算机系统。4）数据后处理软件。,7.5航摄成果的检查验收,7.5.1质量控制1.飞行质量检查飞行质量检查主要包括以下方面：像片重叠度；像片倾斜角；像片旋偏角；航线弯曲度；航高保持；摄区、分区、图廓覆盖保证；图幅中心线和旁向两相邻图幅公共图廓线敷设航线的飞行质量；控制航线；漏洞补摄；飞行记录填写等。2.摄影质量检查胶片影像质量检查包括：影像的密度、反差、像点位移误差、框标和数据记录、反差、清晰度、色彩等的检查。数码影像质量检查包括：影像的清晰度、层次的丰富性，色彩发差和色调柔和情况，影像有无缺陷，拼接影像品有无模糊、重影和错位、像点位移误差等。,7.5.2成果整理胶片航摄一般包括：航空摄影原始底片、数码航摄仪的原始数据资料、航摄像片、摄区完成情况图、摄区航线、像片索引图、航摄仪技术参数检定报告、航空摄影底片压平质量检测报告、航空摄影底片密度检测报告、航摄鉴定表、像片中心结合图、航空摄影技术设计书、航空摄影飞行记录、航摄底片感光测定报告及底片摄影处理冲洗报告、像片中心点坐标数据、附属仪器记录数据等。数码航摄一般包括：影像数据、航线示意图、航摄相机在飞行器上安装方向示意图、航空摄影技术设计书、航空摄影飞行记录、相机检定参数文件、航摄资料移交书、航摄军区批文、航摄资料审查报告、其他相关资料等。,第8章摄影测量与遥感8.1摄影测量与遥感概要,摄影测量的任务摄影测量的基本含义：基于像片的量测和解译，它是利用光学或数码摄影机摄影得到的影像，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门科学和技术。摄影测量的基本原理：严格建立像片获取瞬间所存在的像点与对应物点之间的几何关系,摄影测量的分类按照研究对象不同，分为：地形摄影测量和非地形摄影测量两大类；按摄影站的位置或传感器平台，分为：航天(卫星)摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量等。,摄影测量的发展,遥感及其发展,遥感：通过非接触传感器遥测物体的几何与物理特性的技术。摄影测量是遥感的前身。遥感技术主要由遥感图像获取技术和遥感信息处理技术两大部分组成。按电磁波波段的工作区域，分为:可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感等。按传感器的运载工具，分为:航天遥感、航空遥感(高空、中空、低空)和地面遥感；按传感器工作方式，分为:主动方式和被动方式两种。,摄影测量与遥感的结合,摄影测量与遥感的结合，体现在解析摄影测量尤其是数字摄影测量对遥感技术发展的推动作用：（1）遥感图像的高精度几何定位和几何纠正就是解析摄影测量现代理论的重要应用；（2）数字摄影测量中的影像匹配理论可用来实现多时相、多传感器、多种分辨率遥感影像的融合和几何配准；（3）自动定位理论可用来快速、及时地提供具有“地学编码”的遥感影像；（4）摄影测量的主要成果（DEM、地形测量数据库和专题数据库）是支持和改善遥感图像分类效果的有效信息；（5）像片判读和影像分类的自动化和智能化则是摄影测量与遥感技术共同研究的课题。,8.2摄影测量基础,单张航摄像片解析像点坐标的量测立体测图的原理与方法摄影测量解析计算基础数字摄影测量基础,航摄像片与地图的区别航摄像片是地面景物的中心投影构像，地图是地面景物的正射投影。只有当地面严格水平且像片也严格水平时，上述两种投影结果才等效。,S,正射投影,中心投影,像片倾斜引起的像点位移一般情况下，航空摄影所获取的像片是倾斜的，即使地面严格水平，航摄像片上的目标物体也会因为像片倾斜而产生变形或像点位移。可用像片纠正的方法予以改正。,S,f,H,P,P0,A,a0,地面起伏引起的投影差航空摄影的对象主要是地球表面，地球表面有起伏，包括自然地地形起伏和有人工建筑物。植被等引起的起伏。由于地球表面起伏所引起的像点位移称为像片上的投影差。,投影差具有以下性质：（1）越靠近像片边缘，投影差越大，在像底点处没有投影差；（2）地面点的高程或目标物的高度越大，投影差也越大；（3）在其他条件相同的情况下，摄影机的主距越大，相应的投影差越小。,飞行方向,1、框标坐标系(o-xy),常用的坐标系统,o,大地坐标系是指高斯平面坐标和高程所组成的左手空间系；描述地面点的空间位置；摄影测量的成果最终转化到该坐标系中。,3、大地坐标系,用于表示像点量测坐标。,2、像空间坐标系s-xyz表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。,原点、轴向、作用,常用的坐标系,(x,y,-f),(x,y,-f),O,三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值(Xs、Ys、Zs)。三个角元素(、)，表示摄影光束空间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）,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?,内方位元素,关系?,关系已知,像片的方位元素,在理想情况下，摄影瞬间像点、投影中心、物点位于同一条直线上，描述这三点共线的数学表达式称之为共线条件方程。,共线条件方程的定义,CollinearityConditionEquations,（3）,S,用地面点坐标表示像点坐标的共线条件方程,共线条件方程的推导,共线方程的主要应用1.单像空间后方交会和多像空间前方交会2.解析空中三角测量光束法平差中的基本数学模型3.构成数字投影的基础4.利用数字高程模型与共线方程制作正射影像5.利用DEM和共线方程进行单幅影像制图,像点坐标的量测量测像点的像片坐标(x,y)传统的量测方法包括单像坐标量测仪和立体坐标量测仪。可通过立体影像匹配进行自动量测。,像点坐标的系统误差改正主要由摄影材料变形、摄影物镜畸变、大气折光以及地球曲率等因素引起，是系统误差。,立体像对的基本概念,S1,A,B,C,D,几何模型,航向重叠60,视差理论,生理视差：,生理视差是产生立体感觉的生理基础。,像对的立体观察,视差角,立体观察条件,两张像片必须是从不同摄影站摄取的。两眼各看一张像片，即必须分像。必须使同名像点的连线与眼基线平行，以保证两视线在同一个视平面内。比例尺基本一致,像对的立体观察,袖珍立体镜反光立体镜立体量测观察系统,立体观察工具,像对的立体观察,3、分像方法,3、分像方法,互补色法,像对的立体观察,3、分像方法,偏振光法,像对的立体观察,3、分像方法,交替光阑法（闪闭法、光闸法）,像对的立体观察,像对的立体量测,量测的内容：像点坐标量测、左右视差量测、上下视差量测。借助于有测量标志的量测工具或仪器进行。,测标,测标的作用,测标的种类,利用地面控制点及其在片像上的像点，确定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,空间前方交会定义,利用立体像对两张像片的内方位元素、同名像点坐标和像对的相对方位元素（或外方位元素）解算模型点坐标（或地面点坐标）的工作。,1、利用立体像对两张像片的相对方位元素，计算模型点的三维坐标；2、利用立体像对两张像片的外方位元素，计算地面点的地面坐标。,空间前方交会,空间前方交会公式,B,相对定向理论,共面条件方程,在恢复两张像片的相对方位元素之后，同名光线对对相交,共面条件的向量表达式,连续像对系统,连续像对相对定向元素：,单独像对系统,单独像对相对定向元素：,3、连续像对相对定向方程,初值给定BX.,点数、点位,模型点的上下视差Q,绝对定向理论,2、空间相似变换,2、空间相似变换,二绝对定向理论,2、空间相似变换,二绝对定向理论,2、空间相似变换,二绝对定向理论,2、空间相似变换,二绝对定向理论,数字摄影测量基础,影像数字化与影像重采样影像数字化包括量化和采样采样：每隔一个间隔获取一个点的灰度值。对实际连续函数模型离散化的量测过程量化：将各点的灰度值转换为整数，将透明底片有可能出现的最大灰度变化范围进行等分，分为若干灰度等级，一般都取为，时得到256个灰度级，其级数是介于0到255之间的一个整数，0为黑，255为白，每个像元素的灰度值占8bit，即一个字节,影像的内定向：,内定向参数，利用四个框标点平差解算,问题的提出：经典的摄影测量已经建立了一整套像点坐标与对应的物点坐标间的关系，只要确定扫描坐标系与像平面坐标系之间的关系（内定向）就能利用原有理论,两种坐标之间存在仿射变换,内定向的目的：确定扫描坐标系和像片坐标系之间的关系,数字化的扫描方向,数字化的步进方向,x,y,o,O,基于灰度的影像匹配（AreaBasedImageMatching）,全数字化摄影测量的核心问题：如何在两幅（或多幅）影像之间自动识别同名像点（影像相关）,匹配点确定的基础：匹配测度。基于不同的理论可以定义各种不同的匹配测度，因而形成了各种影像匹配方法,数字影像相关：利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像的相关（匹配）,一、相关系数法:目标区：以左片目标点为中心选取个像素的灰度阵列搜索区：估计出右片上同名点可能出现的范围，建立一个个像素的灰度阵列,n,n,m,目标区,搜索区,l,计算相关系数值：,依次在搜索区内取出个像素的灰度阵列，计算其与目标区的相似性测度相关系数，可求出(l-n+1)*(m-n+1)个相关系数,结果：目标区相对于搜索区不断移动一个整像素，当相关系数最大时，对应窗口的中心点即是目标点的同名像点,特点：搜索的结果均以整像素为单位相关系数是标准化协方差函数，目标影像的灰度与搜索影像的灰度之间存在线性畸变时，仍能较好地评价它们之间的相似性程度目标区和搜索区都是一个二维的影像窗口，二维相关,二、协方差法,n,n,m,目标区,搜索区,可求出(l-n+1)*(m-n+1)个协方差值，当协方差值为最大时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点。,l,差平方和测度,n,n,m,目标区,搜索区,可求出(l-n+1)*(m-n+1)个S2值，当S2为最小时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点,灰度差的平方和最小,l,差绝对值和测度,n,n,m,目标区,搜索区,可求出(l-n+1)*(m-n+1)个S值，当S为最小时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点,灰度差的绝对值最小,l,三、高精度最小二乘影像匹配,问题的引出：匹配怎样达到子像素精度？,在相关运算中引入变形参数，补偿两相关窗口之间的辐射畸变几何畸变引入的变换参数作为待定值，一同纳入到最小二乘解算中，使匹配可达到1/10甚至1/100像素的高精度（子像素精度）,由德国Stuttgart大学Ackermann教授与Pertl提出,影像灰度的系统变形辐射畸变（产生的原因）照明及被摄物体辐射面的方向摄影处理条件的差异影像数字化过程中产生的误差等几何畸变：产生了影像灰度分布之间的差异（相对移位、图形变化）摄影方位不同所产生的影像畸变由于地形坡度所产生的影像畸变等,最小二乘影像匹配的精度,相关系数法：相关系数越大，匹配质量越好。但是无法获得其精度指标最小二乘匹配算法：根据法方程式系数矩阵的逆矩阵，同时求得其精度指标,核线的性质：同名像点必然位于同名核线上沿核线（一维）进行相关计算,效果：沿同名核线进行相关计算会加快搜索速度和增加影像匹配的可靠性,过程：左核线上建立目标区，目标的长度为n个像素在右片上沿同名核线建立搜索区，其长度为m个像素计算相关系数:共计算个相关系数,注意事项：相似性测度一般是统计量，应有较多的样本进行估计（窗口中的像素数不应太少），目标区长，灰度信号重心与几何重心不重合，产生相关误差，目标区、搜索区都取二维窗口，搜索过程只在核线上进行,基于核线的一维影像匹配,摄影测量与遥感处理系统,数字摄影测量系统遥感数字图像处理系统机载LIDAR和车载移动测图系统,数字摄影测量系统,主要功能影像数字化影像预处理坐标量测影像定向自动空中三角测量构成核线影像影像匹配建立数字地面模型及其编辑自动绘制等高线,制作正射影像正射影像镶嵌与修补数字测图制作影像地图制作透视图、景观图制作立体匹配片GIS功能近景摄影测量功能遥感图像处理功能,常用数字摄影测量系统简介VirtuoZo数字摄影测量系统武汉大学张祖勋院士主持研发，是一个功能齐全、高度自动化的现代摄影测量系统，能完成从自动空中三角测量(AAT)到各种比例尺4D产品的测绘生产。JX-4数字摄影测量系统中国测绘科学研究院刘先林院士主持研发的一套半自动化的微机数字摄影测量系统。,2、Intergraph的数字摄影测量工作站Imagestation,Imagestation由美国Intergraph公司生产。,双屏，3D鼠标。,CrystalEyes(液晶)立体眼镜和发射器。,3DLabsWildcatII5110立体帧缓存用于立体显示,3、Leica的数字摄影测量工作站LPS,偏振显示屏、偏振光眼镜，3D鼠标。,4、武大的数字摄影测量工作站VirtuoZo,VirtuoZo由武汉大学研制。,5、中国测绘科学研究院的JX4DPW,三、技术设计,概述1.摄影测量测绘技术设计的目的：制订切实可行的技术方案，保证摄影测量测绘成果符合技术标准和满足顾客要求，并获得最佳的社会效益和经济效益。2.测绘技术设计分为：项目设计和专业技术设计。3.测绘技术设计文件主要包括：项目设计书、专业技术设计书以及相应的技术设计更改文件。4.测绘技术设计现行有效的行业标准为：测绘技术设计规定(CH/T1004-2005)。,项目设计1.任务分析1）收集资料2）明确引用标准3）选择最佳设计方案,2.项目设计书编写基本内容项目设计书的基本内容主要包括以下七个部分：1）概述2）作业区自然地理概况和已有资料情况3）引用文件4）成果主要技术指标和规格5）设计方案6）进度安排和经费预算7）附录3.设计实施项目设计书需经审批后，方可实施。,专业设计1.任务分析在实施具体设计之前，设计人员要认真学习、领会项目设计书要求，学习与航空摄影测量测绘成果有关的内、外业规范，重视客户需求、社会效益和经济效益，做好设计依据的分析和准备工作。1）收集资料2）选择最佳设计方案3）确定设计方案,2.专业设计书编写基本内容专业设计书的基本内容主要包括以下五个部分：1）概述主要说明任务的来源、测区范围、地理位置、行政隶属、成图比例尺、任务量以及完成期限等基本情况。2）测区自然地理概况和已有资料情况3）引用文件说明专业设计书编写过程中所引用的标准、规范或其他技术文件。4）成果主要技术指标和规格说明成果的比例尺、平面和高程基准、投影方式、分幅编号及空间单元、成图方法、图幅基本等高距等主要技术指标。5）设计方案,5）设计方案根据所采用的数据源，分为：按航天摄影资料或航天遥感资料做出具体设计。摄影测量设计方案主要内容软、硬件环境及要求作业的技术路线或流程各工序的作业要求和质量指标在隐蔽地区或特殊情况下测图，或采用新技术、新仪器测图时，需规定具体的作业方法、技术要求、限差规定和必要的精度估算和说明生产过程中的质量控制环节和产品质量检查的主要要求成果上交和归档要求有关附件，包括设计附图、附表和其他有关内容,b.遥感设计方案主要内容硬件平台和软件环境作业技术路线和工艺流程规定遥感资料获取及各工序作业要求和质量控制其他相关的技术、质量要求质量控制环节和质量检查的主要要求成果上交和归档要求有关附录,技术设计更改文件航空摄影测量项目设计书、专业技术设计书一经批准，不得随意更改。项目设计或专业设计书在实际执行过程中，出现以下情况应由设计人员及时提出并作出更改或补充：1）设计方案存在不足，实施过程中导致结果不统一或依据不足2）按照设计要求收集到的航空、航天影像数据源，在使用的过程中存在质量问题，不能满足成图要求，必须对数据源进行调整3）测区实际地理环境条件导致无法达到设计要求4）其他需要补充或更改的情况,四、影像资料收集与预处理,影像资料分析航摄影像分析根据具体成图比例尺及相应技术指标要求，分析确定适宜的航摄影像资料。有模拟影像和数字影像两种。航空摄影时间应有利于测绘成果地物、地貌量测和判绘、影像色彩要求。,a.模拟影像一般成图比例尺与航摄比例尺、地面采样距离的对应关系如下表所示,b.数字影像一般成图比例尺与数码相机像素地面分辨率的对应关系如下表所示,2.遥感影像分析遥感影像在测绘中主要被用来测绘地形图、制作正射影像或各种专题图。常用卫星与影像成图比例尺之间的对应关系如下表所示。,收集影像数据源航空遥感影像资料1）模拟影像资料包括航摄原始底片、航摄像片、社区范围图、像片索引图、航摄仪技术参数检定报告、航空摄影底片压平质量检测报告、航空摄影底片密度检测报告、航摄鉴定表、航摄飞行记录、航空摄影技术设计书、航空摄影资料移交书等。2）数字影像资料包括影像数据、像片索引图、航空摄影技术设计书、航摄鉴定表、航摄仪技术参数、航摄军区批文及航空摄影资料送审报告、航空摄影飞行记录、摄区航线和像片结合图、社区完成情况图、航空摄影资料移交书等。,2.航天遥感影像资料航天遥感影像资料用于地形图测绘主要有立体像对(或条带)、单景卫星影像、有全色数据和多光谱数据(红、绿、蓝、红外)。分为定制的编程数据和存档数据。航天遥感影像收集：包括数据格式、应用级别等满足要求的单片或立体的全色数据、多光谱数据、完整的卫星参数等资料。,2）数字影像a.影像增强b.降位处理数字影像通常为12bit或16bit编码。c.匀光处理d.影像旋转,2.航天遥感影像预处理1）影像格式转换2）轨道参数提取如果使用RFM成像模型，计算所得的RFM成像模型必须以极高的精度代替原有的严格成像模型，其拟合中午差应不大于0.05像素。3）影像增强4）去除噪声、滤波5）去薄云处理6）降位处理7）多光谱波段选取8）匀色处理,五、区域网划分与像片控制测量,区域网划分基本概念区域网：根据航空摄影分区和地形条件，沿图廓线整齐划分的方形或矩形区域内，采用一定的控制测量布点方案而构成的空中三角测量平差网。区域网的划分根据成图精度的要求，按摄影资料及地形条件可将区域网划分为：平面区域网和平高区域网。,像片控制测量基本概念像片控制测量：在实地测定用于空三加密或直接用于测图定向的像片控制点平面位置和高程的测量工作。像片控制测量的布点方案分为：1）全野外布点方案通过野外控制测量获得的航片像片控制点不需内业加密，直接提供内业测图定向或纠正使用。2）非全野外布点方案按航线数分为单航线和区域网两种3）特殊情况的布点方案,基本作业流程基本作业流程包括：影像资料准备、区域网划分、控制点目标选取、控制点野外施测、成果整理等。,c.像控点平面坐标和高程的施测测量工作必须遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则d.控制点接边,质量控制一级检查：对所有成果进行100%室内检查。二级检查：对所有成果进行100%室内检查和10%20%野外实地检查。,5.成果整理1）成果整理要求2）成果移交内容成果移交内容包括十一项：已知点成果表、平面控制测量观测手簿、平面控制测量平差计算手簿、水准测量观测手簿、水准测量平差计算手簿、控制像片、像控点成果表、像控点布点略图、技术总结、质量检查报告、一起检定资料。,六、影像判读与野外像片调绘,影像判读概念基本概念像片判读：借助相应的仪器设备及有关资料，采用一定的方法对像片影像进行分析判断，从而确认影像所表示的地面物体的属性、特征，为测制地形图或为其他专业部门提供必要的地形要素。影像判读可分为：专业判读和地形判读。,2.影像判读原理影像判读原理之所以被人们掌握，是因为：影像与地物之间保持着一定的几何关系；影像反映了地物的形状、大小、色调、阴影、相关位置、纹理等几何特征；在相同的情况下，相同的地物反映出的影像也相同。,3.影像的解译解译标志的建立是解译的前提。解译标志分为：直接解译标志和简介解译标志。1）直接解译标志：形状、大小、阴影、色调、颜色、纹理、图案、位置、布局。2）间接解译标志：建立相关事物之间的联系。3）应用解译标志应注意的问题,野外像片调绘基本要求像片调绘：是以像片判读为基础，把航摄像片上的影像所代表的地物识别和辨认出来，并按照规定的图式符号和注记方式表示在航测像片上。目前大多采用先室内调绘，后野外检查补绘的办法来完成。1）综合取舍2）其他要求像片调绘的基本作业流程准备工作像片判读综合取舍着铅询问检查量测补测新增地物清绘复查接边,主要调绘内容像片调绘的方法：1）全野外调绘法2）室内外综合调绘法外业调绘中的的主要调绘内容有：独立地物调绘；居民地调绘；道路及其附属设施调绘；管线、垣栅和境界的调绘；水系、地貌、土质和植被的调绘；地理名称的调查和注记等。,3.调绘片的整饰与接边1）调绘像片的整饰及时清绘，清绘时各种地物中心位置要准确，中心的、中心线应按图示规定绘出。2）调绘像片的接边a.图幅内部接边、幅与幅之间接边b.同期作业接边、不通气作业接边,4.新增地物的补测新增地物：是在影像获取时不存在，作业时新增加的地物