摄影测量课件 (2)

什么是摄影测量学,通俗说：摄影测量就是通过进行,摄影,测量,具体的过程,摄影,影像上的二维坐标：x、y,获得空间的三维坐标：X、Y、Z,摄影测量是由二维的影像三维空间的科学与技术,在测量中：前方交会是在两个已知点1、2上，安置经纬仪，对未知点A测定水平角、垂直角，就能测得未知点的坐标A（X、Y、Z）。,摄影测量是首先在两个已知点上，摄取两张影像，,通过人的眼镜观测两张影像上的同名点的坐标a1(x1,y1)、a2(x2,y2)，就能求得空间对应点的坐标A（X、Y、Z）。,最简单的摄影测量仪器立体反光镜,这就是摄影测量的基本原理!,人造立体视觉必须满足的四个条件,1、两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对。2、两只眼睛必须只能分别观察像对的一张像片3、两像片上相同景物的连线与眼基线应大致平等4、两像片的比例尺相近,两个概念,立体像对：两个像机从相距一定距离的两点对同一目标进行摄影，产生的重叠图像。,左右视差：高低不同的地面点，在两张重叠的航空像片上所呈现的相应点横坐标之差。,摄影测量学的分类,航天摄影测量航空摄影测量地面摄影测量,地形摄影测量非地形摄影测量,模拟摄影测量解析摄影测量数字摄影测量,根据按摄站位置（影像获取的位置），摄影测量基本可分为：,摄影测量学的分类,200km,10km,地面摄影测量(近景)；,1km,影像的获取-摄影机-与内方位元素,摄影机有两大类：,量测相机,光学航空相机,航空数码相机,地面摄影相机,非量测相机,量测相机与非量测相机的主要差别：,是否已知相机的内方位元素？,像片的内方位元素,描述摄影中心与像片之间相互位置关系的参数,f,y0,x0,内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束,相机内方位元素是通过相机检校,量测相机是在出厂之前由工厂作检校；非量测相机是由用户自己进行检校。,畸变差也属于相机的内方位元素：,摄影机的外方位元素,它由摄影中心S在空间坐标系中的位置（三个坐标）,像片的外方位元素,确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置（在地面空间坐标系中）和姿态的参数,Zs,Ys,Xs,外方位线元素：描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的位置(Xs、Ys、Zs),外方位角元素：描述像片在摄影瞬间的空间姿态,摄影测量有6个外方位元素,共线方程,它是通过摄影机的内、外方位元素，描述三点共线的数学方程式：,三点？,共线条件方程,表示摄影中心、像点及其对应物点位于一条直线的几何方程,一条空间直线，是由两个“分式线性方程”表示！,共线方程的解析表达式,x0、y0、f内方位元素,XS、YS、ZS外方位元素,a1、a2、a3、b1.是由三个角元素、，构成的旋转（正交）矩阵的9个系数：,解析测图仪或数字摄影测量工作站就是由共线方程实现的,共线方程,怎样获得外方位元素空间后交会,由于：内方位元素通过检校已知，每张影像都相同,外方位元素则不同，对每张影像都不一样。关键,获得（恢复）影像的外方位元素的方法很多：,一张影像;空间后交会,两张影像(一个立体像对);,多(甚至上千)张影像;空中三角测量；,在摄影过程中直接获取。,摄影测量的解析计算-1,单像空间后方交会,单像空间后方交会是解析空中三角测量的基本内容,测量中的后方交会相似,在测量中，在两个已知点上观测一个未知点，称为前方交会（如前所述）；若在一个未知的O上，观测三个已知点A、B、C观测它们之间的夹角、，就能求得未知的O的位置（坐标）。这就是测量中的“后方交会”,后方交会及它的几何原理图,摄影测量的空间后交会,当已知（至少）三个空间已知点A、B、C，与它们在影像上的三个对应点a、b、c，就能求得影像的6个外方位元素。,其理论基础为：共线方程，一个点有两个方程，已知三个点可列6个方程，因此可以解得6个外方位元素。,但是在实际工作中，最少用四个以上的已知点，因为测量总是有误差的，甚至错误（粗差），为了提高精度，发现粗差，已知点必须多余点，数据处理方法采用最小二乘法！,这是所有测量的一个统一的基本原则！摄影测量也不例外。,立体摄影测量,立体摄影测量是摄影测量的主要方法,23,摄影过程的“几何反转”、相对定向、绝对定向,航空摄影过程,摄影过程的“反转”由“摄影”“投影”,地面模型,模拟测图仪的原理,摄影光线,投影光线,建立“空间几何立体模型”,(a)相对定向,确定两张影像的相对位置,如何确定两张影像的相对位置？,光线在空间对对相交,相对定向的过程,相对定向：5个元素,它只确定两个影像的相对位置，但是不能确定它们的绝对位置,例如,或,或,(b)绝对定向确定模型在空间的绝对位置,由相对定向建立的地面模型,相对定向：个元素,绝对定向：个元素,5,7,12,因此，通过相对定向绝对定向也能够恢复两张影像的外方位元素只要个控制点,4,摄影测量的解析计算-2,立体像对前方交会,立体像对的空间前方交会是摄影测量点位测定和生成DEM的基础,摄影测量的解析计算-3,立体像对的相对定向,共面条件是解求相对定向元素的基本关系式,摄影测量的解析计算-4,立体模型的绝对定向,数字摄影测量,摄影测量自动化的发展,怎样用,是摄影测量自动化的关键之一,数字摄影测量基本特点,(a)用数字影像替代光学胶片的影像；,直接用数码相机,获得数字影像,数字影像,数字影像是由“像点”称为像元(pixel)组成,像元(像素),对于黑白影像而言，影像的黑白的程度用灰度表达，一般用一个字节8bits，即灰度值：0255之间的某个整数表示。,对于彩色影像，每个像素用3个基本颜色（红、绿、蓝）的亮度来表示，因此，彩色影像的每个像素为3个字节。,现有的数码相机，也有用12bits表示一个象元的灰度。,像点坐标量测,像平面坐标系,恢复一个像对的两张像片内方位元素的工作称为内定向。,数字摄影测量中，内定向的目的就是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。,内定向的问题需要借助影像的框标来解决,影像内定向,摄影测量发展的三个阶段,模拟摄影测量,解析摄影测量,数字摄影测量,摄影测量三个发展阶段的特点,逐步由计算机视觉代替人眼的立体观测。,摄影测量的任务,主要任务包括：定性的（解译处理）：解决是什么的问题定量的（几何处理）：解决是多少的问题,摄影测量处理的任务是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。通过模拟的、解析的和数字的方法，恢复像点与对应物点之间的几何关系，实现对被摄目标的定量和定性处理；测绘国家各种基本比例尺的地形图，建立地形数据库，并为各种地理信息系统与土地信息系统提供基础数据。,航摄像片与地形图的区别,航摄像片（无论负片或正片）从投影角度而言是被摄物体的中心投影,航摄像片与地形图的区别,像片存在倾斜位移和投影差，而地图则没有。,像点位移,当像片倾斜、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像所产生的位置差异称像点位移,地形起伏引起的像点位移,像片倾斜引起的像点位移,投影差与倾斜误差,投影差：由于地面起伏，使得高于或低于某基准面上的地面点在像片上的构像点与该地面点在基准面上垂直投影点的构像之间所产生的像点位移。,倾斜误差：由于像片倾斜而引起某一地面点在该像片上的构像相对于同摄站、同主距的水平像片构像所产生的一段位移。,倾斜误差：像片倾斜引起的像点位移可用像片纠正的方法予以改正。,投影方式：地图为正射投影，航片为中心投影比例尺：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,航摄像片与地形图的区别,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,航空摄影测量的生产流程,作业过程图,技术设计：为了保证项目测绘成果（或产品）符合技术标准和满足顾客要求，就要制定一个切实可行的技术方案。,摄影测量项目技术设计及要求,摄影测量与遥感的项目设计应当包括：概述、测区自然地理概况和已有资料情况、引用的标准规范、成果（或产品）规格、设计方案、进度安排和经费预算、附录等内容。,摄影测量与遥感专业技术设计应当包括：任务概述、测区自然地理概况和已有资料情况、引用的标准规范、成果（或产品）规格和主要技术指标以及设计方案等。,项目对“坐标系统和高程基准、分幅及编号方法、基本等高距及其成图的平面和高程精度”等有明确的规定。,测绘航空摄影,一、航空摄影1、航摄准备2、航空摄影3、地面摄影处理4、航摄质量检查飞行质量检查摄影质量检查成果提交,航空摄影的目的是为了获取一定范围内、一定比例尺精度的航空影像。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,航空摄影分类,竖直航空摄影：像片倾角1/10000中比例尺航空摄影：1/100001/50000小比例尺航空摄影：255mm)中焦距：(主距：102255mm)短焦距：(主距：102mm),像场角,像场：物镜焦面上中央成像清晰的范围,像场角：像场直径对物镜后节点的夹角,常角：(视场角：100),航空摄影仪的选择与检定,胶片航摄仪,航摄像片,航摄像片为量测像片，有光学框标和机械框标航摄像片的大小为23cm23cm,航空摄影仪的选择与检定,胶片航摄仪,感光材料,盲色片：只能感受波长500nm以下的蓝紫光正色片：只能感受波长580nm以下的绿光分色片：只能感受波长640nm以下的可见光全色片：只能感受波长700nm以下的可见光全色红外片：可感受波长750nm的红外光,彩色负片：记录原景物颜色的补色影像彩色正片：将彩色负片拷贝或放大成透明正片彩色反转片：记录原景物颜色的影像,日光型：适用于R/G/B光谱成分且色温在5500K左右灯光型：适用于B光谱成分较少且色温在3200K左右日灯光两用型：适用于色温在4000K左右,航空摄影仪的选择与检定,胶片航摄仪,感光特性,感光度：感光材料对光的敏感程度反差系数：景物反差与影像反差的比值宽容度：能按比例记录景物亮度的曝光量最大范围灰雾密度：未曝光试片显影后所产生的密度显影动力学曲线：感光特性随显影时间而改变的特性曲线,胶片冲洗,显影：将已曝光的卤化银变成可见的由银粒组成的影像定影：固定显出的影像水洗：用水洗掉乳剂层中残留的可溶性银络合物干燥：使膨胀了的明胶层中水分蒸发,航空摄影仪的选择与检定,胶片航摄仪,辅助设备,滤光片：消除空中蒙雾亮度的影响像移补偿装置：减少影像的模糊自动曝光系统：自动调整光圈或曝光时间,航空摄影仪的选择与检定,数码航摄仪,数字航摄仪按其工作方式（或CCD器件的排列方式）可分为框幅式（面阵CCD）航摄仪和推扫式（线阵CCD）航摄仪两种。,胶片与数码航摄仪的比较：成像原理相同，记录介质不同光学航摄仪的记录介质是传统的胶片感光材料，数字航摄仪的记录方式是通过电荷耦合器件（CCD）把接收到的数字影像直接记录在磁盘上。,面阵DMC/UCD,DMC,UCD,线阵ADS40,航空摄影仪的选择与检定,数码航摄仪,框幅式（面阵CCD）航摄仪：DMC面阵数字航摄仪、SWDC面阵数字航摄仪UCD面阵数字航摄仪,推扫式（线阵CCD）ADS40数字航摄仪。,推扫式线阵列传感器的成像特点是每一条扫描行都有一组外方位元素。,40.推扫式线阵列传感器的成像特点是（）。A.每一条航线对应着一组外方位元素B.每一条扫描行对应着一组外方位元素C.每一个像元对应着一组外方位元素D.每一幅影像对应着一组外方位元素,B每一条扫描行对应着一组外方位元素,航空摄影仪的选择与检定,数码航摄仪,影像分辨率,胶片影像分辨率：用“线对/mm”表示。反映了线条及其背景间的特定反差比数字影像分辨率：用“地面采样间隔GSD（GroundSampleDistance）”表示。,43.数字航空摄影中，地面采样间隔（GSD）表示（）。A.时间分辨率B.光谱分辨率C.空间分辨率D.辐射分辨率,C.空间分辨率,67.某市1:2000地形图数字航空摄影测量成图项目，其数字航空摄影地面分辨率应设计为（）米。A.0.09B.0.18C.0.26D.0.32,B.0.18,航空摄影仪的选择与检定,数码航摄仪,检校方法,实验室检校法:试验场检校法:自检校法:,检定应由具有相应资历的法定检验单位进行。,航空摄影仪的选择与检定,检定项目和检定精度要求单位：mm,航空摄影质量检查与验收-飞行质量,航向重叠度与旁向重叠,航空摄影时：相邻影像(不同位置摄取的两张影像)之间有一定的重叠度称为航向重叠。互相重叠部分构成一个“立体像对”。相邻航线影像之间一定的重叠度称为旁向重叠。,航空摄影质量检查与验收-飞行质量,航向重叠度,h=h基-h,应达到60%65%，最小56%，最大75%,航空摄影质量检查与验收-飞行质量,旁向重叠度,h=h基-h,应达到30%35%，个别最小不应小于13%。,航空摄影质量检查与验收-飞行质量,像片旋角,一张像片上相邻主点连线与同方向框标连线间的夹角。要求像片旋角6,像片旋角过大会减少立体像对的有效范围,航空摄影质量检查与验收-飞行质量,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