(word完整版)2009摄影测量讲稿

1、 第一章 绪论 11 摄影测量的定义和任务一 、什么是摄影测量？ 摄影测量与遥感乃是对非接触式传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门科学和技术(international society for photogrammetry and remote sensing； isprs,1988)教材摄影测量学定义：是利用光学摄影机拍摄像片，通过像片来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置和相互关系的一门科学和技术。科技内容包括 : 影像信息获取；影像信息处理；像信息表达；影像信息 应用。二 、摄影测量能做什么？（主要任务） 摄影测量目前的主要任务是：

2、1.测制各种比例尺的地形图和专题图； 2.建立地形数据库； 3.为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据 三、摄影测量有什么优点和特点？ 1.影像记录目标信息客观、逼真、丰富； 2.测绘作业无需接触目标本身，不受现场条件限制； 3.可测绘动态目标和复杂形态目标； 4.影像信息可永久保存、重复量测使用；四、摄影测量的分类 1.按摄影距离分为: (1)航空摄影测量 为摄影测量生产、科研、教学的主流；成图比例尺可覆盖1：5百1：5万；是测绘1：5百1：5千地形图的重要方法，是测绘1：1万1：5万地形图的主要方法。 （2）航天摄影测量用卫星遥感影像测绘地形图或专题图，或快速提取所需空间信息；成图比

3、例尺已从1：5万1：100万提高到1：5千左右（甚至1：1000左右）在一 定条件下已可替代部分航空摄影测量。 （3）地面摄影测量 一般用于山区的工程勘察和补测航摄漏洞； （4）近景摄影测量*一般用于拍摄距离300米（或100米）的非地形目标测绘. 2.按用途分为 （1）地形摄影测量 是摄影测量的主要任务，服务于国家基础地理信息需求，并广泛应用于城建、环保、规划、农林、水利、电力、交通、地矿等众多部门或行业。 与用经纬仪现场测绘方法相比，摄影测量测绘地形有以下优点： a.作业速度快，成图周期短； b.内业作业为主，劳动强度低； c较大范围作业时省经费 d成图精度均匀 f.可生产影像测绘产品（2

4、）非地形摄影测量 是摄影测量的一个分支学科。其主要研究利用影像确定非地形目标物的形状、大小及空间位置等，广泛应用于工业制造、建筑工程、生物医学及考古、变形观测、公安侦破、事故勘察、弹道测量、爆破、矿山工程等领域。3.按影像信息处理的技术手段分为:（1）模拟摄影测量 （2）解析摄影测量（3）数字摄影测量五、 摄影测量与遥感的关系1.共同之处 摄影测量学作为一个成熟的学科，已有一百五十年左右的发展史了。遥感作为现代高科技只有三、四十年左右的发展史。但两者科技内容（理论基础，技术手段，生产设备，应用目的等）已趋于一致，共同发展形成影像信息科学。2.差异之处以航空摄影成像为主 摄影测量 以测绘大比例尺

5、地形图为主 以影像几何信息的处理为主 以提供区域基础地理信息服务为主以卫星传感器成像为主 （具有宏观特性，光谱特征，时相特征） 遥 感 以编制中小比例尺专题图为主 以影像物理信息的处理为主 以各行业、部门专业应用为主。 1-2 摄影测量学的发展阶段一 、摄影测量学的发展阶段 二、摄影测量的发展 1-3影像信息学的形成和发展一 、影像信息科学的组成 目前看来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、数字图像处理、计算机视觉、专家系统、空间技术和传感器技术等相结合的一个边缘学科。是基于影像认识世界和改造世界的途径。二、影像信息学的定义 是一门记录、存储、传输、量测、处理、解译、

6、分析和显示由非接触传感器获得的目标及其环境信息的科学、技术和经济实体。三、影像信息科学的组成与相互关系见教材图 1-4摄影测量学与测绘学科的关系一、与大地测量学的关系二、与地图制图学的关系 三、与工程测量学的关系四、与地籍测量学的关系五、与海洋、军事测绘的关系第二章 影像获取 2-1 航空影像获取一、 摄影原理二、 摄影机1、摄影物镜 1） 摄影物镜： 相机上由凸透镜或凹凸透镜组合成的精 密光学成像系统。 2）组合透镜成像分析方法：1、利用单个透镜逐次成像； 2、利用透镜组的“等效透镜”成像 。 3）等效透镜的基本点、线、面 主光轴：透镜组诸透镜球面曲率的中心连线。 主焦点（f,f):平行于主

7、光轴的光线通过透镜组后 与主光轴的交点。 主平面（q,q): 过等效折射点（h,h)且垂直于主光 轴的平面。 主点（s,s)： 主平面与主光轴的交点。 主焦距： 主焦点到主点间距离。 节点（k,k）： 主光轴上角的放大率为1的一对光学 共轭点。（光线通过共轭节点时，角 放大率为1；物方与像方同介质时， k,k分别与s,s重合）。2、物镜的成像公式 高斯成像公式： 牛顿成像公式： 3、量测用摄影机 1） 航空摄影机 航空摄影机特性： 物镜成像分解力高 物镜成像畸变差小 （1）光学特性 物镜透光率高 光学影像反差大 焦面照度均匀 （2）焦面上设置有框标 （3）有胶片压平系统 （4）像距为定值（主距

8、） （5）有减震装置三、什么是框标？ 框标：设置在摄影机焦平面（承影面）上位置固定的光学机械标志，用于在焦平面上（亦即像片上）建立像方坐标系。四、像片主距、视场、视场角、像场和像场角 1. 像片主距：航空摄影机物镜中心至底片面的距离是固定值，称为摄影机主距。 2.视场：光线通过物镜后，焦面上不均匀的光亮圆称为镜头的视场。3.像场：影像相当清晰的一部分视场内的光亮圆称为像场。4.视场角：由物镜后节点向视场边缘射出的光线所张开的角为视场角。5.像场角：由物镜后节点向像场边缘射出的光线所张开的角为视场角。五、航空摄影机分类见教材表2-1六、非量测相机课后自阅第三章 摄影测量的基础知识 3-1 航空摄

9、影一、航空摄影 按像片倾斜分角为：垂直摄影和倾斜摄影（通常小于45度）。按摄影的实施方式分：单片摄影、航线摄影和面积摄影按感光材料分类： 分为全色黑白摄影、黑白红外摄影、彩色摄影、彩色红外摄影、多光谱摄影。二、 摄影比例尺的选择 见教材表3-1三、 航空摄影的基本要求1、航摄倾角 航摄倾角（像片倾角）: 摄影主光轴与铅垂方向的夹角。 a32、摄影比例尺 即航片上某线段的长度与地面相应线段长度之比。 平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机主距（f）与航高（h）之比。 航高：摄影机相对某一水准面的高度。 相对航高：摄影机相对某一基准面的高度。（通常基准面取测区地表平均高

10、程平面） 绝对航高：摄影机相对平均海水面的高度。3、像片的重叠度像片的重叠度：当相邻的两张像片拍摄景区有重叠时， 重叠部分占整张像片的比例。 要求 航向重叠度 旁向重叠度4、航线弯曲度航线弯曲度：航线两端像片的像主点间的直线距离l与偏离该直线最远的像主点到直线的距离之比。5、像片旋转角 像片旋转角：相邻两张像片的像主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线间的夹角。3-2中心投影的基本知识一、 中心投影与正射投影投影：用一组假想的直线将物体形状向几何面投影成像。 中心投影：投影射线汇聚同一点的投影。 投影中心s：中心投影射线的汇聚点。正射投影：投影射线相互平行且与投影平面正交的投影 。 二、航片是地

11、面景物的中心投影 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；摄影测量的主要任务之一，即是把记录在中心投影像片上的地面景物转换成按图比例尺的正射投影地图。三、中心投影和正射投影的区别（1）摄影距离的影响正射投影比例尺和投影距离无关中心投影焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变（2）投影面倾斜的影响正射投影总是水平的，不存在倾斜问题中心投影，若投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同（3）地形起伏的影响地形起伏对正射投影无影响对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同地面起伏不平时，同一张像片对应地段高度不同，其比例尺有变化。四、像片与地形图的区别比 例 尺：地图有统一比例

12、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五、中心投影的正负、片位置投影平面与物点在投影中心的同一侧，此时像片为正片。投影平面与物点在投影中心的异侧，此时像片为负片。3-3 航摄像片上的特殊点、线、面一、 航摄像片上的特殊点、线、面点：摄影中心s； 像主点o；地主点o；像底点n；地底点n；等角点c；地面等角点c；主合点i ；遁点j。线：迹线tt ；主光线soo；主垂线snn；摄影方向线vv；主纵线vv；等角线scc；主合线hihi；主横线hoho；等比线hchc。面：地面e；像片面p；主垂面w；真水平面es。二、基本概

13、念摄影方向线vv：主垂面w与地平面的交线。主纵线vv：主垂面w与像面的交线。等角点c：osn的角平分线与像平面的交点。合点i：地平面上（平行线组）无穷远点的中心投影。迹点t：物像二重点。合线hihi：过投影中心s且平行与地面的水平面与像平面的交线（合点的集）。等比线hchc： 过等角点c且平行于合线的直线 主垂面：过主垂线和摄影机轴的垂面称为主垂面。三、特殊点线的几何关系四、特殊点线的特征1、像底点特性铅垂线在像平面上的构像位于以像底点n为辐射中心的相应辐射线上2、等角点特性在倾斜像片和水平地面上，由等角点c和c所引出的一对透视对应线无方向偏差，保持着方向角相等。3、等比线特性等比线的构像比例

14、尺等于水平像片上的摄影比例尺，不受像片倾斜影响。3-4 摄影测量常用的坐标系统一、像平面上的坐标系1、框标坐标系(p-) 原点：框标连线交点p 。x轴：航向框标连线方向。y轴：旁向框标连线方向。2、像平面坐标系 （o-xy） 原点：像主点o x、y轴：分别平行于p-xy的坐标轴二 、像空间坐标系（ s-xyz ） 原点：投影中心s x、y轴：分别平行于o-xy的坐标轴 z轴：主光轴方向（os方向为正） 三、辅助坐标系（ s-xyz ） 原点：投影中心s x、y、z轴：分别平行于地面摄影坐标系的坐标轴 a（xa,ya,za） s-xyz也可根据需要设置（过渡性坐标系统）四、地面摄影测量坐标系（d

15、-x,y,z） 原点：测区地面某点d x 轴：大致平行航线方向 z 轴：铅垂向上 a(x,y,z)五、地面测量坐标系（txtytzt） （大地坐标系，国家高程基准） 左手系 a（xt，yt，zt） 3-5 航摄像片的内外方位元素方位元素：确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相关位置关系的参数。一、 内方位元素确定摄影物镜后节点（摄影中心）与像片之间相互位置关系的参数。内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束。二、外方位元素确定摄影瞬间摄影中心和像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数。 共有6个元素，三个线元素（xs,ys,zs），描述摄影中心的空间坐标；另外有三个角元素，描述摄影瞬间像

16、片的姿态。角元素有以下选择方式：1、 以y 轴为主轴的j-w-k 转角系统j航向倾角w旁向倾角k像片旋角2、 以x 轴为主轴的w-j-k 转角系统 w旁向倾角 j 航向倾角k 像片旋角 3、以z 轴为主轴的a-a-kv转角系统 a主垂面的方位角 a像片倾角 kv像片旋角 上面三种角元素，模拟摄影测量仪器单张测图时，用a-a-kv系统；其它情况下则采用另两种角元素系统。 3.6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程用像点坐标解求相应地面点坐标时，需将各种情况下量测的像点坐标转换到像平面直角坐标系中，在此基础上，再将像点的像平面坐标转换为统一的像空间辅助坐标，这就涉及到各种坐标系之间的坐标转换。

17、一、 像点的平面坐标变换原点相同而轴向不一致的像平面坐标系之间的变换。（在黑板画图） 二、像点的空间坐标变换在取得像点的像平面坐标后，加上z-f即可得到像点的像空间直角坐标。像点的空间坐标变换，通常是将像点的像空间直角坐标（x，y，-f）变换为像空间辅助坐标（x，y，z）。这是同一个像点在原点相同的两个空间直角坐标系中的坐标变换。 因为从一个空间直角坐标系旋至另一空间直角坐标系时，可以分别采用不同的主轴系统。因而，九个方向余弦值亦可表达为不同转角系统角元素的函数。 1、以y轴为主轴的系统的坐标变换 可把两空间直角坐标系的坐标变换分解成三次平面坐标变换，从而利用平面坐标变换公式，完成空间坐标变换

18、。上式中：把矩阵相乘后可得：2、以x轴为主轴的系统的坐标变换 按上述方法可知系统的像空间坐标与像空间辅助坐标间的坐标变换关系式为： 上式中：其中：3、以z轴为主轴的av系统的坐标变换 要注意a角为顺时针方向为正，故：上式中： 三、中心投影构像方程 为了研究像点与地面相应点的数学关系，必须建立中心投影的构像方程。如课件图所示，a-xyz为选定的一个右手系地面直角坐标系。地面点a和投影中心s在该坐标系中的坐标分别为xa，y，z和xs，y，z；a在像片上的构像点a，在像空间辅助坐标系s-xyz和像空间坐标系s-xyz中的坐标分别为x，y，z和x，y，f。坐标系s-xyz与a-xyz的对应轴平行。 上

19、述式子就是一般地区中心投影的构像方程，又称共线方程式。此式是摄影测量中重要的基本公式之一。3.7 航摄像片上的像点位移理论上讲，理想像片可以作为地形图直接使用。但是由于在实际航空摄影时，在中心投影的情况下，当像片有倾斜，地面有起伏时，便会导致地面点在航摄像片上构像相对于在理想情况下的构像，产生了位置的差异，这一差异称为像点位移。由像点位移又导致了由像片上任一点引画的方向线，相对于地面上相应的水平方向线，产生了方向上的偏差。 因此，一般摄影像片不能简单作为影像地图使用。一、地面水平时像片倾斜引起的像点位移及方向偏差 1、像片倾斜引起的像点位移（1）像片倾斜位移的概念某地面点在航摄像片上的构像位置

20、，相对于同摄站同摄影机摄取的水平像片上构像位置的差异称为因像片倾斜引起的像点位移。（2）像片倾斜位移的数学表达式 以误差值表示的严密公式：对于竖直摄影的航摄像片，像片倾角一般很小，分母中rcsinsinf，舍去该项可得近似公式： （3）倾斜像片上像点位移的特性 倾斜像片上像点位移出现在以等角点为中心的辐射线上。 当0或180时，像点位于等比线上，无像片倾斜像点位移。 倾斜像片的像点位移是以误差值表示的，其值与sin的符号有关。2、像点倾斜引起的方向偏差 设水平地面上任意两点a、b在水平像片上的构像为a，b，在航摄像片上由像片倾斜引起位移而构像为a，b，则a，b连线方向相对于a，b连线方向偏离的

21、角值，即为像片倾斜引起的方向偏差。二、像片水平时地形起伏引起的投影差、像点位移及方向偏差1、因地形起伏引起的投影差若将基准面e上的投影差按图比例尺1/m缩小在图面e上，多媒体图中所示的h，亦称为图面上的投影差。由上图中的相似三角形关系可直接求得投影差的计算公式为：式中：h为地面上某点对所选基准面的高差；h为所选基准面的航高；r为图面上某点至底点的实地距离。由此式可知，投影差h的符号与地面点相对于基准面的高差符号一致。2、因地形起伏引起的像点位移这种像点位移，是因航摄像片上某地面点的像点相对于该地面点在所选基准面上正射投影的像点之间的差异。由图中所示的几何关系可求得水平像片上计算像点位移的公式为

22、：上式又称像片上改投影差的公式，是为单张像片测图的作业中，在航摄像片上计算改投影差的实用公式。由上所述，可归纳地形起伏像点位移的特征为： 地形起伏像点位移是地面点相对于所取基准面的高差而引起的。 地形起伏像点位移以误差值表示，表现在像底点为辐射中心的方向线上。 地形起伏像点位移的符号与该点的高差符号相同；正号高差引起的h是由像点朝向像底点n引入h之值来改正。 在保持像片摄影比例尺不变时，地形起伏像点位移之值随航高的增大而减小；因此采用长焦距摄影机以增大航高进行空中摄影是有利的。 在航摄像片上由像底点引出的辐射线不会出现因地形起伏像点位移引起的方向偏差。水平像片上存在有地形起伏像点位移h 。第四

23、章 双像立体测图基础与立体测图 双像立体测图：利用一个立体像对重建立体几何模型，量测该几何模型，绘制地形图。立体像对：相邻两站对同一地面景物摄取的有一定重叠的两张像片。41 立体视觉原理与立体量测 一、立体视觉原理人眼的天然立体视觉：用双眼同时观察景物，才能分辨出物体的远近，得到景物的立体效应。看到立体的根源：生理视差 交会角r 眼基线br 视距l 生理视差 眼主距 fr二、人造立体视觉人造立体视觉：空间景物在感光材料上构像，人眼观察构像的像片产生生理视差，所产生的空间景物的立体视觉。所看到的立体模型称为视模型。根据人造立体视觉原理,在摄影测 量中规定摄影时保持像片的重叠度在60%左右，是为了

24、获得同一地面景物在相邻两张像片上都有影像。利用相邻像片组成相对的相对，进行双眼观察，同样可获得所摄地面的立体模型，这样就奠定了立体摄影测量的基础。人造立体观察的条件：1） 摄取立体像对2） 分视：每只眼睛只能看一张像片3） 两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线大致平行4） 两像片比例尺应大致一致正立体：立体模型与实物相似。反立体：立体模型与实物相反（左眼-右片，右眼-左片；正立体效应基础上左右像片旋转180）。零立体：起伏的视模型变平(正立体效应基础上左右像片旋转90)。三、立体观察与立体量测1、立体观察方法1）立体境观察方法桥式立体镜：只适合观察小象幅的像片对2）叠影影像的立体观察叠影

25、式立体观察方法是用光线照射透明的左右像片，并使其影像叠眏在同一个承影面上，然后通过某种方式使得观察者左右眼分别只看到一张像片的影像，从而得到立体效应。3）双目镜观测光路的立体观察是用两条分开的光路将来自左右像片的光线分开分别传到观察者的左右眼睛中，达到分橡目的，产生立体效应。注意：以上的各种方法均是要达到每只眼睛只看一张像片的分橡目的。2、立体量测测标：在摄影测量中利用测标进行立体量测。测标形状大多为点状或线状。双测标法：进行立体量测的主要方法。利用放入光路中的两个实测标分别切准立体像对的上的同名像点进行立体量测。原理：同名像点：地面上一点在相邻两张像片上的构像。两单测标相当于同名像点，构成立

26、体测标tt与立体模型表面m点重合42 立体像对与双像立体测图一、立体像对的点、线、面点：同名像点a1，a2 核点k1，k2线：摄影基线b 同名射线：as1a1，as2a2核线同名核线k1 a1，k2 a2面：核面wa主核面（左核面，右主核面） 垂核面二、双像立体测图概述一个立体像对，两张影像重叠范围内的任意地面点在两张像片上都有它们的同名像点，并于相应的摄影中心组成同名射线，同名射线对对相交。因此，摄影时摄影基线、同名射线、同名像点与地面点之间有固有的机荷关系。1、立体测图的关键：重建与实地相似的几何模型 恢复摄影时的空间方位 内方位元素：摄影中心与像片之间相关位置恢复像片对的 外方位元素：像

27、片在摄影瞬间的空间位置和姿态内方位元素：已知 恢复两张像片的相对位置（相对定向）立体模型外方位元素：未知 模型的大小和空间位置是任意的 恢复立体模型的大小和空间方位（绝对定向）2、立体测图方法1）模拟法立体测图 特点：用光学像片及人工双眼寻找同名像点。建立立体模型时不用解析计算方法解求像对相对定向与绝对定向元素，而完全是机械运动来模拟。测绘的地形图是线划图，用于建立地理基础信息库时，还需将地图进行数据化。2）解析法立体测图： 特点：用光学像片及人工双眼寻找同名像点。建立立体模型时按数学公式用解析计算方法解求像对相对定向与绝对定向元素，产品首先以数字形式存储在计算机中。3）数字化测图 特点：使用

28、数字影像，利用数字相关技术代替人眼观察，自动寻找同名像点并量测坐标。采用解析计算方法，建立数字立体模型，由此建立数字高程模型，自动绘制等高线，制作正射影像图。注意：无论采用哪种测图方法，都要经内定向、相对定向、绝对定向及测图等过程。43 立体像对的相对定向元素与模型的绝对定向元素恢复像片对的外方位元素要经过两个步骤：相对定向与绝对定向。一、 立体像对相对定向元素相对定向：确定一个立体像对两像片的相对位置。作用：用于建立立体模型。完成标准（唯一）：同名射线对对相交。相对定向元素：确定两张像片相对位置关系得元素。确定两张相对位置由两种不同方法：（1）独立像对相对定向系统（2）连续像对相对定向系统这

29、两种系统选取不同的像空间辅助坐标系，因此有不同的相对定向元素。1、 连续像对相对定向元素连续像对：将左片置平，以左片的像空间辅助坐标系作为本像对的像空间辅助坐标系这样的像对。以s1-u1v1w1作为本像对的像空间辅助坐标系。则，s1在该坐标系下的坐标为us1=vs1=ws1=0, 1=1=1=0s2在该坐标系下的坐标为us2=bu，vs2=bv，ws2=bw ，2,2,2。其中bu ，bv， bw 为基线分量。由于bu只影响相对定向后的建立模型的大小而不影响模型建立，因此bv， bw ，2,2,2称为连续相对定向的五个相对定向元素。2、 单独像对相对定向元素单独像对：将基线置水平，像空间辅助坐

30、标系选取s1作为坐标原点，基线b作为u轴，垂直于左核面的轴为v轴构成s1-u1v1w1空间辅助坐标系。s1在该坐标系下的坐标为us1=vs1=ws1=0,1 =0，1，1s2在该坐标系下的坐标为us2=bu=b,s2=bv=0，ws2=bw=0，2,2,2。由于b只影响相对定向后的建立模型的大小而不影响模型建立，因此1，1 ，2,2,2称为连续相对定向的五个相对定向元素。二、 立体像对绝对定向元素绝对定向元素：是确定相对定向所建立的几何模型的比例尺和模型空间方位的元素。也就是恢复模型的大小和空间位置的元素（相对定向后模型的大小和空间位置是任意的）。要把模型纳入地面摄影测量坐标系d-xyz中，需

31、要借助于已知的地面控制点来进行两个坐标系的转换，即进行模型的旋转、平移和缩放。在数学上是不同原点的三维空间相似变换，公式为：绝对定向元素：xs，ys，zs，k第五章 摄影测量解析基础地球空间信息是资源与环境信息的载体，是地理空间信息系统中的基础信息。为了建立地理信息系统，人们需要在实地进行调查与测绘。这种实地采集信息的方法，劳动强度大，效率低，不适应信息时代的要求。现在已广泛采用航空与航天的方法，获取地面影像信息，在通过摄影测量与遥感图像处理的方法，来获取地面信息。双像解析摄影测量，就是利用解析计算的方法来处理影像信息，从而获得地面的基础空间信息，确定资源与环境的空间位置，它重点解决影像信息中

32、的几何信息，建立地面数字模型。在前面的章节中，我们已经定义了摄影测量常用的坐标系统、单张像片的内、外方位元素，并推导出了像点坐标与相应地面坐标之间的关系式共线条件方程式。如何从从该式出发，解求单张像片的外方位元素；对于一个立体像对而言，如何根据已知一对同名像点的像点坐标与各片的外方位元素，求出相应点的模型坐标以及对应空间点的空间坐标等，这些问题都是摄影测量的解析基础。用解析的方法处理立体像对，常用的方法有三种：l 后交-前交方法：利用像片的空间后方交会与前方交会来解求地面目标的空间坐标。l 相对定向-绝对定向方法：利用立体像对的内在几何关系，进行相对定向，建立与地面相似的立体模型，计算出模型点

33、的空间坐标，再通过绝对定向，将模型进行平移、旋转、缩放，把模型纳入规定的坐标系中，解求出地面目标的空间坐标。l 光束法：将待求点与已知外业控制点同时列出误差方程式，统一进行平差解求。51 解析内定向要从影像中提取物体的空间信息，首先要确定与物点相应的像点坐标。在传统摄影测量中，是将像片放在仪器承片盘上进行粮测，但此时量测得像点坐标为影像架坐标或仪器坐标，随后利用平面相似等公式，将影像架坐标变换为以影像上像主点为原点的像坐标系上的坐标，通常称这种变换为影像内定向。对于数字化影像，由于在扫描数字化过程中，影像在扫描仪上的位置通常也是任意放置的，因此所量测得像点坐标也存在着从扫描坐标到像坐标的转换，

34、这同样也是影像内定向。内定向：利用平面相似变换，将像片的影像架坐标或变换为以像主点为原点的像平面坐标。内定向问题需要借助影像的框标来解决。为了进行内定向，必须量测影像框标点的影像架坐标或扫描坐标，然后根据量测相机的鉴定结果所提供的框标理论坐标，用解析计算方法进行内定向，从而获得所量测各点的影像坐标。令所量测的框标构象的仪器坐标或扫描坐标为（x,y）,并已知它们的理论影像坐标（x，y），则可以在解析内定向的过程中，一方面将量侧坐标归算到所要求的像坐标，另一方面也可部分改正底片变形误差与光学畸变差。内定向通常采用多项式变换公式，用矩阵表示的一般形式为：其中为x为变换后的像点坐标，x为仪器坐标或扫描

35、坐标，a为变换矩阵，t为变换参数。常用的多项式公式有：l 正形变换（4个参数）l 仿射变换（6个参数）l 双线性变换（8个参数）仔实际作业中，若仅量测3个框标，则采用第一个式子； 若仅量测4个框标，则采用第二个式子； 若仅量测8个框标，则采用第三个式子。5单像空间后方交会获取六个外方位元素的方法? 雷达、gps、ins、星象相机 地面控制点反算（单像空间后方交会） pos系统一、空间后方交会的定义根据影像覆盖范围内一定数量的分布合理的地面控制点（已知其像点和地面点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素。二、基本关系式共线方程：u 已知值 x0 , y0 , f , m, x, y, zu

36、 观测值 x,yu 待求 xs, ys, zs, j, w, k 线性化：按泰勒公式展开，取小值一次项（x），（y）像点坐标近似值，将外方位元素的初始值代入共线条件方程的计算值 为偏导数，系数 为外方位元素初始值的改正数一个控制点可以列两个方程，至少要三个控制点解六个外方位元素，有多余观测用平差的方法计算。三、误差方程式和法方程式(通常在像片的四个角上选取四个地面控制点)1、误差方程的建立将控制点的地面坐标视为真值，而相应的像点坐标视为观测值，加入相应的改正数vx，vy，按观测值+观测值改正数=近似值+近似值改正数原则有：列出误差方程：表示成矩阵形式：若有n个控制点，则按上式列出n个误差方程

37、，构成总的误差方程式：2、系数的确定一般情况下：在竖直摄影的情况下，角元素都很小（3度），垂直摄影情况下，可取jw =k 0，各系数可简化为：3、法方程式（最小二乘原理）4、计算外方位元素（最小二乘原理，逐步趋近计算）四、空间后方交会的解算过程五、空间后方交会精度未知数的协因数阵：未知数的中误差：53 立体像对的前方交会一、立体像对前方交会的定义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在物方空间坐标系中坐标的方法。二、立体像对前方交会基本关系式 要确定像点与其对应的地面点的数学表达式，如图所示，d-xyz为地面摄影测量坐标系，s1-u1v1w1及s2-u2v2w2分别为左

38、右像片的像空间辅助坐标系，且两个像空间辅助坐标系的三个轴系分别与d-xyz三轴平行。设地面点a在d-xyz中的坐标为（x，y，z），在s1-u1v1w1及s2-u2v2w2分别为（u1，v1，w1），（u2，v2，w2）。a对应的像点a1,a2,的像空间坐标为（x1，y1，-f），（x2，y2，-f），像点的像空间辅助坐标为（u1，v1，w1），（u2，v2，w2）。有：，s2在s1-u1v1w1中的坐标为bu，bv，bw 投影系数 ，一般计算坐标应取均值三、立体像对前方交会解算过程1) 获取已知数据x0 , y0 , f , xs1, ys1, zs1, j1, w1, k1 , xs2,

39、ys2, zs2 , j2, w2, k22) 量测像点坐标 x1,y1 , x2,y23) 由外方位线元素计算基线分量 bu, bv, bw4) 由外方位角元素计算像空间辅助坐标 u1, v1, w1 , u2, v2, w25) 计算点投影系数 n1 , n26) 计算地面坐标 x, y, z 三、立体像对后交前交方法步骤：1) 野外像片控制测量2) 量测像点坐标3) 空间后方交会计算两像片的外方位元素4) 空间前方交会计算待定点的地面坐标5 立体像对的解析法相对定向一、解析法相对定向原理解析法相对定向是通过计算相对定向元素建立地面立体模型。同名射线对对相交于核面。共面条件方程：1、连续法

40、解析相对定向原理 连续像对相对定向以左像空间坐标系为基础，求出右像片相对于左像片的相对方位元素bu ， bv ，j2，w2，k2 。（1）基本关系式如右图所示，共面条件方程式的坐标表达式有：式中： ，r2是右片相对于像空间辅助坐标系的三个角元素j2，w2，k2的函数。 线性化 各偏导数的值为：将五个偏导数代入线性化方程得：在仅考虑一次小值项的情况下，上式中x2,y2可用像空间辅助坐标系u2，v2取代并近似的认为：式中，连续法相对定向中q的几何意义：q为定向点上模型上下视差当一个立体像对完成相对定向， q0当一个立体像对未完成相对定向，即同名光线不相交， q0量测 5个以上的同名点可以按最小二乘

41、平差法求相对定向元素，有多余观测的话，将q视为观测值。（2）误差方程及法方程的建立2、单独法解析相对定向原理式中：按照连续像对的推演方法，得单独相对定向的误差方程式：二、相对定向元素解算过程连续像对相对定向元素计算流程图三、模型坐标的解求按前方交会的方法，计算模型点的在像空间辅助坐标系中的坐标。设模型点在像空间辅助坐标系1-u1v1w1中的坐标为（u，v，w），计算过程为：（1） 根据相对定向元素，计算像点的像空间辅助坐标。（2） 计算左右像片的投影系数n1，n2（3） 求模型点的像空间辅助坐标55 立体模型的解析法绝对定向一、绝对定向的概念要确定模型点的大地坐标，需要对立体模型作三维的旋转、

42、平移和缩放，确定立体模型的在大地坐标系中的方位和大小，这一过程称为模型的绝对定向。注意：绝对定向时，为了计算方便，要求变换前后两坐标系得对应轴系得方向大致相同。由于大地坐标系是左手系，它的xt,yt与对应的摄影测量坐标系的xy之间的角度不是小角度，不便于两者之间直接换算。因此，在绝对定向之前，应先将控制点的大地坐标换算为地面摄影测量坐标；然后利用这些控制点，在地面摄影测量坐标和空间辅助坐标之间，进行绝对定向，计算出模型点的地面摄影测量坐标；最后，将模型点的地面摄影测量坐标换算为大地坐标。实际上绝对定向的主要工作是把模型点的空间辅助坐标变换为地面的摄影测量坐标。二、绝对定向的基本关系式（空间相似

43、变换公式）要把模型纳入地面摄影测量坐标系d-xyz中，需要借助于已知的地面控制点来进行两个坐标系的转换，即进行模型的旋转、平移和缩放。公式为：绝对定向元素：xs，ys，zs，k缩放系数，k两坐标系的旋转角xs，ys，zs坐标原点平移量由于这种变换前后图形的几何形状相似，所以又称空间相似变换。解析绝对定向，就是利用已知的地面控制点，从绝对定向的关系式出发，解求七个绝对定向元素。三、绝对定向公式的线性化由于，k均为小角度绝对定向的基本关系式近似值可表示为：四、绝对定向元素的解算平高控制点：已知平面坐标和高程的控制点。高程控制点：仅已知高程的控制点。一个平高点可以出三个方程，因此至少需要两个平高控制

44、点和一个高程控制点，且三点不要在一条直线上。实际作业时，一般在模型四角布设四个控制点，用间接平差方法解求绝对定向元素。将像空间辅助坐标（u，v，w）视为观测值。由于，k均 为小角度且01,所以，即相应法方程为由于绝对定向的误差方程式是一次项近似公式，因此绝对定向元素的解算需要迭代。五、采用重心化坐标解求绝对定向元素目的：1) 减少模型点坐标在计算过程中的有效位数，以保证计算的精度2) 使法方程的系数简化，个别项数值变为零，以提高计算速度单元模型中全部控制点的空间辅助坐标和地面摄影测量坐标的重心坐标：相应的重心化坐标将重心化坐标代入绝对定向的基本关系式：，为重心平移的近似值绝对定向元素的解求是一

45、个逐渐趋近的过程。求出绝对定向元素后，将待定点的重心化坐标按公式求出待定点的重心化地面摄影测量坐标，再加上重心坐标，求得地面摄影测量坐标，最后再转换成地面测量坐标。六、绝对定向元素的计算步骤1) 获取控制点的两套坐标 x , y , z , , 2) 给定相似变换参数的初值 l1, fwk 0, x0, y0, z0 3) 计算重心化坐标4) 计算误差方程式的系数和常数项5) 解法方程，求相似变换参数改正数6) 计算计算绝对定向元素的新值7) 判断迭代是否收敛七、双像解析的相对定向绝对定向法1) 用连续像对或单独像对的相对定向元素的误差方程式解求相对定向元素；2) 由相对定向元素组成左右像片的

46、旋转矩阵，并利用前方交会公式求出模型点在像空间辅助坐标系中的坐标；3) 根据已知地面控制点的坐标，按绝对定向的误差方程式求出立体模型的绝对定向元素。4) 按绝对定向公式，将所有待定点坐标纳入地面摄影测量坐标。55 双像解析的光束法严密解双像解析摄影测量，可分为用已知点解求像片的外方位元素，再用前方交会的方法解求待定点坐标，也可以相对定向-绝对定向计算步骤来解求。光束法是把上述的分步方法，变为一个整体，用已知的少数控制点以及待求得地面点，在像对内，同时解求两张像片的外方位元素与待定点坐标。这种方法理论严密，精度较高。一 立体像对光速法严密解1、基本关系式 共线方程：未知数：六个外方位元素和待求点

47、地面摄影测量坐标已知数：内方位元素观测值：像点坐标2、建立误差方程和法方程：式中显然对控制点而言： 与上式对应的法方程式：消除待定点的一组坐标改正数，形成改化法方程，求解外方位元素改正数： 二 双像解析摄影测量三种解法的比较、方法严密性控制点要求使用场合后交前交法点位精度决定于外方位元素精度没有利用多余条件3个平高点已知像片外方位元素，确定少量待定点坐标相对定向绝对定向法点位精度决定于相对定向绝对定向精度不能严格表达影像的外方位元素2个平高点 1个高程点航带法加密一步定向法理论最严密精度最高2个平高点 1个高程点光束法加密第六章解析空中三角测量61概述一、解析空中三角测量的概念根据航摄像片确定地面点的空间位置，一般都需要四个（或以上）地面控制点。这些控制点的地面坐标虽然可以全部在野外实测得到，但这种方法工作量大、效率低，在某些地区甚至难以实现。能否只要在一条航带内十几个像对中，或几条航带构成的一个区域内，只测量少量的外也控制点，在内业按一定的数学模型平差计算出双像测图所必需的控制点的地面坐标呢？答案是肯定的，解析空中三角测量就是为解决这个问题而提出的方法。通常，把野外实测的控制点叫做像片控制点，通过空中三角测量所得到控制点叫做加密点。