摄影测量后方交会、近景摄影测量DLT直接线性变换(代码下载见介绍)

1、近景摄影测量实习报告班级： 07021 班学号：200732590062姓名：方毅日期：2010年12月1日第一部分摄影、像点量测以及 DLT和单像后方空间交会解算1. 实习的目的和意义1.1数码相机摄影：为后续的摄影测量解析处理提供质量合格的数字影像，了解所用数 码相机的特点及使用，学习获取数字影像的方法。1.2像点量测：量测所拍摄的高精度室内三维控制场中控制点的像点坐标，为后续摄影 测量解析处理准备计算数据。1.3直接线性变换（DLT）与单像空间后方交会解算：加深理解近景摄影测量直接线性变换与单像空间后方交会的理论，学习准备数据和调试程序的方法。2实习原理2.1 DLT直接线性变换直接线性

2、变换解法是建立像点坐标仪坐标和相应物点物方空间坐标直接的线性关系的 算法。它的基本关系式如下:丄 hX+l 舁 +I3Z+I4°x += 0(2.1)I9X +I10Y+I11Z+1y Mb丫噫丄.I9XI®丫InZ1展开可得到以Ii为未知数的方程:(2.2)I1X I2YI3Z I400 00xI9XxI10YxI11Zx = 00 0 00 I5Xb丫 I7ZI*ybXyh°YyIZy = 02n个方程式，写为矩阵的形式如下:丫1乙10000x1X1xM03030303X1-Y3乙31ayX-%YaXnYnZn10000XnXnXnYn°000XnY

3、nZn1ynXnynYn当有n个控制点时，即可列出花乙y1乙Xn Zn即AX =L。其中A阵为由像点坐标和物方坐标构成的Idyn Zn2- y1*- xnJ(2.3)2n 11大小的系数矩阵，X阵为由Ii构成的大小为11 1的未知数矩阵。L为由像点坐标构成的大小为 2n 1的观测值矩阵。1根据最小二乘法，可求得未知数矩阵为X = A A " AtL o由外方位元素的线元素满足l1Xs l2YS l3Z = _l4IXs Ys bZs =8（ 24）l9XSl10YS ' hlZs = -1根据公式（2.4）解方程组可得外方位元素的线元素。根据h可求得相片的旋转矩阵，继而根据公

4、式（2.5）可求得外方位元素的角元素tg© =电(2.5)iC3si n= - tgK=b-b22.2单片空间后方交会单片空间后方交会是基于共线条件方程的:、”亠-£ aMX-XsI+bU+cXZ-Zs) X-Xo:X _f(2.6)03(X -Xs) b3(Y-Ys) G(Z-Zs)y y y fa2(X-Xs) b2(Y-Y0 g(Z-Zs) y-y。y = -fa3(X-Xs) b3(Y-Ys) C3(Z-Zs)将（2.6 ）式看成外方位元素的函数时，方程（2.6）是非线性的。将像点坐标视为观测值，将（2.6）式线性化并展开可得误差方程的矩阵形式为Ml也Ysai8a2

5、8ai9829当内方位元素已知时，可视讦=0,Ao杆仁;（2.7)x0=0, y0=0。则（2.7）式子可变形为Ys，ai1ai2ai3ai4ai5ai6x-(x) 1=1ta2ia22a23a24825826 _y-(yLXs(2.8)A©空若已知n个控制点，可列出2n个方程式，写成总误差方程为:V =AX -L其中：(2.9)L- |lx ly - lx(x) y W)要解6个未知数，至少需要3个控制点。由于后方交会求解是非线性的，故求解过程需要迭代。3实习过程和步骤3.1数码相机摄影与像点量测使用柯达NIKON D2Xs型单反数码相机，配 Nikon 28mm定焦镜头，CCD芯

6、片大小为 23.584mm*15.664mm，影像分辨率设定为4288*2848，像元大小为5.5对遥感信息工程学院近景摄影实验室内的高精度三维控制场进行摄影，建议使用28mm焦距，以便使视场较大，拍摄范围广。选择合适的摄站位置，按交向摄影方式或正直摄影方式拍摄室内高精度 三维控制场，另外还要注意不要使吊杆互相遮挡。使用Photoshop软件。采用数码相机所拍摄的控制场影像，使用Photoshop的坐标量测功能，人工逐点量测 30个同名控制点的影像坐标，并记录。步骤如下：（1）运行Photoshop软件，打开要量测的影像；（2） 点击菜单项 Window，选中Info （信息）选项；右键点击显

7、示坐标的"+”符号，选中 Pixel （像素）选项。此时，量测单位已选定为像素。（3） 将鼠标左键移动到要量测的点上去，在Info （信息）选项中读出该点的像点坐标，并 记录下点的编号和坐标。（4） 依上步骤在左右片上量测30个同名点的坐标，按照相应格式保存为文档文件。3.2编写算法程序按照算法原理，利用 VC6.0平台编写解算程序。程序可以按照文件格式导入数据。编 写程序界面和功能如图所示：内E5元醪内锌rtfHpl1北血-1.1 轴*沁4牛二說駕需L4 L 2 4 r 4 E * r I -Bl ab肌 ciaftGiallLlj r"lTT-lTT-l-0F_a &#

8、39;3LfilxB7 5.3L9ftl-acta亠 F* 峠乜-l.-i-i.fT 乜-图3.1左图为主界面图、右图为导入数据后界面图M近言虽壷iilfi-DLT腿胃完成I名稀外方位元幸左片由1315.90341±0.67323Is-115 (BT99±0 T1883Ze481 69803±0.337470. 1 财3iQBQO01|0. D8676±0.00012K0. 00559±0.00006 +后方交合1关于程序SR右片0.9945 -0.0K6 -0.1038H9S5S 0. QUO 0. 1675Cl QQS5 0.996? -C

9、.O06To 0032 o 頭盟-D DE410.1046 0.0856 0.9908-0. 1678 0 0835 0 9623斂老乾旧妣虽处理P內方症元寰：xOfklk2Plp£-0 0183-<1.021528. 4354-1.43221. . .1.8403s=ODrr 1ZOS4.-OD5匕6002共前于IDxlylXTyrXIz4203-6.60115-4387-10.09954.5349600.72941360.0105-4931.0622 L4204-6.72383.1161-10.16962.4890600.65400.2965-4930. 46344205-

10、6.79140 7189-1.0,24610.3865599.8925475坨刊0-4929 80T14206-6.8312-0.7066-10.2924-D. 9942goc.osie192.2714-4K9. 027S4207-6.8636-1.1364-10.3208-1.T66159S.5574H.62T1-4929. 23864208-6.8892-2.8345-10.3559-2. 7267598.7517-188 9551-4928. B4144209-6.W54-3.W38-10 3B4<-3 6670596.4101-391 4499-4929. 91204210-6.

11、9465-5.Z365-10.4225-4. 824659T9.5131&29” 99041-49E9. 04122203-6.15202- 3074-8.10031.T758599.1261922.6992-5934. 22402204-6.18350 8844-8.13160.5912599.366762*. 3513-5933. 8729n "E ji 44T-4 LFOHn- thnc1 HimcIFF结果区xOy0fiSsYsZi-i-05K0.0283-0.066226495B1315.633B-11T. 3470494.SZ720. 105-0.04B-C.O0

12、610.0160-0.027?2S.5T2+3754.6577-117.1126709.3312-0.1M1-0.0&36-C.CS76DL關|励交会关于程J?图3.2 DLT解算结果图五昱輕融测扭后方交会完总! MlI Sf»W(F)代®筍口 JUS赴理CP)内方位元素:x0汩fklk2PlP2-0.0153-0,02152S. 4354-1.4322s. .18483fc=00rr1£ 声 4.TO5&9002 扌蜥廩坐怵-IDxlyixrXI1 *4203-6.6B115. 43IST-10. 0 的 54.5349&oo.7m138

13、0.0105-4931. 0922 L4204-6.72383.1181-10.16962.48S0600.654093).2965-4930.嵋344205-6.79Ho Tin-IQ.21610.3865599.S925475.2740-4監9, 30T142D6-es8312HJ.I668-io. 2824-D. 9342soo.oBse192.2TI4=4929. 02T8420T7-.8636-J 7364-10.322B-1.766159S.557414.9271-4929. 23M4206-6.6S92-2.S345-1.0.3559-2. 726T598.751?-168.95

14、54-4928. 341412U9-6,9154-3.-9336-10 3S4<-3 68T0599.4101-391 4199-4928. 912®4210-6.9405-S.2365-10. 4225-4 . B243599.51310904-4929. 04122203-6.15202.2074-8. 1.0031.7758599.1261922.6992-5934.從402204-6.1S35Q 8844-0.13160.5912599.3&67624.3513-5933. 87Mrwhrr-s" rEA hC ，f«n Tn-r> &

15、#187;rr> r*rd CH Crii-iiirj'-irii-i< nr1结果区图3.3后方交会结果图TzrTAXAYAZ1380 0185-4931. 0822603 64021385. 1511-4933 5473-2.9109-5.132ft2 465093L2W5-4930. 4E34603 4O1B936.1159-4933 2404-2.7478-4.81942. 7659475.2740-4929.8071602 7211479.3117-4932.1424-2.S286-4.53772. 3353192.2714-4929.0273602. 8S061

16、96. 4438-4931.0794-2. 7670-4 17242.051514.6271-4929.2388601.Z72919. 1506-4932.8639-2.71SS-4 52363. 6252-1385554-4928.6414602.1315-1B4.5S56-4931 0069-3.3T98-4.35962 1654-391 4499-4928. 9120602. 5313-387. 1440-4931.8127-3.1211-4.305S2. 0008-629. 9904-4929.0412602 0233-625 S419-4631 3164-3.3102-4.44842

17、. 2781922.6992-5934 2240602 6330S2T &S00-5934,斗356-3.90094一 93030 2U&624.3513-5933.ET29602. 7889629.3301-5934.6948-3. 4221-5.02870.8219屮;叭川 ACM吐=*员比产 *f J|JJ4吐三丘刊4尸尸山丹图3.4前方交会结果与误差图名称外方恆元素精席左片0.9945 -Q.O146 -0. 10380.0056 0.9962 -0.0S&7左片矗1315.90341±0.67923Vs-H5.03T9±0.71093Zs4

18、81.69683*0.3374?*0. 10433±0.00011加0.06678±0.000120-00559±0,00006品障后占垃 关于程席0. 106 0.0056 0.9908右片0. 98530,0110 0.16750. 00320.9964 -0.0841-0. 16750.0835 D. 9B23r M迪B摄影盘量筍方或* w 1X1 述注(F)昭墮(P)數16区 内方位元素:x0yOfklk2plp2-0 0183-0 021526.4754-1 43蛙* .1.04834-OOT1,2054*005-6 900(Zt.吟制点坐标：共讯吓图3

19、.5批量选取组合点进行处理运算界面图4实验结果与分析评价在左右片量测40个同名像点的像素坐标后，运行软件选择“数据准备”导入数据”，依次导入数据文件。选择“数据解算”，依次进行“ DLT解算”、“后方交会”、“前方交会”。 运算结果如下：DLT直接解算结果:x0 kapay0fxXsYsZsphiomega0.0281-0.056128.44121314.6669-115.6885483.35170.1055-0.0849-0.08660.0047-0.036128.43533782.6437-114.5162682.3636-0.1684-0.0832-0.0872后方交会结果：* 后方交会

20、外方位元素及单位权中误差 *左片* Xs =1314.637200 ±0.517828 mm* Ys =-114.766504 ±0.572956 mm* Zs =481.954069 ±0.315933 mm* =0.104550 ± 0.000087 rad* co=0.086731 ± 0.000096 rad* K =0.005592 ± 0.000049 rad* V(T=*1.536274e-003*右片* Xs =3782.915294 ±0.745427 mm* Ys =-114.039851 ±0

21、.836396 mm* Zs =681.804932 ±0.385380 mm* =-0.168606 ±0.000116 rad*o =0.084374 ± 0.000129 rad*K =0.003071 ± 0.000053 rad*T =1.843557e-003*方毅 200732590062前方交会结果：点名X'Y'Z'XYZ4203603.52621385.2196-4933.7788-2.7968-5.20112.69654204603.2884936.1517-4933.4445-2.6344-4.85522.9

22、6114205602.6082479.8230-4932.3016-2.7157-4.54892.49454206602.7378196.4443-4931.2174-2.6540-4.17282160319.1461-4932.9895-2.6028-4.51913.75084208602.0186-184.6048-4931.1170-3.2669-4.35062.27564209602.4185-387.1557-4931.9077-3.0084-4.29422.99574210602.7104-625.5547-4931.3964-3.1973-4.43572

23、.35522203602.7262927.7681-5934.7715-3.6001-5.06890.54752204602.8841629.4455-5934.9909-3.5174-5.09421.11802205601.9474289.8247-5935.9648-3.5225-4.88481.80662206602.6785-294.3308-5935.8088-3.5074-4.90062.031643031618.17971320.2521-4917.8507-3.5393-5.18631.126943041619.15841005.8658-4917.6622-3.3748-4.

24、50810.971543051620.6429694.2870-4916.7398-3.4457-4.2469-0.329943061619.1293391.7027-4917.4459-3.1962-4.21070.211543071621.9768149.8209-4918.1213-3.0310-4.32990.314328022155.49931667.3320-5924.3092-5.0200-6.25522.708728032153.97631460.9532-5920.4991-4.8706-5.89572.743328042157.43651210.0222-5921.7221

25、-4.9185-5.44270.404728052154.3354963.5929-5922.0160-4.9021-5.06900.673928062158.2612663.8233-5921.4079-4.8503-4.7973-0.059228072155.1431441.4144-5921.1157-4.5074-4.93520.184838042142.69601135.6523-5424.1222-3.8762-5.0298-0.728238052144.9852844.7984-5423.0634-3.8217-4.3598-1.287438062139.6365528.2201

26、-5424.3787-4.0491-4.2408-1.614638072142.2686210.8295-5423.0929-4.1699-4.3258-0.799238082141.151468.0598-5424.0179-3.7598-4.47671.418534042668.6369917.4369-5416.0460-4.0835-4.5503-1.885634052668.3196475.6684-5418.5402-4.1770-4.6853-0.453334062667.2598174.2287-5418.1364-4.2007-4.3354-0.305034072666.25

27、16-125.7956-5416.8454-4.0372-4.39601.150634082663.5026-425.9057-5418.2525-3.8805-4.35372.347725053697.8780513.8848-5896.6424-4.2134-4.6980-0.845025073696.0782-109.4291-5897.9393-4.1111-5.09000.060845043690.39691044.9818-4901.0362-3.6872-4.76460.193845063691.3125382.4256-4900.3078-3.7024-4.29860.2121

28、16024746.64721006.0282-6993.2420-3.3256-5.4945-1.848915013719.97971876.1954-7005.5435-5.3158-5.8617-1.812715033718.291222.4742-7007.5606-4.7525-5.5608-0.4808根据运算结果可见，后方交会中左右片外方位元素的线元素中误差大小均小于1mm ,角元素中误差小于 0.0002rad。基本满足误差要求。通过前方交会反算对比原控制点物方坐标，可得X、 Y不超过6mm， Z不超过3mm。程序中还有一项批处理计算数据的功能，其原理是在已知量测的 n个控制点中

29、，任选m个控制点进行 DLT 后交运算。即算出 n个控制点任选 m个点的全部组合方式，将进行 cn"次运算。通过观察批处理运算的结果可以发现，左右片外方位元素计算结果与点位分布 以及刺点精度相关。当某一点为粗差点时，后交所得的线元素误差可能大于1mm。而当选点点位分布不具有层次性（仅在一个或几个深度平面中选点），后交所得精度将受到严重影像。总得来说，要提高精度，选点点位分布应该控制点在空间分布均匀，具有一定深度层次性；在像片上的构象范围大。控制点不能不设在空间任意同一平面内，引用为控制点布 设在空间的起伏不大， 则解算结果也不稳定。 同时对控制点像素坐标量测时， 应该尽可能地 瞄准控

30、制点刺点中心。若某一控制点像素信息较为模糊，应舍去该点重新选点。5.实习心得与体会在本次实习的过程中， 我了解到了近景摄影测量与传统摄影测量的异同。 它们的联系是 联系：基本原理相同，即我们可以用相同的原理实现算法设计；模拟处理方法、解析处理方法、 数字影像处理方法相同， 即量测图片像点坐标， 完成像点坐标到像素坐标的转换等 处理方法是相同的；他们的区别： 测量的目的不同； 被测量目标物不同； 目标物纵深尺寸与摄影距离 比不同， 一个明显的区别是近景摄影测量的相片倾角比较大； 摄影方式不同； 影像获取 设备不同；控制方式不同；近景摄影测量适合动态目标；由于传统航空摄影大致符合竖直摄影， 平均航

31、高和摄影比例尺都知道， 摄影相片倾角较 小，所以其外方位元素的初始值可以比较近似的确定。 而近景摄影测量由于其摄影方式决定 了摄影相片倾角较大， 摄影距离较小， 因此观测点坐标应该包含畸变差改正， 同时其外方位 元素无法用任意初值确定。必须要用近似值，否则后方交会解算时无法迭代。直接线性变换能够在不需要外方位元素的初始值的情况下求出像点的仪器坐标与物方 坐标的对应关系也即外方位元素的值，因此 DLT 直接解算可以提供后方交会的初始值。在具体编写程序代码过程中，前后花了 4 天的时间，共完成了 4 个版本的程序。前 2 个版本的程序仅能实现实习的要求， 在具体操作上、 人机交互上略显复杂。 因此

32、后续 2个版 本程序重新设计了程序框架与算法格式， 将程序的数据与具体算法完全分开。 通过定义的接 口调用函数实现相应功能。 重新设计的程序框架极大地提高了函数的重用率， 并且引入线程 机制，在大量重复运算过程中，程序不会过多征用 CPU 资源而导致假死。程序的稳定性也 大大提高。同时，线程函数的引入可以控制运算过程，可以随时中断或暂停运算。4 天的编程实习，收获颇多。本次实习进一步理解了摄影测量的基本原理，同时强化了 程序设计的方法与流程，希望以后再接再厉！第二部分“南海观音”模型摄影测量内业处理。1. 实习的目的和意义1）学习使用 VirtuoZo 软件处理近景摄影测量立体像对；2）学习摄

33、影测量处理时 P31 相机影像内定向的方法；3）学习相对定向过程中人工加点、人工剔除点的方法；2. 实习原理建立模型一设置相机参数 一半自动内定向一人工选点相对定向 一半自动绝对定向 一生成非 水平核线影像一影像匹配一匹配点的编辑一生成DEM生成正射影像3. 实习流程1)打开VirtuoZo软件2)建立测区文件、控制点文件、加密点文件、相机文件3)设置一相机参数像主点 x0 :0.004 mm像主点 y0 :-0.011 mm焦距：100.64 mm理论框标的位置（注意此时影像已翻转）1)主距(mm) : 99.583）主距改正值（mm) : 1.064)框标理论坐标(mm):0-0.0020.000157.4970