摄影测量与遥感技术《数字摄影测量》课程标准

《数字摄影测量》课程标准二级学院：建筑与测绘工程学院执笔人：姚睿审核人：高永涛制定日期：2022年7月陕西能源职业技术学院一、课程信息表1课程信息表课程名称数字摄影测量开课院部建筑与测绘工程学院课程代码0220309考核性质考试前导课程高等数学、计算机基础与应用、误差理论与测量平差、摄影测量后续课程数字图像处理、城市规划总学时52课程类型理论课是□实践课是□理论+实践是理实一体化是□适用专业摄影测量与遥感技术二、课程性质1.课程性质本课程是摄影测量与遥感技术专业必修的一门专业基础课程，是在学习了《高等数学》、《遥感原理与应用》、《摄影测量学》课程，具备了较深的数学功底与较高的空间变换思维，整体把握摄影测量与遥感理论的能力的基础上，开设的一门理论+实践的课程，其功能是对接专业人才培养目标，面向地形图测绘、工程测量、文物发掘与修复工作岗位，培养学生应用所学知识生产数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）、数字线划地图（DLG）、数字栅格地图（DRG）的能力，应用所学专业知识解决空间几何与信息分析、表达与应用等实际问题的能力，为后续《数字图像处理》、《城市规划》课程学习奠定基础的专业核心课程。2.课程功能定位表2课程功能定位分析对接的工作岗位对接培养的职业岗位能力摄影测量员能对航空航天影像数据和遥感影像进行采集、雕绘、加密、纠正、判译、测图等，并绘制地形原图和生产数字影像产品无人机测绘操作员能布设地面标志、飞行检校场；会组装无人机设备、安装相机和裝调弹射架等；可操作地面监控系统，操控无人飞行器或其他无人机设备，采集地表数据和航空影像数据三、课程目标与内容1.课程总目标通过本专业课系统学习，使学生掌握数字摄影测量的基本原理与方法，具备数字影像获取与处理的知识和技能，了解并掌握影像特征提取的方法与常用的定位算子、特征匹配与整体匹配的原理，数字微分纠正的原理，并对当前常用的数字摄影测量工作站有一定的了解，与此同时，会运用航测软件制作正射影像。为学生学习后续专业课程以及毕业后运用所学知识进行实际航测生产打下坚实基础。2.课程具体目标表3课程教学目标与内容序号毕业要求指标点知识目标技能目标素质目标教学内容14.4掌握空间数据的获取方法理解数字摄影测量及影像采样的定义熟知数字航空摄影传感器的性能具有及时了解数字摄影测量发展现状和趋势的能力数字影像重采样2说明数字影像获取方法及重采样原理数字影像获取35.2能对原始影像数据进行编辑并熟练导入数字摄影测量系统中熟悉POS系统的构成、作用和意义在数字摄影测量系统中能正确导入POS数据、倾斜摄影测量数据养成良好的动手能力机载定位定向POS系统4说出激光扫描系统工作原理及用途机载激光扫描系统5概述倾斜摄影测量的原理、用途及特点倾斜摄影测量6归纳数字摄影测量系统的任务并说明其特点数字摄影测量系统简介7能总结相对定向的解法相对定向的解法8列举核线几何关系解析并进行核线排列核线几何关系解析与核线排列9说出数码相机检校的特殊方法数码相机检校的典型方法103.5熟知低空数字航空摄影测量外业规范归纳摄影测量中常用的坐标系能在POS辅助空中三角测量中建立POS观测值误差方程具有不断学习、刻苦钻研的实干精神摄影测量处理的相关坐标系11解释自动空中三角测量的原理与方法自动空中三角测量12概述POS辅助区域网平差的作业流程框幅式数码影像的POS辅助区域网平差13概述点特征提取的方法与原理点特征提取14解释线特征提取的定义、并概述提取线特征的算子线特征提取15说明提取面特征的主要手段面特征提取16概述数字影像匹配、相关函数的定义完成基于灰度的影像匹配形成严谨求实，认真科学的工作态度数字影像匹配基础17列举基于灰度的影像匹配基本算法的匹配流程基于灰度的影像匹配基本算法18区别基于物方的双像VLL法与多视VLL法基于物方的影像匹配19列举最小二乘影像匹配的步骤最小二乘影像匹配205.1熟悉低空数字航空摄影测量内业规范概述基于特征的影像匹配策略用SIFT、SURF算法完成影像匹配形成认真仔细、一丝不苟的工作作风特征匹配概述21说出跨接法影像匹配的特点跨接法影像匹配22概述SIFT影像匹配的原理与特点SIFT影像匹配23说明SURF影像匹配的步骤及优点SURF影像匹配24说出多点最小二乘影像匹配算法包含的方法解决整体影像匹配问题养成以规范为标准，具备责任心的品质多点最小二乘影像匹配25概述松弛法影像匹配的步骤松弛法影像匹配26解释半全局影像匹配的定义半全局影像匹配273.6能利用无人机进行航空摄影测量的能力说明数字微分纠正的任务完成影像纠正和匀光匀色善于沟通交流的工作能力框幅式中心投影影像的数字微分纠正28归纳线性阵列扫描影像的数字微分纠正的主要处理过程线性阵列扫描影像的数字微分纠正29概述正射影像制作的流程数字真正射影像30解释数字正射影像匀光匀色的目的及方法数字正射影像的匀光匀色表4课程教学安排序号项目（模块）任务（单元）教学内容重点、难点课程思政元素学时1项目一数字影像获取与处理任务1数字影像及影像采样1.1数字影像1.2采样定理1.3实际采样分析1.4数字影像量化重点：采样定理，数字影像量化难点：实际采样分析抽象思维能力12任务2数字影像重采样2.1双线性插值2.2双三次卷积2.3最邻近像元法2.4双像素重采样重点：双线性插值，最邻近像元法难点：双三次卷积数学知识渗透于专业知识中，培养问题解决能力3任务3航空数字影像获取3.1框幅式数字航摄仪3.2三线阵数字航摄仪重点：框幅式数字航摄仪难点：三线阵数字航摄仪14任务4机载定位定向POS系统4.1ApplanixPOSAV4.2IGIAeroControl重点：ApplanixPOSAV难点：IGIAeroControl25任务5机载激光扫描系统5.1LeicaALS5.2Optech重点：LeicaALS难点：Optech16任务6倾斜摄影测量6.1高分辨率卫星影像性能6.2航天数字影像获取系统特点6.3卫星航摄影像与航空摄影测量的差别重点：航天数字影像获取系统特点难点：卫星航摄影像与航空摄影测量爱国精神17任务7数字摄影测量系统简介7.1数字摄影测量工作站7.2基于网格的数字摄影测量系统重点：数字摄影测量工作站难点：数字摄影测量工作站18项目二摄影测量解析方法任务1共线条件方程式的空间后方交会解法1.1欧拉角方法1.2方向余弦方法1.3四元数方法重点：欧拉角方法，方向余弦方法难点：方向余弦方法29任务2相对定向的解法2.1经典相对定向解析2.2大角度相对定向解析2.3相对定向的直接法重点：经典相对定向解析，相对定向的直接法难点：大角度相对定向解析110任务3核线几何关系解析与核线排列3.1基于共面条件的同名核线几何法3.2基于数字影像几何纠正的核线解析法3.3基于基本矩阵的对极几何3.4利用相对定向直接解进行核线排列3.5核线重排列重点：基于共面条件的同名核线几何法，核线重排列难点：基于基本矩阵的对极几何111任务4数码相机检校的典型方法4.1相机镜头的光学畸变差4.2基于共线方程光束法平差的相机检校4.3张正友基于平面网络的相机标定方法4.5基于2维直线线性变换的相机标定重点：相机镜头的光学畸变差，基于共线方程光束法平差的相机检校难点：张正友基于平面网络的相机标定方法112任务5直线、广义点摄影测量5.1直线摄影测量框幅式中心投影5.2影像的广义点摄影测量5.3广义点摄影测量应用于线性阵列扫描影像重点：直线摄影测量框幅式中心投影难点：影像的广义点摄影测量213任务6摄影测量处理的相关坐标系6.1高程系统6.2高斯投影平面坐标系统6.3WGS-84高斯投影平面坐标系统重点：高斯投影平面坐标系统，高程系统难点：WGS-84高斯投影平面坐标系统214任务7自动空中三角测量7.1空中三角测量过程7.2GPS辅助区域网平差7.3POS辅助空中三角测量重点：POS辅助空中三角测量难点：POS辅助空中三角测量215项目三影像特征量测任务1影像特征与信息量1.1信息量1.2特征重点：特征，信息量难点：特征216任务2点特征提取2.1Moravec算子2.2Harris算子2.3Förstner算子2.4SUSAN算子重点：Moravec算子、SUSAN算子难点：Förstner算子、SUSAN算子217任务3线特征提取3.1一阶差分算子3.2二阶差分算子3.3高斯-拉普拉斯算子3.4Canny算子3.5Hough变换重点：二阶差分算、高斯-拉普拉斯算子、Canny算子难点；Canny算子218任务4原点特征定位4.1Wong-Trinder原点定位算子4.2椭圆拟合法重点：椭圆拟合法难点；Wong-Trinder原点定位算子119任务5角点特征定位5.1Förstner定位算子5.2高精度角点与定位算子重点：高精度角点与定位算子难点：高精度角点与定位算子120项目四基于灰度的影像匹配任务1数字影像匹配基础1.1相关函数1.2影像相关的谱分析1.3遥感影像匹配重点：相关函数难点：影像相关的谱分析121任务2基于灰度的影像匹配基本算法2.1相似性测度2.2灰度匹配中常用的相似性测度2.3影像匹配精度重点：灰度匹配中常用的相似性测度难点：影像匹配精度222任务3基于物方的影像匹配3.1铅垂线轨迹法影像匹配3.2基于物方的多视影像匹配重点：铅垂线轨迹法影像匹配，基于物方的多视影像匹配难点：基于物方的多视影像匹配223任务4最小二乘影像匹配4.1最小二乘影像匹配4.2单点最小二乘影像匹配4.3最小二乘影像匹配精度重点：最小二乘影像匹配，单点最小二乘影像匹配难点：最小二乘影像匹配精度224项目五基于特征的影像匹配任务1特征匹配概述1.1特征匹配的定义与过程1.2基于特征的影像匹配策略重点：特征匹配的定义与过程，基于特征的影像匹配策略难点：基于特征的影像匹配策略125任务2跨接法影像匹配2.1跨接法影像匹配中的特征2.2跨接法匹配窗口2.3跨接法影像匹配的过程重点：跨接法匹配窗口，跨接法影像匹配的过程难点：跨接法影像匹配中的特征126任务3SIFT影像匹配3.1SIFT特征提取3.2特征点匹配重点：SIFT特征提取，特征点匹配难点：SIFT特征提取227任务4SURF影像匹配4.1.积分图算法4.2SURF特征检测4.3主方向确定4.4描述子形成重点：SURF特征检测、主方向确定难点：积分图算法228任务5线特征匹配5.1直线匹配5.2曲线匹配重点：直线匹配、曲线匹配难点：曲线匹配129任务6关系匹配6.1集合与关系6.2二元关系的矩阵表示与运算6.3关系匹配6.4単像计算机视觉重点：二元关系的矩阵表示与运算难点：关系匹配130项目六整体影像匹配任务1多点最小二乘影像匹配1.1有限元内插法1.2有限元内差法与最小二乘影像匹配结合重点：多点最小二乘影像匹配难点：松弛法影像匹配231任务2松弛法影像匹配2.1并行算法2.2串行算法2.3松弛算法2.4基于松弛法的整体影像匹配重点：并行算法、串行算法难点：基于松弛法的整体影像匹配132任务3半全局影像匹配3.1匹配代价计算3.2匹配代价聚合3.3视差估计3.4一致性检查重点；视差估计难点：一致性检查133项目七数字微分纠正任务1框幅式中心投影影像的数字微分纠正1.1数字微分纠正的两种解算方案1.2数字纠正实际解法重点：框幅式中心投影影像的数字微分纠正，数字真正摄影像，数字正射影像的匀光匀色难点：框幅式中心投影影像的数字微分纠正134任务2线性阵列扫描影像的数字微分纠正2.1基于共线方程的数字微分纠正2.2基于有理函数模型的数字微分纠正重点：基于共线方程的数字微分纠正难点；基于有理函数模型的数字微分纠正135任务3数字真正射影像3.1影像上的遮蔽3.2真正射影像的制作3.3真正射影像的制作对摄影测量作业的要求重点：影像上的遮蔽、真正射影像的制作难点；真正射影像的制作236任务4数字正射影像的匀光匀色4.1Mask法的单幅影像匀光4.2基于Wallis滤波器的多幅影像匀光4.3影像匀光处理流程重点：影像匀光处理流程难点：基于Wallis滤波器的多幅影像匀光237任务5立体正射影像对的制作5.1基本思想5.2立体正射影像对的高程量测精度5.3立体正射影像对的制作方法5.4适合高程量测的立体正射影像对制作重点：基本思想，立体正射影像对的高程量测精度难点：适合高程量测的立体正射影像对制作1四、课程考核对于考核方式，首先，加重实践性考核与阶段性考核的比例。其次，强化阶段性考核，以课程模块或生产项目的节点为考核阶段，分阶段分标准考核学生对于理论与技能的掌握。然后，侧重考核学生实际生产的流程作业技能掌握情况和作业规范意识，突出应用型技能人才培养的特色。最后，针对以上侧重点，结合常规教学考核，合理确定不同考核方式所占的比例，细化考核指标，将考核做到有据可循，落到实处。实践考核的成绩由考核教师按照百分制给出，生产实践的成绩由校外项目负责人根据实际完成项目的多少以及质量评定。总成绩＝终结性考核40％（期末成绩、技能考核）＋教学过程考核60％（包括教学考勤、作业、课堂表现、职业道德、创新能力等）教学过程考核（60%）＝教学考勤（20％）+作业（10％）+课堂表现（10％）+职业道德（10％）+创新能力（10％）。终结性考试（40%）＝期末考试（25％）+技能考核（15％）。课堂表现（10%）=课堂听课考核（4%）+课堂问答考核（2%）+随堂练习题考核（4%）五、实施要求1.授课教师基本要求本课程授课教师应具备扎实的数字摄影测量学理论知识，熟悉数字摄影测量工作站的操作，在像控点测量、航测数据采集、数据编辑方面有丰富的实践经验，具有高等学校教师资格证。2.实践教学条件要求（1）校内实训室表5航测数据采集实训室实训室（中心）名称航测数据采集实训室面积180m2序号核心设备数量备注1模拟测绘航空摄影沙盘模型1套2模拟测绘航空摄影轨道及配件1套3测绘相机及镜头1套4相机电源及曝光系统、影响无线传输1套5步进电机及电机驱动1套6减速机及同步装置1套7单片机及控制系统1套8四维数字空中三角测量系统软件V1.01套9四维航空摄影预处理软件V1.01套10四维超自然真三维地理信息系统软件V2.01套11松下TH-50AS670CL立体电视、四维3DPT立体驱动软件V1.01套12数字摄影测量工作站硬件35套13四维JX4G数字摄影测量工作站软件V1.035套14桌椅35套15投影白板1套表6航测数据编辑实训室实训室（中心）名称航测数据编辑实训室面积120m2序号核心设备数量备注2数字编辑工作站硬件41台3数字化编辑软件41套4南方Cass9.2单机版4套5激光彩色一体机1台6企业级路由器1个7机柜1个8音箱1个9投影仪1套（2）校外实习基地表7数字摄影测量课程校外实习基地序号校外实训基地名称合作企业名称校外实训基地功能接纳学生人数备注1蓝田焦岱鲍旗寨村测量实习基地蓝田鲍旗校外实践开发有限公司主要完成测绘技能训练、数字地形图测绘实习、控制测量实习、工程测量实习、遥感与摄影测量实习400人3.教学方法与策略数字摄影测量是一门与实际生产紧密相连的课程，考虑到课程内容是按照行业应用需求定制的，在教学方法上除了常规的多媒体讲授法外，也同时运用多种教学方法，譬如任务驱动教学法（给出项目任务→学生收集资料→学生设计方案→学生实施→教师引导、评价）、案例教学，启发式教学。在教学过程中，要积极启发学生的思维，引导学生积极思维，引导学生多动笔，多动脑，多动手，学习时切忌死记硬背。另一方面，也鼓励同学向老师发问，通过老师的解答，强化学生对问题的认识和理解。在本课程的教学环节中，增加了适当数量的案例教学，案例部分选自教师读研期间的科研项目，以科研促教学；