摄影测量学复习

1、摄影测量学基础知识梳理1、 摄影测量学的主要任务：测制各种比例尺的地形图和专题图；建立地形数据库；为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据； 2、 摄影测量是利用光学摄影机摄影的像片，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学科和技术3、 摄影测量的优点：影像记录目标信息客观、逼真、丰富；测绘作业无需接触目标本身，不受现场条件限制；可测绘动态目标和复杂形态目标；影像信息可永久保存、重复量测使用；4、 按用途分类：地形摄影测量、非地形摄影测量5、 按平台分类：航天/航空/地面/显微/水下+摄影测量6、 按影像信息处理的技术手段分类：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量7

2、、 摄影机的两大组成部分：镜箱（物镜）、暗箱8、 摄影物镜：相机上由单个凸透镜或凹凸透镜组合（等效透镜）成的精密光学成像系统9、 折射平面将空间分为两部分，物体所在的空间称为物方空间，影像所在的空间称为像方空间；两侧与主光轴的交点为物方主点和像方主点10、 D为物距，d为像距，f为焦距：11、 有效孔径与物镜焦距f之比的倒数即为光圈号数，光圈号数越小，能通过的光线越多，反之12、 摄影时感光材料单位面积上取得的曝光量H等于照度E与曝光时间t的乘积，即H=Et13、 景深：指被摄景物中能产生较为清晰影像的最近点至最远点的距离。光圈号数越大，景深越大；光圈号数越小，景深越小14、 快门是控制曝光时

3、间的重要机件，快门从打开到关闭所经历的时间称为曝光时间，或称快门速度15、 航空摄影机按摄影机主距的长度可分为短焦距（300mm）摄影机。航空摄影机的像幅均采用正方形。短焦距航空摄影机的像幅多为1818cm，中焦距的多为2323cm，长焦距的多为2323cm 或3030cm16、 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（像片上）建立 像方坐标系17、 量测用摄影机的特征:像距是一个固定的已知值，几乎等于摄影机物镜的焦距；承片框上具有框标；内方位元素是已知的；18、 像主点（o）：像片主光轴与像平面的焦点19、 摄影机（像片）主距：像主点与物镜后节点之间的距离

4、20、 航摄仪的三大主要部件：镜头、框标平面、底片21、 摄影比例尺是指航摄设计中的像片比例尺，像片比例尺是由摄影机的主距和摄影的高度来计算的。m为像片比例尺分母，f为摄影机主距，H为航高，则有：22、 航向重叠度：60%65% 旁向重叠度：15%30%23、 三度重叠：在航线方向上三张相邻像片必须要有公共重叠影像24、 航带弯曲度：航带两端像主点之间的直线距离L与偏离直线最远的像主点的垂距之比25、 像片旋转角：相邻两像片的主点连线与像幅沿航带飞行方向的两框标连线之间的夹角。对像片的旋偏角一般要求小于6度，个别最大不应大于8度。而且不能连续三片有超过6度的情况26、 导致航摄像片误差的因素：

5、底片变形航摄机物镜畸变差大气折光差地球曲率的影响27、 航摄倾角：曝光瞬间航空摄影机主光轴与通过透镜中心的地面铅垂线（主垂线）之间的夹角；倾角介于03时为竖直航空摄影，大于3为倾斜航空摄影28、 必须进行航摄仪检校的四种情况：距前次检定的时间超过两年快门曝光次数超过20,000次航摄仪经过大修或主要部件更换以后航摄仪产生剧烈震动以后29、 航摄仪的检定方法：测角法多筒准直管法试验场检定法恒星检定法30、 投影：用一组假想的直线，将空间物体投射到某个几何面上，形成该物体在几何面上的构象，称为投影31、 中心投影：当投影射线汇聚于一点时，称为中心投影投影中心S：中心投影射线的汇聚点32、 平行投影

6、：所有投影射线都平行于某一固定的方向；正射投影、斜投影是平行投影的两种情况33、 正射投影：投影射线相互平行且与投影平面正交的投影34、 航摄像片是地面景物的中心投影，地形图是地面景物的正射投影35、 在地面水平且像片水平时，中心投影与平行投影的效果无差异36、 像空间辅助坐标系的三种表示形式：取铅垂方向为Z轴，航向为X轴，构成右手坐标系；以每条航线内第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系；以每个像对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为X轴，以摄影基线及左片主光轴构成的面作为XZ平面，构成右手直角坐标系；37、 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38、

7、 像片的内方位元素可以确定摄影中心相对于像平面的关系，一张像片有3个内方位元素，包括：摄影机主距(f)像主点在像平面坐标系中的坐标, 39、 像片的外方位元素可以确定像片摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数，一张像片有6个外方位元素，其中3个是描述摄影中心S空间位置的坐标值，称为3个线元素；另外3个是表述摄影光束空间姿态的3个角元素40、 像点的平面坐标变换：41、 例.绕Z轴旋转：42、 像空间辅助坐标系经过三轴旋转后，得到的是像空间直角坐标系43、 共线方程： 44、 三点共线：像点、投影中心和地面点三点共线45、 共线方程中，当Z-Zs=-H(常数)，两平面间中心投影的构像方程

8、式，又称透视变换公式：46、 单像空间后方交会：利用像片上三个以上控制点的像点坐标及相应的物方坐标,反算像片外方位元素的过程47、 空间后方交会计算过程：获取已知数据（像片比例尺、平均航高、内方位元素、GCP坐标）；用摄影测量仪器立体坐标仪，量测控制点的像点坐标；确定未知数的初始值（在竖直摄影情况下三个角元素；三个线元素、）；计算旋转矩阵R；用所取未知数的初始值和控制点的地面坐标，代入共线方程逐点计算像点坐标的近似值（x）、（y）；用中量测的像点的坐标作为观测值和由计算的近似值，计算每个点的常数项lx,ly；逐点计算误差方程式的系数，并组成误差方程式；成法方程系数矩阵与常数项，组成法方程，并求

9、解未知数的改正数；计算未知数趋近值；将求得的外方位元素的改正数与规定的限差比较，若小于限差时，则迭代计算完成，否则用未知数的新值作为近似值，重复步骤计算，直到满足要求为止；例题：已知4对点的影像坐标和地面坐标：影像坐标相应的地面点坐标x(mm)y(mm)X(m)Y(m)Z(m)1234-86.15-53.40-14.7810.46-68.9982.21-76.6364.4336589.4137631.0839100.9740426.5425273.3231324.5124934.9830319.812195.17728.692386.50757.31试计算近垂直摄影情况下空间后方交会的解。已知

10、像片的内方位元素为：f=153.24mm,解：后续略48、 观察人造立体的条件：由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对一只眼睛只能观察像对中的一张像片，即分像条件两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行两像片的比例尺相近（差别15）49、 立体像对：两个测站对同一地面摄取相互重叠的两张相片50、 摄影过程：在一定的内方位元素之下将被摄物体转化为像片或立体像对51、 双像解析摄影测量：按照立体像对与被摄物体的几何关系，以数学计算方式，通过计算机解求被摄物体的三维空间坐标。它主要研究的内容是研究立体像对与被摄物体之间的数学关系，以及如何计算被摄物体的三维空间位置52、 摄影过程的几

11、何反转：把已取得的立体像对放到摄影时的位置去，并用原摄影机、原摄影姿态把所有像点向空间反转投射出来，同名光线便交于原空间点上53、 根据摄得的立体相对的内在几何特性，按照物点、摄站点与像点构成的几何关系，用数学计算方式求解物点的三维空间坐标的3种方法：用单张相片的空间后方交会与立体像对的前方交会方式求解物点的三维空间坐标；用相对定向和绝对定向方法求解地面点的三维空间坐标；采用光束法求解地面点的三维空间坐标；54、 立体像对的空间前方交会：在已知立体像对的两张像片的内、外 方位元素前提下，由同名光线交会确定物点空间坐标的计算过程55、 投影系数：（摄影中心到物点的距离与摄影中心到像点的距离之比）

12、为N1和N2，从课本Page119图5-4中相似三角形的关系可得两投影线的关系：，由、任意搭配均可解出投影系数N1，N256、 空间前方交会计算地面点坐标的步骤：由已知的外方位角元素与像点的在像空间坐标系下的坐标，计算像点的像空间辅助坐标系下的坐标由外方位线元素，计算摄影基线分量Bx,By,Bz由摄影基线分量，计算投影系数N1，N2由下式计算地面点坐标57、 先暂不考虑像片的绝对位置和姿态而只恢复两张像片之间的相对位置和姿态这样建立的立体模型称为相对立体模型，其比例尺和方位均是任意的；然后在此基础上，将两张像片作为一个整体进行缩放、平移和旋转，达到绝对位置、这种方法称为相对定向一绝对定向。用于

13、描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素。用数学计算的方法解求相对定向元素的过程，称为解析法相对定向58、 连续法相对定向方位元素：（以每条航线内第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系）像空间辅助坐标系的原点取在摄站点上，其坐标轴系保持与立体像对中左片的像空间坐标系的轴系分别重合，相对定向元素为 59、 单独法相对定向元素：（以每个像对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为X轴，以摄影基线及左片主光轴构成的面作为XZ平面，构成右手直角坐标系）像空间辅助坐标系的原点取在像对中左片的摄站点上，坐标系的X轴向保持与摄影基线B的方向重合，并使坐标系的Z轴落在像片对中左片的主核面内

14、相对定向元素为: 60、 三线共面：两条同名光线（S1A、S2A）+摄影基线（S1S2） 61、 连续像对相对定向:连续像对相对定向是以左像片为基准，求出右像片相对于左像片的5个定向元素，即62、 同名点的上下视差：63、 一个立体像对有12个外方位元素，通过相对定向求得5个定向元素，要恢复像对的绝对位置和方位，还要解求7个绝对定向元素，包括旋转、平移和缩放，也就是立体模型需要进行空间相似变换 1 3 3 1 ：模型点的地面摄影测量坐标：模型缩放比例因子：旋转矩阵：模型点的摄影测量坐标：坐标原点的平移量64、 解析空中三角测量的目的：为了减少外业工作量，测少量外业控制点，在内业用解析摄影测量的

15、方法加密出每个像对所要求的控制点。也称控制点的摄影测量加密65、 解析空三的应用：像控点的加密地籍界址点测量大范围变形监测高精度近景测量66、 GPS全球定位系统是美国军方70年代开始研制的新一代卫星导航和定位系统，组成：卫星，地面控制和用户接收机。卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成；地面控制部分是整个系统的中枢；用户接收机有主机、电源和天线组成67、 每个立体像对都需要四个控制点，若测区范围有多个立体像对，则需要大量的地面控制点68、 解析空中三角测量：是指用计算的方法，根据少量地面控制点，按一定的数学模型，平差解算出待定点（或加密点）的平面位置和高程及每张像片外方位元素的测量方法，也称

16、解析空三加密或电算加密69、 解析空三的优点：不触及被量测目标即可测定其位置和几何形状；可快速地在大范围内同时进行点位测定，以节省野外测量工作量；不受通视条件限制；区域内部精度均匀，且不受区域大小限制；70、 解析空中三角测量的应用：为摄影测量测绘地形图、制作正射影像图提供定向控制点和像片内、外方位元素；取代大地测量方法，进行三、四等或等外三角测量的点位测定（要求精度为厘米级）；用于地籍测量以测定大范围内界址点的统一坐标；解析近景摄影测量和非地形摄影测量，用于建筑物变形测量、工业测量等；单元模型中大量地面点坐标的计算；71、 航带法解析空中三角测量的基本思想：航带法单航带解析空中三角测量是利用

17、一条航带内各个立体模型的内在几何关系建立自由航带网模型；然后根据控制点条件，按最小二乘原理进行平差，并消除航带模型中的系统误差；从而求得加密点的地面坐标72、 航带法解析空中三角测量的基本流程：像点坐标系统误差预改正；连续法相对定向建立各个模型；模型连接构建统一航带网模型；航带网模型的绝对定向；航带网模型的非线性改正；加密点坐标计算；73、 一条航带，完成相对定向后，完成了如下工作：各像对的像空间辅助坐标系的轴系对应的轴彼此平行；各模型的基线分量彼此平行；计算了各单模型在各自像空间辅助坐标系中的坐标；74、 自由航带网的构成要解决的问题：统一各模型的比例尺；统一全航带各模型坐标系为一个坐标原点

18、；75、 自由航带网的建网过程:像点坐标量测(影像匹配)及误差改正；连续法相对定向建立单个立体模型（以航带中第一张像片的像空间坐标系为像空辅，以后各像对的像空辅彼此平行）;模型连接，建立统一的航带自由网（模型连接的实质就是比例尺归化，然后计算模型点坐标）;76、 光束法区域网空中三角测量：以一张像片组成的一束光线作为一个平差单元，以中心投影的共线方程作为平差的基础方程，通过各光线束在空间的旋转和平移，使模型之间的公共光线实现最佳交会，将整体区域最佳地纳入到控制点坐标系中，从而确定加密点的地面坐标及像片的外方位元素77、 数字摄影测量要解决的主要问题：数字摄影测量的基本任务是确定被摄对象的几何和

19、物理属性，实现影像量测与解译的自动化影像匹配：影像匹配实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别同名点影像解译/识别78、 数字影像：数字影像是一个灰度矩阵，数字影像可由数字式传感器对目标拍摄或将光学影像数字化两种方式获取。光学影像在像幅的几何空间和灰度空间上都是连续的数字影像在像幅的几何空间和灰度空间上都是离散的79、 影像数字化：光学影像数字化过程包括采样与量化两项内容。图像的采样：空间离散化处理,空间域上的数字化。采样间隔越小，图像质量越好。图像的量化：亮度值的离散化处理,明暗程度的数字化。80、 重采样：当欲知不位于矩阵（采样）点上的原始函数g(x,y)的数值时就需进行内插，此时称为重采样。

20、常用的重采样方法有双线性插值法、双三次卷积法和最邻近像元法。81、 数字影像的内定向：由于数字影像的像素坐标系（扫描坐标系）是建立在像素矩阵之上的，其坐标原点在矩阵的左上角，坐标轴系与像平面直角坐标轴系不平行，为此必须建立像素坐标系和像平面直角坐标系之间的关系，这一过程称为数字影像的内定向。82、 同名核线的确定：通过摄影基线与地面所作的平面称为核面；核面与影像面交线称为核线；同名像点必定在同名核线上。83、 影像相关：影像相关是利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点 。84、 数字相关：数字相关是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。85、 一维相关只需在核线上搜索

21、。86、 金字塔影像相关（分频道相关）：从粗到精的相关策略。即先通过低通滤波，进行初相关，找到同名点的粗略位置，然后利用高频信息进行精确相关。87、 影像匹配：影像匹配实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别同名点。88、 常见的五种基本匹配算法：同名点的确定是以匹配测度为基础相关函数、协方差函数、相关系数、差平方和、差绝对值和89、 最小二乘法匹配基本思想：在影像匹配中引入辐射畸变、几何畸变等形参数，同时按最小二乘的原则，解求这些参数。优点：灵活,可靠和高精度缺点：如当初始值不太准时，系统不易收敛90、 特征匹配：以影像的灰度分布为影像匹配的基础，被称为灰度匹配。特征的匹配可以分为点、线、面。9

22、1、 特征匹配可分为三步：特征提取；利用一组参数对特征作描述；利用参数进行特征匹配。 92、 特征点的分布则可有两种方式：随机分布：按顺序进行特征提取，但控制特征的密度；均匀分布：将影像划分成规则矩形格网，每一格网内提取特征点。93、 特征点的匹配：影像方位参数未知时，必须进行二维影像匹配;建立影像模型，形成核线进行一维匹配。94、 匹配的备选点选择方法：对右影像也进行相应特征提取；右影像不进行特征提取；右影像不进行特征提取，但也不将所有的点作为可能的匹配点。95、 特征点的提取与匹配的顺序：深度优先、广度优先96、 匹配的准则：除了运用一定的相似性测度，一般还可考虑特征的方向，周围已匹配点的

23、结果。97、 粗差的剔除：小范围内利用倾斜平面模型进行视差拟合，将残差大于某一阈值点作为粗差剔除。98、 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。99、 数字微分纠正：根据参数与数字地面模型，利用相应的构像方程式，或按一定的数学模型用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行，且使用数字处理方式，故称为数字微分纠正。数字微分纠正是实现两个二维图像之间的几何变换。100、 数字纠正: 像素的几何位置和灰度。101、 正解法（直接法）数字微分纠正:由原始图像出发，按行列的顺序依次对

24、每个原始像元求其在输出影像（纠正影像）中的正确位置。直接法方案的缺陷：因为正解计算得到像点坐标是非规则排列的，影像灰度内插计算量大，并且有的像元可能出现“空白”（无像点），有的像元可能出现重复（多个像点），因此很难实现纠正影像的灰度内插并获得规划排列的数字图像。102、 反解法（间接法）数字微分纠正：由输出影像（纠正影像）出发，按行列的顺序依次对每个原始像元求其在原始图像中的位置。步骤：计算地面点坐标、计算像点坐标、灰度内插、灰度赋值103、 多项式纠正：多项式纠正方法的基本思想是影像变形规律可以近似地看做平移、缩放、旋转、彷射、偏扭、弯曲等基本变形的合成。104、 遮蔽：遮蔽此处即为遮挡，指

25、的是由于地面有一定高度的目标物体的遮挡，使得地面上的局部区域在影像上不可见的现象。遮蔽分为绝对遮蔽和相对遮蔽。105、 真正射影像：真正射影像就是在数字微分纠正过程中，要以数字表面模型(DSM)为基础来进行数字微分纠正。真正射影像制作过程中，需要考虑的问题有DSM采集（采集方法、采样间隔、必要采集对象）和相对遮蔽信息的补偿。106、 数字地面模型：数字地面模型（DTM）是地形表面形态等多种信息的一个数字表示，其数学表达为定义在某一区域D上的m维向量有限序列：Vi, i = 1, 2, 3,，n，其中Vi分别为地形（x, y, z）、地貌、地物、自然资源、环境、社会经济等等信息的定量或定性描述。

26、107、 数字高程模型：数字高程模型（DEM）是表示区域D上地形三维向量的有限序列Vi= (Xi, Yi, Zi)，其中（Xi, YiD）是平面坐标，Zi是（Xi, Yi）对应的高程，对于规则格网Vi= Zi108、 4D产品：数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)数字正射影像图(Digital OrthoimageMap，DOM)数字线划图(Digital Line Graphic, DLG)数字栅格地图(Digital Raster Graphic, DRG)前3D为国家空间数据基础设施（NSDI）的框架数据109、 数字高程模型的研究内容：地形数据采样、地

27、形建模与内插、数据组织与管理、地形分析与地学应用、DEM可视化、不确定性分析和表达。110、 数字高程模型的类型：基于面单元的DEM：将采样点按某种规则剖分成一系列的规则或不规则的格网单元，并用这些格网单元组成的网络逼近原始曲面。基于线单元的DEM：将采样点按线串组织在意的DEM。基于点的DEM：基于点的DEM实际上就是采样点的集合，点与点之间没有建立任何关系，称之为散点DEM。该种结构由于点之间没有任何关系而应用不多。111、 数字高程模型数据采集：地面测量、摄影测量方法、星载立体像对、现有地图数字化112、 DEM的数学特征：单值性，DEM只能表达地表单元处的一个属性值，DEM的几何维数是

28、2.5维的；DEM所表达的地形表面连续而不光滑。113、 地形的空间分布特征：地形起伏在空间上的分布随方向的变化而变化，具有各向异性，采样：要求地形采样点随地形变化分布；内插：考虑采样点分布的方向性；地形空间分布的另一特征是空间的自相关性，地形起伏在邻近范围内的变化往往表现出对空间位置的依赖关系。114、 评价DEM对地形曲面的逼近指标：保凸性、逼真性、光滑性和平顺性115、 DEM建立的一般步骤：空间域函数空间域函数分析空间结构属性域函数格网或三角剖分内插函数的确定格网点高程计算属性值为高程116、 空间插值：根据分布在内插点周围的采样点高程求出未知点的高程值。空间插值的理论假设是：空间位置

29、上越靠近的点，越可能具有相似的特征值，而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小。需要插值的原因有：现有离散曲面的分辨率、像元大小、方向与要求不符；现有连续曲面的数据模型与要求不一致；现有数据不能完全覆盖所要求的区域。117、 分块内插:分块内插是把参考空间分成若干分块，对各分块使用不同的函数。一般相邻分块间要求有适当宽度的重叠，以保证相邻分块间能平滑、连续地拼接。方法：线性内插、双线性内插、多项式内插、样条函数内插、多层曲面叠加法118、 逐点内插法：以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域范围内的采样点计算内插点的高程值。步骤：定义内插点的邻域范围；确定落在邻域内的采样点；选定内插数学模

30、型；通过邻域内的采样点和内插模型计算内插点的高程。119、 移动拟合法：待内插的点P为中心原点，按一定半径作圆；选定一多项式内插函数，用圆内的采样点解出函数参数；使用内插函数计算待插点的特征值。120、 选择邻近点一般考虑两个因素：范围，即采用多大面积范围内的参考点来计算被插点的数值；点数，即选择多少参考点参加计算。121、 基于不规则采样点的格网DEM建立：直接法：直接通过采样点内插建立格网DEM；间接法：首先建立TIN，然后再在TIN上通过线性内插形成格网DEM。122、 TIN：不规则三角网（Triangulated Irregular Network 简称TIN），是用一系列互不交叉、

31、互不重叠的连接在一起的三角形来表示地形表面。TIN既是矢量结构又有栅格的空间铺盖特征，能很好地描述和维护空间关系。123、 像片控制点的分类：平面控制点（P）：只需测定点的平面坐标；高程控制点（G）：只需测定点的高程坐标；平高控制点（N）：需同时测定点的平面坐标和高程。124、 野外像控点的目标选择：无论是平面点、高程点或平高点，野外像控点均要选择在明显目标点上，明显目标点是指野外的实地位置和像片的影像位置都可以明确辨认的点。理想的明显目标，近于直角而且又近于水平的线状地物的交点和地物拐角上，特别是固定的田角和道路交叉。125、 地面标志的选择要求：地面标志的大小以在相应比例尺的航摄底片上的成

32、像能清晰辨认为原则。标志的颜色应根据地面的反差和底片的性能来选择，可采用白色或无反光黑色两种。126、 航外像片控制测量的布点方案：全野外布点方案：a、 用于像片纠正的布点方案（透视变换）：隔片纠正点、逐片纠正点（高差较大时使用）b、 用于立体测图的布点方案：用立体测图仪测图每个像对至少需要两个平高点和一个高程点。因此单模型测图是在图面的四角上各布设一个平高点；双模型测图是在两个立体像对图画的四角上各布设一个平高点。非全野外布点方案：a、 航线网布点：以每条航线段作为独立的平差单元进行解析空中三角测量加密时，所需外业控制点的布点方案称为航线网布点。根据地形类别的不同分为六点法、五点法、三点法。b、区域网布点：以几条航线或一个区域作为平差单元的解析空中三角测量加密所需外业控制点的布点方案称为区域网布点。特殊情况布点方案。127、 像片调绘：像片调绘是根据地物在像片上的构像规律，在室内或野外对像片进行判读调查，识别影像的实质内容，并将影像显示的信息按照用图的需要综合取舍后，用