武大版摄影测量学重点

摄影测量学

第一章绪论

1、基础地理信息类型传统的 4D 数

据

DLG－Digital Line Graphic，数字线

化图

DEM －Digital Elevation Model，数字高程模

型 DOM － Digital Orthophoto Map，数字正

射影像 DRG － Digital Raster Graphic，数

字栅格地图 2、传统的摄影测量学

是利用光学摄影机获取的像片，通过像片来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系的一门科学技术。

3、摄影测量与遥感

是对非接触传感器系统获得的影像进行记录、量测、分析和表达，从而获得地球及其环境和其它物体的可靠信息的一门工艺、科学和技术。 4、摄影测量是影像信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。

5、摄影测量的任务：

（1）地形测量领域：各种比例尺的地形图、专题图、特种地图、正射影像地图、景观图

；建立各种数据库；提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据

（2）非地形测量领域生物医学、公安侦破、交通事故、勘察古文物、古建筑建筑物、变形监测、工业摄影测量、环境监测

6、摄影测量的特点

?无需接触物体本身获得被摄物体信息

?由二维影象获取对象的空间三维信息

?面采集数据方式，信息丰富逼真

?同时提取物体的几何与物理信息

7、摄影测量学的三个发展阶段

（1）模拟摄影测量阶段(1851-1970)

?利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得

到地形图和各种专题图

（2）解析摄影测量阶段(1950-1980)

以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来

研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各种摄影

测量产品的一门科学

（3）数字摄影测量阶段(1970-现在）基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何与物

理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品

8、摄影测量三个发展阶段的特点

9、影像信息学影像信息学是一门记录、存储、传输、量测、处理、解译、分析和显示由

非接触传感器影像获得的目标及其环境信息的科学、技术和经济实体。

10、影像的获取航空影像的获取：航空摄影测量主要使用专用

的量测航空摄影机航天影像的获取：各种遥感影像卫星近

景影像的获取：各种量测及非量测相机

第二章摄影测量基础知识

1、建立摄影测量坐标系的目的

?摄影测量学的基本任务是根据像点的位置确定地面得点位置

?像点和地面点需要在不同的坐标系下定量描述其位置

?通过坐标变换式，建立像点坐标到地面点坐标的映射关系

2、摄影测量使用两类坐标系

（1）像方坐标系：用于描述像点的平面或空间位置

?1、像平面上的直角坐标系

?2、像空间直角坐标系(S-xyz)

?3、像空间辅助坐标系(S-uvw) 目的：像空间坐标系是从像平面坐标系得到的，造成各像片的像空间坐标系不统一，给计算带来困难；为了统一

不同像片的像空间坐标系，建立一种相对统一的坐标系S-uvw

（2）物方坐标系：用于描述地面点的平面或空间位置

?1、地面测量坐标系(T- Xt Yt Zt) 地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐标系为高斯-克吕格三度带或六度带 1980 坐标系、或 1954 坐标系，

高程坐标系为 1956 黄海高程系或 1985 黄海高程系

?2、地面摄影测量坐标系(D-XYZ) 像空间直角坐标系是右手坐标系，地面测量坐标系是左手坐标系，为了坐标转换的方便，在两者之间建立一种

过渡性的坐标系。

?3、摄影测量坐标系(p-XpYpZp) 将像空间直角坐标系沿w 轴反向平移到

地面上某一点 p 上所构成的地面直角坐标系

3、像片的方位元素

–描述航空摄影瞬间摄影中心和像片在地面设定的空间坐标系中的位置和姿态参数；

–方位元素有方位元素、外方位元素

像片的方位元素：描述摄影物镜后节点(摄影中心)与像片之间相互位置的参数，方位元素包括三个参数：摄影中心 S 到像片的垂距（主距）f，及像主点 o 在像片框标坐标系中的坐标x0,y0

像片外方位元素：在恢复方位元素的基础上，确定摄影光束在地面直

角坐标系（一般为地面摄影测量坐标系）中空间位

置和姿态的参数。

4、理想像片：对于水平的平坦地区，若能摄取一水平像片，由于像片与地面平行，则像片

上任意两像点间的距离与相应地面点间的水平距离之比为一常数，即摄影比例尺f/H，且在

此像片上任一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角，则这样的像片可作

为地形图使用，称为理想像片。 5、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

6、像点位移规律

7、航空摄影与航空摄影机

?航空摄影的航摄仪主要选用量测摄影机，量测摄影机与普通摄影机相比，具有如下三个特征：

（1）像距是一个固定的已知值，且等于摄影机的主距f

（2）摄影机获取的像片上有框标标志

（3）摄影机的方位元素（x0,y0,f）是已知的

8、摄像机的参数航摄机主距：物镜中心到像片平面（位于焦点处）的距离，也叫做像片主

距像片框标：像框平面上的框标标志在像片上的成像，在框架中点的机械标志叫机械框标，在框架的四个角偶上的记号叫光学框标方位元素：摄影机主光轴与像平面的交点称为像片

主点。由于制造技术上的误差，导致像片主点与框标坐标系原点（框标连线的交点）不重合。像片主点在框标坐标系中的坐标值（x0,y0）与像片主距f，被称为摄影机的方位元素，或像片的方位元素

像场角视场：光线通过物镜后，成像平面上照度不均匀的光

亮圆像场：视场物镜焦面上中央成像清晰的光亮圆视场角：

由物镜后节点向视场边缘射出的光线所开的角－2a 像场角：

由物镜后节点向像场边缘射出的光线所开的角－2b 常

角：(像场角<70。)

宽角：(像场角＝70。~100。)

特宽角：(像场角>100。)

像幅：摄影机最大成像胶片大小，一般有 18cm×18cm, 23cm×23cm， 30cm×30cm 三种，

在四边或四角有框标

9、摄影成果的质量要求

像片的色调：色调一致、反差适中，没有影响测图的阴影像片重叠度：沿航线方向相邻两

像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有 30%左右的旁向重叠航向重叠：同

一条航线上，相邻两像片应有一定围的影像重叠；沿航线方向相邻两像片应有 60%左右的

航向重叠，最小不能小于53％旁向重叠：相邻航线的像片之间也应有一定围的影像重叠；相邻航线间的像片应有30% 左右的旁向重叠，最小不能小于 15％像片倾角：摄影瞬间摄

影机的主光轴发生了倾斜，主光轴与铅垂线的夹角，称为像片倾角；一般要求像片倾角不大

于 20，最大不能超过 30 航线弯曲：把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各像

片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称为航线弯曲；航线弯曲度：

航线最大弯曲矢量与航线长度l / L 之比的百分数。要求航线弯曲度<3% 像片旋角：相邻像片上主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线之间的夹角，称为像片旋角；要求像片旋

角< 60，最大不超过80

10、航摄像片和地图的对比

地形图的特点 1、图上任意两点间的距离与相应地面点的水平距离之比为一常数，等于图

比例尺

2、图上任意一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角

航摄像片的特点

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（含符号、注记），航片为影像图；表示容：

地图需要综合取舍，航片表示全部地物；几何差异：航摄像

片可组成像对立体观察，地图不能； 11、空间对象的透视变

换作图的基本准则

?找迹点：物面上直线与透视轴的交点

?找合点：过投影中心作物面上直线的平行线与合线的交点

?找线段端点的中心投影：迹点、合点连线与线段端点、投影中心连线的交点

?找线段的中心投影：连接线段端点的中心投影，其连线即为物面上线段的中心投影

第四章摄影测量解析基础

1、立体坐标量测步骤

?仪器归零：各个手轮应放在零读数(x0，y0，p0，q0)位置上，左、右测标分别对准左、

右像片盘的中心，再使左、右像片框标连线的交点分别与左、右测标重合，即像片归心——仪器坐标系原点与像片坐标系原点重合

?像片定向：使仪器坐标轴系与像平面坐标轴系平行。移动X 手轮，单眼观察测标的移动看是否沿像片上的x 轴向运动，若测标不在x 轴向上，则需要用κ螺旋旋

转像片，使测标保持在x 轴上移动

?像点量测：移动X，Y，p，q 手轮，使测标立体切准量测像点，并记下相应读数鼓上的读数x，y，p，q

?坐标计算：x a=x-x0, y a=y-y0; x a’=x a-( p-p0), y a’=y a-( q-q0 )2、单像片

的空间后方交会利用航摄像片上三个以上的像点坐标和其对应的地面点坐标，根据共线

条件方程求解像片外方位元素的工作，称为单像片的空间后方交会。

3、双像解析摄影测量根据获取的立体像对的在几何特性，按照物点、摄影中心与像点构成的几何关系，用解析计算方法获取地面的基础地理信息（点的三维空间位置、几何信息）。

4、双像解析摄影测量的方法及比较

5、

5、体像对的空间前方交会由立体像对中两像片的、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，称为立体像对的空间前方交会。

6、解析相对定向的概念确定一个立体像对两像片的相对位置，称为相对定向。相对定向的目的：确定

立体像对

两像片相对位置和姿态，建立一个与拍摄物体相似的立体模型，以确定模型点的三维坐

标。

相对定向元素：确定立体像对两像片相对位置和姿态关系的参数。利用立体像对中摄影时存在的同名光线对应相交的几何关系，通过量测像点坐标，以解

析计算的方法（此时不需要野外控制点），解求两像片的相对定向元素值的过程，称之为解

析相对定向。

6、绝对定向元素描述相对定向所建立的立体模型的比例尺和空间方位（绝对位置和姿态）的参数称

作绝

对定向元素

通过将相对定向模型进行缩放、平移和旋转，使其达到绝对位置原理：绝对定向是利用已知的地面控制点，对立体模型进行空间相似变换，解求 7 个绝对定向元素

7、双像解析的相对定向－绝对定向解析方法步骤综合立体像对的相对定向和绝对定向过程，可得到双像解析的相对定向－绝对定向解析方法步骤：

?采用连续像对或单独像对的相对定向元素的误差方程式解算相对定向元素；

?由相对定向元素组成左、右像片的旋转矩阵 R1、R2，并利用前方交会式求出模型点在像空间辅助坐标系中的坐标；

?根据已知地面控制点，按绝对定向元素的误差方程式解算该立体模型的绝对定向元素；

?按绝对定向公式，将所有待求点的坐标纳入到地面摄影测量坐标系中；

?将待求点的地面摄影测量坐标系下的坐标改化到地面测量坐标系下，提交成果。

第五章解析空中三角测量

1、解析空中三角测量

按航线或区域网将空中摄站及像片的空间位置和姿态放到整个网中，采用

严密的数学模型，用少量的地面控制点为平差条件，按最小二乘法原理，

统一解算测图所需控制点的地面三维坐标，称之为空中三角测量，亦称解

析空三加密。

2、解析空中三角测量的意义

?不触及被量测目标即可测定其位置和几何形状

?可快速地在大围同时进行点位测定，以节省野外测量工作量

?不受通视条件限制

?区域部精度均匀，且不受区域大小限制除为双像测图工序提供大量的控制点坐标外，还可提供业测图工序所需的各种数据和一系列副产品，如每像片的绝对倾角、摄站点坐标、相对定向元素、绝对定向元素等。 3、解析空中三角测量的应用

?为立体测绘地形图、制作影像平面图和正射影像图提供定向控制点和像片定向参数（、外方位元素）

?取代测量的方法，进行三、四等或等外三角测量的点位测定（要求精度厘米级）

?地籍测量中测定大围界址点的国家统一坐标，以建立坐标地籍（要求精度厘米级）?单元模型量地面点坐标的解析计算

?解析近景摄影测量，如建筑物变形测量、工业测量及用影像重建物方目标等。

4、航带网法区域网平差步骤

?按单航带模型法分别建立航带模型，并计算各航带模型点在本航带统一的辅助坐标系中的坐标；

?各航带模型的绝对定向

–从第一航带开始，利用本航带的已知控制点和相邻航带的公共点进行绝对定向，将各航带网纳入到统一的坐标系中，并求出区域各航带模型点在全区

域统一的地面摄影测量坐标系下的概略坐标。