摄影测量 复习题

一、名词解释

1、像片比例尺：把摄影像片当做水平像片，地面取平均高程，这时相片上线段l与地面上相应线段水平距离L之比。

2、绝对航高：相对于平均海平面的航高，是指摄影物镜在摄影瞬间的真实海拔高度。

3、相对航高：摄影机物镜相对于某一基准面的高度。

4、像点位移：在实际航空摄影时，在中心投影的情况下，当航摄的飞行姿态出现较大倾斜，地面有起伏时，便会导致地面点在航摄相片上构象相对于在理想情况下的构象，产生位置的差异，这一差异称为像点位移。

5、摄影基线：航线方向相邻两个摄影站点间的空间距离。

6、航向重叠：同一条航线内相邻像片之间的影像重叠

7、旁向重叠：两相邻航带像片之间也需要有一定的影像重叠，这种重叠影像部分称为旁向重叠度。

8、像片倾角：摄影瞬间摄影机主光轴偏离铅垂线的夹角称为相片倾角。

9、像片的方位元素：确定摄影瞬间摄影物镜（摄影中心）与像片在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态参数，即确定这三者之间相关位置的参数。

10、像片的内方位元素：表示摄影中心与像片之间相互位置的参数。

11、像片的外方位元素：表示摄影中心与像片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。

12、相对定向元素：确定一个立体像对两像片的相对位置的元素。

13、绝对定向元素：描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数。

14、单像空间后方交会：利用影像覆盖范围内一定数量的控制点的空间坐标与影像坐标，根据共线条件方程，反求该影像的外方位元素，这种方法称单幅影像的空间后方交会。

15、空间前方交会：由立体像对左右两影像的内、外方位元素和同名像点影像坐标量测值来确定相应模型点坐标（或地面点的地面坐标），称立体像对的空间前方交会。

16、双像解析摄影测量：

17、空中三角测量：根据航摄像片上所测量的像点坐标以及极少量的地面控制点求出地面加密点的物方空间坐标。

18、POS：（机载定位定向系统）是基于全球定位系统（GPS）和惯性测量装置（IMU）的直接测定影像外方位元素的现代航空摄影导航系统，可用于在无地面控制或仅有少量地面控制点情况下的航空遥感对地定位和影像获取。

19、影像的灰度：又称光学密度，当光线全部透过时，即透过率等于1，则影像的灰度值等于0,；当光通过量仅透过百分之一，即阻光率100时，则影像的灰度是2。

20、数字影像的重采样：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。

21、影像匹配：通过一定的匹配算法在两幅或多幅影像之间识别同名点的过程。

22、核线相关：

23、像片纠正：

24、数字正射影像图DOM：（Digital Orthophoto Map）是以航摄像片或遥感影像（单色/彩色）为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓（内/外）整饰等形式填加到该影像平面上，形成以栅格数据形式存储的影像数据库。

25、立体像对：在摄影测量中，用摄影机在相邻摄站点对同一景物摄得的有一定重叠度的两张像片。

26、立体正射影像对：正射影像和相应的立体匹配片共称为立体正射影像对

二、填空

4D产品是指DEM、DLG、DRG、DOM。

摄影测量按用途可分为地形摄影测量、非地形摄影测量。

摄影测量学的发展经过了模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量三个阶段。

模拟摄影测量是利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转。

解析摄影测量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。

数字摄影测量是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。

共线方程表达的是像点、投影中心与地面点之间关系。

立体摄影测量基础是共面条件方程。

摄影是根据小孔成像原理。

航空摄影是安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面物体进行摄影，飞行航线一般为东西方向，要求航线相邻两张像片应有60%左右的重叠度，相邻航线的像片应有30%左右的重叠度,航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面。

把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各张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，称航线弯曲。

航摄像片为量测像片，有光学框标和机械框标。

地图是地面的正射投影，像片是地面的中心投影。

在像空间坐标系中，像点的z坐标值都为-f。

一张像片的外方位元素包括：三个直线元素(Xs、Ys、Zs ）：描述摄影中心的空间坐标值；三个角元素(?、ω、κ) ) ：描述像片的空间姿态。

相对定向的理论基础、目的、标准是两像片上同名像点的投影光线对对相交。

双像解析摄影测量的任务是利用解析计算方法处理立体像对，获取地面点的三维空间信息。

在摄影测量中，一个立体像对的同名像点在各自的像平面坐标系的x、y坐标之差，分别称为

左右视差、上下视差。

解析法相对定向的理论基础是同名光线对对相交于核面内。

解析绝对定向需要量测 2 个平高和 1 个高程以上的控制点，一般是在模型四个角布设四个控制点。

解析空中三角测量按数学模型分为航带法、独立模型法、光束法。

根据选择的插值函数的不同，常用的影像重采样方法有最邻近像元法、双线性内插法、双三次卷积法。影像灰度的系统变形有两大类：辐射畸变、几何畸变。

列出3种精度较高的线特征提取算法：差分算子、拉普拉斯算子、高斯-拉普拉斯（LOG）算子。三、判断：

航摄像片上任何一点都存在像点位移。√

利用单张像片能求出地面点坐标。×

利用立体像对可以确定物点的空间坐标。√

求解相对定向元素，需要地面控制点。×

绝对定向元素也被称为相似变换参数。√

只要在一条航带十几个像对中，或几条航带构成的一个区域网中，测少量外业控制点，在内业用解析摄影测量的方法加密出每个像对所要求的控制点，然后就可以用于测图。√

目前数字摄影测量系统可以全自动化地提取目标。

正射影像的缺点是不包含第三维信息（高程信息）。√

四、简答

1、摄影测量的主要特点是什么？

1）无需接触物体本身获得被摄物体信息

2）有二维影像重建三维影像

3）面采集数据方式

4）同时提取物体的几何物理特性

2、航空摄影机也被称为量测摄影机，它有什么特征？

1）量测摄影机的像距是一个固定的已知值。

2）摄影机的像面框架上有框标标志。

3）量测摄影机的内方位元素是已知的。

3、摄影测量常用的坐标系统有哪些？

1）像平面坐标系o-xy

2）像空间坐标系S-xyz

3）像空间辅助坐标系S-XYZ

4）摄影测量坐标系A-XpY pZp

5）物空间坐标系O_XtYtZt

4、航摄像片与地形图有什么区别？

1）投影方式不同：摄影测量为中心投影，地形图为正形投影

2）航片存在两个系统误差：像片倾斜引起像点位移，地形起伏引起像点位移

3）比例尺不同：像片无统一比例尺，地形图有统一比例尺

4）表示方法不同：影像图通过影像大小、形状、色调表示；地形图为线划图，用各种符号、注记、等高线表示。

5）表示内容：像片为全部影像，地形图需要综合取舍

5、请写出共线方程式，并回答：若已知像片的内外方位元素及地面点的三维坐标，可以求相应的像点坐标吗？若已知像片的内外方位元素及像点坐标时，可以求相应的三维的物点坐标吗？

x-x0=-f*[a1(X-X s)+b1(Y-Y s)+c1(Z-Z s)]/[a3(X-X s)+b3(Y-Y s)+c3(Z-Z s)]

y-y0=-f*[a2(X-X s)+b2(Y-Y s)+c2(Z-Z s)]/[a3(X-X s)+b3(Y-Y s)+c3(Z-Z s)]

其中x、y为像点的像平面坐标；x0、y0、f为影响的内方位元素；Xs、Ys、Zs为摄站点的物方空间坐标；X A、Y A、Z A为物方点的物方空间坐标；ai、bi、ci（i=123）为影像3个外方位角元素组成的9个方向余弦。可以求相应的像点坐标；不可以求相应的三维物点坐标

6、共线条件方程有哪些应用？

1）单像空间后方交会和多像空间前方交会；

2）解析空中三角测量光束法平差中的基本数学模型；

3）构成数字投影的基础；

4）计算模拟影像数据（已知像内外方位元素和物点坐标求像点坐标）；

5）利用数字高程模型（DEM）与共线方程制作正射影像；

6）利用DEM与共线方程进行单幅影像测图；

7）求底点坐标。

7、人造立体视觉必须符合哪几个自然界立体观察的条件？

1）由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对；

2）一只眼睛只能观察像对中的一张像片（即双眼观察像对时必须保持两眼分别只能对一张像片进行观察，这一条件成为分像条件）；

3）两眼分别观察同一景物的左、右影像点的连线应与眼基线平行；

4）像片间的距离应与双眼的交会角相适应。

5）两片比例尺相近（<15%）

8、请说明利用立体像对重建立体模型的一般过程。

（1）内定向：恢复像对两像片的内方位元素

（2）恢复像对的外方为元素

1）相对定向：恢复两张像片的相对位置；

2）绝对定向：确定模型的大小与方位。

9、连续像对和独立像对的坐标系统和定向元素有何不同？

连续像对：以左片像空间坐标系为像对的像空间辅助坐标系；

定向元素：右影像的3个角元素?、ω、κ和与基线向量有关的2个角元素μ、ν。

单独像对：选用摄影基线为空间辅助坐标系的X轴，其正方向与航线方向一致；

定向元素：左影像为?1、κ 1 ，右影像为?2、ω2、κ2。

10、请对双像解析摄影测量的三种解法进行比较。

后前—前交法：空间前方交会的结果依赖于空间后方交会的精度，空间前方交会中没有充分利用多余条件平差。

相对定向—绝对定向法：计算公式多，最后的点位精度取决于相对定向和绝对定向的精度，用这种方法解算的结果不能严格表达一幅影像的外方位元素；

一步定向法：理论严密、求解精度高，待定点的坐标是按最小二乘准则求得的。

11、为了求解相对定向元素，是否需要地面控制点？为什么？

不需要，因为相对定向是确定两张像片之间的相对位置的。

12、像点坐标有哪些系统误差？

1）摄影材料（底片）变形

2）摄影机物镜畸变差

3）大气折光

4）地球曲率

13、简述自动空中三角测量的基本原理？

自动空三是利用模式识别和多影像匹配等方法代替人工在影像上自动选点与转点，同时自动获取像点坐标，提供给区域网平差程序解算，以确定加密点在选定坐标系中的空间位置和影像的定向参数。14、简述数字微分纠正的原理。

15、分析对比常用的三种影像重采样方法。

三种重采样采样分别为：双线性插值法、双三次卷积法和最邻近像元法。

以上三种重采样中与最邻近像元法最简单，它计算速度快且不破坏原始影像的灰度信息，但几何精度较差，最大可达到0.5个像元。前两种方法几何精度较好，但计算时间较长，特别是双三次卷积法交费时，但其精度最高。在一般情况下用双线性差值法较宜。

17、列出几种常见的点特征提取算法。

Moravec算子、Forstner算子、Harris角点提取算法

18、列出几种常见的线特征提取算法。

微分算子：梯度算子、Roberts算子、Sobel算子

二阶差分算子：方向二阶差分算子、拉普拉斯算子、LOG算子

19、简述最小二乘影像匹配的基本思想。

在影像匹配中引入影像灰度的系统变形参数，同时按最小二乘的原则，解求这些参数，就是最小二乘影像匹配的基本思想。

20、基于特征的影像匹配算法适用于哪几种场合？

a)待匹配的点位于低反差区内，如林区

b)匹配目的是只需要配准某些“感兴趣”的点线或面

c)在大比例尺城市航空摄影测量中，大多数对象是人工建筑物，此时由于影像的不连续、阴影与

被遮蔽等原因，基于灰度匹配的算法也难以适应。

五、论述

1、立体像对有哪些特殊的点、线、面？请画图说明。

2、叙述航带网法空三基本原理。

把许多立体像对构成的单个模型连结成一个航带模型，将航带模型视为单元模型进行解析处理，通过消除航带模型中积累的系统误差，将航带模型整体纳入到测图中（绝对定向），从而确定加密点的地面坐标。

3、叙述光束法区域网空三基本原理。

以每张像片/一束光线作为平差单元，以中心投影的共线方程作为平差基础方程式，整体解求全区域内每张像片的外方位元素以及所有待求点的地面坐标。

4、叙述相关系数法影像匹配的过程，并说明其优势。

过程：确定目标点---确定目标窗口---估计搜索窗口---求解相关系数---获得相关系数最大值的位置---获得同名点

优势：相关系数是衡量左右影像两个灰度矢量X与Y相似性的一个数值指标

由于相关系数是标准化的协方差函数，因此当目标影像灰度与搜索影像的灰度之间存在线型畸变时，仍然能较好地评价他们之间的相似性程度

在各种基本影像匹配算法中，“相关系数最大”影像匹配算法成功率最高。

5、简述大多数摄影测量软件（如ERDAS、VirtuoZo等）中，数字微分纠正的实际解法。

从原理上讲，数字纠正是点元素纠正，但在实际软件系统中，均已“面元素”作为“纠正单元”，一般以正方形作为纠正单元。即用反解公式计算该纠正单元4个角点坐标（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3）和（x4，y4），而纠正单元内坐标（xij，yij）则用双线性内插求得，由此得到像点坐标后，再由灰度双线性内插，求得其灰度。

6、什么是数字微分纠正？简述线性阵列影像数字微分纠正的常用方法，并指出其原理与航空影像的数

字微分纠正有何不同？

数字微分纠正：根据有关的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，从原始非正摄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纠正，且使用的是数字方式处理，故叫做数字微分纠正或数字纠正。

常用方法：间接法纠正、直接法纠正、直接法与间接法相结合的纠正方案、多项式纠正、基于有理多项模型的高分辨遥感影像纠正

原理：每条影像外方位元素已知，行内为中心投影、行间为正摄投影。

7、叙述GPS辅助空中三角测量的基本原理，并说明其优点。

原理：利用机载（安装与飞机上与航摄与航摄仪相连的）GPS接收机与地面基准站的GPS接收机，至少两台GPS信号接收机同步、快速、连续地观测GPS卫星信号、同时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，经过GPS载波相位测量差分定位技术的离线数据处理后，获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为附件观测值引入摄影测量区域网平差中，以取代（或减少）地面控制，经采用统一的数学模型和算法来整体确定目标点位和像片方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法。

优点：极大地减少甚至完全免除常规空中三角测量所必需的地面控制点，以及节省野外控制测量工作量、缩短航测成图周期、降低生产成本、提高生产效率。