摄影测量学复习
摄影测量学复习资料
第一章绪论
1、摄影测量的定义、任务
定义：摄影测量与遥感是从非接触成像和其他传感器系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺，科学与技术。
其中摄影测量侧重于提取几何信息，遥感侧重于物理信息。
任务：（1）测绘各种比例尺地形图。（2）建立数字地面模型（地形数据库）。
2、摄影测量学：是对研究的对象进行摄影，根据所得的构象信息，从几何
方面和物理方面加以分析研究，从而对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。
3、解决的基本问题：几何定位和影像解译。
4、摄影测量的三个发展阶段及其特点。（了解）
5、摄影测量的分类方法及其分类（了解）：（1）按距离远近可分为航天摄
影测、航空摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量和显微摄影测量；
（2）按用途可分为地形摄影测量和非地形摄影测量；（3）按处理手段可分为模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量；（4）根据摄影机平台位置的不同可分为航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量和水下摄影测量。
第二章影像的获取
1、航空影像和遥感影像的获取方式
航空影像：飞机等航空平台搭乘航摄仪（或数码相机）摄影成像；一般航空影像分为专业航摄仪（航空摄影机）获取的标准航片和非量测摄影机（普通摄影机）获取的非标准航片。
遥感影像：卫星等航天平台利用各类传感器（阵列扫描、推扫）获取遥感影像。例如SPOT、QB、TM、IKONOS、World View等影像。
2、量测摄影机与非量测摄影机的区别
（1）量测摄影机的主距是一个固定的已知值（2）量测摄影机的承片框上具有框标，即固定不变的承片框上，四个边的中点各安置一个机械标志；框标，其目的是建立像片的直角，框标坐标系。（3）量测摄影机的内方位元素是已知值。
3、航向重叠：摄影时飞机沿相邻影像之间必须保持一定的重叠度。一般P=50%~65%；P值最小不能小于53%。
旁向重叠：完成一条航线的摄影后，飞机进入另一条航线进行测量摄影，相邻航线影像之间也必须有一定的重叠。一般q=30%~40%，最小不得小于
15%。
第三章摄影测量基础知识（重点！！！）
1、航摄像片上特殊的点、线、面。
（1）像主点：摄影中心S在像片平面上的投影点。
（2）像底点：主垂线与像片面P的交点n称为像底点。
（3）等角点：倾角α的平分线与像片面交于点C称C点为等角点。（4）主纵线：主垂面W与像平面P的交线称为主纵线W。
（5）等比线：过像主点平行于合线的直线称为等比线。
2、摄影测量常用的坐标系统，它们是如何定义的
（1）像平面坐标系：是以该像片的像主点为坐标原点的坐标系，用来表示像点在像片面上的位置，在实际应用中，常采用框标连线的交点为坐标原点，称为框标平面坐标系。X、y轴的方向按需要而定，常取与航线方向一致的连线为x轴，航线方向为正。
（2）像空间坐标系：以摄影中心S为坐标原点，X轴和Y轴分别与像平面直角坐标系的X轴和Y轴平行，Z轴与主光轴重合，向上为正，像点的像空间坐标系表示为（x、y、-f）。
（3）像空间辅助坐标系：其坐标原点是摄影中心S坐标轴依情况而定，通常有三种方法：
a、以每一条航线的第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系。
b、取u、v、w轴系分别平行于地面摄影测量坐标系D-XYZ，这样同一像点a在像空间坐标系中的坐标为x、y、z=（-f），而在像空间辅助坐标系中
的坐标为u、v、w。
c、以每个像片对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为u轴，以摄影基线及左片光轴构成的平面作为uw平面，过原点且垂直与uw面（左核面）的轴为v轴构成右手直角坐标系。
（4）地面摄影测量坐标系：其坐标原点在测区内某一点上，x轴是大致与航向一致的水平方向，y轴与x轴正交，z轴沿铅垂方向，构成右手直角坐标系。
3、航测像片的内、外方位元素
（1）内方位元素：表示摄影中心与像片面相对位置的参数为内方位元素，
即（x
0、y
0、
f）
（2）外方位元素：表示摄影中心和像片（或摄影光束）在地面坐标系中
的位置和姿态的参数为外方位元素，即三个直线元素X
s 、Y
s
、Z
s
，和三个
角元素φ、ω、κ。
4、什么是共线条件方程分别推导“用像点坐标表示地面点坐标的共线条
件方程”和“用地面点坐标表示像点坐标的共线条件方程”。（旋转矩阵的9个元素不必推导）
5、解释共线方程中各类因子的含义
共线条件方程描述了像点a（x、y、-f）摄影中心S（X
s ,Y
s
,Z
s
）与相应
地面点A(X,Y,Z)位于一条直线上，其中a1，a2，a3，b1，b2，b3，c1，c2，c3是由外方位角元素φ、ω、κ所生成的3*3的正交旋转矩阵R的九个元素。
6、什么是像点位移列出投影差公式分析其位移特点
（1）地面点的实际构象位置与理想情况下的构象位置存在差异的着种现象称为像点位移。
（2）像点位移包括因像片倾斜引起的像点位移（倾斜误差）和因地形起
伏引起的像点位移（投影差）。
投影差：地形起伏引起的像点位移在以像底点为中心的辐射线上，当h>0时，即为正，即像点背离像底点方向的位移；当h<0时，即为负，即像点朝向像底点方向位移；=0时，=0，说明位于像底点处的像点不存在地形起伏引起像点位移。
7、什么是摄影比例尺与地形图比例尺有什么不同
摄影比例尺：航摄像片上一线段为的影像与地面上相应的水平距离L之
比，即
地形图是正射投影，比例尺处处一致，常以1/M表示。航摄像片是中心投
影，由于存在像片倾斜和地形起伏两种误差的影响，致使航摄像片上的影
像有变形，各处比例尺也不一致
8、绝对航高：摄影瞬间摄影机物镜中心相对于平均海水面的航高称为绝
对航高。
9、相对航高：摄影瞬间摄影机物镜中心相对于其他某一基准面或某一点
的高度均为相对航高。
10、摄影基线：航线方向相邻两摄站点间的空间距离称为摄影基线。
11、航摄像片与地形图的区别：
（1）像片与地形图投影方法不同：地形图是正射投影，比例尺处处以致，
常以1/M表示；航摄像片是中心投影，由于受到像片倾斜和地形起
伏的影响，各处比例尺R不一致。
（2）像片与地形图表示方法和内容不同：
A、在表示方法上：地形图是按成图比例尺所规定的各种符号，注记
和等高线来表示地物地貌的，二航摄像片表示为影像的大小，
形状和色调。
B、在表示内容上：在地形图上用相应的符号、文字、和数字注记表
示，如居民地的名称，房屋的类型，道路的等级，河流的宽、深
和流向，地面的高程等，这些在像片上是表示不出来的。另一方
面，在地形图上必须经过综合取舍，只表示那些经选择的有意义
的地物，二在像片上所有拍摄的全部影像。
第四章双像立体测图基础与立体测图
1、何谓左右视差、上下视差
在没有恢复两张相邻影像的相对位置之前，同名点的投影光线在空间不相交，其投影点在X方向的距离称为左右视差，在Y方向上的距离称为上下视差。
2．什么是立体像对像对立体观察应满足的条件是什么
立体像对：有不同摄站获取得具有一定影像重叠的两张像片。
像对立体观察的条件：（1）两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对；
（2）分眼观测；
（3）两张像片上相同景物（同名像点）的连线与眼睛基线应大致平行；
分眼观测可以用立体镜观察法，双目镜观测光路的立体观察，互补色法立体观察，同步闪闭法立体观察，偏振光法立体观察。
3、立体像对有哪些特殊的点、线及面
点：s 1 s 2 左右像片的摄影中心；o 1 o 2 左右像片的像主点
a 1 a 2 地面上任意点A 在左右像片上的构像即同名像点
k 1 k 2 核点
线： B 摄影基线 AS 1a 1 AS 2a 2 同名射线
k 1a 1 k 2a 2 同名核线
面： WA 核面
4．什么是相对定向什么是相对定向元素有哪几个
确定一个立体像对两像片的相对位置称为相对定向。
确定两像片相对位置关系的元素称为相对定向元素。
连续像对的相对定向元素
单独像对的相对定向元素 5、相对定向的目的：恢复两张像片的相对位置，达到同名射线对对相交，建立起于地面相似的几何模型。
6、什么是绝对定向什么是绝对定向元素有哪几个
解算立体像对绝对方位元素的工作称为绝对定向。
描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数称为绝对定向元素。
222
v w b b ?ωκ、、、、11222
?κ?ωκ、、、、
7、绝对定向的目的：恢复立体模型的绝对方位，使模型与地面坐标系一致。
8、相对定向的定向的不需要知道像控点，而绝对定向的定向点必须是像控点。
第五章摄影测量解析基础
1、空间后方交会的目的：就是利用地面控制点的已知坐标值来反求像片的外方位元素。
2、什么叫单向空间后方交会对参加单像空间后方交会的控制点有什么要求描述单向空间后方交会的解算过程。
单向空间后方交会：利用影像覆盖范围内一定数量的分布合理的地面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的方法。控制点不能在同一条直线上。
解算过程（了解）：（1）获取已知数据：包括平均航高，内方位元素，从外业测量成果中，获取控制点的地面测量坐标，并转化为地面摄影测量坐标。
（2）量测控制点的像点坐标并进行像点坐标系统误差改正。
（3）确定未知数的初始值：在数值摄影情况下，三个角元素初值：
线元素初值：
（4）计算旋转矩阵R：利用角元素的近似值计算方向余弦，组成旋转矩阵。
（5）逐点计算像点坐标近似值：利用未知数的近似值代入共线方程，计算控制点相应的像点坐标的近似值（x）(y)
（6）组成误差方程式：按公式组成误差方程式，然后按组成法方程，解算未知数的改正数；
（7）改正数小于指定值，则完成：否则将解算的未知数加上初始值，作为新的初始值，重复4-6步。
（8）精度评定
3、什么叫立体像对前方交会描述立体像对前方交会的解算过程。
利用立体像对两张像片的内方位元素，同名像点坐标和像对的相对方位元素（或外方位元素）解算模型点坐标（或地面点坐标）的工作。
解算过程（了解）
4、什么叫解析法相对定向其理论基础是什么
解析法相对定向：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，通过量测的像点坐标，以解析计算的方法（此时不需要野外控制点）解求两像片相对方位元素值的过程。
同名光线对对相交是相对定向的理论基础。
解析法相对定向的数学模型：共面条件方程（空间后方交会的数学模型：共线条件方程）
6、什么叫解析法绝对定向描述解析法绝对定向的解算过程。如何解算绝
对定向元素至少需要几个地面控制点为什么
解析法绝对定向：就是利用已知的地面控制点，从绝对定向的关系式出发，解求上述七个绝对定向元素的过程。
至少需要2个平高控制点和1个高程点，且3个控制点不能在一条直线上。因为有七个未知数。
6、双像解析摄影测量有哪三种解析方法各有何特点
双像解析摄影测量可用三种结算方法：后交—前交解法、相对定向—绝对定向解法、光束法。
（1）第一种方法前交的结果依赖与空间后方交会的精度，前交过程中没有充分利用多余条件平差计算；
（2）第二种方法计算公式比较多，最后的点位精度取决于相对定向和绝对定向的精度，用这种方法的结算结果不能严格表达一幅影像的外方位元素；
（3）第三种方法的理论严密、求解精度高，待定点的坐标是按最小二乘准则解得的。
第六章解析空中三角测量
1、空中三角测量的分类：
（1）按计算范围的大小：单模型，单航带，区域网空中三角测量。
（2）按平差时所采用的数学模型不同：航带法，独立模型法，光束法空中三角测量。
（3）按发展阶段分：模拟法，解析法，数字空中三角测量。
2、像点坐标的系统误差
像点坐标的系统误差包括：（1）底片变形，（2）摄影机物镜的畸变，（3）大气折光，（4）地球曲率的影像。
3、什么是解析空中三角测量其通常采用的平差模型有哪些分别简述航带网法空三测量、独立模型法区域网空三测量、光束法区域网空三测量的基本思想。
以像片上量测的像点坐标为依据，采用严密的数学模型，按最小二乘原理，用少量野外控制点最为平差条件，在计算机上解求出测图所需要的地面控制点坐标的理论方法或作业过程称之为解析空中三角测量。
其通常采用的三种平差模型可分为航带法、独立模型法和光束法。
航带法基本思想：把许多立体像对构成的单个模型连接成一个航带模型，以航带模型为基本平差单元根据控制点的外业坐标与内业坐标相等，连接点的内业坐标相等，按照非线性改正公式列出误差方程，在整个区域内统一进行平差，答解出各航带的非线性改正数，计算出加密点地面坐标。
独立模型法基本思想：以各自建立的单模型为基本平差单元，根据控制点的外业坐标与内业坐标相等，连接点的内业坐标相等，按照三维空间相似变换列出误差方程，在整个区域内统一进行平差，答解出个模型的绝对定向参数，并计算出加密点地面坐标。
光束法的基本思想：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。
B（S1a1*S2a2）=0
第七章数字高程模型（了解）
1、DEM的几种常用的表现形式及特点
（1）规则格网（Grid），（2）不规则三角网（TIN），（3）Grid---- TIN a、特点：规则格网DEM只存储了高程坐标z，存储量小，数据结构简单，易于管理。
b、缺点: Grid有时不能准确地表示地表结构与细部特征。
c、不规则三角网存储量大，数据结构复杂，不便于规则化管理，难以与矢量和栅格数据进行联合分析。
d、优点：TIN能充分利用地貌的特征点，线，较好地表示复杂地形；可根据图通地形选取合适的采样点数；进行地形分析和绘制立体图也很方便。Grid---TIN结合了上述两种形式特点。
2、摄影测量生产DEM的流程（详见4D产品的生产）
第八章数字摄影测量基础（重点！）
1、数字摄影测量学定义
基于摄影测量和数字影像的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科理论与方法，提取所摄对象用数字方式
表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支。
数字摄影测量与传统摄影测量最大区别（或本质区别）在于：采用计算机视觉代替人眼完成同名像点的识别。
3、数字影像：数字摄影测量处理的原始资料是数字影像或数字化影像，它是一个灰度矩阵，矩阵中的每个元素对应于被摄物体或光学影像的一个微小区域，称为像元或像素，它是数字影像最小基本单元。各像素的值就是数字影像的灰度值，它反映了对应物体地辐射强度或光学影像的黑白程度，一般是0----255之间的某个证书，矩阵的每一行对应的一个扫描单元，数字影像可由数码相机摄影直接获得，但是目前更多的是将光学影像（传统航空摄影机所摄取的底片进行扫描获得）但在进行摄影测量时，前者无须进行内定向，后者需要内定向。
4、数字影像获取方式：1）影像数字化；2）直接获取
5、影像数字化：采样和量化。
采样：将空间上连续的函数变成离散点的操作称为采样。就是灰度的离散化
量化：，采样过程得到的每个区域的灰度值通常不是整数，不便于实际计算，为此应将各区域的灰度值取为整数，这一过程称为影像灰度的量化。
6、为什么要对数字影像进行重采样
原因是当算得的原始影像不位于采样点（矩阵节点）上时，并无现成的灰度值存在，此时就必须采用适当的方法，把该点周围整数点位上灰度值对该点的灰度贡献积累起来，构成该点位新的灰度值。这个过程称为数字影像灰度的重采样。
7、重采样的方法：双线性内插法、双三次卷积法、最近邻法。
8、双线性内插法的基本原理：权函数根据利用待求重采样点P四个相邻像素在x和y方向上作线性内插。
9、什么是影像匹配基于灰度的数字影像相关的原理及过程。
影像匹配即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
（最初的影像匹配是利用相关技术实现的，因而也有人称影像匹配为影像相关。
影像匹配是图像融合、目标识别、目标变化检测、计算机视觉等问题中的一个重要前期步骤，在遥感、数字摄影测量、计算机视觉、地图学以及军事应用等多个领域都有着广泛的应用。）
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。
二维相关过程：1）建立目标区：左影像以待定点为中心确定一个目标区（n ×n,n 为大于或等于3的奇数）；2）建立搜索区：在右影像待定点同名像点可能出现的区域确定搜索区（搜索区大小为k ×l,k 和l 大于n ）；3）计算：在搜索区逐行列地取与目标区同等大小的像块计算二者的相似性测度（一般计算二者的相关系数或协方差）；4）判定：计算完成后对比所有相似性测度计算值，其最大值所对应像块的中心即为待定点的同名像点。
10、什么是一维相关进行一维相关的前提是什么进行一维相关的理论基础是什么
一维相关也称为核线相关，指影像相关过程中搜索同名点只沿一个方向进行，而不是逐行列搜索。
进行一维相关（核线相关）的前提:确定左右影像的同名核线，建立核线影像。
进行一维相关的理论基础：同名像点一定位于同名核线上。
11、确定同名核线的方法。
（1）基于数字影像几何纠正的核线关系：a 、在内定向的基础上，按照独立像对相对定向的方法进行相对定向，求得5个相对定向元素。b 、根据相对定向的结果，将原始影像的4个角点投影到核线影像平面上，以确定核线影像的范围。c 、在确定某一行核线影像的yt 值后，以等间隔Δ取一系列的xt 值Δ、2Δ、3Δ，按式x=d1x1+d2d3xt +1 , y=e1x1+e2
e3xt +1 解求一系列
像点坐标（x1,y1）（x2,y2）（x3,y3）,并按式c r =h1h2k1k2 x ?x0y ?y0 –c0r0
求得这些点位于原始影像的坐标（c1,r1）（c2,r2）（c3,r3）…… d、得到原始影像坐标后，并不一定处于某一个像素的整数位置上，需要求行重采
样，将这些像点经重采样后的对都市g(x1,y1),g(x2,y2),g(x3,y3)…直接赋予核线影像。G(Δ,yt)=g(c1,r1);……
（2）基于核线定义，采用共面方程解算核线
12、常用全数字摄影测量系统有哪些它们都具备哪些基本功能
常用全数字摄影测量系统有VirtuoZo 工作站，JX-4（DPW ），SGI 工作站，Z/I Imaging 数字摄影测量软件和ERDAS LPS 。
全数字摄影测量系统包括硬件设备和软件系统。硬件设备主要为：电脑、手轮、脚盘、影像扫描及打印设备等；软件系统包括：基础模块（影像输入、工程建立、参数设置等）、定向模块、匹配模块、4D 产品生成模块等。
13、4D 产品各自的定义及特点。（自行整理）
DEM 、DOM 、DLG 和DRG
14、数字摄影测量生产DOM 的方法。什么是数字微分纠正间接法数字微分纠正过程。直接法数字影像纠正的缺点包括哪些
数字摄影测量生产DOM 一般采取数字微分纠正的方法。
数字微分纠正：根据参数与数字高程模型，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，将影像化为很多微小的区域逐一从原始非正射投影的数字影像获取正射影像的过程。
数字微分纠正是实现两个二维图像之间的几何变换；也就是确定出数字影像的像素的几何位置和灰度值
间接法数字影像纠正过程：1）计算地面点坐标X ＝ X 0 + M · X’ Y
＝ Y 0 + M · Y’ ；2）计算像点坐标 ???????
-+-+--+-+--=--+-+--+-+--=-)()()()()()()()()()()()(33322203331110s s s s s s s s s s s s Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f y y Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f x x
3）灰度内插；4）灰度赋值（将内插后的灰度值配赋给纠正单元）
间接法数字影像纠正是从正射影像出发，解决正射影像上每个像元（也就是纠正单元，每个像元的几何位置可确定）的灰度值的问题。
（2）直接法数字影像纠正。
直接法数字影像纠正是从原始影像出发，解决原始影像上每个像元（也就是纠正单元，每个像元的灰度值可确定）的在正射影像上的几何位置的问题。直接法数字影像纠正采用的是以像点坐标为已知的共线方程 ，该方程导致无法直接确定地面点的高程值，只能通过
假设高程，计算出平面坐标后代入DEM 内插，内插的高程与假设高程对比，不断地调整，直到二者差距符合要求，因此计算繁琐；其二纠正后的影像像元非规则排列；
15．摄影测量外业的工作流程像片控制点的布点方案什么是像片调绘什么是像片翻译
摄影测量的外业工作流程：（1）技术设计；（2）准备工作及拟定作业计划；
（3）外业工地施测；（4）外业成果检查与验收。
像控点的布点方案：
1）全野外布点；2）非全野外布点：（1）航带网法的布点方案：六点法：按每段航带网的两端和中央的像主点，在其上下方向上旁向重叠范围内各f c y c x c f b y b x b Z Y f c y c x c f
a y a x a Z X 321321321321-+-+?
=-+-+?
=
布设一对平高点。八点法：在每段航带网内，布设八个平高控制点。五点法：在航带网中央的像主点上方或下方或附近只布设一个平高点。（2）区域网布点方案：一般只在区域网的四周布设平高点、中间多加一个高程点。
在对航摄像片进行解译的基础上，根据用图的要求，进行适当的综合取舍，并按图式规定的符号将地物、地貌元素描绘在相应的像片上并做各种标记，然后在室内整饰，这些工作称为像片调绘。
像片解译是指根据地物的光谱特性、空间特征、时间特征和成像规律，识别出与像片影像相应的地物类别、特性和某些要素或者测算某种数据指标的过程。
14、全数字摄影测量系统处理单个立体像对的流程。
* 红色字体部分是空三处理流程