数字摄影测量
第八章 数字摄影测量基础PDF
灰度： D = log O = log 1
T
二、数字影像及获取方法
数字影像是一个灰度矩阵g：
⎡ g0,0
g0,1
"
g
=
⎢ ⎢
g1,0
⎢#
g1,1
"
#
⎢
⎢⎣ gm−1,0 gm−1,1
"
g0,n－1 ⎤
g1,n−1
⎥ ⎥
#⎥ ⎥
gm−1,n−1 ⎥⎦
每个像元素 g j,i 是一个灰度值 每个元素称为一个像元素(对应着实体的一个微小区域)
字 化
x = h0 + h1 x + h2 y
的 步
进
y = k0 + k1x + k2 y
方 向
h0，h1，h2，k 0，k1，k 2
y
o
x
内定向参数，利用四个框标
点平差解算
O
数字化的扫描方向
x
影像重采样理论 非
采
样
•••••
点
• • •• • •
的
••••• •••••
灰 度 ？
•••••
五、数字影像重采样
39 40 66 159 251 252 159 127
数字影像的获取：
9采样 9 量化 采样：每隔一个间隔 Δ 获取一个 点的灰度值 。 对实际连续函数模型离散化的量测 过程 样点 被量测的“点”是小的区域，通常是矩 形或正方形的的微小影块----像素
采样间隔 Δ
矩形的长与宽通常称为像素的大小 9 精度要求 9 影像分辨率 9 数据量
Δx＝Δy : 采样间隔
0 39 127 251 251
数字摄影测量
摄影测量学：摄影测量学是对研究的对象进行摄影，根据所获得的构像信息，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。
数字摄影测量：数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，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学科。
空中三角测量：是立体摄影测量中，根据少量的野外控制点，在室内进行控制点加密，求得加密点的高程和平面位置的测量方法。
内方位元素：描述摄影中心与相片之间相互位置关系的参数空间后方交会：利用航摄像片上三个以上不在一条直线上的控制点按共线方程计算该像片外方位元素的方法空间前方交会（立体像对前方交会）：由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法。
像点位移：一个地面点在地面水平的水平像片上的构象与地面有起伏时或倾斜像片上构象的点位不同，这种点位的差异称为像点位移。
数字影像重采样:由于数字影响是个规则的灰度格序列，当对数字影像进行处理时，所求得的点位恰好落在原始像片上像素中心，要获得该点灰度值，就要在原采样基础上再一次采样。
内定向：根据像片的框标和相应的摄影机检定参数，恢复像片与摄影机的相关位置，即建立像片坐标系。
外方位元素：用于描述摄影中心的空间坐标值和姿态的参数。
内方位元素：用来表示摄影中心与像片之间相关位臵的参数，即摄影中心到像片的垂距(主距)f及像主点o在像框标坐标系中的坐标x0，y0,。
内方位元素确定摄影时光束的形状。
绝对定向元素：确定相对定向所建立的几何模型比例尺和恢复模型空间方位的元素。
像主点：像片主光轴与像平面的交点。
主合点：地面上一组平行于摄影方向线的光束在像片上的构像。
金字塔影像：对二维影像进行低通滤波，并逐渐增大采样间隔，形成的影像像素依此减少的影像序列。
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。
数字摄影测量试题
1.数字摄影测量的分类：按距离远近分：航天摄影测量，航空摄影测量，近景摄影测量，显微摄影测量按用途分：地形摄影测量，非地形摄影测量按处理手段分：模拟摄影测量，解析摄影测量，数字摄影测量2.摄影测量三个发展阶段的特点：3.框标机械框标设在框架的每一边的中点，光学框标设在框架的角隅上4.摄影测量对航空摄影有哪些基本要求：（1）空中摄影采用竖直摄影方式，即摄影瞬间摄影机物镜的主光轴近似与地面垂直；（2）航摄比例尺的选取要以成图比例尺、摄影测量内业成图方法和成图精度等因素来考虑选取；（3）航向重叠度（同一条航线内相邻像片之间的影像重叠）一般要求在60%以上，旁向重叠度（两相邻航带像片之间的影像重叠）要求在30%左右；（4）航带弯曲度一般规定不得超过3%；（5）像片的旋偏角一般要求小于6°，最大不应大雨8°5.中心投影及正射投影：当投影射线聚于一点时的投影称为中心投影；6.正片负片位置及何时用正负片：负片位置：投影平面和物点位在投影中心的两侧正片位置：投影平面和物点位在投影中心同一侧摄影时的位置是负片位置，解算时的位置是正片位置，为了解算的方便，像点和物点之间的几何关系并没有改变；7.透视变换重要的点、线、面投影中心S（主光轴：过投影中心S垂直于像平面P的光线）像主点o：主光轴与像平面的交点o地主点O：主光轴与地面对应点像底点n:过投影中心S的铅垂线SN与像平面交点n地底点N：过投影中心S的铅垂线SN 与地面点交点N.倾斜角------主光轴SO与主垂线SN夹角α等角点c ：倾斜角α的平分线SC与像平面P的交点cSo ：摄影机的主距&像片主距用f表示；TT：迹线&透视轴像平面和地平面的交线；SO：摄影方向，表示摄影瞬间摄影机主光轴的空间方位；SN：是投影中心S相对于相对于过地底点N的地平面的航高；vv：主纵线，W和P的交线VV：摄影方向线，W和E的交线P：像平面；E：地平面；W：主垂面：过铅垂线SnN和摄影方向线SoO的铅垂面；P⊥W,W ⊥E，W ⊥TT8.等角点的特性：根据等角点的特性，可以在倾斜航摄像片上以等角点c为角顶量出某一角度，来代替在地面以点C为测站实地量测的水平角。
10 第五章数字摄影测量(2)
g2(xi)
Xi
搜索窗
Xi -X0
目标窗
可有： 可有：
∆g ( xi ) = g 2 ( xi ) − g 1 ( xi ) = g1 ( xi − x0 ) − g1 ( xi ) + n 2 ( x i ) − n1 ( x i ) g1 ( xi − x0 ) = g1 ( xi ) − (
2
σ gg' = σ gg =
1 n
2
∑∑(g
i =1 j =1 n n
n
n
ij
′ − g)(gij − g′)
1 n
2
∑ ∑
i=1
n
n
∑∑
i=1 j =1 n n
(g − g)2
ij
g
n
ij
j =1
1 n
2
∑ ∑
i =1
n
g i′ ,
σ g'g' =
j
1 n
2
∑∑
i=1 j =1
′ (gij − g′)2
.
.
5.4 同名核线与核线匹配
一、 二、 三、 四、 核线及性质 相对水平像对同名核线获取 核线重采样 核线匹配
cj
一、 核线及性质
1、核线定义 、 2、核线性质 、
cj
倾斜影像
水平影像
左核 线
cj
S1
a
1
S2 核 面
A′ A
x(p) a2′ a
2
右核 线
a2〞
左右视 差
y(q) 地表
二、相对水平像对同名核线获取
x = − f d1xt + d 2 d 3xt + 1 e1 x t + e 2 y = − f e3 xt + 1
数字摄影测量技术
数字摄影测量技术推荐文章测量队长个人工作总结热度：土木工程测量实习报告热度：土木测量实习心得热度：塑胶品质测量员的简历怎么写热度：土木工程测量实训心得体会3篇热度：数字摄影测量(Basic concept of digital photogrammetry)是基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。
下面由小编为你介绍一下什么是数字摄影测量。
数字摄影测量美国等国称之为软拷贝摄影测量(Softcopy Photogrammetry)，我国王之卓教授称为全数字摄影测量(Full Digital Photogrammetry)。
这种定义认为，在数字摄影测量过程中，不仅产品是数字的，而且中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。
定义英文：Basic concept of digital photogrammetry世界上对于数字摄影测量的定义，主要有两种观点。
a. 数字摄影测量是基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。
美国等国称之为软拷贝摄影测量(Softcopy Photogrammetry)，我国王之卓教授称为全数字摄影测量(Full Digital Photogrammetry).这种定义认为，在数字摄影测量过程中，不仅产品是数字的，而且中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。
b. 另一种定义，则只强调其中间数据记录及最终产品是数字形式的，即数字摄影测量是基于摄影测量的基本原理，应用计算机技术，从影像(包括硬拷贝，数字影像或数字化影像)提取所摄对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量分支学科。
这种定义的数字摄影测量，包括计算机辅助测图(常称为数字测图)与影像数字化图。
摄影测量学 数字摄影测量
图像在空间上的离散化称为采样。用空间部 分点的灰度值代表图像，这些点称为采样点。 采样时的采样孔径可以是多种形状，采样间 隔也可以是多样的。
上图是将一个7×8的栅格罩在一幅模拟图像来 对其进行采样，经过采样后，就可以用这56个 小格子来代替原始图像，每个小格称为像素 (pixel)，是图像的基本单元。像素个数越多， 图像的空间分辨率越高，图像细节越丰富。
2.量化
经采样后所得的像素的辐射值仍是连续的， 将像素的辐射值离散成整数值的过程叫量化。 这种整数值不再具有辐射值的物理意义，称 为灰度级。若一幅数字图像的量化灰度级数 G=28=256,则像素灰度取值范围为0-255。 由于计算机将字节作为最小的存储单位，为 便于计算机处理，常将图像量化为256个等级， 刚好用一个字节来存储。
数字图像
图像处理的方法有模拟式和数字式两种。我 们日常生活中见到的图像一般是连续形式的 模拟图像，模拟图像在空间和光强度上是连 续的。所以数字图像处理的一个先决条件就 是将连续图像离散化，转换为数字图像。图 像的数字化包括采样和量化两个过程。
1.采样
一幅二维图像用f(x,y)表示，x,y表示坐标点 的位置，f表示图像在该点的辐射值，辐射值 可以是任一波段的辐射能量。 模拟图像是连续的，f,x,y可以是任意实数， 不利于计算机处理，需要进行离散化。这种 离散化了图像就是数字图像。离散化后的 f,x,y都在整数集合中取值。
特征定位
识别出来的特征，不仅要确定其在图像中的 行列号，还要精确确定其坐标(x,y)，在数字 摄影测量中计算地面点坐标(X,Y,Z)时，像点 坐标精度通常要微米级。
特征定位算子有：基于小面元的定位算子、 Wong-Trinder圆点定位算子、Forstner定位 算子、高精度角点与直线定位算子等。
数字摄影测量的发展与展望
数字摄影测量的发展与展望数字摄影测量是将数字摄影技术应用于实现三维空间数据采集、模型构建和空间分析的一种技术方法。
随着数字摄影技术的不断发展和完善，数字摄影测量技术也得到了迅速发展。
本文将探讨数字摄影测量技术的发展现状和未来发展趋势。
发展现状数字摄影测量起源于20世纪90年代，起初主要是用于建筑测量和工厂设备管理等领域。
随着数字摄影技术的不断发展和提高，数字摄影测量技术应用领域不断拓展，例如：陆地测绘、水下测量、航空摄影测量等领域。
数字摄影测量技术的发展，主要集中在以下几方面：（1）设备技术不断创新：数字相机、激光扫描仪、无人机等设备的出现和不断提高，使得数字摄影测量能够实现更高精度、更大范围的测量。
（2）算法技术不断进步：数字摄影测量的算法不断创新，例如基于多视图几何约束的三维重建算法、分层网格法、多尺度分析算法等等，提高了测量精度和效率。
（3）应用领域不断扩展：数字摄影测量技术的应用范围不断扩展，如城市规划、工厂设计、地形测绘、文物保护等等领域，为经济社会的发展提供了有力的支撑。
未来展望数字摄影测量技术在未来的发展趋势有以下几个方向：（1）高精度化：数字摄影测量技术将致力于进一步提高精度，满足更高精度的数据采集和模型构建。
（2）智能化：数字摄影测量技术将不断引入人工智能技术，实现现场数据采集、处理与建模的自动化，提高数据处理效率和质量。
（3）大数据化：数字摄影测量技术将引入大数据技术，实现对大规模数据的处理和分析，用于城市规划、安全检测、交通管理等领域。
总之，数字摄影测量技术的发展具有广泛的应用前景，将为人们的生产和生活带来巨大的改变。
21 数字摄影测量
1.数字摄影测量的定义 数字地形图
数字正射影像
数字高 景观
2.数字摄影测量的软件和系统
现在，数字摄影测量得到了迅速的发展，数字摄影测量工 作站得到了越来越广泛的使用，它的品种也越来越多。如国 内由原武汉测绘科技大学王之卓教授于1978年提出了发展全 数字自动化测图系统的设想与方案，并于1985年完成了全数 字自动化测图系统WUDAMS，也采用数字方式实现摄影测量自 动化。再如北京四维远见信息技术有限公司的JX-4A等，国外 有Helava的DPW等。目前国内较为常用的是MapMatrix系列、 DP-Modeler系统、等。
基于特征点的图像配准方法 流程
7.数字摄影测量系统基本作业流程
（1）数据准备 （2）参数设置 （3）定向（内定向、相对定向、绝对定向） （4）核线采集与匹配 （5）DEM、DOM、DLG产品生产 （6）拼接与出图
课程小结与思考题
总结 1、数字摄影测量的定义、发展、系统 2、数字影像定向、核线几何解析与核线生成、影像匹配（重点） 3、数字摄影测量系统基本作业流程
4.数字影像定向
恢复影像内方位元素的过程称为影像内定向，目的是为了恢 复影像摄影时的光束形状。
在数字摄影测量中，数字化影像内定向是通过输入像片主距 和量测像片框标并进行相应计算来完成的，其目的是确定 像片扫描坐标系与以像主点为原点的像平面坐标系之间的 关系，以及影像可能存在的变形。
在数字摄影测量系统中，像点的位置是用扫描坐标表示的。
5.核线几何解析与核线生成
一般情况下，倾斜影像平面内的核线在像平面坐标系下，不是水 平（即平行于x轴）的直线，如图(a)、(b)所示。但是如果对原 始倾斜影像沿每一条核线进行重采样，形成一幅核线方向与离 散数字影像的行方向一致的影像，就消除了视差，但视差仍然 存在，这种视差正是场景中目标高差的反映。这种如图(c)、(d) 所示的新生成的影像就称为核线立体像对，有时也称为归一化 立体像对。核线立体像对中的每一幅影像称为核线影像，形成 核线影像的过程称为核线影像纠正或核线影像生成。
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1.数字摄影测量
定义：对研究的物体进行摄影，量测和解释所获得的影像，获取被摄物体的几何信息和物理信息的一门科学和技术。
内容：1.获取被摄物体的影像；2.研究影像的处理理论、技术和设备；3.将所处理和量测得到的结果以图解或数字的形式输出的技术和设备；
任务：用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。
特点：a.在影像上进行测量解译，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因此很少受气候、地理条件的限制；b.所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、形象直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息，物理信息；
c.可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的测量工作；
d.适用于大范围地形测绘，成土块、效率高；
e.产品形式多样、纸质地形图、DLG、DEM、DOM
2.摄影的基本原理：实质是小孔成像，即在小孔处放一个摄影物镜，在成像面处放置一个对光敏感材料，物镜投射光线经摄影物镜后聚集成像于感光材料上，感光材料感光后发生光化学作用，生成不稳定的肉眼不可见的潜像，潜像经过显影、定影等处理过程变成稳定可见的，但明亮度于实际物相反的影像，这种影像再经过晒印或放大等处理即获得与实际物明亮度一致的影像。
3.摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。
4.光圈：限制物镜边缘光线进入，调节和控制进入物镜的光量，通常在相机镜头中心设置一个光圈，它由一组金属片组成，成莲花瓣状，通过手动或自动调节中间透光部分的大小，相当于调节镜头的直径。
其作用：调节物镜的使用面积和调节进入物镜的光量。
5.景深：呗摄影物中能产生较为清晰影像的最近点至最远点的距离。
6.超焦点距离：当物镜对光调焦某一距离D能刚好使无穷远处的景物构象清晰，这一调焦距离称为超焦点距离。
7.航摄仪的特性：1）物镜畸变差较小；2）镜头分辨率高；3）物镜光轴与像平面垂直，且能高精度的测定两者间的距离；4）具有真空底片压平装置；5）能连
8.框标的分类：机械框标和光学框标。
9.中心投影的共线条件方程表达了 摄影中心、像点和对应地物点 三点位于 同一直线的几何关系，利用其解求单张像片 6 个外方位元素的方法称为单片空间后方交会，最少需要3 个平高地面控制点。
10.共线方程
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-+-+--+-+--=--+-+--+-+--=-)()()()()()()()()()()()(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
11.空间后方交会：根据影像覆盖范围内三个以上不在同一条直线上的分布合理的地面控制点（已知其像点和地面点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素的方法。
为提高解算外方位元素的精度，常有多余观测方程。
在空间后方交会中，通常是在像片的四角上选取四个或更多的地面控制点，因此要用最小二乘法平差计算。
12.内方位元素：是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数，包括三个参数，即摄影中心S 到像片的垂距（主距）f 及像主点o 在框标坐标系中的坐标x0,y0。
外方位元素：在恢复内方位元素的基础上，确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数称为外方位元素。
13.空间前方交会：？
14.立体像对的前方交会：由立体像对中两张像片的内、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。
15.航空摄影像片为中心投影；地图是正射投影。
摄影测量为逐面摄影。
16.立体像对：相邻摄站获取的具有一定重叠度的两张影像。
17.同名点：空间同一点在左右影像上的像点。
18.像主点：像片主光轴与像平面的交点。
19.立体观测的条件：1）分像：左眼只能看左像，右眼只能看右像；2）左右影像必须平行眼睛基线，不能上下叉开。
20.立体观测的方法：1）光学系统，如立体反光镜；2）互补色法；3）同步闪避发；4）偏振光法。
21.相对定向：恢复两张像片的相对位置和方位称为相对定向。
相对定向不需地
22.相对定向的唯一标准：两张影像上的同名点的投射光线对对相交，所有同名点的交点集合构成了地面的几何模型，简称地面模型。
23. 摄影测量的基本原理：利用立体像对上的同名点，进行空中前方交会，利用3°重叠的同名点进行模型连接，利用航代之间的同名点进行航代连接，利用同名点进行光平法、区域网平差等。
24.数字摄影测量处理的全为数字影像，数字摄影测量的核心是：匹配。
25.相对定向自动化核心：自动识别左右影像的同名点。
内定向自动化核心：自动识别影像的框标。
26.摄影测站相对定向自动化的步骤：1）生成影像金字塔；2）左像上用特征算子提取特征影像作为带匹配的目标点；3）在右像上搜索同名点；4）计算相对方为元素同时剔除同名点的粗差。
27.例题：由题意可知：航摄比例尺=0.3/1200=1/4000;
相片向前平移40%即s=（18*40%）/100*4000=288m
T=0.5s;v=s/t=288/0.5=576m/s.
由题意5张像片重叠，从第二张像片开始向前平移40%，则40%重叠4次，重叠像还剩20%，则重叠长度d=18*（5-1）*40%+18*20%=32.4cm=0.324m，实际d=0.324*4000=1296m；
宽度k=18cm=0.18m；实际k=0.18*4000=720m；
范围A=d*k=1296*720=933120 ㎡。
28.测量的前方交会：在空间物体前的两个已知位置（测站），放置两台经纬仪，利用望远镜分别在测站1和测站2分别照准A点，这样就可以根据两个测站的已知坐标（X1，Y1），（X2，Y2）与两站所测水平角，垂直角（α1，α2）,(β1，β2),球得A点坐标。
29.摄影测量的前方交会：在物体前的两个已知位置（摄站）摄取两张影像，做影像和有影像，在室内利用摄影测量仪器，量测同名点的影像坐标，交会得到物体的坐标。
30.摄影测量是面测量；普通测量是点测量；
31.摄影测量过程中，对准框标很重要，称为内定向。
32.非量测/普通摄影机优点：体重小、情表灵活、价格低、可调焦对光、闪光设备。
33.量测类与非量测类的对比：1）量测类的像距为固定已知值，航空的几乎等于物镜焦距，地面的分段固定物距调焦2）量测类的成片框上有框标3）量测类的内方位元素已知；{a像主点 b摄影机，物镜或结点在像片上的投影（X0、Y0）c像片主距f，像主点与物镜后结点间距离（摄影机主距）}
34摄影测量中，为了恢复立体像对两张像片之间的相互位置关系，可以根据左右像片上的同名像点位于同一核面的几何条件，采用相对定向方法来实现，最少需要量测 5对同名像点。
摄影测量中常用的坐标系有像平面坐标、像空间坐标、像空间辅助坐标、地面摄影测量坐标、大地测量坐标。