摄影测量复习资料武大版W.B-Ne.M

1.摄影测量与遥感的概念和意义：

概念：摄影测量与遥感是对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术 。

特点：在像片上进行量测和解译；无需接触物体本身，较少受自然和地理条件限；可摄得瞬间的动态物体影像；像片及其它各类影像提供物体的大量几何信息和物理信息

2.传统摄影测量学的定义：

传统的摄影测量学是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。

3.摄影测量学的三个发展阶段：

模拟摄影测量，解析摄影测量，数字摄影测量。

4.摄影测量的任务：

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。

非地形测量领域：生物医学；公安侦破；古文物、古建筑；建筑物变形监测；军事侦察；矿山工程。

5.摄影测量中常用的坐标系及作用：

像平面坐标系，用以表示像点在像平面上的位置。

像空间坐标系，为了便于进行空间坐标的变换建立的描述像点在像空间位置的坐标系。 像空间辅助坐标系，一种坐标系相对统一，便于进行计算的坐标系。

摄影测量坐标系，由像点的像空间辅助坐标求得相应地面点的摄影测量坐标的坐标系。 地面测量坐标系，摄影测量方法求得的地面点坐标进行变换所得，是最后提供给用户使用的坐标形式。

地面摄影测量坐标系，在摄影测量坐标系与地面测量坐标系之间建立的一种过渡性的坐标系。

6.航摄像片的内、外方位元素及作用：

内方位元素包括三个参数，即摄影中心S 到像片的垂距(主距)f 及像主点o 在像框标坐标系中的坐标x0，y0。

一张像片的外方位元素包括六个参数，其中有三个是直线元素，用于描述摄影中心的空间坐标值，用Xs ，Ys ，Zs 表示，是摄影中心S 在地面空间坐标系中的坐标；通常选用地面摄影测量坐标系。另外三个是角元素，用于表达像片面的空间姿态。外方位三个角元素可看作是摄影机光轴从起始的铅垂方向绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转形成的。

内方位元素是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数，外方位元素是确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。

7.共线方程的内容及应用： ???????-+-+--+-+--=-+-+--+-+--=)()()()()()()()()()()()(333222333111s A s A s A s A s A s A

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Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f y Z Z c Y Y b X X a Z Z c Y Y b X X a f x

式中： x ， y 为以像主点为原点的像点坐标；X A ，Y A ，Z A 为相应地面点坐标；f 为像片主距，影像的内方位元素 (x 0 ， y 0 )，f ；X S ，Y S ，Z S 为摄影中心S 的物方空间坐标；a i ， b i ，c i （i = 1，2，3）为影像的三个外方位角元素组成的九个方向余弦。

其应用主要有：

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（已知影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等等。

8.空间后方交会的目的，求解过程，解求中未知数、至少需要测求地面控制点的数量及原因：目的：利用一定数量的地面控制点，根据共线方程，反求像片的外方位元素，这种方法称为单张像片的空间后方交会。

过程：①获取已知数据；②量测控制点的像点坐标；③确定未知数的初始值；④计算旋转矩阵R；

⑤逐点计算像点坐标近似值；⑥组成误差方程式；⑦组成法方程式；⑧解求外方位元素；⑨检查计算是否收敛。

解求中有6个未知数，至少需要3个地面控制点，因为6个未知数至少需要6个方程，由于每一对共轭点可列出两个方程，因此，若有3个已知地面控制点坐标，则可列出6个方程，解求6个外方位元素改正数。

9.航线弯曲度，像片旋角和像片倾角：

航线弯曲度是指偏离该直线最远的像主点到该直线垂距与航带两端像主点之间的直线距离的比，一般采用百分数表示. 航线的弯曲会影响到航向重叠、旁向重叠的一致性，如果弯曲太大，则可能会产生航摄漏洞，甚至影响摄影测量的作业。因此，航线弯曲度一般规定不得超过3%。

像片上相邻像主点连线与同方向框标连线间的夹角称为像片旋角。

空中摄影采用竖直摄影方式，即摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，它偏离铅垂线的夹角应小于3度，夹角称为像片倾角。

10.人造立体视觉原理与条件：

原理：空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构像的像片产生生理视差，重建空间景物的立体视觉，所看到的空间景物称为立体影像，产生的立体视觉称为人造立体视觉。

条件：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；每只眼睛必须只能观察像对的一张像片；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％)，否则需用ZOOM系统等进行调节。

11.双像解析摄影测量的任务与方法：

任务：利用解析计算的方法处理影响信息，从而获得地面的基础空间信息，确定资源与环境信息的空间位置，它重点解决影像信息中的几何信息，建立地面数字模型。

用解析的方法处理立体像对，常用的方法有三种:

利用像片的空间后方交会与前方交会来解求地面目标的空间坐标。

利用立体像对的内在几何关系，进行相对定向，建立与地面相似的立体模型，计算出模型点的空间坐标。再通过绝对定向，将模型进行平移、旋转、缩放，把模型纳入到规定的地面坐标系之中，解求出地面目标的绝对空间坐标。

利用光束法双像解析摄影测量来解求地面目标的空间坐标。这种方法将待求点与已知外业控制点同时列出误差方程式，统一进行平差解求。这种方法理论较为严密，它把前面两种方法的两种步骤合在一个整体内。

12.空间前方交会的概念和计算步骤：

概念：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，称为空间前方交会。

计算步骤：

1.由已知的外方位角元素及像点的坐标，计算像空间辅助坐标；

2.由外方位线元素，计算摄影基线分量B x，B y，B z；

3.计算投影系数N1，N2；

4.最后由前方交会公式计算地面点的地面摄影测量坐标。由于N1和N2已经求出，计

算地面坐标时Y A应取平均值，是为了消除相对定向中存在的残差的影响。

13.双像解析计算的空间后交—前交方法：

野外像片控制测量；

用立体坐标量测仪量测像点的坐标；

空间后方交会计算像片外方位元素；

空间前方交会计算未知点地面坐标。

14.相对定向--绝对定向：

首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--绝对定向。

15.连续法相对定向计算的基本过程：

①在立体坐标量测仪上，量测选定的6个定向点的像点坐标(x1，y1)及(x2，y2)。

②确定初始值：假定左像片水平，则左片旋转矩阵R1为单位阵；右片的角元素j,w,k及m,g 的初始值取为零；bx取定向点中1号点的左右视差（x1–x2）。

③根据初始值，计算右片旋转矩阵R2。

④根据输入的像点平面坐标，计算像空间辅助坐标。

⑤根据给定的初始值，计算by，bz，并根据像空间辅助坐标，计算各点的投影系数N1，N2。

⑥根据连续像对相对定向的作业公式计算每个定向点的误差方程常数项及系数项，组成误差方程式。

⑦计算法方程系数矩阵及常数项，并解求法方程，求得未知数的改正数。

⑧求未知数的新值，即初始值加改正数。

⑨检查未知数的改正数是否大于限差，若大于限差，则重复③～⑧步的计算，直到所有改正数都小于限差为止。

16．坐标重心化的概念、目的和求解方法：

为了简便计算，常选模型的重心为坐标系的原点，用g表示，以重心为原点的坐标称为重心化坐标。

坐标的重心化是区域网平差中经常采用的一种数据预处理方法。

它的目的有两个：一是减少模型点坐标在计算过程中的有效位数，以保证计算的精度；二是采用了重心化坐标以后，可使法方程式的系数简化，个别项的数值变成零，部分未知数可以分开求解，从而提高了计算速度。

重心的坐标是对参加解求绝对定向元素的控制点取其算术平均值求出的。

17.光束法双像解析摄影测量的概念及解法：

光束法双像解析摄影测量用已知的少数控制点以及待求的地面点，在像对内，同时解求两张像片的外方位元素与待定点的坐标。

这种方法理论较为严密，精度较高，是一种较为完好的方法。

仍由共线方程出发，但在线性化过程中与单影像空间后方交会问题的不同之处是此时把待定点坐标X,Y,Z作为未知数，未知数，控制点同时列误差方程，联合进行解算。

18.双像解析摄影测量三种解法的比较：

双像解析摄影测量可应用三种解算方法：后交—前交解法；相对定向—绝对定向解法；光束

法解法。

三种方法的比较分析如下：

①第一种方法前交的结果依赖于空间后方交会的精度，前交过程中没有充分利用多余条件进行平差计算；

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，用这种方法的解算结果不能严格表达一幅影像的外方位元素；

③第三种方法的理论最严密、精度最高，待定点的坐标是完全按最小二乘法原理解求出来的。

19.解析空中三角测量的目的、意义和分类：

解析空中三角测量指的是用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素。

摄影测量方法测定（或加密）点位坐标的意义在于：

不需直接触及被量测的目标或物体，凡是在影像上可以看到的目标，不受地面通视条件限制，均可以测定其位置和几何形状；

可以快速地在大范围内同时进行点位测定，从而可节省大量的野外测量工作量；

摄影测量平差计算时，加密区域内部精度均匀，且很少受区域大小的影响；

所以，摄影测量加密方法已成为一种十分重要的点位测定方法。

从传统方法上讲，根据平差中采用的数学模型可分为航带法、独立模型法和光束法。

根据平差范围的大小，解析空中三角测量可分为单模型法、单航带法和区域网法。

20.数字摄影测量：

利用数字灰度信号，采用数字相关技术量测同名像点，在此基础上通过解析计算，进行相对定向和绝对定向，建立数字立体模型，从而建立数字高程模型、绘制等高线、制作正射影像图以及为地理信息系统提供基础信息等。这就是数字摄影测量。由于整个过程都是以数字形式在计算机中完成，因而又称为全数字化摄影测量。

21.影像的灰度：

影像的灰度又称光学密度，反映了透明的程度，即透光的能力,透过率T，用不透过率的对数表示。

22.影像数字化：

将透明正片（或负片）放在影像数字化器上，把像片上像点的灰度值用数字形式记录下来，称为影像数字化。

23.数字影像内定向：

在摄影测量中常取用以像主点为原点的像平面坐标来建立像点与地面点的坐标关系。由于在像片扫描的数字化过程中，像片的扫描坐标系与像平面坐标系一般不平行，且坐标原点不同，所以同一像点的像平面坐标x，y与其扫描坐标x’，y’不相等，需要加以换算，这种换算称为数字影像内定向。

为了进行内定向，必须量测影像上框标点的影像架坐标或扫描坐标。然后根据量测相机的检定结果所提供的框标理论坐标（传统摄影测量中也用框标距理论值），用解析计算方法进行内定向，从而获得所量测各点的影像坐标。

24.影像相关：

对于全数字化摄影测量，在没有人眼的立体观测的情况下，如何从左、右数字影像中寻找同名像点，亦即数字影像相关，是全数字化摄影测量的核心问题。

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。即首先取出以待定点为中心的小区域中的影像信号，然后取出其在另一影像中相应区域的影像信号，计算两者的相关函数，以相关函数最大值对应的相应区域中心点为同名点。即以影像信号分布最相似的区域为同名区域，同名区域的中心点为同名点。

25.核面与核线：

通过摄影基线S1S2与任一物方点A所作的平面W A称为通过点A的核面。通过像主点的核面称为主核面。在立体像对中，左、右影像各有其自身的主核面，一般两个主核面是不重合的。核面与影像面的交线称为核线，在一条核线上的任一点其在另一幅影像上的同名像点必定位在其同名核线上。

26.基于特征的影像匹配的概念、基本思想及步骤：

在很多场合，影像匹配主要是用于配准那些特征点、线或面。为有别于前述的基于灰度的匹配，这一类算法被称为特征匹配或基于特征的匹配。

基本思想：首先用某种特征提取算子提取影像中的特征(点、线、面)；然后对提取的特征进行参数描述；最后以特征的参数值为依据进行同名特征的搜索，继而获得同名像点。

一般来说，特征匹配可分为三步：①特征提取；②利用一组参数对特征作描述；③利用参数进行特征匹配。

27.数字摄影测量工作站的组成：

硬件组成：

- 计算机;

- 外部设备：立体观测设备;操作控制设备

- 输入设备：影像数字化仪

- 输出设备：矢量绘图仪;栅格绘图仪

软件组成：

- 数字影像处理软件主要包括：影像旋转；影像滤波；影像增强；特征提取

- 模式识别软件主要包括：特征识别与定位，框标的识别与定位；影像匹配（同名点、线与面的识别）；目标识别

- 解析摄影测量软件主要包括：定向参数计算；空中三角测量解算；核线关系解算，坐标计算与变换；数值内插，数字微分纠正；投影变换

- 辅助功能软件主要包括：数据输入输出；数据格式转换；注记；质量报告；图廓整饰；人机交互

28.数字地面模型（DTM），数字高程模型（DEM）概述：

数字地面模型（DTM）就是一个用于表示地面特征的空间分布的数据阵列，最常用的是用一系列地面点的平面坐标X、Y以及该地面点的高程Z或属性组成的数据阵列。它被用于各种线路（铁路、公路、输电线路）的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算，任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图与地图的修测。

若地面按一定格网形式有规则地排列，点的平面坐标X、Y可由起始原点推算而无需记录，这样地表面形态只用点的高程Z来表达，称为数字高程模型（DEM）。

29.数字高程模型DEM 两种表示形式：

利用一系列在X，Y方向上都是等间隔排列的地形点的高程Z表示地形，形成一个矩形格网DEM，存贮量最小、便于使用管理。缺点是有时不能准确表示地形的结构与细部。

若将地形特征采集的点按一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形，构成一个不规则三角网TIN表示的DEM,通常称为三角网DEM或TIN。能较好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地形表面比矩形格网精确。缺点是数据量较大，数据结构较复杂，使用与管理也较复杂。

30.DEM数据点的采集方法与方式：

为了建立DEM，必需量测一些点的三维坐标，被量测三维坐标的这些点称为数据点。

采集方法：

地面测量：利用自动记录的测距经纬仪在野外实测。

现有地图数字化：用数字化仪对已有地图上的信息，进行数字化的方法。

空间传感器：利用GPS、雷达和激光测高仪等进行数据采集。

采集方式：

沿等高线采样：沿等高线采样可按等距离间隔记录数据或按等时间间隔记录数据方式进行。规则格网采样：方法简单、精度较高、作业效率也较高；特征点可能丢失。

沿断面扫描：获取数据的精度比其它方法要差，特别是在地形变化趋势改变处，常常存在系统误差。

渐进采样：先按预定的比较稀疏的间隔进行采样，获得一个较稀疏的格网，然后分析是否需要对格网加密。

选择采样：可根据地形特征进行选择采样。

混合采样：将规则采样与选择采样结合起来进行。

自动化DEM数据采集：按影像上的规则格网利用数字影像匹配进行数据采集。

31.数字高程模型内插的概念、方法和特点：

摄影测量中的曲面内插和逼近，是根据一系列参考点(数据点)上的某些信息来拟合反映该信息特征的表面，并内插出其它点上的信息。

DEM内插就是根据参考点上的高程求出其它待定点上的高程，在数学上属于插值问题。

主要方法有移动曲面拟合法、加权平均法和最小二乘配置法。

一般总是将测区或图幅划分成较小的计算单元，采用局部函数内插方法，并在内插中兼顾一般数据点和地形特征点、线，并且根据数据点采集的不同方法采取相应的内插方法。

32.基于规则矩形格网等高线绘制的主要过程：

1) 确定最低和最高的等高线高程；

2)等高线搜索，由低到高（或由高到低）逐条等高线进行搜索内插；

3)等高线点的判断；

4)内插等高线点；

5)搜索下一个等高线点；

6)搜索等高线终点。

为了获得一条光滑的等高线，在这些离散的等高线点之间还必须插补（加密）。

33.从DEM绘制透视图的主要过程：

1、选择适当的参考面高程Z，以及高程Z的放大倍数m。

2、选择适当的视点位置X S,Y S,Z S；视线方位t（视线方向）， （视线的俯视角度）。

3、计算物方至像方之透视变换。

4、隐藏线的处理。

5、从离视点最近的DTM剖面开始，逐剖面地绘出。

6、调整各个参数值，从不同方位、不同距离绘制形态各不相同的透视图制作动画。