武汉大学摄影测量学.ppt
武汉大学摄影测量学试卷及答案
武汉大学2005～2006学年上学期
《摄影测量基础》答卷（A）
一、填空题（20分，每空1分） 1、摄影测量中常用的坐标系有 像平面直角坐标系、 像空间直角坐标系 、 像空间辅助坐标系、
地面摄影测量坐标系 、 地面测量坐标系 。
2、解求单张像片的外方位元素最少需要 3 个 平高地面控制 点。
3、GPS辅助空中三角测量的作用是 大量减少甚至完全免除地面控制点，缩短成图周期，提高
生产效率，降低生产成本。
4、两个空间直角坐标系间的坐标变换最少需要 2 个 平高 和 1 个 高程 地面控制点。
5、摄影测量加密按平差范围可分为 单模型 、 单航带 和 区域网 三种方法。
6、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。
7、恢复立体像对左右像片的相互位置关系依据的是 共面条件 方程。
8、法方程消元的通式为=+1,iiN 1,1,,1,+−+−iiiiTiiiiNNNN 。
二、名词解释（20分，每个4分）
1、内部可靠性：一定假设下，平差系统所能发现的模型误差的最小值。
2、绝对定向元素：确定模型在地面空间坐标系中的绝对位置和姿态的参数。
3、像主点：相机主光轴与像平面的交点。
4、带状法方程系数矩阵的带宽：带状法方程系数矩阵的主对角线元素沿某行（列）到最远非零
元素间所包含未知数的个数。
5、自检校光束法区域网平差：选用若干附加参数构成系统误差模型，在光束法区域网平差中同
时解求这些附加参数，从而在平差过程中自行检定和消除系统误差影响的区域网平差。
三、简答题（45分，每题15分） 1、推导摄影中心点、像点与其对应物点三点位于一条直线上的共线条件方程，并简要叙述其在
摄影测量中的主要用途。
【答】 设摄影中心S在某一规定的物方空间右手直角坐标系中的坐标为，任一地
面点A在该物方空间坐标系中的坐标为，A在像片上的构像a在像空间坐
标和像空间辅助坐标分别为),,(sssZYX
摄影测量学共线方程
摄影测量学共线方程
1. 介绍
摄影测量学是利用影像数据进行测量和分析的一门学科，广泛应用于地理信息系统、测绘、航空航天等领域。在摄影测量学中，共线方程是一种数学模型，用于描述相机投影过程中影像点与物方点之间的关系。本文将详细介绍摄影测量学共线方程的概念、原理和应用。
2. 摄影测量学基础知识
在了解共线方程之前，我们需要先了解一些摄影测量学的基础知识。
2.1 相机模型
在摄影测量学中，常用的相机模型是针孔相机模型。针孔相机模型假设相机成像过程可以简化为光线从物体经过针孔进入相机成像平面上。这种模型可以用于描述相机的投影过程。
2.2 物方点和像方点
在摄影测量学中，我们需要明确物方点和像方点的概念。物方点指的是真实世界中的点，而像方点指的是相机成像平面上的点。物方点和像方点之间的关系可以通过共线方程描述。
3. 共线方程的概念和原理
共线方程是一种数学模型，用于描述相机投影过程中物方点和像方点之间的关系。共线方程的基本原理是相似三角形原理，即相机投影过程中，物方点、相机光心和像方点构成相似的三角形。
3.1 共线条件
在摄影测量学中，共线条件是指物方点、相机光心和像方点三者共线。共线条件可以使用向量叉乘来判断，即将物方点、相机光心和像方点分别表示为向量，如果它们的叉乘结果为零向量，则表示它们共线。
3.2 共线方程的推导
共线方程的推导基于相似三角形原理。假设物方点的坐标为(X,Y,Z)，相机光心的坐标为(X0,Y0,Z0)，像方点的坐标为(x,y,f)，其中f为相机的焦距。
根据相似三角形原理，我们可以得到以下关系： (X - X0) / (Z - Z0) = (x - x0) / f
(Y - Y0) / (Z - Z0) = (y - y0) / f
其中(x0, y0)为像点的主点坐标，表示相机成像平面上的原点。
将上述两个方程整理，可以得到共线方程的一般形式：
aX + bY + cZ + d = 0
航摄像片的方位元素
航摄像片的方位元素
《摄影测量学》（上）第三章
武汉大学
遥感信息工程学院摄影测量教研室
一、摄影测量常用坐标系
二、航摄像片的内、外方位元素
三、像点坐标变换主要内容1像平面直角坐标系
(p-xy)一、摄影测量常用坐标系
pxy
o
x’y’
p
xy
2像空间直角坐标系(S-xyz)
x
y
o
Pyz
xs
-f3 像空间辅助坐标系(S-XYZ)
xy
osxzyY
XZ
4 摄影测量坐标系(Op-XpYpZp)
5 地面测量坐标系(t-XtYtZt)
tytxtzt
pXpYpZpXY
Z
S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
西安坐标系，高程坐标系为
1985黄海高程系6地面摄影测量坐标系(A-XtpYtpZtp)
原点为地面某一控制点，Ztp轴与地面测
量坐标系的z轴平行，Xtp
轴与航线一致XtpYtpZtp
A二、航测像片的方位元素
方位元素：确定摄影时摄影物镜（摄影中心）、像片与地面
三者之间相关位置的参数
1像片的内方位元素：摄影物镜后节点与像片
之间相互位置的参数
恢复内方位元素可恢复摄影时的摄影光束x
y
cS
f
o
x0y02像片外方位元素：已建立的摄影光束，确定像片摄
影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数
XYZ
A
pS
三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐
标值(Xs、Ys、Zs)。三个角元素(、、)，表示摄影光束空
间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）
X
YZ
ApS
XsYsZs
1）以Y轴为主轴的、、
X
YZ
AXsYsZs
o
oxXYZ
NS
旁向倾角航向倾角
像片旋角xy
2）以X轴为主轴的，、，、，
航向倾角
,旁向倾角，
像片旋角，
X
YZ
ASXYZ
N
XsYsZs
oo
Y，，，
xy
3）以Z轴为主轴的A、、
方位角A
像片倾角
像片旋角
X
YZ
ASXYZ
NA
xy1 像点的平面坐标变换
yx
A
yxyx
A
yx
1
''''
《近景摄影测量》教学大纲
《近景摄影测量》教学大纲
一、课程基本信息
1．课程代码：20512600
2．课程中文名称：近景摄影测量
课程英文名称：Close-range Photogrammetry
3．面向对象：遥感科学与技术专业摄影测量方向
4．开课学院（课部）、系（中心、室）：信工学院遥感系
5．总学时数：24
讲课学时数： 16 ，实验学时数：8
6．学分数： 1.5
7．授课语种：中文 ，考试语种：中文
8．教材： 《近景摄影测量》，武汉大学出版社，冯文灏 编著，2003
二、课程内容简介
近景摄影测量是通过摄影（摄像）和随后的图像处理和摄影测量处理以获取被摄目标形状、大小和运动状态的一门技术。凡可摄取其影像的目标，均可作为近景摄影测量的对象，以获得目标上点群的三维空间坐标，以及基于这些三维空间坐标的长度、面积、体积、等值线（剖面线）等。在同时记载时间信号的情况下，还可获取运动目标的运动状态，即获取运动目标（点）的速度、加速度和运动轨迹等。
与其它测量手段相比，近景摄影测量的优点在于它兼有非结束性量测手段，不伤及被测物体，信息容量高，信息易于存储，可重复使用信息，精度高，速度快，特别适用于测量容有大批量点位的目标，躲避危险环境而远离摄影对象等众多特点。
本课程旨在使学生全面了解近景摄影测量的基本概念、方法及应用，内容涉及影像获取设备的基本知识、近景摄影测量中的摄影技术、近景摄影测量中的控制、解析处理方法、直接线性变换解法、相机检校的基本知识、工业测量方法简介等。
三、课程的地位、作用和教学目标
本课程是遥感科学与技术专业摄影测量方向本科生的专业主干课程。通过学习，使学生获得运用近景摄影测量的基础知识和基本方法获取静态目标形状和动态目标运动状态、运动轨迹的技能，并了解近景摄影测量技术和手段、工业测量的最新发展势态。为学生毕业后能运用所学知识进行实际近景目标测量或从事相关的科研和教学工作打下坚实基础。
浅谈摄影测量的基本原理及应用
浅谈摄影测量的基本原理及应用
摄影测量的主要特点是在像片上进行量测和解译，无需接触物体本身，因而很少受自然和地理条件的限制，而且可摄得瞬间的动态物体影像。人们可以从像片及其它各种类型影像中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息。由于现代航天技术和电子计算机技术的飞速发展，摄影测量的科学领域更加广大了，甚至可以说，只要物体能够被摄成影像，都可以使用摄影测量技术，以解决某一方面的问题。我们应该了解摄影测量的基本原理及其应用，以便更好的适应摄影测量的快速发展。
2 摄影测量的几个基本概念
摄影中心：投影射线所会聚的点，就是指摄影机的镜头。
方位元素：在航测中，用以确定摄影瞬间摄影中心、像片与地面相关位置的数据。根据作用不同，航摄像片的方位元素又分为内方位元素和外方位元素。
内方位元素：用以确定摄影中心与像片平面相关位置的数据。内方位元素的作用是确定或恢复摄影光束形状的要素，包括3个数据（，，），在摄影机检定时可以提供，所以在航测应用中，内方位元素一般均为已知数据。
外方位元素：用以确定摄影光束在空间的位置及其姿态的数据。外方位元素共有6个：其中3个用来确定摄影光束在空间的位置，称为直线元素；另外3个用来确定摄影光束在空间中的姿态，称为角元素。
直线元素：通常指摄影中心在地面坐标系中的3个空间坐标值（，，）。
角元素：用来描述摄影光束在空间某位置的姿态，是摄影光束绕着三个坐标轴的旋转角度值（）。
立体像对：从两相邻摄站对同一地区所摄取的，具有一定重叠度的两张像片，分别为左影像、右影像。
同名像点：同一地物点在立体像对的两张像片上的构像。
3 摄影测量的基本原理
摄影测量就是对研究对象进行摄影，在航空摄影测量里，研究对象反射的光线经摄影机镜头在底片上感光而成像，根据光线沿直线传播，我们可以发现，在这个摄影成像的过程中，地面点、摄影中心、像点这三个点是在一条直线上的。在航片中，我们可以量测到像点在像平面坐标系中的坐标（，），求得相应地面点的坐标（，，）。根据三点共线的原理，某一像点与其相应的地面点和摄影中心三点应满足以下公式：
摄影测量系统分类与介绍
一VirtuoZo NT 系统 国内 单机
VirtuoZo NT 系统是适普软件有限公司与武汉大学遥感学院共同研制的全数字摄影测量系统，属世界同类产品的五大名牌之一。此系统是基于WindowsNT的全数字摄影测量系统，利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。由计算机视觉（其核心是影像匹配与影像识别）代替人眼的立体量测与识别，不再需要传统的光机仪器。从原始资料、中间成果及最后产品等都是以数字形式，克服了传统摄影测量只能生产单一线划图的缺点，可生产出多种数字产品，如数字高程模型、数字正射影像、数字线划图、景观图等，并提供各种工程设计所需的三维信息、各种信息系统数据库所需的空间信息。VirtuoZo NT 不仅在国内已成为各测绘部门从模拟摄影测量走向数字摄影测量更新换代的主要装备，而且也被世界诸多国家和地区所采用。（本段摘自《VirtuoZo七步教学手册》）
VirtuoZo软件的诞生，张祖勋院士功不可没。可以说，整个软件的设计与开发，张院士起到带头作用。张院士回忆起了将VirtuoZo推向世界的过程。他告诉大家，VirtuoZo的推广和应用，彻底简化了数字摄影测量的仪器设备，改变了摄影测量的“贵族”身份。过去只有极少数院校能进行摄影测量教学，而有了VirtuoZo，目前已有约４０所院校能进行这项教学。它还促使中国摄影测量生产方式完全改变，生产规模扩大，产值大幅度提高，促进了摄影测量的跨越式发展。２００２年国际摄影测量与遥感学会原主席、东京大学教授村井俊治在日本《测量》杂志撰文《中国的ＩＴ行业登陆日本》称：“最先商品化的软件是张祖勋教授开发的利用数字影像匹配进行数字摄影测量的软件，名称叫VirtuoZo，这个软件就是一个数字摄影测量的优秀产品。我想我们已经到了该向中国学习的时候了。”谈及此，张院士的脸上洋溢着无限的骄傲与自豪——不是因为个人的成绩与荣誉，而是为中华民族的扬眉吐气。
VirtuoZo NT 基本软件有：
像片的外方位元素解算
像片的外方位元素解算
1 像片的外方位元素解算
摘 要：摄影测量学有着悠久的历史，是研究利用摄影手段获得被测物体的图像信息。从几何和物理方面进行分析处理，对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。它从模拟摄影测量开始经过解析摄影测量阶段，现已进入数字摄影阶段。随着现代航天技术和电子计算机技术的飞速发展，摄影测量得到了更广泛的应用。在数字地球空间数据框架的建立中，摄影测量技术直接或间接的起着重要的作用。它的几何处理的任务是根据像点的位置确定相应的地面点的空间位置。用摄影测量方法研究被摄物体的几何信息和物理信息时，必须建立该物体和像片之间的数学关系，为此，要首先确定航空瞬间摄影中心与像片在地面设定的空间坐标系的位置和姿态，解求外方位元素的过程就是恢复摄影中心和像片在地面坐标的位置和姿态的几何处理过程。根据共线条件方程、空间后方交会的误差公式和法方程的数学模型，利用9 点法、6 点法、4 点法求解像片的外方位元素。通过实例，论述了解算像片外方位元素的理论精度，并进行计算结果的精度分析，在单位权中误差σ 0 =0 .01m m的情况下，精度可提高10倍。并提出建立新的空间后方交会的直接解法
关键字：摄影测量 外方位元素 几何处理 摄影中心 像点位置 空间位置和姿态 空间坐标 地面坐标 共线方程 VC++ 理论精度
1发展历史
摄影测量学有着悠久的历史，它是研究利用摄影手段获得被测物体的图像信息，从几何和物理方面进行分析处理，对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。它从模拟摄影测量开始经过解析摄影测量阶段，现已进入数字摄影阶段。摄影测量最初叫图像量测学(根据Iconometry而来，或译作量影术)。1837年，发明摄影技术后，才叫摄影测量学。数学家勃兰特早在18世纪就论述了摄影测量学的基础——透视几何理论。1839年，法国报导了第一张摄影像片的产生后，摄影测量学开始了它的发展历程。19世纪中叶，法国陆军上校劳塞达利用所谓“明箱”装置，测制了万森城堡图。劳塞达被公认为“摄影测量之父”。航空技术发达之后，摄影测量学被称作航空摄影测量学。1975年，卫星上天后，航空测量发展到了航天测量，再随着遥感技术的迅速发展，1980年，国际摄影测量学会改称为“国际摄影测量与遥感学会”。摄影测量进入到遥感这个新的历史时期。
遥感在摄影测量中的地位、作用及前景
遥感在摄影测量中的地位、作用及前景
姓名
学号
摘要:遥感技术已经被运用于国土资源监测、气象观测、天体科学等多个领域,作为测绘科学中与遥感技术手段相似的的摄影测量来说,遥感技术在摄影测量中扮演着重要角色。遥感技术运用到测量学中,丰富了测量手段的同时,与摄影测量相辅相成还促进了摄影测量的学科发展,这也为遥感在测量中发挥更大的作用提供了新的契机。
摘要:遥感摄影测量地位作用前景
1 前言
遥感是指应用探测仪器,不与探测目标相接触,通过电磁波的能量变化来识别目标物,揭示目标物的几何、物理特征性质和相互关系以及变化规律的现代科学技术。它自问世以来,就和“摄影”或“影像”有着密不可分的关系,1858年,法国人图纳利恩用系在气球上的照相机拍摄了巴黎附近的一个小村庄成为了世界第一张航空相片,随这张相片出现的航片判读技术可以说是遥感技术的雏形。
作为测绘的重要手段之一,摄影测量是运用摄影机和胶片组合测量目标物的形状、大小和空间位置的技术,它利用被摄物体影像来重建物体空间位置和三维形状,从而获得地面或其它物体的空间信息。当前苏联第一颗人造卫星发射之后,摄影测量由航空摄影测量迈向了航天摄影测量的新阶段,奠定了遥感技术在摄影测量中的地位基础。遥感技术与摄影测量的不断结合,形成了今天又一门学科——摄影测量与遥感,这足以说明遥感技术与摄影测量之间的关系,遥感也更应该在与其密切相关的摄影测量领域深入发展。
2 遥感在摄影测量中的地位
摄影测量测绘的一项重要手段,它在测绘中应用主要包括两个方面:一是物体的空间三维特性与成像系统的投影关系,即二维图像与对应的三维空间物体之间的关系;二是从单幅和多幅图像中高精度自动提取、匹配图像目标。摄影测量发展到现在,高精度、非接触成是其首要特征。非接触可以不对对目标的结构特性和运动特性带来任何干扰,数字图像分析中的各种亚像素方法使目标图像的定位精度达到了十分之一甚至百分之一的图像量级,有效的保证了测量结果的精度。而目前,摄影测量除了能够实现传统意义上地物目标三维信息的获得,对物体对象在时间维上的运动和变形信息的获取,成为了摄影测量新的优势。
从数字摄影测量工作站(DPW)到数字摄影测量网格(DPGrid)
第３２卷第７期 ２００７年７月 武汉大学学报・信息科学版 Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．７ Ｊｕｌｙ ２００７
文章编号：１６７１—８８６０（２００７）０７—０５６５—０７ 从数字摄影测量工作站（ＤＰＷ）到数字 摄影测量网格（ＤＰＧｒｉｄ）
张祖勋
（１武汉大学遥感信息工程学院，武汉市珞喻路１２９号，４３００７９） （２武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞喻路１２９号，４３００７９） 文献标志码：Ａ
摘 要：指出了现今的数字摄影测量工作站存在的问题，总结了＂－３今数字摄影测量理论的发展，包括影像匹 配与观测值的“独立性”原则、多基线近景摄影测量与广义点的概念。结合数字摄影测量硬件与理论的发展， 引出由数字摄影测量工作站发展为数字摄影测量网格的理念，说明了数字摄影测量网格的结构、功能，包括基 于刀片机的集成处理系统、基于网络的全无缝测图系统及其特点，讨论了数字摄影测量与计算机视觉的关系， 介绍了数字摄影测量网格已取得的成果。 关键词：数字摄影测量；工作站；网格 中图法分类号：Ｐ２３１．５ 摄影测量经历了三个发展阶段，由模拟摄影 测量经解析摄影测量发展到数字摄影测量时代， 实现了摄影测量的完全计算机化。由计算机与相 应的摄影测量软件构成的摄影测量工作站 （ＤＰＷ），将全部的摄影测量的功能用软件实现， 替代了传统的各种精密光学、机械（＋计算机）的 摄影测量仪器。为此，在２０世纪９０年代初，数字 摄影测量曾被称为“软”摄影测量（ｓｏｆｔ ｐｈｏｔｏ— ｇｒａｍｍｅｔｒｙ）。 王之卓院士于１９７８年提出了全数字自动化 测图系统 ；１９９２年，ＩＳＰＲＳ华盛顿大会首次推 出可用于生产的商用ＤＰＷ；１９９４年，在澳大利亚 黄金海岸推出具有我国自主知识产权的 ＤＰＷ——ＶｉｒｔｕｏＺｏ。随着微机性能的发展，从２０ 世纪９０年代后期开始，由ＳＧＩ工作站转向微机， 极大地有利于ＤＰＷ的推广。由于ＤＰＷ相对于 传统的摄影测量仪器而言，具有占空间小、自动化 程度高、生产效率高等优点，ＤＰＷ几乎全部替代 了传统的摄影测量仪器，为摄影测量带来了一个 根本的革命。 ２１世纪，高分辨率卫星影像、线阵与面阵航 空数码相机、Ｌｉｄａｒ、ＰＯＳ等新一代传感器系统的 迅速发展与广泛应用，使得摄影测量又迈上了一 个新台阶。但这给数字摄影测量提出了一个严峻 的问题，特别是在当前的摄影测量现状下，数字摄 影测量究竟应该如何发展？本文从本质上指出了 现今的ＤＰＷ存在的问题，结合数字摄影测量硬 件、理论的发展，从而引出由ＤＰＷ发展为ＤＰ— Ｇｒｉｄ的理念。如果说数字摄影测量是将计算机 完全替代了摄影测量仪器，那么ＤＰＧｒｉｄ则是进 一步将网络技术引进了摄影测量。 １ ＤＰＷ是数字摄影测量的初级阶 ｒＬ 杈
论摄影测量的应用与发展趋势
论摄影测量的应用与发展趋势
摘要：随着航空航天技术、传感器技术和数据处理技术的不断发展，摄影测量和遥感技术已经进入一个快速、动态、多平台、多时相、高分辨率提供观测数据的新阶段。随着国家的投入和人才队伍的建设，加强我国摄影测量事业与发展将尤为重要。
关键词：摄影测量 遥感 应用 发展趋势
一、装备技术更加先进
遥感代表着摄影测量的发展方向，也是当下摄影测量的一项关键技术。经过多年的发展，我国在摄影测量和遥感技术领域取得了空前的进步。这些年我国研制和发射了50多颗对地观测卫星，组成海洋、风云、资源和环境减灾四大民用观测卫星体系。这些星载遥感器包括可见光相机（胶片式和传输式）、可见光红外多光谱扫描仪、多种分辨率成像光谱仪、微波散射计、微波高度计以及先进的合成孔径雷达等。这些技术成就有力地促进了摄影测量数据获取能力的提升，特别是“机载干涉SAR系统”的研制成功，推动了合成孔径雷达技术在其重要应用领域地形测绘方面的应用。到21世纪初，我国就已经积累了超过660TB贮容量的影像数据，覆盖全国陆地、海洋及周边国家和地区1500万平方公里的地球表面。
在航天遥感取得巨大进步的同时，我国航空遥感技术也得到了快速提高。在航空遥感平台方面，我国逐步实现了由过去引进国外飞机到以国产的“运”系列飞机为主的转变。当前常用航空测量无人机有WZ-2000，效载荷180公斤，留空时间长达12个小时。一些国产的机载遥感器，如高光谱成像仪、合成孔径雷达等也进入应用化阶段。
随着风云、海洋和资源等几大民用卫星地面系统的建设，遥感卫星地面接收、处理、存储和分发能力也得到了大幅度的提升。我国民用卫星系列现已形成四大地面接收系统，国家气象局风云系列卫星有北京东北旺接收站、广州接收站和乌鲁木齐接收站，国家海洋局管辖的海洋监测卫星有北京白石桥接收站和三亚接收站，以及中国资源卫星应用中心管辖的北京密云接收装置、广州和乌鲁木齐接收装置，其中北京密云卫星地面站由中国资源卫星应用中心与中科院合作共建。