摄影测量平差基础
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
摄影测量复习题
、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。
摄影测量知识
摄影测量个人理解焦距：物镜中心到像底片的距离。
物镜中心即是摄影中心，这个距离与摄影中心到空中像片距离相等。
空中像片与像底片刚好相反。
物镜实际上是一组透镜组成，可以看做一个物镜中心。
像主点理解为近似像片的中心点，实际上在像片中位置并不在中心，坐标称为像主点坐标，加上焦距构成内方位元素。
量测型相机内方位元素已知，现在所用的数码相机一般为非量测型相机，内方位元素可通过像控点平差后计算得到。
由于地面的不平整，实际上像片上对应地面各点处处比例尺都不相同，通过像片纠正，将中心投影转化为正射投影结果。
内方位元素与外方位元素，内方位元素为像主点坐标x，y，焦距f；外方位元素为摄影中心的空间位置X、Y、Z和空间姿态像片旋角、航向倾角和旁向倾角，即横滚、俯仰、航向。
共线方程的本质是摄影中心、像片点和地面点的共线构成的相似三角形。
人眼能看到物体远近的原理为双眼看同一物体产生的生理视差，也就是到左右眼的距离不同。
生理视差是产生天然立体感觉的根本原因。
比如航天远景，就是通过左右眼看不同片子中的同一物体，产生的远近不同从而产生立体感。
立体测图基本过程：内定向、相对定向、绝对定向。
共线方程，涉及到12个参数，像主点坐标x、y，焦距f，地面点坐标X、Y、Z以及6个外方位元素（3个平移3个旋转）摄影测量的基本过程：1相对定向与相对定向元素。
相对定向：确定立体像对的两像片的相对位置，原理是：两像片上同名像点的投影光线对对相交。
相对定向元素有5个。
模型的大小与方位是任意的，相对关系准确。
2绝对定向与绝对定向元素。
绝对定向：借助地面控制点对模型进行平移、旋转与缩放，确定绝对位置与方位。
绝对定向元素7个，3个平移3个方向余弦1个缩放。
需要至少三个控制点（两个平高点和一个高程点）3单像空间后方交会：利用至少三个地面控制点的坐标与对应三个像点坐标，根据共线方程反求像片6个外方位元素。
4立体像对前方交会：由立体像对中两张像片内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点坐标。
测绘技术中的航空摄影测量原理
测绘技术中的航空摄影测量原理摄影测量是测绘技术中的一个重要分支，通过航空摄影测量可以获取大面积的地理信息。
航空摄影测量利用航空器拍摄的航空照片，通过摄影测量原理进行测绘，可以得到地面上各种地理要素的位置、形状和尺寸等信息。
本文将介绍航空摄影测量的原理和一些相关概念。
一、航空摄影测量的原理航空摄影测量的原理基于几何光学和摄影测量学的原理。
在航空摄影中，由于航空器相对于地面较高，并且航空照片是从空中垂直向下拍摄的，所以可以近似认为光线是平行的。
根据几何光学定律，平行光线经过透镜成像后会汇聚于焦点上。
根据这一原理，航空照片上的地面要素经过透镜成像后，在底片上形成等比例的照片。
通过测量这些照片上的影像点的坐标，可以推算出地面上的点在三维空间中的坐标。
这就是航空摄影测量的基本原理。
二、摄影测量基线摄影测量的基础是基线测量，也称为空中三角测量。
基线是航空摄影机在两次拍摄之间的飞行路径。
基线的测量需要借助地面控制点或者全球定位系统（GPS）等技术。
在基线测量过程中，需要测定两个摄影机在空中的位置，以及摄影机与地面控制点之间的相对位置关系。
通过这些测量结果，可以计算出航空照片上的影像点与地面上的点的对应关系。
三、摄影测量坐标系统航空摄影测量中使用的坐标系统一般有像对坐标系统和物方坐标系统。
像对坐标系统是指将航空照片上的像点坐标作为坐标系统的基准，可以直接从照片上测量得到。
物方坐标系统是指将地面上的点作为坐标系统的基准，需要通过摄影测量的方法进行计算。
在航空摄影测量中，通常使用物方坐标系统。
物方坐标系统的建立需要利用已知的地面控制点和空间平差方法进行计算，得到地面上各个点的坐标。
四、摄影测量数据处理航空摄影测量得到的航空照片经过扫描和数字化处理后，得到数字航空影像。
影像数据需要进行几何校正和辐射校正，保证其几何和辐射特性与真实地面一致。
校正后的数字航空影像可以通过数字图像处理技术进行进一步分析和处理，提取出地物信息。
摄影测量的一些基本公式
摄影测量的一些基本公式1)空间直角坐标变换用像片上的点坐标解求相应地面点坐标时，在建立起各种空间直角坐标系的基础上，需要在两两不同的坐标系中进行坐标变换，由高等数学可知，空间直角坐标的变换是正交变换，一个坐标系按三个角元素顺次旋转即可变换为另一个同原点的坐标系。
设像点a在像空间坐标系中的坐标为(某，y，-f)，而在像空间辅助坐标系中的坐标为(某，Y，Z)，两者之间的正交变换关系可以用下式表示：某某a1YRyb1Zfc1a2b2c2a3某yb3c3fR是一个33的正交矩阵，由九个方向余弦组成。
1)2)像点与相应地面点之间的坐标关系如图（8-7）O-某YZ为选定的地面右手坐标系，地面点A与投影中心S在此坐标系中的坐标分别为某,Y,Z和某S,YS,ZS；A在像片的构像a，在像空间坐标系与像空间辅助坐标系中的坐标分别为(某,y,-f)和(某’,Y’,Z’)，其中像空间辅助坐标系-某yz与地面坐标系O-某YZ的相应坐标轴分别平行，由于,a,A三点位于一直线上，由图中各相似三角形关系可得某'Y'Z'1某某YYZZ某某某'以矩阵表示为YYY'ZZZ'有由～式可得像点的像空间坐标系与像空间辅助坐标系的关系为某某a1YYb1ZZc1上式的逆变换为a2b2c2a3某yb3c3f某某某a111yR1YYb1fZZc1整理可得a2b2c2a3某某YYb3c3ZZ某fyfa1(某A某S)b1(YAYS)c1(ZAZS)a3(某A某S)b3(YAYS)c3(ZAZS)a2(某A某S)b2(YAYS)c2(ZAZS)a3(某A某S)b3(YAYS)c3(ZAZS)上式即为像点与物点中心投影构像方程。
由于像点、投影中心和地面点三点共线，故又称共线条件方程式，此式是摄影测量中重要基本公式之一，应用十分广泛。
2)空间后方交会利用地面控制点来解算像片的外方位元素的工作称为空间后方交会。
摄影测量重点总结
摄影测量重点总结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促进作用就是大量增加甚至全然免去地面控制点，缩为图周期，提升生产效率，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。
6、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。
7、法方程消元的通式为=8、表示航摄像片的外方位角元素可以采用以y轴为主轴的?-ω-κ、以x轴为主轴的ω'-?'-κ'以z轴为主轴的a-a?k三种转角系统。
9、航摄像片是所覆盖地物的中心投影。
10、摄影测量加密按数学模型可以分成航带法、单一制模型法和光束法三种方法。
摄影测量加密按黄赤范围可以分成单模型法、航带法和区域网法三种方法。
11、从航摄像片上量测的像点坐标可能带有摄影材料变形、摄影机物镜畸变、大气折光误差和地球曲率误差四种系统误差。
12、要将地物点在摄影测量坐标系中的模型坐标转换到地面摄影测量坐标系，最少需要2个平高和1个高程地面控制点。
13、带状法方程系数矩阵的带宽是指法方程系数矩阵中主对角线元素起沿某一行到最远处的非零元素间所包含的未知数个数。
14、人眼观察两幅影像能产生立体视觉的基本条件是在不同摄站获取的具有一定重叠的两幅影像、观察时每只眼睛只能看一张像片、两幅影像的摄影比例尺尽量一致和两幅影像上相同地物的连线与眼基线尽量平行。
15、中心投影的共线条件方程抒发了摄影中心、像是点和对应地物点三点坐落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作单片空间后方交会，最少须要3个上恩地面控制点。
16、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。
摄影测量学考试重点
名词解释、简答题、论述题、证明题第二章 影像获取1、像主点：物方主平面和像方主平面与光轴的交点分别称为物方主点和像方主点2、摄影机主距：航空摄影机物镜中心至底片面的距离，称为摄影机的主距，通常用f 表示第三章 摄影测量基础知识1、 摄影比例尺与摄影航高摄影比例尺又称为像片比例尺，其严格定义为：航摄相片上一线段为l 的影像与地面上相应线段的水平距离L 之比，即Hl m =1,f 为摄影机主距 当取摄区内的平均高程面作为摄影基准面时，摄影机的物镜中心至该面的距离称为摄影航高，一般用H 表示。
2、重叠度（重点看）为了满足测图的需要，在同一条航线上，相邻两像片应有一定范围的影像重叠，称为航向重叠，相邻航线也应有足够的重叠，称为旁向重叠。
重叠反映在航摄片上的同名影像是以像幅尺寸的百分数表示，航向重叠一般要求为p%=60%~65%,最小不得小于53%；旁向重叠要求为q%=30%~40%，最小不得小于15%。
3、像片倾角在摄影瞬间摄影机轴发生了倾斜，摄影机轴与铅直方向的夹角α称为像片的倾角。
一般要求倾角不大于2º，最大不超过3º4、航线弯曲受技术和自然条件限制，飞机往往不能按预定航线飞行而陈胜航线弯曲，造成漏摄或旁向重叠过小从而影响内业成图。
一般要求航摄最大偏距与全航线长之比不得大于3%5、像片旋角相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的夹角称为像片旋角，以κ表示，一般要求κ角不超过6º，最大不超过8º6、中心投影与正射投影若投影光线会聚于一点，称为中心投影，若投影光线相互平行且垂直于投影面，称为正射投影。
（此部分注重理解，最好翻看P26页，与图形结合）6、航摄像片上特殊的点、线、面，及之间的几何关系 （了解） 详见P28、297、.摄影测量常用哪些坐标系？各坐标系又是如何定义的？摄影测量中常用坐标系有两大类：一类是用于描述像点的位置，称为像方坐标系；另一类是描述地面点的位置，称为物方坐标系。
摄影测量学基础试题1
一、名词解释1摄影测量学 2航向重叠3单像空间后方交会 4相对航高5解析空中三角测量 6外方位元素7核面 8绝对定向元素二、问答题1.写出中心投影的共线方程式并说明式中各参数的含义。
2.指出采用“后方交会+前方交会”和“相对定向+绝对定向”两种方法计算地面点坐标的基本步骤。
3.简述利用光束法（一步定向法）求解物点坐标的基本思想。
4.简述解析绝对定向的基本过程。
5.简述相对定向的基本过程。
6.试述航带网法解析空中三角测量的基本步骤。
二、填空1摄影测量的基本问题，就是将_________转换为__________。
2人眼产生天然立体视觉的原因是由于_________的存在。
3相对定向完成的标志是__________。
三、简答题1两种常用的相对定向元素系统的特点及相对定向元素。
2倾斜位移的特性。
3单航带法相对定向后，为何要进行比例尺归化？怎样进行？4独立模型法区域网平差基本思想。
5何谓正形变换？有何特点？四、论述题1空间后方交会的计算步骤。
2有三条航线，每条航线六张像片组成一个区域，采用光束法区域网平差。
（1）写出整体平差的误差方程式的一般式。
（2）将像片进行合理编号，并计算带宽，内存容量。
（3）请画出改化法方程系数阵结构简图。
参考答案：一、1是对研究的对象进行摄影，根据所获得的构想信息，从几何方面和物理方面加以分析研究，从而对所摄影的对象本质提供各种资料的一门学科。
2供测图用的航测相片沿飞行方向上相邻像片的重叠。
3知道像片的内方位元素，以及三个地面点坐标和量测出的相应像点的坐标，就可以根据共线方程求出六个外方位元素的方法。
4摄影瞬间航摄飞机相对于某一索取基准面的高度。
5将中心投影转换成正射投影时，经过投影变换来消除相片倾斜所引起的像点位移，使它相当于水平相片的构象，并符合所规定的比例尺的变换过程。
6是将建立的投影光束，单元模型或航带模型以及区域模型的数字模型，根据少数地面控制点，按最小二乘法原理进行平差计算，并求加密点地面坐标的方法。
邓非_摄影测量与遥感讲解
摄影测量与遥感
第1章 摄影测量与遥感概述
摄影测量概述 遥感及其发展 摄影测量与遥感结合
摄影测量概述
摄影测量的任务
摄影测量的基本任务是基于像片的量测和解译，它是 利用光学或数码摄影机摄影得到的影像，研究和确定 被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一 门科学和技术。 在影像上进行量测和解译，无需接触被测目标物体本 身。 严格建立像片获取瞬间所存在的像点与对应物点之间 的几何关系
像点坐标的系统误差改正
主要由摄影材料变形、摄影物镜畸变、大气 折光以及地球曲率等因素引起，是系统误差。
立体测图的原理与方法
立体测图原理
人造立体视觉:利用相 邻像片所组成的像对进 行双眼观察时，可重建 空间景物的立体视觉， 所产生的立体视觉称为 人造立体视觉。
观察人造立体的条件
1 两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对 2 分像条件 3 两眼各自观察同一景物的左右影像点的连线应
单张航片像片解析
航摄像片与地图的区别
航摄像片是地面景物的中心投影构像，地图是 地面景物的正射投影。 只有当地面严格水平且像片也严格水平时，上 述两种投影结果才等效。
像片倾斜引起的像点位移
一般情况下，航空摄影所获取的像片是倾斜的， 即使地面严格水平，航摄像片上的目标物体也 会因为像片倾斜而产生变形或像点位移。 可用像片纠正的方法予以改正。
摄影测量复习
摄影测量学复习1.摄影测量学：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.2.模拟摄影测量：利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图.3.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4.数字摄影测量：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.5.航摄仪焦距：物镜节点到焦点的距离6.像片主距：物镜后节点到像平面的距离7.像场：物镜焦面上中央成像清晰的范围8.像场角：像场直径对物镜后节点的夹角9.像片倾角:摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角,一般小于3°10.摄影比例尺：视摄影像片水平、地面取平均高程时，像片上的线段l 与地面上相应的水平距L 之比为摄影比例尺11.航线弯曲度：航线最大弯曲矢量与航线长度之比的百分数。
要求航线弯曲度<3%12.像片旋偏角：相邻两相片的主点连线与像幅沿航带飞行方向的两框标连线之间的夹角。
13.投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射14.平行投影:投影射线平行于某一固定方向的投影的投影称为平行投影15.正射投影:投影射线与投影平面正交16.航摄像片为中心投影，地形图为正射投影17.地形图的特点：1、图上任意两点间的距离与相应地面点的水平距离之比为一常数，等于图比例尺2、图上任意一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角18.地图与航片的区别：1、比例尺：地图有统一比例尺，航片无统一比例尺2、表示方法：地图为线划图，航片为影像图3、表示内容：地图需要综合取舍4、几何差异：航摄像片可组成像对立体观察19.透视变换:将空间点、线作中心投影，在投影平面P上得到一一对应的点、线，这种经中心投影取得的一一对应的投影关系称为透视变换20.航摄像片的方位元素:确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相关位置关系的参数21.像片的内方位元素:确定摄影物镜后节点与像片之间相互位置关系的参数22.像片的外方位元素:确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数23.正交变换：由高等数学知道，一个坐标系按三个角元素顺次地绕坐标轴旋转即可变换为一个同原点的坐标系，这种变换为正交变换24.单片空间后方交会：根据影像覆盖范围内一定数量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25.像点位移：当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称像点位移26.方向偏差：从像片上某点作出的方向线与地面对应点画出的方向线的方位角不等，这种差异称为方向偏差27.当地面不水平，像片有倾斜时，从任何点作出的方向线均存在方向偏差28.零立体：起伏的视模型变平(正立体效应基础上左右像片旋转90°)29.像片系统误差源：摄影机的系统误差、底片变形、航摄飞机带来的系统误差、大气折光误差、地球曲率的影响、摄影处理与底片复制中的系统误差、观测系统误差30.共线条件方程在摄影测量中的主要应用如下： 1、单片后方交会和立体模型的空间前方交会；3、光束法平差中的基本方程； 4、构成数字投影的急促；5、计算模拟影像数据；6、利用数字高程模型与共线方程制作正射影像；7、利用DEM和共线方程进行单幅影像测图。