摄影.docx

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摄影

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。

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

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

双像立体测图：

利用一个立体像对重建立体几何模型，量测该几何模型，绘制地形图。

立体像对：

相邻两站对同一地面景物摄取的有一定重叠的两张像片。

内定向：

利用平面相似变换，将像片的影像架坐标变换为以像主点为原点的像平面坐标。

要确定模型点的大地坐标，需要对立体模型作三维的旋转、平移和缩放，确定立体模型的在大地坐标系中的方位和大小，这一过程称为模型的绝对定向

若将按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。

数字地面模型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及该点的地面高程Z或属性组成的数据阵列。

数字摄影测量是基于数字影象和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字图象处理、影象匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象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。

将各区城的灰度值取为整数这一过程称为影像灰度的量化

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称为数字影像灰度的重采样。

通过摄影基线与地面所作的平面称为核面。

光学影像上的像点是连续分布的，但在数字化过程中不可能将每一个连续的像点全部数字化．而只能每隔一个间隔△获取一个微小区城的灰度值．这个过程称为采样

传统的摄影机用光学影像记录景物的几何与物理信息．景物的辐射强度（亮度〕在光学影像上，反映为影像的黑白程度．称为影像的灰度或光学密度。

同名核线的确定常用两种方法：

一种是基于数字影像的几何纠正；另一种是基于共面方程。

按处理手段：

模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量

景深：

是指在摄影机镜头或其他成像器前沿着能够取得清晰图像的成像器轴线所测定的物体距离范围。

框标：

设置在摄影机焦平面（承影面）上位置固定的光学机械标志，用于在焦平面上（亦即像片上）建立像方坐标系

地图不在局限与以往的模式，现代数字地图主要由DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型）、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）以及复合模式组成。

通过摄影基线与地面所作的平面称为核面。

核面与影像面交线称为核线。

绝对定向元素：

XS，YS，ZS，λ，Φ，Ω，K

连续像对相对定向以左像空间坐标系为基础，求出右像片相对于左像片的相对方位元素Bu，Bv，2，2，2。

常用的重采样方法有双线性插值法、双三次卷积法和最邻近像元法。

将透明像片有可能出现的最大灰度变化范围进行等分，等分的数目称为灰度等级，

影像扫描数字化过程包括采样与量化两项内容

空中三角测量的分类

1、按发展阶段：

（1）模拟空中三角测量：

（2）解析空中三角测量：

（3）数字空中三角测量（自动空中三角测量）：

2、按平差计算范围的大小:

（1）单模型空中三角测量：

（2）单航带空中三角测量：

（3）区域网空中三角测量：

按平差的数学模型:

（1）航带法空中三角测量：

（2）独立模型法空中三角测量：

（3）光束法空中三角测量

数字正射影像图的制作

主要有三种方法：

（1）全数字摄影测量方法

（2）单片数字微分纠正（3）正射影像图扫描

利用计算的方法，根据航摄像片上所量测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，称之为解析空中三角测量。

俗称摄影测量加密。

通常，把野外实测的控制点叫做像片控制点，通过空中三角测量所得到控制点叫做加密点。

根据航摄像片确定地面点的空间位置，一般都需要四个（或以上）地面控制点

平高控制点：

已知平面坐标和高程的控制点。

高程控制点：

仅已知高程的控制点。

数字正射影像图（DOM,DigitalOrthophotoMap）：

是以航摄像片或遥感影像（单色/彩色）为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正，微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓（内/外）整饰等形式加到该影像平面上，形成以栅格形式存储的影像数据库。

连续像对：

将左片置平，以左片的像空间辅助坐标系作为本像对的像空间辅助坐标系这样的像对。

单独像对：

将基线置水平，像空间辅助坐标系选取S1作为坐标原点，基线B作为U轴，垂直于左核面的轴为V轴构成S1-U1V1W1空间辅助坐标系。

相对定向：

确定一个立体像对两像片的相对位置其完成标准（唯一）：

同名射线对对相交。

恢复像片对的外方位元素要经过两个步骤：

相对定向与绝对定向。

人造立体视觉：

空间景物在感光材料上构像，人眼观察构像的像片产生生理视差，所产生的空间景物的立体视觉。

通过取出以待定点为中心的左影像的小区域的影像信号与右影像上相应区域的影像信号，计算它们的相关函数，相关函数最大值对应的右影像区域的中心即为待定点的同名点，这种求解同名点的过程就叫影像相关

像片纠正：

摄影测量工作中，消除摄影时像片倾斜引起的像点位移，并限制或消除地形起伏引起的像点位移，同时归化为成图比例尺的技术和过程。

像片平面图：

按图幅的具有规定比例尺的（地面）物体的正射投影影像。

光学微分纠正：

对起伏地区，在正射投影仪上，将影像分解成小面元的集合，以小面元为纠正单元，经投影变换实现纠正的技术方法。

数字微分纠正

对各类地区，在数字摄影测量系统上，以数字图像的像元为纠正单元，根据以建立的物像关系及DEM，逐像元经数字投影变换实现纠正的技术方法。

数字微分纠正特点：

（1）使用数字摄影测量系统作业；

（2）适用于各类地区，为逐像元的严格纠正；（3）作业用的DEM可以在同一系统中自动生成；（4）成果为数字正射影像。

光学微分纠正特点：

（1）使用专门的正射投影仪作业；

（2）适用于起伏地区的（消除倾斜位移和高差位移）；（3）作业依赖于立体测图仪或DEM提供的地面几何模型；（4）成果为逐像元晒印得到规定比例尺的正射影像。

点：

同名像点a1，a2

核点k1，k2

线：

摄影基线B

同名射线：

AS1a1，AS2a2

核线

同名核线k1a1，k2a2

面：

核面WA

主核面（左核面，右主核面）

垂核面

像片倾斜引起的像点位移

地形起伏引起的像点位移

连续像对的相对定向元素bv，bw，φ2，к2，ω2：

以左片的像空间坐标系做为本像对的像空间辅助坐标系，

人造立体观察的条件：

1）摄取立体像对

2）分视：

每只眼睛只能看一张像片

3）两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线大致平行

4）两像片比例尺应大致一致

▪用解析的方法处理立体像对，常用的方法有三种：

▪后交-前交方法：

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。

▪相对定向-绝对定向方法：

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，把模型纳入规定的坐标系中，解求出地面目标的空间坐标。

▪光束法：

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。

像片倾斜引起的像点位移和方向偏差

1.da出现在以等角点为中心的辐射线上

2.等比线上无da，等比线上任意两点的连线无方向偏差，过等角点直线两点的连线无方向偏差

3.等比线将影像分为上下两部分，上半部分影像线段长度短于水平像片相应线段长度，影像比例尺小于等比线影像比例尺；下半部分影像线段长度长于水平像片相应线段长度，影像比例尺大于等比线影像比例尺

三、地形起伏引起的像点位移和方向偏差

1.当h为正时，dh为正，位移背向像底点；当h为负时，dh为负，位移朝向像底点

2.像底点处无dh，过像底点引出的方向线无方向偏差

3.

水平像片上

模拟法立体测图

特点：

（1）用光学像片及人工双眼寻找同名像点。

（2）建立立体模型时不用解析计算方法解求像对相对定向与绝对定向元素，而完全是机械运动来模拟。

（3）测绘的地形图是线划图，用于建立地理基础信息库时，还需将地图进行数据化。

Ø解析法立体测图

特点：

（1）用光学像片及人工双眼寻找同名像点。

（2）建立立体模型时按数学公式用解析计算方法解求像对相对定向与绝对定向元素。

（3）产品首先以数字形式存储在计算机中。

Ø数字化测图

特点：

（1）使用数字影像，利用数字相关技术代替人眼观察，自动寻找同名像点并量测坐标。

（2）采用解析计算方法，建立数字立体模型。

（3）数字高程模型，自动绘制等高线，制作正射影像图。

▪确定两张相对位置由两种不同方法：

（1）独立像对相对定向系统

（2）连续像对相对定向系统

绝对定向元素

立体像对后交－前交方法

步骤：

1）野外像片控制测量

2）量测像点坐标

3）空间后方交会计算两像片的外方位元素

4）空间前方交会计算待定点的地面坐标

二双像解析摄影测量三种解法的比较、

方法

严密性

控制点要求

使用场合

后交－前交法

点位精度决定于外方位元素精度

没有利用多余条件

3个平高点

已知像片外方位元素，确定少量待定点坐标

相对定向－绝对定向法

点位精度决定于相对定向－绝对定向精度

不能严格表达影像的外方位元素

2个平高点＋

1个高程点

航带法加密

一步定向法

理论最严密

精度最高

2个平高点＋

1个高程点

光束法加密

航带法解析空中三角测量

（1）基本思想

把许多立体像对构成的单个模型连结成一个航带模型，将航带模型视为单元模型进行解析处理，通过消除航带模型中累积的系统误差，将航带模型整体纳入到测图坐标系中，从而确定加密点的地面坐标。

（2）基本流程

1、像点坐标量测与系统误差预改正。

2、立体像对相对定向。

3、模型连接构建自由航带网。

4、航带网的概略绝对定向。

5、航带模型非线性改正。

6、加密点坐标计算。

光束法解析空中三角测量

（1）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

（2）基本流程

1、各影像外方位元素和地面点坐标近似值的确定。

2、逐点建立误差方程式和改化法方程。

3、利用边法化边消元循环分块法解求改化法方程。

4、求出每张像片的外方位元素。

5、空间前方交会求得待定点的地面坐标，对像片公共连接点取其均值作为最后的成果。

独立模型法解析空中三角测量

（1）基本思想

基于单独法相对定向建立单个单元模型。

把一个单元模型（可以有一个立体像对或两个立体像对，甚至三个立体像对组成）视为刚体，利用各单元模型彼此间的公共点连成一个区域，在连接过程中，每个单元模型只能做平移、缩放、旋转（因为它们是刚体），这样的要求只能通过单元模型的三维线性变换（空间相似变换）来完成。

在变换中要使模型间公共点的坐标尽可能一致，控制点的计算坐标应与其地面摄测坐标尽可能一致，同时观测值改正数的平方和最小，在满足这些条件的情况下，按最小二乘法原理求得待定点的地面摄影测量坐标。

（2）基本流程

1、单独法相对定向建立单元模型，获取各单元模型的模型坐标，包括摄站点。

2、利用相邻模型之间的公共点和所在模型的控制点，对每个模型各自进行空间相似变换，列出误差方程及法方程式。

3、建立全区域的改化法方程式，并按循环分块法来解求，求得每个模型点的七个绝对定向元素。

4、按平差后求得的七个绝对定向元素，计算每个单元模型中待定点的坐标，若为相邻的模型公共点，取均值作为最后结果。

三种区域网平差方法比较

航带法的数学模型是航带坐标的非线性多项式改正公式，观测值是自由航带中各点的摄影测量坐标，平差单元为航带。

整体平差未知数是各航带的多项式改正数。

显然这种平差方法的特点是未知数少，解算方便和快速，但精度不高。

目前该方法主要用于为严密的平差提供初始值和小比例尺低精度点位加密。

独立模型法数学模型是单元模型的空间相似变换公式，观测值是模型坐标，平差单元式独立模型。

未知数是各模型空间相似变换的7个参数和加密点地面坐标。

该方法未知数较多，如果能顾及模型坐标之间的相关特性，独立模型法在理论上与光束法同样的严密。

光束法区域网平差数学模型是共线条件方程式，平差单元式单个光束，每幅影像的像点坐标为原始观测值，未知数是各影像的外方位元素和所有待求点的地面坐标。

它是最严密的一种解法。

误差方程式直接对原始观测值列出，能最方便的顾及影像系统误差的影响，最便于引入非摄影测量附加观测值，如导航数据和地面测量观测值。