摄影测量学复习.docx

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摄影测量学复习

《摄影测量学》基础知识梳理

1、摄影测量学的主要任务：

①测制各种比例尺的地形图和专题图；

②建立地形数据库；

③为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据；

2、摄影测量是利用光学摄影机摄影的像片，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学科和技术

3、摄影测量的优点：

①影像记录目标信息客观、逼真、丰富；

②测绘作业无需接触目标本身，不受现场条件限制；

③可测绘动态目标和复杂形态目标；

④影像信息可永久保存、重复量测使用；

4、按用途分类：

地形摄影测量、非地形摄影测量

5、按平台分类：

航天/航空/地面/显微/水下+摄影测量

6、按影像信息处理的技术手段分类：

模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量

7、摄影机的两大组成部分：

镜箱（物镜）、暗箱

8、摄影物镜：

相机上由单个凸透镜或凹凸透镜组合（等效透镜）成的精密光学成像系统

9、折射平面将空间分为两部分，物体所在的空间称为物方空间，影像所在的空间称为像方空间；两侧与主光轴的交点为物方主点和像方主点

10、D为物距，d为像距，f为焦距：

11、有效孔径与物镜焦距f之比的倒数即为光圈号数，光圈号数越小，能通过的光线越多，反之

12、摄影时感光材料单位面积上取得的曝光量H等于照度E与曝光时间t的乘积，即H=Et

13、景深：

指被摄景物中能产生较为清晰影像的最近点至最远点的距离。

光圈号数越大，景深越大；光圈号数越小，景深越小

14、快门是控制曝光时间的重要机件，快门从打开到关闭所经历的时间称为曝光时间，或称快门速度

15、航空摄影机按摄影机主距的长度可分为短焦距（<150mm）、中焦距（150～300mm）和长焦距（>300mm）摄影机。

航空摄影机的像幅均采用正方形。

短焦距航空摄影机的像幅多为18×18cm，中焦距的多为23×23cm，长焦距的多为23×23cm或30×30cm

16、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（像片上）建立像方坐标系

17、量测用摄影机的特征:

①像距是一个固定的已知值，几乎等于摄影机物镜的焦距；

②承片框上具有框标；

③内方位元素是已知的；

18、像主点（o）：

像片主光轴与像平面的焦点

19、摄影机（像片）主距：

像主点与物镜后节点之间的距离

20、航摄仪的三大主要部件：

镜头、框标平面、底片

21、摄影比例尺是指航摄设计中的像片比例尺，像片比例尺是由摄影机的主距和摄影的高度来计算的。

m为像片比例尺分母，f为摄影机主距，H为航高，则有：

22、航向重叠度：

60%~65%

旁向重叠度：

15%~30%

23、三度重叠：

在航线方向上三张相邻像片必须要有公共重叠影像

24、航带弯曲度：

航带两端像主点之间的直线距离L与偏离直线最远的像主点的垂距之比

25、像片旋转角：

相邻两像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。

对像片的旋偏角一般要求小于6度，个别最大不应大于8度。

而且不能连续三片有超过6度的情况

26、导致航摄像片误差的因素：

①底片变形

②航摄机物镜畸变差

③大气折光差

④地球曲率的影响

27、航摄倾角：

曝光瞬间航空摄影机主光轴与通过透镜中心的地面铅垂线（主垂线）之间的夹角；倾角介于0°~3°时为竖直航空摄影，大于3°为倾斜航空摄影

28、必须进行航摄仪检校的四种情况：

①距前次检定的时间超过两年

②快门曝光次数超过20,000次

③航摄仪经过大修或主要部件更换以后

④航摄仪产生剧烈震动以后

29、航摄仪的检定方法：

①测角法

②多筒准直管法

③试验场检定法

④恒星检定法

30、投影：

用一组假想的直线，将空间物体投射到某个几何面上，形成该物体在几何面上的构象，称为投影

31、中心投影：

当投影射线汇聚于一点时，称为中心投影

投影中心S：

中心投影射线的汇聚点

32、平行投影：

所有投影射线都平行于某一固定的方向；正射投影、斜投影是平行投影的两种情况

33、正射投影：

投影射线相互平行且与投影平面正交的投影

34、航摄像片是地面景物的中心投影，地形图是地面景物的正射投影

35、在地面水平且像片水平时，中心投影与平行投影的效果无差异

36、像空间辅助坐标系的三种表示形式：

①取铅垂方向为Z轴，航向为X轴，构成右手坐标系；

②以每条航线内第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系；

③以每个像对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为X轴，以摄影基线及左片主光轴构成的面作为XZ平面，构成右手直角坐标系；

37、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

38、像片的内方位元素可以确定摄影中心相对于像平面的关系，一张像片有3个内方位元素，包括：

①摄影机主距

（f）

②像主点在像平面坐标系中的坐标

39、像片的外方位元素可以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，一张像片有6个外方位元素，其中3个是描述摄影中心S空间位置的坐标值，称为3个线元素；另外3个是表述摄影光束空间姿态的3个角元素

40、像点的平面坐标变换：

41、例.绕Z轴旋转：

42、像空间辅助坐标系经过三轴旋转后，得到的是像空间直角坐标系

43、共线方程：

44、三点共线：

像点、投影中心和地面点三点共线

45、共线方程中，当Z-Zs=-H（常数），两平面间中心投影的构像方程式，又称透视变换公式：

46、单像空间后方交会：

利用像片上三个以上控制点的像点坐标及相应的物方坐标,反算像

片外方位元素的过程

47、空间后方交会计算过程：

①获取已知数据（像片比例尺、平均航高、内方位元素、GCP坐标）；

②用摄影测量仪器立体坐标仪，量测控制点的像点坐标；

③确定未知数的初始值（在竖直摄影情况下三个角元素

；

三个线元素

、

、

）；

④计算旋转矩阵R；

⑤用所取未知数的初始值和控制点的地面坐标，代入共线方程逐点计算像点坐标的近似值（x）、（y）；

⑥用②中量测的像点的坐标作为观测值和由⑤计算的近似值，计算每个点的常数项lx,ly；

⑦逐点计算误差方程式的系数，并组成误差方程式

；

⑧成法方程系数矩阵

与常数项

，组成法方程

，并求解未知数的改正数

；

⑨计算未知数趋近值；

⑩将求得的外方位元素的改正数与规定的限差比较，若小于限差时，则迭代计算完成，否则用未知数的新值作为近似值，重复④－⑨步骤计算，直到满足要求为止；

例题：

已知4对点的影像坐标和地面坐标：

影像坐标

相应的地面点坐标

x（mm）

y（mm）

X（m）

Y（m）

Z（m）

1

2

3

4

-86.15

-53.40

-14.78

10.46

-68.99

82.21

-76.63

64.43

36589.41

37631.08

39100.97

40426.54

25273.32

31324.51

24934.98

30319.81

2195.17

728.69

2386.50

757.31

试计算近垂直摄影情况下空间后方交会的解。

已知像片的内方位元素为：

f=153.24mm,

解：

后续略

48、观察人造立体的条件：

①由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对

②一只眼睛只能观察像对中的一张像片，即分像条件

③两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行

④两像片的比例尺相近（差别<15％）

49、立体像对：

两个测站对同一地面摄取相互重叠的两张相片

50、摄影过程：

在一定的内方位元素之下将被摄物体转化为像片或立体像对

51、双像解析摄影测量：

按照立体像对与被摄物体的几何关系，以数学计算方式，通过计算机解求被摄物体的三维空间坐标。

它主要研究的内容是研究立体像对与被摄物体之间的数学关系，以及如何计算被摄物体的三维空间位置

52、摄影过程的几何反转：

把已取得的立体像对放到摄影时的位置去，并用原摄影机、原摄影姿态把所有像点向空间反转投射出来，同名光线便交于原空间点上

53、根据摄得的立体相对的内在几何特性，按照物点、摄站点与像点构成的几何关系，用数学计算方式求解物点的三维空间坐标的3种方法：

①用单张相片的空间后方交会与立体像对的前方交会方式求解物点的三维空间坐标；

②用相对定向和绝对定向方法求解地面点的三维空间坐标；

③采用光束法求解地面点的三维空间坐标；

54、立体像对的空间前方交会：

在已知立体像对的两张像片的内、外方位元素前提下，由同名光线交会确定物点空间坐标的计算过程

55、投影系数：

（摄影中心到物点的距离与摄影中心到像点的距离之比）为N1和N2，从课本Page119图5-4中相似三角形的关系可得两投影线的关系：

→

→

，由①、②、③任意搭配均可解出投影系数N1，N2

56、空间前方交会计算地面点坐标的步骤：

①由已知的外方位角元素与像点的在像空间坐标系下的坐标，计算像点的像空间辅助坐标系下的坐标

②由外方位线元素，计算摄影基线分量Bx,By,Bz

③由摄影基线分量，计算投影系数N1，N2

④由下式计算地面点坐标

57、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一绝对定向。

用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素。

用数学计算的方法解求相对定向元素的过程，称为解析法相对定向

58、连续法相对定向方位元素：

（以每条航线内第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系）

像空间辅助坐标系的原点取在摄站点上，其坐标轴系保持与立体像对中左片的像空间坐标系的轴系分别重合，相对定向元素为

59、单独法相对定向元素：

（以每个像对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为X轴，以摄影基线及左片主光轴构成的面作为XZ平面，构成右手直角坐标系）

像空间辅助坐标系的原点取在像对中左片的摄站点上，坐标系的X轴向保持与摄影基线B的方向重合，并使坐标系的Z轴落在像片对中左片的主核面内相对定向元素为:

60、三线共面：

两条同名光线（S1A、S2A）+摄影基线（S1S2）

61、连续像对相对定向:

连续像对相对定向是以左像片为基准，求出右像片相对于左像片的5个定向元素，即

62、同名点的上下视差：

63、一个立体像对有12个外方位元素，通过相对定向求得5个定向元素，要恢复像对的绝对位置和方位，还要解求7个绝对定向元素，包括旋转、平移和缩放，也就是立体模型需要进行空间相似变换

133

↑↑↑↑↑

1②③④⑤

①：

模型点的地面摄影测量坐标

②：

模型缩放比例因子

③：

旋转矩阵

④：

模型点的摄影测量坐标

⑤：

坐标原点的平移量

64、解析空中三角测量的目的：

为了减少外业工作量，测少量外业控制点，在内业用解析摄影测量的方法加密出每个像对所要求的控制点。

也称控制点的摄影测量加密

65、解析空三的应用：

①像控点的加密

②地籍界址点测量

③大范围变形监测

④高精度近景测量

66、GPS全球定位系统是美国军方70年代开始研制的新一代卫星导航和定位系统，组成：

卫星，地面控制和用户接收机。

卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成；地面控制部分是整个系统的中枢；用户接收机有主机、电源和天线组成

67、每个立体像对都需要四个控制点，若测区范围有多个立体像对，则需要大量的地面控制点

68、解析空中三角测量：

是指用计算的方法，根据少量地面控制点，按一定的数学模型，平差解算出待定点（或加密点）的平面位置和高程及每张像片外方位元素的测量方法，也称解析空三加密或电算加密

69、解析空三的优点：

①不触及被量测目标即可测定其位置和几何形状；

②可快速地在大范围内同时进行点位测定，以节省野外测量工作量；

③不受通视条件限制；

④区域内部精度均匀，且不受区域大小限制；

70、解析空中三角测量的应用：

①为摄影测量测绘地形图、制作正射影像图提供定向控制点和像片内、外方位元素；

②取代大地测量方法，进行三、四等或等外三角测量的点位测定（要求精度为厘米级）；

③用于地籍测量以测定大范围内界址点的统一坐标；

④解析近景摄影测量和非地形摄影测量，用于建筑物变形测量、工业测量等；

⑤单元模型中大量地面点坐标的计算；

71、航带法解析空中三角测量的基本思想：

航带法单航带解析空中三角测量是利用一条航带内各个立体模型的内在几何关系建立自由航带网模型；然后根据控制点条件，按最小二乘原理进行平差，并消除航带模型中的系统误差；从而求得加密点的地面坐标

72、航带法解析空中三角测量的基本流程：

①像点坐标系统误差预改正；

②连续法相对定向建立各个模型；

③模型连接构建统一航带网模型；

④航带网模型的绝对定向；

⑤航带网模型的非线性改正；

⑥加密点坐标计算；

73、一条航带，完成相对定向后，完成了如下工作：

①各像对的像空间辅助坐标系的轴系对应的轴彼此平行；

②各模型的基线分量彼此平行；

③计算了各单模型在各自像空间辅助坐标系中的坐标；

74、自由航带网的构成要解决的问题：

①统一各模型的比例尺；

②统一全航带各模型坐标系为一个坐标原点；

75、自由航带网的建网过程:

①像点坐标量测（影像匹配）及误差改正；

②连续法相对定向建立单个立体模型（以航带中第一张像片的像空间坐标系为像空辅，以后各像对的像空辅彼此平行）;

③模型连接，建立统一的航带自由网（模型连接的实质就是比例尺归化，然后计算模型点坐标）;

76、光束法区域网空中三角测量：

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

77、数字摄影测量要解决的主要问题：

数字摄影测量的基本任务是确定被摄对象的几何和物理属性，实现影像量测与解译的自动化

①影像匹配：

影像匹配实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别同名点

②影像解译/识别

78、数字影像：

数字影像是一个灰度矩阵，数字影像可由数字式传感器对目标拍摄或将光学影像数字化两种方式获取。

①光学影像在像幅的几何空间和灰度空间上都是连续的

②数字影像在像幅的几何空间和灰度空间上都是离散的

79、影像数字化：

光学影像数字化过程包括采样与量化两项内容。

①图像的采样：

空间离散化处理,空间域上的数字化。

采样间隔越小，图像质量越好。

②图像的量化：

亮度值的离散化处理,明暗程度的数字化。

80、重采样：

当欲知不位于矩阵（采样）点上的原始函数g（x,y）的数值时就需进行内插，此时称为重采样。

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。

81、数字影像的内定向：

由于数字影像的像素坐标系（扫描坐标系）是建立在像素矩阵之上的，其坐标原点在矩阵的左上角，坐标轴系与像平面直角坐标轴系不平行，为此必须建立像素坐标系和像平面直角坐标系之间的关系，这一过程称为数字影像的内定向。

82、同名核线的确定：

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；同名像点必定在同名核线上。

83、影像相关：

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。

84、数字相关：

数字相关是利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像的相关。

85、一维相关只需在核线上搜索。

86、金字塔影像相关（分频道相关）：

从粗到精的相关策略。

即先通过低通滤波，进行初相关，找到同名点的粗略位置，然后利用高频信息进行精确相关。

87、影像匹配：

影像匹配实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别同名点。

88、常见的五种基本匹配算法：

同名点的确定是以匹配测度为基础

①相关函数、②协方差函数、③相关系数、④差平方和、⑤差绝对值和

89、最小二乘法匹配基本思想：

在影像匹配中引入辐射畸变、几何畸变等形参数，同时按最小二乘的原则，解求这些参数。

优点：

灵活,可靠和高精度

缺点：

如当初始值不太准时，系统不易收敛

90、特征匹配：

以影像的灰度分布为影像匹配的基础，被称为灰度匹配。

特征的匹配可以分为点、线、面。

91、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。

92、特征点的分布则可有两种方式：

①随机分布：

按顺序进行特征提取，但控制特征的密度；

②均匀分布：

将影像划分成规则矩形格网，每一格网内提取特征点。

93、特征点的匹配：

影像方位参数未知时，必须进行二维影像匹配;建立影像模型，形成核线进行一维匹配。

94、匹配的备选点选择方法：

①对右影像也进行相应特征提取；

②右影像不进行特征提取；

③右影像不进行特征提取，但也不将所有的点作为可能的匹配点。

95、特征点的提取与匹配的顺序：

深度优先、广度优先

96、匹配的准则：

除了运用一定的相似性测度，一般还可考虑特征的方向，周围已匹配点的结果。

97、粗差的剔除：

小范围内利用倾斜平面模型进行视差拟合，将残差大于某一阈值点作为粗差剔除。

98、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。

99、数字微分纠正：

根据参数与数字地面模型，利用相应的构像方程式，或按一定的数学模型用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行，且使用数字处理方式，故称为数字微分纠正。

数字微分纠正是实现两个二维图像之间的几何变换。

100、数字纠正:

像素的几何位置和灰度。

101、正解法（直接法）数字微分纠正:

由原始图像出发，按行列的顺序依次对每个原始像元求其在输出影像（纠正影像）中的正确位置。

直接法方案的缺陷：

因为正解计算得到像点坐标是非规则排列的，影像灰度内插计算量大，并且有的像元可能出现“空白”（无像点），有的像元可能出现重复（多个像点），因此很难实现纠正影像的灰度内插并获得规划排列的数字图像。

102、反解法（间接法）数字微分纠正：

由输出影像（纠正影像）出发，按行列的顺序依次对每个原始像元求其在原始图像中的位置。

步骤：

计算地面点坐标、计算像点坐标、灰度内插、灰度赋值

103、多项式纠正：

多项式纠正方法的基本思想是影像变形规律可以近似地看做平移、缩放、旋转、彷射、偏扭、弯曲等基本变形的合成。

104、遮蔽：

遮蔽此处即为遮挡，指的是由于地面有一定高度的目标物体的遮挡，使得地面上的局部区域在影像上不可见的现象。

遮蔽分为绝对遮蔽和相对遮蔽。

105、真正射影像：

真正射影像就是在数字微分纠正过程中，要以数字表面模型（DSM）为基础来进行数字微分纠正。

真正射影像制作过程中，需要考虑的问题有DSM采集（采集方法、采样间隔、必要采集对象）和相对遮蔽信息的补偿。

106、数字地面模型：

数字地面模型（DTM）是地形表面形态等多种信息的一个数字表示，其数学表达为定义在某一区域D上的m维向量有限序列：

{Vi,i=1,2,3,…，n}，其中Vi分别为地形（x,y,z）、地貌、地物、自然资源、环境、社会经济等等信息的定量或定性描述。

107、数字高程模型：

数字高程模型（DEM）是表示区域D上地形三维向量的有限序列{Vi=（Xi,Yi,Zi）}，其中（Xi,Yi∈D）是平面坐标，Zi是（Xi,Yi）对应的高程，对于规则格网{Vi=Zi}

108、4D产品：

数字高程模型（DigitalElevationModel，DEM）

数字正射影像图（DigitalOrthoimageMap，DOM）

数字线划图（DigitalLineGraphic,DLG）

数字栅格地图（DigitalRasterGraphic,DRG）

→前3D为国家空间数据基础设施（NSDI）的框架数据

109、数字高程模型的研究内容：

地形数据采样、地形建模与内插、数据组织与管理、地形分析与地学应用、DEM可视化、不确定性分析和表达。

110、数字高程模型的类型：

①基于面单元的DEM：

将采样点按某种规则剖分成一系列的规则或不规则的格网单元，并用这些格网单元组成的网络逼近原始曲面。

②基于线单元的DEM：

将采样点按线串组织在意的DEM。

③基于点的DEM：

基于点的DEM实际上就是采样点的集合，点与点之间没有建立任何关系，称之为散点DEM。

该种结构由于点之间没有任何关系而应用不多。

111、数字高程模型数据采集：

地面测量、摄影测量方法、星载立体像对、现有地图数字化

112、DEM的数学特征：

①单值性，DEM只能表达地表单元处的一个属性值，DEM的几何维数是2.5维的；

②DEM所表达的地形表面连续而不光滑。

113、地形的空间分布特征：

①地形起伏在空间上的分布随方向的变化而变化，具有各向异性，

采样：

要求地形采样点随地形变化分布；

内插：

考虑采样点分布的方向性；

②地形空间分布的另一特征是空间的自相关性，地形起伏在邻近范围内的变化往往表现出对空间位置的依赖关系。

114、评价DEM对地形曲面的逼近指标：

保凸性、逼真性、光滑性和平顺性

115、DEM建立的一般步骤：

116、空间插值：

根据分布在内插点周围的采样点高程求出未知点的高程值。

空间插值的理论假设是：

空间位置上越靠近的点，越可能具有相似的特征值，而距离越远的点，其特征值相似的可能性越小。

需要插值的原因有：

①现有离散曲面的分辨率、像元大小、方向与要求不符；

②现有连续曲面的数据模型与要求不一致；

③现有数据不能完全覆盖所要求的区域。

117、分块内插:

分块内插是把参考空间分成若干分块，对各分块使用不同的函数。

一般相邻分块间要求有适当宽度的重叠，以保证相邻分块间能平滑、连续地拼接。

方法：

线性内插、双线性内插、多项式内插、样条函数内插、多层曲面叠加法

118、逐点内插法：

以内插点为中心，确定一个邻域范围，用落在邻域范围内的采样点计算内插点的高程值。

步骤：

①定义内插点的邻域范围；

②确定落在邻域内的采样点；

③选定内插数学模型；

④通过邻域内的采样点和内插模型计算内插点的高程。

119、移动拟合法：

①待内插的点P为中心原点，按一定半径作圆；

②选定一多项式内插函数，用圆内的采样点解出函数参数；

⑤使用内插函数计算待插点的特征值。

120、选择邻近点一般考虑两个因素：

①范围，即采用多大面积范围内的参考点来计算被插点的数值；

②点数，即选择多少参考点参加计算。

121、基于不规则采样点的格网DEM建立：

直接法：

直接通过采样点内插建立格网DEM；

间接法：

首先建立TIN，然后再在TIN上通过线性内插形成格网DEM。

122、TIN：

不规则三角网（TriangulatedIrregularNetwork简称TIN），是用一系列互不交叉、互不重叠的连接在一起的三角形来表示地形表面。

TIN既是矢量结构又有栅格的空间铺盖特征，能很好地描述和维护空间关系。

123、像片控制点的分类：

平面控制点（P）：

只需测定点的平面坐标；

高程控制点（G）：

只需测定点的高程坐标；

平高控制点（N）：

需同时测定点的平面坐标和高程。

124、野外像控点的目标选择：

无论是平面点、高程点或平高点，野外像控点均要选择在明显目标点上，明显目标点是指野外的实地位置和像片的影像位置都可以明确辨认的点。

理想的明显目标，近于直角而且又近于水平的线状地物的交