大致考点近景解析.docx

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大致考点近景解析

1.摄影测量学的定义：

近景摄影测量是摄影测量与遥感（Photogrammetry&RemoteSensing）学科的一个分支，它不以测制地形图为目的，是通过摄影手段以确定目标（地形以外）的外形和运动状态的学科。

2.近景摄影测量技术的优缺点

优点：

1）瞬间获取被测目标的大量几何和物理信息，适合于测量点数众多的目标；

2）非接触测量手段，可在恶劣条件下作业；

3）适合于动态目标测量；

4）严谨的理论和现代的软硬件，可提供较高的精度；

5）实时近景摄影测量技术正日益广泛深入工业生产流程中，成为工业产品分类、导向、监测、装配和自动化生产的重要组成；

6）可提供基于三维空间坐标的各种产品。

缺点：

1）技术含量高，需较昂贵的设备和高素质人员；

2）对所有测量对象不一定是最佳的技术选择。

--不能获得质量合格的影像；

--待测量点数稀少。

3.近景摄影测量精度统计方法

统计近景摄影测量的精度，应从估算精度、内精度和外精度三个方面进行：

估算精度是在现场工作之前，在近景摄影测量网的设计阶段，根据摄影、控制、网形、设备和一些设计参数的具体情况，按理论的精度估算式获得

内精度是在摄影测量的数据处理阶段，按解算未知数方程组的健康程度，直接计算而得到的。

内精度的获取较容易，因此人们常常采用内精度。

但内精度在很大程度上仅与摄影测量的网形有关，即仅与解算未知数的线性方程组的构成有关，它不能客观反映测量成果的质量，大多数情况下，其精度指标要好于实际精度。

外精度检查方法是一种能给出客观精度的指标方法，最常用的方法是使用较大量的多余控制，包括多余控制点或多余相对控制。

4.影响近景摄影测量精度的因素

1）像点坐标的质量（影像获取设备的性能、像点坐标量测精度、系统误差的改正程度等）；

2）摄影条件、标志设计与使用、摄影方式；

3）控制质量；

4）图像处理与摄影测量处理的能力、水平，如人工量测量与自动量测

5.像片内方位元素：

恢复光束形状的要素。

像片外方位元素：

确定此光束在物方空间坐标系中位置与朝向的要素。

6.共线条件方程：

描述像点、摄影中心、物点应位于同一条直线上的方程式

考虑像主点（x0,y0）及各类系统误差改正数

7.共面条件方程：

描述立体像对内的摄影基线以及同名光线应位于同一平面的一种方程。

8.近景摄影测量作业的四个阶段

1、方案制定阶段：

进行整体规划（流程制定、设备选择、精度估算）；

2、摄影阶段：

获取质量合格的目标影像（布点、控制、照明、表面处理）；

3、摄影测量处理：

获取目标上离散点的坐标或其他数据（解析法、内定向-相对定向-绝对定向）；

4、基于摄影测量处理后数据的应用，如恢复表面形状，计算面积、体积等。

9.影像获取设备分类

摄影设备：

格网摄影机、量测摄影机、半量测摄影机、非量测摄影机

摄像设备:

数码相机、电视摄像机、高分辨率电视摄像机

10.摄影设备性能

1.非量测摄影机特点：

a.不是专为测量目的而设计制造，结构不严谨；b.内方位元素未知且不能记录；c.无外部定向设备；d.光学畸变差大；e.无改正底片变形的措施；f使用方便；g.普及，社会拥有量大。

2.量测摄影机特点：

a.专为测量目的而设计制造，结构严谨，经过严格检校；b.内方位元素已知，可记录；c.具有外部定向设备；d.光学畸变差小；e.有机械或光学框标；f.采取措施压平底片

3.半量测摄影机特点：

a.不具备量测摄影机的性能；b.具有改正底片变形的格网；（非量测摄影机加装格网）

4.格网摄影机特点：

a.具备量测摄影机的性能；b.具有改正底片变形的格网；（量测摄影机加装格网）

11.摄影机与摄像机的比较：

与基于底片的一般摄影机相比较，基于CCD的固态摄影机有如下明显的优点：

（1）快速的影像获取速度

（2）芯片稳定的集合关系：

没有底片变形问题

与基于底片的一般摄影机相比较，基于CCD的固态摄影机有如下明显的缺点：

（1）小成像面积：

6*4.5mm*mm或者8。

8*6.6mm*mm

（2）有限的空间分辨率

（3）存在额外的电子畸变

12.正直摄影方式：

摄影时两摄影机主光轴相互平行且垂直于摄影基线的摄影方式

13.交向摄影方式：

摄影时两摄影机主光轴大体位于同一平面内但彼比不平行、且不垂直于摄影基线的摄影方式。

交向摄影方式像片对常100%覆盖目标，获取的像对一般不适合肉眼立体观测，适合于解析法及数字近景摄影测量。

14.正直摄影方式的精度估算

第一种方式：

以（x,y,p）为观测值的正直摄影精度估算

则目标点物方空间坐标中误差为：

几点结论：

--为提高精度，应尽可能拍摄摄影比例尺大的像片，即尽可能减小摄影距离，选用主距大的摄影机；

--为提高精度，应尽可能拍摄摄影基线大的像对；

--为提高精度，应尽可能提高像点坐标的质量，包括像点坐标的量测质量、剔除各类系统误差的能力；

--一般情况下，摄影方向的中误差最大，常以mZ估算精度；

第二种方式：

以（x1,y1,x2,y2）为观测值的正直摄影精度估算

思考题：

某单位研制成功由两台NikonD100型数码相机组成的立体摄影测量系统，使用定焦的35mm镜头，现对4.5m远的某体育场模型按正直摄影方式拍摄立体影像对，同名点的影像坐标按单片方式量测（即测出了同名像点坐标），量测精度为±10μm，若要求摄影方向的测量精度优于±5.0mm，请估算相机间的最短距离应安置为多少？

解：

由计算式：

mz=sqrt

（2）*k1*k2*mx得：

5.0=1.414*4.5*1000/35*4.5*1000/B*0.01

可以知道：

B=1.6362m（注意在此处将量测精度看作是在xhuo者是某一方向的精度）

15.调焦距D：

摄影中心与调焦最清晰点间的距离。

通俗的说即为物距。

16.超焦距（超焦点距离、无穷远起点）

给定光圈和模糊圈的大小，当摄影机调焦到无穷远时，从摄影中心开始的某一距离到无穷远范围内的景物成像都是清晰的，这一距离称为超焦距。

此清晰点称为无穷远起点。

其中k为光圈号数，E为模糊圈直径，F为摄影机焦距。

光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置

光圈f值=镜头的焦距/镜头口径的直径

f1，f1.4，f2，f2.8，f4，f5.6，f8，f11，f16，f22，f32，f44，f64

17.景深:

给定光圈和模糊圈大小，被摄影空间能够获得清晰构像的深度范围，称为景深。

景深ΔD为沿光轴方向的后景距D2与前景距D1的差值,ΔD=D2-D1

景深大小与调焦距D、焦距F、光圈号数k、模糊圈直径相关

景深的主要影响因数有两个：

镜头焦距、光圈号数；其中，镜头焦距越大，模糊圈直径越大，超焦距越小，景深越小。

光圈越小，也就是对应的K数值越大（如f16的光圈比f11的光圈小）,16和11分别表示的是，镜头口径的直径。

景深与超焦距H成正比。

18.曝光时间的确定方法

经验法使用测光表试片法推算比较法

推算比较法:

用一台具有量测曝光时间功能的普通相机推算近景摄影机的正确曝光时间。

普通相机上安置的感光度为s，光圈号数为n，测得的曝光时间为t（光圈优先）；近景摄影机使用的底片感光度为S，安置光圈号数为N，则应安置的正确曝光时间T为：

其中感光度单位采用ISO制。

举例：

如用一架普通135相机对某目标进行测光，安置的感光度为ISO100，光圈号数安置为8，此时测得的曝光时间为1/60秒。

用P31摄影机对此目标摄影，选用的感光材料的感光度ISO400，安置的光圈号数为11，试确定其正确的曝光时间。

光圈优先的摄影方式：

预先设定光圈号数再测定曝光时间的摄影方式，是近景摄影测量中对静态物体摄影经常采用的摄影方式；

曝光时间优先摄影方式：

预先设定曝光时间再测定光圈号数，是近景摄影测量中对动态物体摄影经常采用的摄影方式

19.立体像对的摄取方法：

1使用立体摄影机或立体摄影系统2移动相机法

3移动目标法4.旋转被摄目标法5利用分光装置法

20.动态目标立体像对的获取方法:

对动态目标拍摄立体像对，需要两台或以上的摄影机在同一时刻对此动态目标进行摄影，即同步摄影。

同步的标准是考察两摄影机在拍摄的瞬间，由于曝光不在绝对的同一时刻，造成运动目标在影像上的位移是否可以容忍。

具体的获取方法有：

1、同步快门：

机械同步快门、电子同步快门2、记时装置3、频闪照明：

主动频闪照明、被动频闪照明4、立体摄影的同一物镜法

21.被测物体的表面处理：

在待测物体表面人工制作某种纹理以保证和提高影像识别与摄影测量量测性能的工作称为摄影工作的表面处理。

目的：

为了提高影像的识别能力，包括人工识别和自动识别。

具体的获取方法有：

1、利用投影设备将光栅、格网、及图案、图象投影到物体表面，形成人工纹理；2、利用激光经纬仪、激光笔，按一定规则将激光投射到被测目标上，形成人工纹理；3、在被测目标表面粘贴人工标志，形成人工纹理；4、在被测目标表面上绘制人工纹理

22.摄影机选择原则：

满足精度原则效率高原则

摄影基线长度的确定：

基本原则：

1使用尽量长的基线B，以提高测量精度2应避免不能进行立体测绘的死角出现，必要时可缩短基线，甚至对摄影基线的方向和长度重新考虑。

式中：

F为摄影机焦距，f为摄影机主距

23.物方空间坐标系的定义方式：

（1）按控制点定义的物方空间坐标系

（2）按物方距离定义的物方空间坐标系（3）按摄站到物方点距离定义的物方空间坐标系

24.控制点的测定精度要求

待定点坐标的中误差m由控制点坐标中误差m控和摄影测量中误差m摄组成。

为使控制点坐标中误差m控对待定点坐标的中误差m不产生影响，应使

摄影测量中误差m摄可预先估算

25.使用标准尺法的步骤：

步骤：

1.根据实际情况安置两测站A、B后，近似量取基线长度，作为初值;

2.在测量基线的前方，水平放置一根高精度的标准尺，在其上选到两个刻划M，N，作出标记，其真长记为SMN；

3.确定起始方向线；

4.在两测站A、B安置仪器，按前方交会法

分别测量M、N两点的水平角；

5.按前方交会公式计算M、N两点的平面坐标；

6.计算M、N两点间的距离

7.计算比例尺归化系数；

8.求解测量基线的长度

26.相对控制的两种方式：

1.第一种方式：

把相对控制当作观测值，将相对控制所建立的误差方程式，与像点坐标误差方程式一并解算，从而引进内部控制并加强所建模型的内部精度。

2.第二种方式：

把相对控制当作真值，则提供了某种约束条件，并按有制约条件的间接平差处理，从而应进控制并加强所建模型的内部强度。

27.如考虑各类系统误差改正，则误差方程一般式

在此式中，各参数的已知含义：

A：

外方位元素的系数阵t：

外方位元素Bc：

已知控制点的系数阵

Xc：

已知控制点的坐标Bu：

未知点的系数阵Xu：

未知点的坐标

C：

内方位元素的系数阵X2：

内方位元素Dad：

系统误差系数矩阵

Xad：

系统误差参数

28.几种典型的光线束解法

1、控制点坐标视作真值且实地不测外方位元素的光线束解法

a）适用条件

★在被测目标上或周围可以布设稳固的控制点，分布合理，控制点精度好；

★使用量测摄影机，同一调焦距，或使用检校过的非量测相机，同一调焦距；

b）误差方程式

★原则：

对观测值列误差方程式

观测值：

像点坐标：

待定点像点坐标，控制点像点坐标

未知数：

待定点的物方空间坐标改正数，外方位元素改正数

对一目标拍摄5张像片，10个控制点，25个待定点，100%覆盖。

利用光束法求解像片的外方位元素及待定点坐标。

问未知数的个数？

可列出多少个误差方程式？

误差方程式的总个数：

350个方程未知数的总个数：

105个

2、无控制点且外方位元素视作观测值的光线束解法

a）适用条件

★在被测目标上或周围无法或不易布设控制点；

★使用量测摄影机，同一调焦距，或使用检校过的非量测相机，同一调焦距；

★实地可量测外方位元素，但精度不高，将其认做观测值；

b）误差方程式

★原则：

对观测值列误差方程式

观测值：

待定点像点坐标，外方位元素

未知数：

待定点的物方空间坐标改正数，外方位元素改正数

对一目标拍摄5张像片，25个待定点，100%覆盖。

利用光束法求解像片的外方位元素及待定点坐标。

问未知数的个数？

可列出多少个误差方程式？

误差方程式的总个数：

280个方程未知数的总个数：

105个

3、控制点物方坐标及外方位元素均视作观测值的光线束解法

a）适用条件

★在被测目标上或周围布设有控制点，但看作观测值；

★使用量测摄影机，同一调焦距，或使用检校过的非量测相机，同一调焦距；

★实地可量测外方位元素，但精度不高；

b）误差方程式

★原则：

对观测值列误差方程式

观测值：

待定点像点坐标控制点像点坐标控制点物方坐标外方位元素

未知数：

待定点的物方空间坐标改正数控制点的物方空间坐标改正外方位元素改正数

对一目标拍摄5张像片，10个控制点，25个待定点，100%覆盖，其误差方程式的阶数是多少？

误差方程式的总个数：

410个方程未知数的总个数：

135个

29.直接线性变换法的解算步骤

1、li系数近似值的解算；

2、内方位元素x0,y0的解算；

3、li系数精确值的解算；其中：

第二步和第三步要进行迭代计算

4、待定点“坐标仪坐标”改正；

5、待定点物方空间坐标近似值解算；

6、待定点物方空间坐标精确值解算；

解算li系数相当于后方交会；解算物方空间坐标相当于前方交会；

30.控制点空间分布的禁忌：

直接线性变换解法要求布有六个以上的控制点，这些控制点不能布置在一个平面上，以避免解的不确定性。

一般的要求是：

应均匀地布置控制点，使它们环绕被测物体，并且使各控制点在像片上的构像范围越大越好.

31.在计算过程中,ds、db、内方位元素和外方位元素的计算方法：

X0和y0的计算方法：

ds的计算方法：

=A

db的计算方法：

fx,fy的计算：

外方位元素的解算

由此处计算方程组就可以计算

a1=cosφcosκ-sinφsinωsinκ

a2=-cosφsinκ–sinφsinωcosκ

a3=-sinφcosω

b1=cosωsinκ

b2=cosωcosκ

b3=-sinω

c1=sinφcosκ+cosφsinωsinκ

c2=-sinφsinκ+cosφsinωcosκ

c3=cosφcosω

在计算k角值时，使用l6的计算式，先计算出b2

再用l2计算出b1，那么就能够计算出对应的k值了。

32.近景摄影测量中一些其他的解析处理方法：

（1）利用共面条件方程式的近景摄影测量解析处理方法；

（2）角锥体原理的空间后方交会——前方交会解法：

基于以摄影中心为顶点的两根构像光线的像方角应与其物方角相等的原理。

（3）利用角锥体原理的又一种空间后方交会解法。

（4）利用被摄物体上平行线组进行的摄影机检校的方法

（5）伪视差法

（6）近景摄影测量的空间相似变换法

（7）近景摄影测量中涉及的二维变换的问题

33.光学畸变差的构成：

包含径向畸变差和偏心畸变差，其中径向畸变差又分为：

非对称径向畸变和切向畸变。

34.主距：

物镜系统摄影中心到影像平面之间的垂直距离

35.值准直主点（PPA）是物镜系统光轴与垂直此光轴的理想平面的交点。

36.检校的方法：

从仅仅解求内方位元素和光学畸变的目的考虑，近景摄影机的检校方法大体分为以下几类：

光学实验室检校法：

适用于调焦到无穷远的近景量测摄影机的检校。

需要专门的激光准直仪或精密测角仪，灵活性和通用性差，目前实际近景摄影测量工作中几乎不用了。

实验场检校：

验场一般由一些已知空间坐标的标志点构成，用被检校的相机拍摄此控制场后，根据单片空间后方交会或多片空间后方交会解求内方位元素及其它影响光束形状的元素。

实验场多为三维，有时也使用二维，简单地使用二维平面控制，必须采用多片交向摄影方式。

在任检校（onthejobcalibration）：

在完成某个近景摄影测量任务的同时对摄影机进行检校的方法。

利用物方空间分布合理的一群高质量控制点，在解求待定点物空间坐标的任务中，同时解求像片的内外方位元素、物镜畸变系数。

自检校法：

无需物方控制点以解求内方位元素和其他影响光束形状要素（包括光学畸变或某些附加参数）的近景摄影机检校方法。

恒星检校法：

基于“给定地点给定时间的恒星方位角和天顶距为已知”原理的摄影机检校方法.

老师给出PPT上的一些习题：

1．CCD固态摄像机按结构的不同分为（面阵）CCD相机和（线阵）CCD相机。

2．近景摄影测量中的两种基本摄影方式是（正直摄影）和（交向摄影）。

3.共线条件方程、共面条件方程各自代表的几何含义是什么？

共线条件方程：

表示摄站、像点、物点在一条直线上

共面条件方程：

表示基线和同名光线共面

4.使用UMK10/1318型量测摄影机对10m远的某目标物摄影，设物镜焦距为10cm，安置的光圈号数为16，若取模糊圈直径为0.02mm，请计算此时的超焦距及景深。

H=F*F/k*E=100*100/16/0.02=31.25m

D1=H*D/（H+D）=31.25*10/（31.25+10）=7.58m

D2=H*D/（H-D）=31.25*10/（31.25-10）=14.71m

dD=D2-D1=14.71-7.58=7.13m

由此可知，超焦距为：

31.25m，景深为7.13m

5.如图1所示，为测量一目标外形，在其表面贴敷520个标志点，选择其中20个分布合理的标志点用全站仪测量其三维坐标作为控制点，其余作为待定点。

使用数码相机在9个摄站对此目标摄影（不调焦），重叠度为100%。

若物方控制点坐标作为真值，实地不测外方位元素，列出以内、外方位元素及待定点物方坐标为未知数的光束法平差的误差方程式。

（1）指出哪类参数是观测值？

（2）误差方程式的个数是多少？

多余观测数是多少？

（1）观测值有：

每张相片上的控制点的像点坐标和待定点的像点坐标

（2）误差方程的个数为：

520*2*9=9360个

未知数的个数为：

3*500+3+9*5=1548个

多余观测的个数位：

9360-1548=7812个