Hua Guy数字摄影测量复习提纲.docx

1、Hua Guy数字摄影测量复习提纲第一章1、摄影测量与遥感的概念、主要特点概念：对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术。特点：在像片上进行量测和解译；无需接触物体本身，较少受自然和地理条件限制；可摄得瞬间的动态物体影像；像片及其它各类影像提供物体的大量几何信息和物理信息。2、摄影测量学的三个发展阶段、具体内容（1）模拟摄影测量(1851-1970)：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。光

2、学像片光学机械测图仪器人工建立立体模型人工量测和解译、机械绘图 图解线划地图、像片影像地图。（2）解析摄影测量(1950-1980)：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。光学像片解析测图仪器计算机建立立体模型人工量测和解译、自动记录数字线划地图、数字高程模型、像片影像地图。（3）数字摄影测量(1970-现在）：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。数

3、字影像数字测量摄影系统自动建立立体模型自动量测和解译、自动记录数字线划地图、数字高程模型、数字影像地图、数据库。3、摄影测量的分类按距离远近：航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量、显微摄影测量按用途：地形摄影测量、非地形摄影测量按处理手段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量4、摄影测量的任务地形测量领域：各种比例尺的地形图、专题图、特种地图、正射影像地图、景观图。建立各种数据库。提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据。非地形测量领域： 生物医学，公安侦破，古文物、古建筑，建筑物变形监测，军事侦察，矿山工程第二章5、航空摄影机的基础知识它由镜箱(包括物镜)、暗匣、

4、座架以及控制系统的各种设备等组成；航空摄影机除有较高光学性能外，还具备摄影过程的高度自动化；使承片框处于固定不变的位置，承片框上四个边的中点各有一机械框标；新型的航空摄影机，则是在四角设定四个光学框标；两相对的框标连线成正交，其交点为平面坐标系的原点，从而使摄影的像片上构成框标直角坐标系；航空摄影机物镜中心至底片面的距离是固定值，称为航摄机主距，常用f表示。摄影机的主距分为：长焦距(主距200 mm)、中焦距(100200mm)、短焦距(l00mm)对应的像场角分为：常角(75以下)、宽角(75100)、特宽角(100以上)6、航空摄影测量中对航空摄影有哪些基本要求空中摄影要按航摄计划要求进行

5、。在整个摄区，飞机要按规定的航高和设计的方向呈直线飞行，并保持各航线的相互平行。摄影比例尺要根据测绘地形图的精度要求与获取地面信息的需要来确定。像片倾角小于3。同一条航线内相邻像片之间的影像重叠称为航向重叠，一般要求航向重叠度在60以上。相邻航线的重叠为旁向重叠，旁向重叠度保持在24 % 以上。7、摄影比例尺摄影比例尺是指航摄像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距L之比。由于摄影像片有倾角，地形有起伏，所以摄影比例尺在像片上处处不相等。我们一般指的摄影比例尺，是把摄影像片当作水平像片，地面取平均高程，这时像片上的一线段l与地面上相应线段的水平距L之比，称为摄影比例尺1m，即8、空中摄影的基础

6、知识（像片重叠度、摄影基线、像片旋偏角、像片倾角）像片重叠度: 像片重叠部分与整个像幅长的百分比。空间摄影基线：控制像片重叠度时，将飞机视为匀速运动，每隔一定空间距离拍摄一张像片，摄站的间距称为空间摄影基线B。像片倾角：摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，它偏离铅垂线的夹角。像片旋偏角：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。9、航摄像片上特殊的点、线设地面为E，像片为P（即像平面）两平面相交于直线TT，称为迹线，即透视轴，平面夹角为像片倾角。摄影中心：影像是由地面上各点发出的光线通过航空摄影机物镜投射到底片感光层上形成的，这些光线会聚于物镜中心S，称为摄影中心。中心

7、投影像主点：通过摄影中心S, 垂直于像平面P的直线SO 称为主光轴，它与像平面P 的交点o 称为像主点。So称为航摄机的主距f像底点：通过摄影中心S作地平面E的铅垂线SN，称为主垂线，主垂线SN与像平面P的交点n称为像底点，与地面E的交点N称为地底点。SN 称为摄影航高H。等角点：主光轴SoO 与主垂线SnN 所夹的角a，称为像片倾斜角。a角的二等分线与像片交点c称为等角点。与E面的交点C称为等角点的共轭点。主纵线：通过主垂线SnN 与主光轴SoO作一平面W，此平面称为主垂面,既垂直于像平面P, 又垂直于地面E。主垂面W与像平面P的交线VV，称为主纵线。主垂面W与地面E的交线V0V0，称为摄影

8、方向线。10、摄影测量常用的坐标系像方空间坐标系 (描述像点的位置) （1）像平面坐标系：像平面坐标系用以表示像点在像平面上的位置，通常采用右手坐标系,x,y轴的选择按需要而定，在解析和数字摄影测量中，常根据框标来确定像平面坐标系，称为像框标坐标系。在摄影测量解析计算中，像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。为此，当像主点与框标连线交点不重合时，须将像框标坐标系平移至像主点。当像主点在像框标坐标系中的坐标为(x0，y0)时，则量测出的像点坐标x，y化算到以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标为(xx0，yy0)。（2）像空间坐标系：以摄影中心S为坐标原点，x，y轴与像平面坐标系的

9、x，y轴平行，z轴与主光轴重合，形成像空间右手直角坐标系S-xyz。表示为（x,y,-f）。（3）像空间辅助坐标系：像空间坐标系随着像片的空间位置而定，每张像片的像空间坐标系不统一。 此坐标系的原点为摄影中心S，坐标轴系的选择视需要而定，通常有三种选取方法。其一是取铅垂方向为Z轴，航向为X轴，构成右手直角坐标系，见图(a)。其二是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，见图(b)。其三是以每个像片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，如图(c)。用S-XYZ表示。 物方空间坐标系 (描述地面点的位置)（

10、1）摄影测量坐标系：将像空间辅助坐标系S-XYZ沿着Z轴反方向平移至地面点P，得到的坐标系P-XpYpZp称为摄影测量坐标系。（2）地面测量坐标系（大地坐标系）：地面测量坐标系通常指地图投影坐标系，也就是国家测图所采用的高斯克吕格3带或6带投影的平面直角坐标系和高程系，两者组成的空间直角坐标系是左手系用T-XtTtZt表示。（3）地面摄影测量坐标系：坐标原点在测区内的某一地面点上，Xtp轴与Xp轴方向大致一致，但为水平，Ztp轴铅垂。构成右手直角坐标系。用D-XtpYtpZtp表示。摄影测量中，首先将摄影测量坐标转换成地面摄影测量坐标，最后再转换成地面测量坐标。11、航摄像片的内外方位元素确定

11、航空摄影瞬间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，描述这些位置和姿态的参数称为像片的方位元素。 内方位元素：表示摄影中心与像片之间相关位置的参数，包括三个参数，即摄影中心S 到像片的垂距(主距)f及像主点O在像框标坐标系中的坐标x0，y0。外方位元素： 表示摄影中心和像片在地面坐标系中的位置和姿态参数。三个直线元素用Xs，Ys，Zs表示，摄影中心S在地面空间坐标系中的坐标；通常选用地面摄影测量坐标系。三个角元素：以y 轴为主轴的-w-k系统 ，以x 轴为主轴的w-k系统 ，以Z 轴为主轴的A-a-kv系统。以y轴为主轴的-w-k系统：以摄影中心为原点，建立像空间辅助坐标系S-XY

12、Z，与地面摄影测量坐标系D-XtpYtpZtp 轴系相互平行。表示航向倾角，主光轴So 在XZ 平面的投影与Z轴的夹角；绕Y轴旋转，w 表示旁向倾角，主光轴So 与其在XZ平面上的投影之间的夹角；k表示像片旋角，YSo 平面在像片上的交线与像平面坐标系的y轴之间的夹角12、空间直角坐标变换像点空间直角坐标的旋转变换是指像空间辅助坐标与像空间坐标之间的变换。现假设有一像点a，它在S-XYZ中的坐标为X，Y，Z，在S-xyz中的坐标为x，y，z(-f)。R为旋转矩阵，由于是一种正交变换，RT=R-113、方向余弦的确定由高等数学可知，空间直角坐标的变换是正交变换，一个坐标系按某种顺序依次地旋转三个

13、角度即可变换为另一个同原点的坐标系。14、中心投影构像方程式、共线方程式中：x ，y为以像主点为原点的像点坐标；XA，YA，ZA为相应地面点坐标；f 为像片主距，影像的内方位元素 (x0 ， y0 )，f；XS ，YS ，ZS为摄影中心S的物方空间坐标；ai ，bi ，ci（i = 1，2，3）为影像的三个外方位角元素组成的九个方向余弦。15、中心投影变换将倾斜摄影的像片变为水平摄影的像片，是一种平面对平面的投影变换。这种将倾斜摄影的像片变为水平摄影的像片的过程，就称为中心投影变换。摄影测量中将任意倾角的像片变为规定比例尺的水平像片(即规定比例尺的影像地图)称为像片纠正。16、航摄像片的像点位

14、移地面点在地面水平的水平像片上的构像与地面有起伏时或倾斜像片上的构像的点位不同，这种点位差异称为像点位移。17、单张像片的空间后方交会定义、解算过程已知像片的内方位元素和至少三个地面点坐标及像点坐标，则可列出至少六个方程式，解求出像片六个外方位元素，称为空间后方交会。利用一定数量的地面控制点，根据共线方程，反求像片的外方位元素，这种方法称为单张像片的空间后方交会。获取已知数据：从摄影资料中查取像片比例尺1m、平均航高、内方位元素x0,y0，f，从外业测量成果中，获取控制点的地面测量坐标Xt，Yt，Zt，并转化成地面摄影坐标Xtp，Ytp，Ztp 量测控制点的像点坐标：将控制点标刺在像片上，利用

15、立体坐标量测仪量测控制点的像框标坐标，并经像主点坐标改正，得到像点坐标x ，y 。 确定未知数的初始值；在竖直摄影情况下，角元素的初始值为0，即 0w0k00；线元素中,ZS0H=mf，XS0，YS0的取值可用四个角上控制点坐标的平均值，即：计算旋转矩阵R：利用角元素的近似值计算方向余弦值，组成R阵。逐点计算像点坐标的近似值：利用未知数的近似值按共线方程计算控制点像点坐标的近似值(x)；(y)。组成误差方程式：逐点计算误差方程式的系数和常数项。组成法方程式：计算法方程的系数矩阵ATA与常数项ATL。解求外方位元素：根据法方程，解求外方位元素改正数，并与相应的近似值求和，得到外方位元素新的近似值

16、。检查计算是否收敛:将求得的外方位元素的改正数与规定的限差比较，小于限差则计算终止；否则用新的近似值重复4-8的计算，直到满足要求为止。 第三章18、求解地面三维坐标为什么要用到立体像对 单张像片只能确定地面点的方向，不能确定地面点的三维空间位置，而有了立体像对（即在两个摄站对同一地面摄取相互重叠的两张像片）则可构成模型，解求地面点的空间位置。19、立体视觉原理，生理视差，人造立体视觉条件用双眼观察景物，才能判断景物的远近，得到景物的立体效应，这种现象称为人体的立体视觉。由于交会角的差异，使得两弧长ab和ab不相等，其差s=ab-ab称为生理视差。人造立体视觉条件 ： 两张像片必须是在两个不同

17、位置对同一景物摄取的立体像对； 每只眼睛必须只能观察像对的一张像片； 两像片上相同景物(同名像点)的连线与眼基线应大致平行；两像片的比例尺相近(差别15)，否则需用ZOOM系统等进行调节。20、航摄像对的立体观察与量测实现人造立体视觉的方法(立体观察 )：立体镜观测、叠映影像的立体观察、双目镜观测光路的立体观察。 立体量测可借助立体观察装置与测量的测标和量测计量工具来进行。21、双像解析摄影测量常用的三种方法(1)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。(2)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

18、平移、旋转、缩放，把模型纳入到规定的地面坐标系之中，解求出地面目标的绝对空间坐标。(3)利用光束法双像解析摄影测量来解求地面目标的空间坐标。这种方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。这种方法理论较为严密，它把前面两种方法的两种步骤合在一个整体内。22、立体像对的前方交会这种由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法，称为空间前方交会。空间前方交会的计算步骤为：1. 由已知的外方位角元素及像点的坐标，计算像空间辅助坐标；2. 由外方位线元素，计算摄影基线分量Bx，By，Bz；3. 计算投影系数N1，N2；4. 最后由前方交会公式计算

19、地面点的地面摄影测量坐标。由于N1和N2已经求出，计算地面坐标时YA应取平均值，是为了消除相对定向中存在的残差的影响。23、空间后交前交方法野外像片控制测量 用立体坐标量测仪量测像点的坐标空间后方交会计算像片外方位元素空间前方交会计算未知点地面坐标24、解析法相对定向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-绝对定向 用解析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。由于不涉及像片的绝对位置，因此不需控

20、制点。同名射线对对相交是相对定向的理论基础。连续像对相对定向是以左方像片为基准，求出右方像片相对于左方像片的相对方位元素左像片：Xs1=0, Ys1 =0, Zs1 =0 j1= w1 =k1 = 0右像片：Xs2=bx, Ys2 =by, Zs2 =bz ，2 , w2 , k2相对定向元素为by，bz，2 , w2 , k2 5个单独像对相对定向是以摄影基线作为像空间辅助坐标系的X轴，以左摄影中心S为原点，左像片主光轴与摄影基线B组成的主核面(左主核面)为XZ平面，构成右手直角坐标系。此时，左、右像片的相对方位元素分别为：左像片：Xs1=0, Ys1 =0, Zs1 =0, 1, w1=0

21、, k1右像片：Xs2=bx=b, Ys2 =by=0, Zs2 =bz=0, 2, w2, k2相对定向元素为5个1, k1, 2, w2, k2同名射线对对相交，表明射线S1a1, S2a2 ，及摄影基线B位于同一平面内，亦即三矢量S1a1, S2a2 ，B共面。根据矢量代数，三矢量共面，它们的混合积等于零，即：连续像对相对定向元素解算过程在立体坐标量测仪上，量测选定的6个定向点的像点坐标(x1，y1)及(x2，y2)。确定初始值：假定左像片水平，则左片旋转矩阵R1为单位阵；右片的角元素,w,k及m,g的初始值取为零；bx取定向点中1号点的左右视差（x1，x2）。根据初始值，计算右片旋转矩

22、阵R2。根据输入的像点平面坐标，计算像空间辅助坐标：根据给定的初始值，计算by，bz，并根据像空间辅助坐标，计算各点的投影系数N1 ，N2。根据连续像对相对定向的作业公式计算每个定向点的误差方程常数项及系数项，组成误差方程式。计算法方程系数矩阵及常数项，并解求法方程，求得未知数的改正数。求未知数的新值，即初始值加改正数。检查未知数的改正数是否大于限差，若大于限差，则重复步的计算，直到所有改正数都小于限差为止。25、模型点坐标的计算建立摄影测量坐标系P-XpYpZp，它与像空间辅助坐标系的坐标轴相互平行，原点P在Z1轴上，且与S1的距离为mf。这里，m为像片比例尺，f为摄影机主距。则S1点的摄影

23、测量坐标为(0，0，mf)。26、解析法绝对定向解析法绝对定向的目的就是将相对定向后求出的摄影测量坐标变换为地面测量坐标。绝对定向的解算过程（1）确定待定参数的初始值：0=0=0=0，0=1，X= Y=Z=0。（2）计算地面摄影测量坐标系重心的坐标和重心化的坐标。（3）计算摄影测量坐标系重心的坐标和重心化的坐标。（4）计算常数项 （5）组成总误差方程式。（6）逐点法化及法方程式求解，得到待定参数的改正数。（7）计算待定参数的新值 （8）判断d，d，d是否均小于给定的限值。若大于限值，则重复计算，否则，计算过程结束。27、双像解析摄影测量常用的三种方法比较第一种方法前交的结果依赖于空间后方交会的

24、精度，前交过程中没有充分利用多余条件进行平差计算；第二种方法计算公式比较多，最后的点位精度取决于相对定向和绝对定向的精度，用这种方法的解算结果不能严格表达一幅影像的外方位元素；第三种方法的理论最严密、精度最高，待定点的坐标是完全按最小二乘法原理解求出来的。28、解析空中三角测量的定义、目的、意义、分类在双像解析摄影测量中，每个像对都要在野外测求四个地面控制点。这样外业工作量太大，效率不高。能否只在一条航带十几个像对中，或几条航带构成的一个区域网中，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，然后用于测图？解析法空中三角测量就是为解决这个问题而提出的方法。解析空中三

25、角测量指的是用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素。摄影测量方法测定（或加密）点位坐标的意义在于：不需直接触及被量测的目标或物体，凡是在影像上可以看到的目标，不受地面通视条件限制，均可以测定其位置和几何形状；可以快速地在大范围内同时进行点位测定，从而可节省大量的野外测量工作量；摄影测量平差计算时，加密区域内部精度均匀，且很少受区域大小的影响；从传统方法上讲，根据平差中采用的数学模型可分为航带法、独立模型法和光束法。 根据平差范围的大小，解析空中三角测量可分为单模型法、单航带法和区域网法。航带法是通过相对定向和模型连接先建立自由航带，以点在该航带中的摄影测量坐标为观测值，通过非线性多项式

26、中变换参数的确定，使自由网纳入所要求的地面坐标系，并使公共点上不符值的平方和为最小。 独立模型法平差是先通过相对定向建立起单元模型，以模型点坐标为观测值，通过单元模型在空间的相似变换，使之纳入到规定的地面坐标系，并使模型连接点上残差的平方和为最小。 光束法则直接由每张影像的光线束出发，以像点坐标为观测值，通过每个光束在三维空间的平移和旋转，使同名光线在物方最佳地交会在一起，并使之纳入规定的坐标系，从而加密出待求点的物方坐标和影像的方位元素。29、GPS辅助空中三角测量原理 GPS辅助空中三角测量是指利用机载GPS接收机与地面基准点的GPS接收机同时、快速、连续地记录相同的GPS卫星信号，通过相

27、对定位技术的离线数据后处理获取摄影机曝光时刻摄站的高精度三维坐标，将其作为区域网平差中的附加非摄影测量观测值，以空中控制取代(或减少)地面控制；经采用统一的数学模型和算法，整体确定点位并对其质量进行评定的理论、技术和方法。第四章30、数字摄影测量定义利用数字灰度信号，采用数字相关技术量测同名像点，在此基础上通过解析计算，进行相对定向和绝对定向，建立数字立体模型，从而建立数字高程模型、绘制等高线、制作正射影像图以及为地理信息系统提供基础信息等，也为全数字化摄影测量。31、影像数字化与影像重采样将透明正片（或负片）放在影像数字化器上，把像片上像点的灰度值用数字形式记录下来，称为影像数字化。影像的灰

28、度又称光学密度，反映了透明的程度，即透光的能力，透过率T，影像的灰度用不透过率的对数表示。对实际连续函数模型离散化的量测过程就是采样，被量测的点称为样点，样点之间的距离即采样间隔。将各点的灰度值取为整数，这一过程称为影像灰度的量化。32、数字影像内定向在像片扫描的数字化过程中，像片的扫描坐标系与像平面坐标系一般不平行，且坐标原点不同，所以同一像点的像平面坐标x，y与其扫描坐标x，y不相等，需要加以换算，这种换算称为数字影像内定向。33、基于灰度的影像相关从左、右数字影像中寻找同名像点，亦即数字影像相关，是全数字化摄影测量的核心问题。首先取出以待定点为中心的小区域中的影像信号，然后取出其在另一影

29、像中相应区域的影像信号，计算两者的相关函数，以相关函数最大值对应的相应区域中心点为同名点。方法：相关系数法、协方差法、高精度最小二乘相关。34、核线与核面，核线相关通过摄影基线S1S2与任一物方点A所作的平面WA称为通过点A的核面。通过像主点的核面称为主核面。在立体像对中，左、右影像各有其自身的主核面，一般两个主核面是不重合的。核面与影像面的交线称为核线。在一条核线上的任一点其在另一幅影像上的同名像点必定位在其同名核线上。核线相关35、基于特征的影像匹配的概念，常用方法概念：影像匹配主要是用于配准那些特征点、线或面。特征匹配可分为三步：特征提取；利用一组参数对特征作描述；利用参数进行特征匹配。

30、点特征提取算法：Moravec算子、Forstner算子线特征提取算子：常用方法有差分算子、拉普拉斯算手、LOG算子等 边缘检测算子比较结果36、跨接法影像匹配l.特征提取：采用特征分割法分别对左右图像沿核线提取点特征或线特征，并将一条核线上的特征定义为由三个特征点（零交点Z及两个拐点S1,S2）组成的特征段。2.构成跨接法匹配窗口：所谓跨接法窗口结构，就是将相邻的两个甚至多个特征相连接组成一个窗口。3.跨接法影像匹配（1）在左方影像上Fb和Fe分别是已配准与待匹配的特征构成目标窗口 （2）右方影像上，Fb是已配准的特征，在右方影像上选定若干特征（3）比较待匹配特征Fe与备选特征之间的特征参数

31、，选取相似特征（4）在右方影像上，以Fb为窗口的一个端点特征，而以被选定的备选特征为窗口的另一端的特征，构成不同的匹配窗口（5）对匹配窗口进行重采样，使其大小始终等于左方影像的目标窗口的长度，从而消除了几何畸变对相关的影响。（6）计算目标窗口与重采样的匹配窗口的相关系数，按最大相关系数的准则确定Fe的同名特征。4.边缘跟踪，传递匹配特征37、数字摄影测量系统的发展历程、组成、功能在60年代，第一台解析测图仪AP-1问世不久，美国也已研制了全数字化测图系统DAMC。1988年京都国际摄影测量与遥感协会第16届大会上才展出了商用数字摄影测量工作站DSP-1。1992年8月在美国华盛顿第17届国际摄影测量与遥感大会上，已有多套较为成熟的产品展示，数字摄影测量工作站正在由试验阶段步入摄影测量的生产阶段。1996年7月，在维也纳17届国际摄影测量与遥感大会上，展出十几套数字摄影测量工作站，这表明数字摄影测量工作站已进入了使用阶段。硬件组成：计算机;外部设备：立体观测设备;操作控制设备 输入设备：影像数字