摄影测量复习.docx

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摄影测量复习

摄影测量-复习

1、摄影像片与地形图的区别

表示方法不同：

表示方法上，地形图是按成图比例尺所规定的各种符号、注记和等高线来表示地物地貌；像片则表示为影像的大小、形状和色调

投影性质不同：

地形图是正射投影，比例尺处处一致；像片是中心投影，各处比例尺不一致

2、如何消除区别

3.摄影测量学

摄影测量学是利用摄影机或其它传感器采集被测对象的图像信息，经过加工处理和分析，获取有价值的可靠信息的理论和技术的一门学科。

摄影测量与遥感是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。

4.几次飞跃（三个阶段）

模拟摄影测量（1900---1960）：

这一时期的特点：

（1）使用的影像资料为硬拷贝像片。

（2）利用光学机械模拟装置,实现了复杂的摄影测量解算。

（3）得到的是（或说主要是）模拟产品。

（4）摄影测量科技的发展可以说基本上是围绕着十分昂贵的立体测图仪进行的。

（5）利用几何反转原理，建立缩小模型。

（6）最直观，好理解。

解析摄影测量（1960----1980）这一时期的特点：

（1）使用的影像资料为硬拷贝像片。

（2）使用的是数字投影方式,用精确的数字解算代替了精度较低的模拟解算。

（3）得到的是模拟产品和数字产品。

（4）引入了半自动化的机助作业,因此,免除了定向的繁琐过程及测图过程中的许多手工作业方式。

但需要人用手去操纵（或指挥）仪器,同时用眼进行观测。

数字摄影测量（1980--------）这一时期的特点：

（1）使用的影像资料为数字影像或数字化影像

（2）使用的是数字投影方式,用精确的数字解算代替了精度较低的模拟解算。

（3）得到的是数字产品和模拟产品。

（4）最终是以计算机视觉代替人眼的立体观测,因而它所使用的仪器最终将只是通用计算机及其相应外部设备。

5.摄影测量分类

（1）按用途分类：

地形摄影测量（地形图）非地形摄影测量（其他用途）

（2）按距离分类：

航天摄影测量（＞160KM）、航空摄影测量（2—30Km）、

地面摄影测量（100—300m）、近景摄影测量（＜100m）、显微摄影测量

（3）按技术手段分类：

模拟摄影测量解析摄影测量数字摄影测量

特种摄影测量：

雷达摄影测量双介质摄影测量X射线摄影测量

摄影测量和遥感的侧重点：

摄影测量和遥感的侧重点？

1）摄影测量与遥感的结合

突破了摄影测量偏重于测制地形图的局面，提供了多时相、多光谱、多分辩率的遥感影像。

6.当代摄影测量免问的问题主要有：

1）辐射信息

2）数据量与信息量

3）速度与精度

4）自动化与影像匹配

5）影像解译

7.航摄倾角（像片倾角）:

摄影主光轴与铅垂方向的夹角。

8.航空摄影的基本要求：

1、影像的色调：

要求影像清晰，色调一致，反差适中，像片上不应有妨碍测图的阴影

2、像片的重叠：

在同一航线上，相邻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

3、像片倾角：

一般要求α≤2°，最大不超过3°

4、航线弯曲：

一般要求最大偏距△L与全航线长L之比≤3%

5、航线旋角：

一般要求k≤6°，最大不超过8°

9.航线弯曲度：

航线两端像片间的直线距离L与偏离该直线的最大偏距之比。

10.像片旋转角：

相邻两张像片的像主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线间的夹角。

11.投射线互相平行的投影，叫做平行投影。

12.平行投影的分类：

正射投影（orthographic）或垂直投影（vertical）

13.所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，叫做中心投影。

14.阴位：

投影中心位于物和像之间。

15.阳位：

投影中心位于物和像同侧。

16.阴位和阳位的相互转换：

平移和反转平移距离是主距

17.摄影比例尺：

航摄像片上的一线段l的影像与地面上相应线段的水平距离L之比

摄影航高：

摄影机的物镜中心至摄影基准面的距离

18.透视变换用的中心点是阳位

19.中心投影的主要特征

点的中心投影一般是点（特例：

当投影线与像面平行时，投影点将位于无穷远处。

）。

线段的中心投影一般是线段（特例：

点，射线，无）。

相交线段的中心投影一般是相交线段（特例：

两条平行射线，一条线段，一条线段和一个点）。

空间一组不与承影面平行的平行直线，其中心投影为一平面线束。

线束的顶点是由过投影中心并与空间平行直线相平行的投射线与承影面的交点，称为合点。

平面曲线的中心投影是平面曲线。

空间曲线的中心投影一般是平面曲线（特例）。

21.透视变换的特殊面：

主垂面W

合面Es

遁面R

22.特殊线：

透视轴：

投影面P∩地面E;基本方向线:

W∩E;主纵线W∩P;合线:

Es∩P灭线:

R∩E;

主垂线:

SN等比线:

P面内过c做合线的平行线

23、特殊点：

像主点o、地主点O：

过S做投影面的垂线

像底点n、地底点N：

过S做地面的垂线

主灭点K

主迹点V

主合点i

像等角点c、地等角点C:

做倾角α的平分线与投影面、地面的交点

24.底点特性：

铅垂线在像平面上的构像位于以像底点n为辐射中心的相应辐射线上

25.等角点特性

在倾斜像片和水平地面上，由等角点c和C所引出的一对透视对应线无方向偏差，保持着方向角相等

26.等比线特性

等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，不受像片倾斜影响

27.透视作图：

要点一：

平行于基本方向线的所有直线必相交于主合点

要点二：

相交于主灭点的所有直线必平行于主纵线

要点三：

垂直于地面的直线必相交于像底点

（1）点的透视作图

已知E平面上有A点，在像平面上作对应的像a

作图步骤：

1）找迹点T1

2）找主合点i

3）连T1i与SA，

交点为a

常用的坐标系统1、像

（2）线的透视作图

已知E平面上有AB直线，在像平面上作对应的像ab

作图步骤：

1）找迹点T1

2）找合点i1

3）连T1i1与SA，

交点为a

4）连T1i1与SB，

交点为b

5）a与b连线

（3）垂线的透视作图

已知垂直物面的空间直线AB，在像平面上作对应的像ab

作图步骤：

1）按E面上点作图方式确定a

2）找像底点n

3）连接na

4）na与SB的交点为b

5）a与b连线

主垂面内主要几何关系：

28.[一]常用的坐标系统

1、像平面坐标系

像平面坐标系

框标坐标系

以主纵线为y轴的直角坐标系

坐标系的选择:

量测像点坐标，采用框标坐标系和辅助坐标系

解析摄影测量计算，常用像平面直角坐标系

2、像空间坐标系S-xyz（像空系）

表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。

S为原点，x、y轴与像平面系xy平行，Z轴与光轴重合

3、像空间辅助坐标系（像辅系）S-XYZ

过渡性的坐标系；

用于表示模型空间各点的位置，也可表示像点的空间位置。

4、地面辅助坐标系（地辅系）

过渡性的地面坐标系统，右手系

摄影测量成果都在地面辅助坐标系中表示。

简称地辅系

5、物空间坐标系（大地坐标系）

物空间坐标系是地物所在空间的直角坐标系；一般指高斯平面坐标和高程所组成的左手空间系；

描述地面点的空间位置；

摄影测量的成果最终转化到该坐标系中。

30.由像点的坐标反求物点的坐标，必须知道摄影时摄影物镜与像片、像片与地面之间的相关位置。

而确定它们之间相关位置的参数称为像片的方位元素。

31.航摄像片的内方位元素：

定义：

投影中心对航摄像片的相对位置叫做像片的内方位，确定内方位的独立参数叫做内方位元素。

三个参数：

（1）摄影中心到像片的垂距，即主距f。

（2）像主点在框标坐标系的坐标x、y

作用：

一旦确定了内方位元素，则每条摄影光线在像空系中的方位被完全确定，即，内方位元素确定了光束形状。

32.航摄像片的外方位元素：

确定摄影瞬间航摄像片（严格地讲是像空系）在地面辅助坐标系中位置和方位的元素，叫做航摄像片的外方位元素。

作用：

确定像空系在地辅系中位置和方向所需要的元素。

33.像片的外方位元素有6个：

3个线元素，即像空系的原点S在摄测系中的坐标；

3个角元素，即像空系三轴在地辅系中的方向。

三套角元素是如何得到的？

（1）第一套角元素：

第一次旋转

第二次旋转

第三次旋转

第一套角元素（Y轴为主轴）

偏角（旋转轴：

Y）

主光轴在XZ坐标面内的投影与铅垂线的夹角。

逆时针方向为正，从铅垂线起算。

倾角（旋转轴：

X）

主光轴与其在XZ坐标面内的投影

的夹角。

逆时针方向为正，从主

光轴投影起算。

旋角（旋转轴：

Z）

Y轴在像平面上的投影与像平面坐标系y轴的夹角。

逆时针方向为正，从投影起算。

共线条件方程定义：

在理想情况下，像点、投影中心、物点位于同一条直线上，以此为基础建立起来的描述物、像关系的数学表达式，称之为共线条件方程式。

34.共线条件方程的形式：

35.各个物理量参数的意义？

倾斜误差定义：

同摄站同主距的倾斜像片和水平像片沿等比线重合时,地面点在倾斜像片上的像点与相应水平像片上像点之间的直线移位。

比较的标准：

水平面

倾斜误差性质：

：

投影误差定义：

当地面有起伏时，高于或低于所选定的基准面的地面点的像点，与该地面点在基准面上的垂直投影点的像点之间的直线移位。

比较的标准：

地面点投影误差发生在像底点辐射线上

投影误差性质：

航摄像片比例尺：

像片比例尺也可象地图比例尺一样定义为像片上的线段与地面上相应水平线段之比

一般摄影条件下，不存在整张像片的统一比例尺原因

（1）：

地面起伏的影响

（2）像片倾斜的影响

像点比例尺的特点：

①由于（xc,yc）不同，则比例尺不同，说明倾斜像片上像比例尺是随点位不同而不同的。

②在（xc,yc）不变的情况下，改变方向角φ，则比例尺发生变化，说明像点的比例尺是有方向性的。

③当地面有起伏时，像点对应的H发生变化，像比例尺也要随地形起伏发生变化。

3、特殊点的比例尺：

4、特殊线的比例尺：

重建立体模型的过程：

（1）恢复像片对得内方位元素，也称为内定向

（2）恢复像片对得外方位元素：

先找出两张像片相对位置的数据，即像片对得相对定向元素；找出恢复该模型的大小与空间方位元素，即绝对定向元素

5.内定向：

将像点在像扫描坐标系下的坐标变换为其在像平面坐标系下坐标的过程。

6.内定向的计算流程：

（1）获取框标点的理论坐标

（2）用合适的变换模型（3）量取框标点的屏幕坐标

（4）建立误差方程（5）建立法方程并结算（6）由变换参数计算像点坐标

怎样获得像片的外方位元素？

获得（恢复）影像的外方位元素的方法很多：

①一张影像;－－－－单像空间后方交会

②两张影像（一立体像对）;--相对定向+绝对定向

③多（甚至上千）张影像;－－空中三角测量；

④在摄影过程中直接获取

单像空间后方交会：

利用地面控制点及其在像片上的像点，确定一张像片外方位元素的方法。

空间前方交会：

由立体像对中两张像片的内外方位元素和像点坐标确定相应地面点坐标的方法

单像空间后方交会对控制点的要求：

控制点在相应的相片上必须有清晰的构象

共线条件方程的应用：

（1）求像点坐标（航空影像模拟）

（2）答解方位元素（3）求地面点坐标4）求像底点坐标

空间后方交会流程：

1、获取已知数据：

获取像片比例尺1/m、平均航高H、内方位元素x0，y0，f，并将外业地面控制点坐标转换成摄影测量坐标Xp、Yp、Zp。

2、量测控制点的像点坐标：

量测控制点像点坐标，并根据像主点改正得到x、y。

3、确定未知数的初始值：

4、用三个角元素的初始值计算方向余弦，并组成旋转矩阵R。

5、用未知数的初始值和控制点的地面坐标，带入共线方程，逐点计算像点坐标近似值（x）、（y）。

6、计算每个点的常数项lx、ly。

7、计算法方程的系数矩阵ATA与常数项ATL。

8、求解法方程，得到未知数的改正数。

9、检查计算结果是否收敛：

将改正数与限差比较，小于限差则计算终止，否则重复4～9的计算。

10、外方位元素精度估算。

利用共线方程求外方位元素线性化的基本思路：

将非线性方程转化为各参数改正数的线性方程

当立体模型的垂直比例尺大于水平比例尺时，立体模型比实际地形显得陡峭，这种现象称为立体观察时的超高感。

产生超高感的原因是立体观察仪的主距大于摄影机的主距。

立体观察的条件：

1、由两个摄站点摄取同一景物而组成的立体像对；

2、两眼必须分别观看左右像片上的同名影像，即分像；

3、像对安置时，同名像点的连线应与眼基线平行；

4、同名像点的距离应与眼基线的长度相当。

立体像对的定义：

由不同摄站获取的，具有一定影像重叠的两张像片。

立体相对的点线面：

？

同名像点同名光线摄影基线核面（垂核面、主核面）核线（垂核线、主核线）

核点（核点是谁的合点？

）

像对相对定向元素：

立体像对中，确定两像空系之间相对方位关系所需的元素

结论：

相对方位元素有五个；

在不同系统中，模型坐标各有不同；

不论何种模型坐标系，只要确定了相对方位元素，都可以正确恢复左右像片的相对方位。

像对绝对方位元素：

确定几何模型的比例尺和它在地面坐标系中空间方位的元素。

结论：

绝对方位元素有七个；三个线元素、三个角元素和一个比例因子；

在不同的模型坐标中各有不同；

不论何种模型坐标系，只要确定了绝对方位元素，都可以正确恢复几何模型在地面坐标系中的方位和比例尺。

二种相对定向元素系统：

几何模型：

在保持光束形状、恢复摄影时外方位元素之后，由无数同名光线相交得到的曲面是与实地完全套合的立体模型。

相对定向：

解算立体像对相对方位元素的工作。

相对定向对定向点的要求：

至少需要5对同名像点则可解求五个相对方位元素，

但为了减小粗差，一般量测6对同名像点的坐标；6个相对定向点要尽量控制整个模型。

绝对定向元素：

确定几何模型的比例尺和它在地面坐标系中空间方位的元素。

绝对定向元素有七个；三个线元素、三个角元素和一个比例因子；

空间前方交会：

利用立体像对两张像片的同名像点坐标和像对的相对方位元素（或外方位元素）解算模型点坐标（或地面点坐标）的工作。

任务：

1、利用像对的相对方位元素，计算模型点的三维坐标；

2、利用像对的外方位元素，计算相应像点的地面坐标。

绝对定向：

解算立体像对绝对方位元素的工作。

绝对定向对定向点的要求：

控制点的数量和分布

至少需要两个平高控制点和一个高程点，且任意3个点不能位于同一条直线上。

为了保证精度，通常使用4个或4个以上的平高控制点列误差方程式，平差答解7个绝对方位元素。

绝对方位元素解算过程

（1）输入原始数据（模型点坐标和控制点地面坐标）

（2）坐标重心化

3）确定绝对方位元素初值

（4）计算旋转矩阵5）逐点组成误差方程式6）法化答解改正数并加到初值上作为新初值（7）改正数是否小于规定值？

若是，结束；若不是，重复（4）～（7）。

坐标重心化的基本概念：

将立体模型的模型坐标系原点和地面坐标系原点都移到各自的重心位置，并重新计算各定向点的重心坐标。

航摄像片的变形：

解析空中三角测量的定义：

在已知少量地面控制点的基础上，通过量测重叠像片的像点坐标，依据摄影测量原理，运用数学方法（解析方法）解求像片加密控制点坐标（像片外方位元素）的一门学科

目的：

通过航空摄影，依据摄影测量中的基本数学关系，在少量野外控制点的基础上，加密出测图用的大量控制点（或像片外方位元素），或为其他用途提供更加密集的控制点

解析空中三角测量平差模型分类:

航带法、独立模型法、光束法

像点位移系统误差来源：

像片本身的变形（曝光、显影、定影、冲洗、晾干等）

镜头的畸变差（各透镜不能完全同心）

大气折光差（介质不均匀）

地球曲率的影响（模型水准面与地形图基准面不一致）

测量仪器差

人差

改正方法：

事先消除事后补偿自检校（平差过程中的同时估算系统误差）实验场法

航带法区域网平差的基本思想：

按单航带的方法将每条航带构成自由网，然后用本航带的控制点及与上一条相邻航带的公共点，进行本航带的三维线性变换，把整个区域内的各条航带都纳入到统一的模型坐标系中，然后各航带按非线性变形改正公式同时解算各航带的非线性改正系数

独立模型法区域网平差的基本思想

基于单独法相对定向建立单个立体模型，再由一个个单模型相互连接组成一个区域网。

由于各个模型的像空间辅助坐标系和比例尺均不一致，因此，在模型连接时，要用模型内的一致控制点和模型间的公共点进行空间相似变换。

首先将各个单模型视为刚体，利用各单模型彼此间的公共点连成一个区域。

在连接的过程中，每个模型只作平移旋转及缩放，所以，利用空间相似变换式能完成上述任务。

在变换中应使模型公共点的坐标相等，控制点的计算坐标与实测坐标相等，同时误差的平方和应最小，在满足这些条件下，根据最小二乘准则对全区域网整体平差，解求每个模型的七个绝对定向参数，从而求出所有待定点的地面坐标

光束法区域网平差的基本思想

在一张像片中，待定点与控制点的像点与摄影中心及相应地面点均构成一条光束。

该方法是以每张像片所组成的一束光线作为平差的基本单元，以共线条件方程作为平差的基础方程，通过各个光束在空中的旋转和平移，使模型之间公共点的光线实现最佳交会，并使整个区域纳入到已知的控制点地面坐标系中去，所以要建立全区域统一的误差方程式，整体解求全区域内每张像片的六个外方位元素及所有待求点的地面坐标。