摄影测量学知识点汇总.docx

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摄影测量学知识点汇总

第一章绪论

1、摄影测量学-----是对研究物体进行摄影、量测和解译所获得的影象，获取被摄物体的几何信息和物理信息的一门科学和技术。

摄影测量的特点

⏹1、在影像上量测，无需接触物体本身，因此很少受自然地理等条件的限制。

⏹2、影象是客观事物的真实反映，信息丰富，可选择需要的物体影象进行量测、处理、研究,从影象上获得最新最全面的几何或物理信息。

⏹3、摄影测量大部分工作在业进行，有利于自动化、数字化、智能化，工作效率高。

摄影测量分类

按摄影站的位置：

航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量显微摄影测量、水下摄影测量

按研究对象不同：

地形摄影测量、非地形摄影测量

按处理技术手段：

模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量

摄影测量学的三个发展阶段

⏹模拟摄影测量阶段（1851-1970）

⏹解析摄影测量阶段（1950-1980）

⏹提出摄影测量新概念——数字投影代替物理投影

⏹数字摄影测量阶段（1970-现在）

第二章摄影测量解析基础

中心投影的正片位置和负片位置

a）负片位置：

投影平面和物点位在投影中心的两侧

b）正片位置：

投影平面和物点位在投影中心同一侧

c）摄影时的位置是负片位置，解算时的位置是正片位置，为了解算的方便，像点和物点之间的几何关系并没有改变；

摄影比例尺

d）摄影比例尺指摄影像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距L之比

e）航摄比例尺----指水平像片，地面取平均高程时,像片上的一线段Z与地面上相应线段的水平距L之比

摄影仪摄影的要求

摄影方式

竖直摄影：

摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直

摄影航高：

H=m•f

摄影重叠度

f）重叠摄影部分与整个像幅长的百分比称为重叠度

g）航向重叠p----同一条航线相邻像片之间的影像重叠

h）旁向重叠q---相邻航线的重叠

P=60~65%

q=30~35%

⏹摄影比例尺特性

•1）摄影比例尺愈大，则像片地面分辨率越高，有利影像的解译与提高成图的精度。

•2）摄影比例尺愈大，则摄影工作量增加,摄影费用要增多，所以摄影比例尺要根据信息采集的精度确定。

量测用摄影机的特征

1.量测用摄影机的像距是一个固定的已知值

2.量测用摄影机承片框上具有框标

3.量测用摄影机的方位元素值是已知的

摄影测量解析基础

（一）

⏹一、像片解析：

就是利用数学分析的方法，研究被摄景物在航摄像片上的成像规律，像片上影像与所摄物体之间的数学关系，从而建立像点与物点的坐标关系式。

⏹二、像片解析是摄影测量的理论基础；

⏹三、测量中：

地面与地形图的投影方式属于正射投影，航摄像片的投影方式：

中心投影

重要的点、线、面

⏹一、点

•投影中心S（主光轴：

过投影中心S垂直于像平面P的光线）

•像主点o：

主光轴与像平面的交点o

•地主点O：

主光轴与地面对应点O

⏹像底点n:

过投影中心S的铅垂线SN与像平面交点n

⏹地底点N：

过投影中心S的铅垂线SN与地面点交点N.

⏹倾斜角------主光轴SO与主垂线SN夹角α等角点c：

⏹倾斜角α的平分线SC与像平面P的交点c；SC和与地面E的交点C称为等角点共轭点；

⏹合点：

过投影中心做E上的一直线的平行线和P的交点；

二、线

•So：

摄影机的主距&像片主距用f表示；

•TT：

迹线&透视轴像平面和地平面的交线；

•SO：

摄影方向，表示摄影瞬间摄影机主光轴的空间方位；

•SN：

是投影中心S相对于相对于过地底点N的

地平面的航高；

•vv：

主纵线，W和P的交线

•VV：

摄影方向线，W和E的交线

•Hihi:

合线，真水平线，ES与P的交线

•三、面

•P：

像平面；E：

地平面；

•W：

主垂面：

过铅垂线SnN和摄影方向线SoO的铅垂面；P⊥W,W⊥E，W⊥TT

•ES：

真水平面或者合面，过S作一水平面平行与E

常用坐标系

⏹像平面上的直角坐标系

•框标坐标系（量测）

•像平面直角坐标系（计算）

⏹像空间直角坐标系（S-xyz）

⏹像空间辅助坐标系（S-XYZ）

⏹摄影测量坐标系（O1－XPYPZP）

⏹地面测量坐标系（t－XtYtZt）

⏹地面摄影测量坐标系（A－XtpYtpZtp）

航测像片的方位元素

⏹方位元素：

确定摄影时摄影物镜（摄影中心）、像片与地面三者之间相关位置的参数；描述摄影瞬间摄影中心与影像在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态的参数。

⏹分类：

方位元素和外方位元素

⏹作用：

确定像点、投影中心和物点的相对位置，然后通过像点反求物点坐标

像片的方位元素

⏹作用：

摄影物镜后节点与像片之间相互位置的参数;

⏹表示摄影中心与影像之间相关位置的参数

⏹参数：

•包括三个参数（f.，x0，y0）

•像主点o在像框标坐标系中的坐标x0，y0

•摄影中心S到影像的垂距（主距）f

恢复方位元素可恢复摄影时的摄影光束

像片的外方位元素

像片外方位元素：

通过已建立的摄影光束，确定摄影瞬间摄影中心和影像在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数

一像片有六个外方位元素，三个直线元素，三个角元素；

三个直线元素：

用于描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值（一般为地面摄影测量坐标系）；

三个角元素：

描述摄影光束在拍摄瞬间在空间的姿态的要素。

三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值（Xs、Ys、Zs）（地面摄影测量坐标系中坐标）。

三个角元素（ϕ、ω、κ），表示摄影光束空间姿态（像片在摄影瞬间空间姿态的要素）

主轴：

第一次旋转所绕的轴；

副轴：

第二次旋转所绕的轴；

第三旋转轴：

第三次旋转所绕的轴

像点坐标变接及投影变换

⏹投影变换

⏹1.目的：

将地面景物中心投影构像的影像变换为正射投影的地图信息.这也是影像信息的摄影测量处理基本任务之一，

⏹2.中心投影构像方程

•设摄影中心S与地面点A在地面摄影测量坐标系A—XtpYtpZtp中的坐标分别为XSYSZS（即像片外方位直线元素）和XAYAZA，则地面点A在像空间辅助坐标系中的坐标为XA一XS，YA—YS，ZA—ZS

共线方程

当需要顾及方位元素时，上式可表示为：

共线条件方程的几点结论

当地面某一点坐标（XA,YA,ZA）已知时，量测像点坐标（x，y），式中有六个未知数，即六个外方位元素；

利用3个或3个以上的已知地面平高点，可求出像片外方位元素（后交法）；

立体像对的外方位元素已知时，量测像点坐标（x，y），可求解未知地面点三维坐标（XA,YA,ZA）；

在给定像片的外方位元素的条件下，并不能由像点坐标计算地面点的空间坐标，只能确定地面点的方向，只有给出地面点的高程，才能确定地面的平面位置。

共线条件方程的应用

单像空间后方交会和多像空间前方交会；

解析空中三角测量光束法平差中基本数学模型；

摄影测量中的数字投影基础；

计算航空影像模拟（已知影像外方位元素和物点坐标求像点坐标）；

利用DEM与共线方程制作数字正射影像；

利用DEM进行单像片测图等。

影像定向

定义：

传统摄影测量中，利用平面相似变换等公式，将影像架坐标（框标坐标）变换为像平面直角坐标系坐标的方法；

定义：

数字摄影测量中，利用平面相似变换等公式，将扫描坐标系转换为像平面坐标系的过程；

方法：

平面相似变换例如仿射变换；

单像空间后方交会

定义：

利用影像覆盖围一定数量的分布合理的控制点的空间坐标与影像坐标，根据共线条件方程，反求该影像的外方位元素。

第三章

1.人造立体视觉

自然界中，当用两眼同时观察空间远近不同的A与B两个物点时，如图，由于远近不同而形成的交会角的差异，便在人的两眼中产生了生理视差，得到一个立体视觉，能分辨出物体远近。

根据这一原理，在P1与P2两个位置上，用摄影机摄得同一景物的两像片，这两像片称为立体像对。

这种观察立体像对得到地面景物立体影像的立体感觉称为人造立体视觉。

2.观察人造立体的条件

摄影测量中，人造立体的观察必须满足形成人造立体视觉的条件。

归纳如下：

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像片。

（分像条件）

3、两眼各自观察同一景物的左、右影像点的连线应与眼基线近似平行。

4、像片间的距离应与双眼的交会角相适应。

观察立体的方法

☐互补色法、光闸法、偏光振法、液晶闪闭法

3.三种立体效应：

正立体、反立体和零立体效应。

4.像对的立体观察

5.液晶闪闭法：

广泛用于现代的数字摄影测量系统中，主要由液晶眼镜和红外发射器组成，使用时，红外发射器一端和显卡相联，图像显示软件按照一定的频率交替地显示左右图像，红外发射器则同步地发射红外线，控制液晶眼睛的左右镜片交替闪闭，从而达到左右眼睛各看一像片的目的。

双像解析摄影测量基础

⏹核面：

摄影基线与某一地面点组成的平面；

⏹立体像对的定义：

在不同摄站对同一地区摄取具有重叠的连续的两像片；

⏹摄影基线：

相邻两摄站的连线；

⏹同名光线：

同一地面点发出的两条光线；

⏹同名像点：

同名光线在左右像片上的构像；

⏹同名核线：

核面与左右像片面的交线；

⏹主核面：

通过像主点的核面（左、右主核面）

⏹垂核面：

包含左右像底点的核面；

空间前方交会方法

定义：

由立体像对中两像片的、外方位元素和同名像点坐标来确定相应地面点在物方空间坐标系中坐标的方法。

原理：

使用立体像对上的同名像点，就能得到两条同名射线在空间的方向，这两条射线在空间一定相交，其相交处必然是该地面点的空间位置;

前交法计算过程

⏹获取已知数据x0,y0,f,XS1,YS1,ZS1,ϕ1,ω1,κ1,XS2,YS2,ZS2,ϕ2,ω2,κ2

⏹量测像点坐标x1,y1,x2,y2

⏹由外方位线元素计算基线分量BX,BY,BZ

⏹由外方位角元素计算像空间辅助坐标X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2

⏹计算点投影系数N1,N2

⏹计算地面坐标XA,YA,ZA

空间后交法与前交法求解地面点的步骤

⏹这种方法首先由单片后方交会求出左、右像片的外方位元素，再用空间前方交会公式求出待定点坐标，主要步骤如下：

☐野外像片控制测量：

要求重叠部分至少有四个已知地面控制点；

☐用立体坐标量测仪量测像点坐标；

☐空间后方交会法计算像片外方位元素：

利用控制点分别计算每个像片的六个外方位元素，包括Xs1,Ys1,Zs1,φ1,ω1,κ1和Xs2,Ys2,Zs2,φ2,ω2,κ2；

空间前方交会法计算未知点地面坐标

①利用各自的像片的角元素，计算出左、右像片的方向余弦，组成旋转矩阵R1,R2；

②根据左、右像片的外方位元素计算摄影基线分量BX，BY，BZ

③逐点计算像点的像空间辅助坐标；

④计算点投影系数；

⑤计算未知点的地面摄影测量坐标；

解析相对定向：

利用立体像对中摄影时存在的同名光线对应相交的几何关系，通过量测的像点坐标，以解析计算的方法，求解两像片的相对方位元素值的过程。

解析相对定向：

恢复摄影时相邻两影像摄影光束的相互关系，从而使同名光线对对相交。

相对定向元素：

确定相邻两像片的相对位置和姿态的要素，称之为相对定向元素。

（5个）

相对定向的目的是建立一个与被摄物体相似的几何模型，以确定模型点的三维坐标。

相对方位元素根据选取的空间辅助坐标系的不同，其相对定向元素也有所不同，分为：

☐①连续法相对定向：

像空辅坐标系的原点：

立体像对中左片的摄站点上；坐标轴方向：

与立体像对中左片的像空辅坐标系重合

☐②单独法相对定向：

在以左摄影中心为原点、左主核面为XZ平面、摄影基线为X轴的右手空间直角坐标系中，左右像片的相对方位元素

绝对定向：

⏹借助于物空间坐标为已知的控制点来确定空间辅助坐标系与实际物空间坐标系之间的变换关系，称为立体模型的绝对定向。

⏹描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数称绝对定向元素。

λ，X0，Y0，Z0，Φ，Ω，K

⏹通过将相对定向模型进行缩放、平移和旋转，使其达到绝对位置，也就是模型要进行空间相似变换。

第四章

解析空中三角测量

定义：

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。

意义

⏹不触及被量测目标即可测定其位置和几何形状；

⏹可快速地在大围同时进行点位测定，以节省野外测量工作量；

⏹不受通视条件限制；

⏹摄影测量平差时，区域部精度均匀，且不受区域大小限制；

分类

按数学模型按平差围

航带法单模型法

独立模型法航带法

光线束法区域网法

第五章

A）采样；对实际连续函数模型离散化的量测过程

B）采样的原因：

数字影像或者数字化影像信息量巨大，但不能对理论上每个点都获取其灰度值；只能将实际灰度函数离散化，对相隔一定间隔的“点”量测其灰度值。

C）样点：

被量测的“点”称为样点小的区域--像素

D）采样间隔：

样点之间的距离（矩形的长与宽通常称为像素的大小）

E）影像采样通常是等（√）或不等（×）间隔进行；

F）采样间隔如何确定？

采样定理

1、为什么进行影像重采样？

对影像进行旋转，核线重排列与数字纠正时，需要的点可能并不是采样点，需要根据采样点插出新的点。

2、核线重排列的原因：

同名像点均位于同名核线上，进行影像相关计算。

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

第六章

1.影像相关：

利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点

2.影像匹配：

实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别同名点.它是计算机视觉研究的核心问题,也是数字摄影测量的核心问题。

目的是提取物体的几何信息，确定其空间位置

3.数字影像匹配：

是利用计算机以数值计算方式,按特定的算法,根据一定的准则,比较左右影像的相似性,来确定其是否为同名影像块,从而确定相应同名像点.

4.为什么要进行影像相关的谱分析？

5.功率谱估计作用：

其结果可进一步用于相关函数的估计，还可对信号的截止频率进行估计以确定采用间隔

数字高程模型

DTM的表达形式

1、规则矩形格网（GRID）

2、不规则三角网（TIN）

3、矩形格网三角同混合形式DEM

可以建立各种非规则网的DEM，最简单是不规则三角网

应尽可能保证每个三角形是锐角三角形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过小的锐角

第七章

第八章

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,且使用的是数字方式处理，所以叫数字微分纠正