摄影测量学复习资料

-1-摄影测量学复习资料@摄影测量的定义：摄影测量学是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。@任务：1.测绘各种比例尺地形图。2.建立地形数据库。@摄影测量与遥感：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。@摄影测量的分类：1.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2.按用途：地形摄影测量、非地形摄影测量3.按摄影机的位置：航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量、水下摄影测量@地形摄影测量的目的是测制各种比例尺的地形图。@非地形摄影测量：用于工业、建筑、考古、医学、生物、体育、变形观测、事故调查、公安侦破与军事调查等方面。@摄影测量发展的三阶段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量发展阶段原始资料代表性理论典型设备作业性质输出产品模拟摄影测量模拟像片光学机械投射模拟侧图仪机械辅助测图模拟线划图解析摄影测量模拟像片数字投影/平差解析测图仪计算机辅助制图模拟/数字线划图数字摄影测量数字化影像影像匹配/模式识别数字摄影测量系统自动化测绘和信息处理4D产品@摄影测量特点：在像片上进行量测和解译，无需接触被摄物体本身，因而很少受自然和地理条件的限制，而且可摄得瞬间的动态物体影像。@影像信息学：是一门记录、存储、传输、量测、处理、解译、分析和显示由非接触传感器影像获取的目标及其环境信息的科学、技术和经济实体。@3S：在3S集成中GPS主要用于实时、快速地提供目标的空间位置；RS用于实时、快速地提供大面积地表物体及其环境的几何与物理信息，以及它们的各种变化；GIS则是对多种来源时空数据的综合处理分析和应用的平台。@绝对航高：摄影瞬间摄影机物镜中心相对于平均海水面的高度@相对航高：摄影瞬间摄影机物镜中心相对于其他某一基准面或某一点的高度@航向重叠：为了满足测图要求，在同一条航线上，相邻影像之间必须保持一定范围的影像重叠。一般P%=50%~65%；P%值最小不能小于53%。@旁向重叠：相邻航线影像之间也必须有一定的重叠。一般q%=30%~40%，最小不得小于15%。@像片倾角：摄影机轴与铅垂方向的夹角α。一般要求倾角不大于2°，最大不超过3°。@像片旋角：相邻像片的主点连续与像幅沿航线方向两框标连线间的夹角k。一般要求旋角不大于6°，最大不超过8°@正摄投影：投影光线相互平行且垂直于投影面@中心投影：投影光线会聚于一点@地形图的特点:1、图上任意两点间的距离与相应地面点的水平距离之比为一常数，等于图比例尺-2-2、图上任意一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角@像方坐标系：用于描述像点的位置。（1）像平面坐标系：是以该像片的像主点为坐标原点的坐标系，用来表示像点在像片面上的位置，在实际应用中，常采用框标连线的交点为坐标原点，称为框标平面坐标系。x、y轴的方向按需要而定，常取与航线方向一致的连线为x轴，航线方向为正。（2）像空间坐标系：以摄影中心S为坐标原点，X轴和Y轴分别与像平面直角坐标系的X轴和Y轴平行，Z轴与主光轴重合，向上为正，像点的像空间坐标系表示为（x、y、-f）。（3）像空间辅助坐标系：其坐标原点是摄影中心S坐标轴依情况而定，通常有三种方法：a、以每一条航线的第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系。b、取u、v、w轴系分别平行于地面摄影测量坐标系D-XYZ，这样同一像点a在像空间坐标系中的坐标为【x、y、z=（-f）】，而在像空间辅助坐标系中的坐标为u、v、w。c、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u轴，以摄影基线及左片光轴构成的平面作为uw平面，过原点且垂直与uw面（左核面）的轴为v轴构成右手直角坐标系。@物方坐标系：用于描述地面点的位置。（1）地面摄影测量坐标系：其坐标原点在测区内某一点上，x轴是大致与航向一致的水平方向，y轴与x轴正交，z轴沿铅垂方向，构成右手直角坐标系。（2）地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐标系为高斯-克吕格三度带或六度带1980西安坐标系，高程坐标系为1985黄海高程系。@影像的内方位元素：摄影物镜中心S与相对于影像位置关系的参数(x0.y0.f)@影像的外方位元素：确定影像或摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。(1)三个直线元素，描述摄影中心在物方空间直角坐标系中（通常选用地面摄影测量坐标系）的坐标值(Xs、Ys、Zs)。(2)三个角元素(φ、ω、κ)，表示摄影光束空间姿态(影像面在摄影瞬间空间姿态的要素）[航向倾角φ,旁向倾角ω,像片旋角κ是指转过了φ、ω角以后的摄影光束绕主光轴SO旋转的角度]@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@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.@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@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。像片倾斜引起的像点位移,地形起伏引起的像点位移。@立体像对中有哪些特殊的点、线、面？特殊点：（1）同名像点：a1、a2为地面上任一点A在左右像片上的构象，称为同名像点。（2）核点：基线k1k2的延长线与左右像片面的焦点。（3）像主点：摄影机物镜后节点在像片面的投影。特殊线：（1）同名射线：左右像片的摄影中心分别与地面上任一点A的连线，即射线AS1a1和AS2a2。（2）摄影基线：两摄影中心的连线B称为摄影基线。（3）像片基线：同一张像片上相邻像主点投影像点与自己像主点的连线。-3-（4）核线：核线与像片面的交线称为核线。（5）同名核线：对于同一核面的左右像片的核线。特殊面：（1）核面：通过摄影基线S1S2与地面上任一点A所做的平面WA称为A点的核面。（2）主核面：通过像主点的核面称为核面；分别为左核面和右核面。（3）垂核面：通过像底点的核面称为垂核面。一个像对只有一个垂核面。@共线方程式中各符号的意义)()()()()()()()()()()()(333222333111ssssssssssssZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx式中：x,y为像点的像平面坐标；xo,yo,f为影像的内方位元素；Xs,Ys,Zs为摄影中心S的物方空间坐标；X,Y,Z为物方点的物方空间坐标；ai,bi,ci(i=1,2,3)为影像的3个外方位角元素组成的9个方向余弦@共线条件方程的应用：1.单像空间后方交会和多像空间前方交会2.解析空中三角测量光束法平差中的基本数学模型3.摄影测量中的数字投影基础4.航空影像模拟（已知影像内外方位元素和物点坐标求像点坐标）5.利用DEM与共线方程制作数字正射影像图6.利用DEM与共线方程进行单幅影像测图@人造立体视觉效应：空间景物在感光材料上构象，再用人眼观察构像的像片而产生生理视差，重建空间景物立体视觉。@人造立体观察的条件:（1）两张像片必须在不同位置对同一景物摄取的立体像对，(立体像对)（2）每只眼睛必须只能观察像对的一张像片，(分眼观测)（3）两像片上相同景物(同名像点)的连线与眼睛基线应大致平行；(两眼基线与同名像点视线在同一平面内)（4）两像片的比例尺相近(相差15%)否则需要ZOOM系统等进行调节@重建立体模型的过程:1.内定向：恢复像对的内方位元素的过程。2.外定向：恢复像对的外方位元素的过程。包括相对定向和绝对定向。2.1.要找出确定两张像片相对位置的数据，称这些数据为像对的相对定向元素。恢复了像对的相对定向元素也就完成了像对的相对定向。同名光线对对相交并形成了与实地相似的立体几何模型。2.2必须找出恢复模型的大小与空间方位的数据，这些数据称为模型的绝对定向元素。把相对定向后重建的立体几何模型纳入地面摄影测量坐标系中并符合所要求的比例尺，对模型进行量测，可获得模型点的三维坐标。-4-@三种方法的比较@相对定向的含义是恢复摄影瞬间立体像对左右像片之间的相对空间方位。确定两个像片的相对空间方位需要5个参数。@绝对定向也称大地定向,是指确定立体模型或由多个立体模型构成的区域的绝对方位,也就是确定立体模型相对地面的关系。绝对定向参数为7个。@单像空间后方交会：利用至少三个已知地面控制点坐标A、B、C，与其影像上对应的三个像点的影像坐标a、b、c，根据共线条件方程，反求该像片的外方位元素XS、YS、ZS、φ、ω、κ。@立体像对空间前方交会:由立体像对中两张像片的内、外方位元素和同名像点的影像坐标量测值来确定该点在物方空间坐标系中坐标的方法。@共面条件：同名射线对对相交，表明射线与摄影基线位于同一平面。@绝对定向的实质:一个像对共有12个外方位元素，相对定向求得了5个，要恢复像对的绝对位置，还有解求7个绝对定向元素，包括模型的旋转、平移、和缩放。实质就是三维空间坐标的相似变换。@解析法绝对定向:1.相对定向的完成，建立起了立体模型，是一个以像空间辅助坐标系为基准的模型，这个模型的比例尺、空间方位是任意的。2.通过绝对定向把这个模型纳入到大地坐标系统。3.借助于地面测量坐标为已知的地面控制点，来确定立体模型在地面测量坐标系中正确位置的工作称为立体模型的绝对定向。4.解析法绝对定向，就是利用已知的地面控制点，从绝对定向的关系式出发，解求七个绝对定向元素。@重心化坐标目的：1.减少模型点坐标在计算过程中的有效位数，以保证计算的精度2.使法方程的系数简化，个别项数值变为零，以提高计算速度@立体像对相对定向——绝对定向法解求模型点的地面坐标的过程如下：1.解求立体像对的相对定向元素；2.由相对定向元素组成R1，R2阵，并利用前方交会式求出模型点在像空间辅助坐标系中的坐标（U、V、W）；3.根据已知地面控制点的坐标，按绝对定向元素的误差方程式解求该立体模型的绝对定向元素；4.按绝对定向公式，将所有待定点的坐标纳入地面摄影测量坐标中；@后交-前交解法、相对定向-绝对定向解法、一步定向法的比较：1.后交-前交解法的结果依赖于空间后方交会的精度，前交过程中没有充分利用多余观方法严密性控制点要求使用场合后交－前交法点位精度决定于外方位元素精度没有利用多余条件3个平高点已知像片外方位元素相对定向－绝对定向法点位精度决定于相对定向－绝对定向精度2个平高点＋1个高程点航带法加密一步定向法理论最严密精度最高2个平高点＋1个高程点光束法加密-5-测进行平差2.相对定向-绝对定向解法计算公式较多，最后的点位的精度取决于相对定向和绝对定向的精度，计算结果不能严格表达一幅影像的外方位元素3.一步定向法的理论最为严密，精度最高，待定点的坐标是完全按照最小二乘法解求出来的@后交-前交解法、相对定向-绝对定向解法、一步定向法的用法比较：第一种方法应用于已知影像的外方位元素、需要确定少量的待定点坐标时采用第二种方法在航带法解析空中三角测量中应用第三种方法在光线束法解析空中三角测量中应用@解析空中三角测量：在一个航带十几个像对中或者几条航带构成的一个区域网中，测定少量的外业控制点，在内业按一定的数学模型平差计算出摄影测量作业过程中所需的全部控制点及每张像片的外方位元素。@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.立体像对相对定向3.模型连接构建自由航带网4.航带模型绝对定向5.航带模型非线性改正6.加密点坐标计算@像片系统误差预改正：底片变形改正；镜头畸变差改正；大气折光改正；地球曲率改正。@行带网法区域网平差：（1）按单航带模型法分别建立航带模型，以取得各航带模型点在本航带统一的辅助坐标系下的坐标值（2）各航带模型的绝对定向（3）计算重心坐标及重心化坐标（4）列误差方程，解求各航带的非线性改正数系数（5）用平差计算得出的多项式系数，计算各模型改正后的坐标值@数字高程模型DTM：利用影像信息通过数字摄影测量处理的到的典型产品之一，是地形表面形态