第8章 摄影测量与遥感

摄影测量与遥感摄影测量与遥感第1页共25页1、航空摄影测量的主要任务是测制各种比例尺的地形图和影像地图、建立地形数据库，并为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。航空摄影测量测绘的地形图例尺一般为1：5万～1:500。2、摄影测量经历了模拟法、解析法和数字化三个发展阶段。3、航空摄影所获取的像片是倾斜的，此时，即使地面严格水平，航摄像片上的目标物体也会因为像片倾斜而产生变形或像点位移。摄影测量中对这种因像片倾斜引起的像点位移可用像片纠正的方法予以改正。4、由于地球表面起伏所引起的像点位移称为像片上的投影差。投影差具有如下性质：(1)越靠近像片边缘，投影差越大，在像底点处没有投影差；(2)地面点的高程或目标物体的高度越大，投影差也越大；(3)在其他条件相同的情况下，摄影机的主距越大，相应的投影差越小。城区航空摄影时，为了有效减小航摄像片上投影差的影响，应选择焦距较长的摄影机进行摄影。5、航摄相片的内方位元素是描述摄影中心与像片之间相互位置关系的参数，包括三个参数，即摄影中心剐到像片的垂距f（主距）及像主点在像片框标坐标系中的坐标(x0，y0)。内方位元素值一般视为已知，内方位元素值的正确与否，直接影响测图的精度，因此对航摄机需作定期的鉴定。6、确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数，称为外方位元素。一张像片的外方位元素包括6个参数：3个线元素和3个角元素。像片的外方位元素是描述像片在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数，即是一种绝对方位元素。外方位3个线元素是用来描述摄影瞬间，摄影中心S在所选定的地面空间坐标系中的坐示值。7、外方位3个角元素是用来描述摄影瞬间，摄影像片在所选定的地面空间坐标摄影测量与遥感摄影测量与遥感第2页共25页系中的空间姿态。外方位元素可以利用地面控制信息通过平差计算得到，或者利用POS系统测定。8、共线方程就是指中心投影的构像方程，即在摄影成像过程中，摄影中心S、像点a及其对应的地面点A三点位于一条直线上。共线方程式是摄影测量中最基本、最重要的关系式。9、在解析和数字摄影测量中，共线方程的主要应用包括：(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)构成数字投髟的基础；(4)利用数字高程模型(DEM)与共线方程制作正射影像；(5)利用DEM和共线方程进行单幅影像制图等。10、当用解析的方法处理摄影测量像片时，像点坐标的量测既可通过作业员在计算机屏幕上宜接进行，也可通过立体影像匹配的方法进行自动量测。像点坐标的量测包括内定向、相对定向和绝对定向。11、像片的扫描坐标系与像平面坐标系一般不平行，且坐标原点也不同，此时所量测的像点坐标（实际为行、列号）存在着从扫描坐标到像片坐标的转换问题，这一过程称为影像的内定向。对直接由数码航空相机得到的影像则不存在内定向的问题。内定向问题需要借助影像的框标来解决。为了进行内定向，必须量测影像上框标点的扫描坐标，然后根据航摄相机酌检定结果所提供的框标理论坐标，用解析计算的方法求得内定向参数，从而实现扫描坐标到像片坐标的转换。12、确定两张影像相对位置关系的过程称为相对定向。相对定向不需要外业控制点，就能建立地面的立体模型。相对定向的唯一标准是两张像片上所有同名点的投影光线对对相交，所有同名点光线在空间的交会集合构成了地面的立体模型。摄影测量与遥感摄影测量与遥感第3页共25页用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素，相对定向元素共有5个。解析法相对定向计算过程中同名光线对对相交的特性可用共面条件来实现。共面条件的几何含义是摄影基线和左右片同名光线三矢量共面，它是解求相对定向元素的基本关系式。在数字摄影测量系统中，利用计算机的影像匹配代替人眼的立体观测识别同名点，通过自动量测6对以上同名点的像片坐栎，用最小二乘平差计算解求出5个相对定向元素。13、相对定向完成了几何模型的建立。要确定立体模型在地面测量坐标系中的正确位置，则需要把相对定向所建立的立体模型进行平移、旋转和缩放，以便纳入到地面测量坐标系中，并归化到制图比例尺，这一过程称为立体模型的绝对定向。绝对定向需要借助地面控制点来进行。14、卫星遥感中常用的几个波谱为：紫外、可见光、红外、微波。15、通过大气层时较少被散射、吸收和反射，具有较高的透过率，这些波段称为“大气窗口”。常用的大气窗口包括：可见光和部分紫外、近红外(0.3～1.3um)；近、中红外(1.5～1.8um，2.0～3.5um)；中红外(3.5—5.5um)；远红外(8～14um)；微波(1.0mm～lm)等。对地球观测卫星遥感而言，只有选择透过率高的“大气窗口”波段，才对观测有意义；而对于大气遥感而言，则应选择“大气窗口”外衰减系数大的波段，才能收集到有关大气成分、云高、气压分布和温度等方面的信息。16、对地物波谱的测定主要分3部分，即反射波谱、发射波谱和微波波谱。物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两个波段。地物波谱特性的变化与太阳和测试仪器的位置、地理位置、时间环境（季节、气候、温度等）和地物本身有关。17、遥感图像特征可归纳为几何特征、物理特征和时间特征，这三方面的表现特征即为空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。摄影测量与遥感摄影测量与遥感第4页共25页18、空间分辨率是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，通常用地面分辨率和影像分辨率来表示。空间分辨率越高，其识别物体的能力越强。遥感器系统空间分辨率的选择，一般应选择小于被探测目标最小直径的l／2。19、光谱分辨率是指传感器所能记录的电磁波谱中，某一特定波长范围值，波长范围值越宽，光谱分辨率越低。一般来说，传感器波段数越多，波段宽度越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。20、对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔，称为遥感影像的时间分辨率。利用时间分辨率可以进行动态监测和预报，利用时间分辨率可以进行自然历史变化和动力学分析，利用时间分辨率可以提高成像率和解像率，对历次获取的数据资料进行叠加分析，从而提高地物识别精度。21、遥感解译人员需要通过遥感图像获取三方面的信息：目标地物的大小、形状及空间分布特点，目标地物的属性特点，目标地物的变化动态特点。遥感信息的提取主要有两个途径，一是目视解译，一是计算机的数字图像处理。22、航空摄影测量项目设计书、专业技术设计书一经批准，不得随意更改。项目设计或专业技术设计在实际执行过程中，出现似下情况应由设计人员及时提出并作出更改或补充。(1)设计方案存在不足，实施过程中导致结果不统一或依据不足。(2)按照设计要求收集到的航空、航天影像数据源，在使用过程中存在质量问题，不能满足成图要求，必须要对数据源进行调整。(3)测区实际地理环境条件导致无法达到设计要求。(4)其他需要补充或更改的情况。更改或补充的内容需经审批后，方可实施。23、航摄影像资料有模拟影像和数字影像两种。航空摄影时间选择应有利于测绘成果地物、地貌量测和判绘、影像色彩要求。比如地表植被及覆盖物对成图影响小的时间摄取的影像，彩红外和真彩色影像在北方应避开冬季等。摄影测量与遥感摄影测量与遥感第5页共25页24、模拟影像一般成图比例尺为l：1000，航摄比例尺为1：3500～1:7000、地面采样距离为7～14；成图比例尺为1：2000，航摄比例尺为1:7000～1:1.4万、地面采样距离为14～28；成图比例尺为1:5000，航摄比例尺为1:1万～1：2万、地面采样距离为20～40；成图比例尺为1:1万，航摄比例尺为1:2万～l：4万、地面采样距离为40～80；成图比例尺为1:2.5万，航摄比例尺为1:2.5万～1:6万、地面采样距离为50～120；成图比例尺为1:5万万，航摄比例尺为1:3.5万～1：8万万、地面采样距离为70～160；25、遥感影像在测绘中主要被用来测绘地形图、制作正射影像或各种专题图。遥感影像地面分辨率越高，其识别物体的能力越强。卫星影像分辨率的选择除了考虑不同比例尺成图对影像分辨率要求，还要考虑现有可获取的卫星影像产品的规格。影像获取时相应尽量避开冬季。26、航空遥感影像主要有模拟影像和数字影像两种，要按照设计要求收集航空遥感影像资料。模拟影像资料收集包括航摄原始底片、航摄像片、摄区范围图（含分区范围图）、像片索引图、航摄仪技术参数检定报告、航空摄影底片压平质量检测报告、航空摄影底片密度检测报告、航摄鉴定表、像片中心点结合图、航摄飞行记录、航空摄影技术设计书、航空摄影资料移交书等。其中航摄仪检定资料要包括航摄仅检定坐标系、航摄仪框标编号和框标坐标、航摄仪检定焦距、航摄仪镜头自准轴主点坐标、航摄仪镜头对称畸变差测定值。数字影像资料收集包括影像数据、像片索引图、航空摄影技术设计书、航摄鉴定表、航摄仪技术参数、航摄军区批文及航空摄影资料送审报告、航空摄影飞行记录、摄区航线和像片接合图、摄区完成情况图、航空摄影资料移交书等。27、航天遥感影像资料用于地形图测绘主要有立体像对（或条带）、单景卫星影像，有全色数据多光谱数据（红、绿、蓝、红外）。分为定制的编程数据和存档数据。摄影测量与遥感摄影测量与遥感第6页共25页航天遥感影像收集：包括数据格式、应用级别等满足要求的单片或立体的全色数据、多光谱数据、完整的卫星参数等资料。28、航空遥感影像预处理包括模拟航空摄影获取的底片扫描和数宇航空摄影获取的数字影像几何处理。29、模拟影像预处理包括底片扫描分辨率的确定、扫描参数调整、扫描质量、影像增强。扫描影像的地面分辨率应优于正射影像的地面分辨率，扫描分辨率依据成图比例尺和航空摄影比例尺确定。如果采用大比例尺航摄资料，扫描分辨率最大不得超过60um。航片扫描分辨率R=20×(成图比例尺分母m／航摄比例尺分母M)扫描参数调整原则是使扫描影像的各通道灰度直方图尽可能布满0～255个灰阶，并接近正态分布，彩色影像不偏色。采用滤波和直方图拉伸的方法对原始影像进行增强处理，使影像直方图尽量呈正态分布，纹理清晰、无显著噪声。30、数字航空摄影所获取的影像各通道灰度直方图应接近正态分布，彩色影像不偏色。对于线阵扫描成像的影像(如ADS80)，要求前期几何处理准确，不出现扭曲、拉伸和地物变形等现象，主要包括影像增强、降位处理、匀光处理、影像旋转等。对影像进行色彩处理以消除影像色彩（色调）上的差异，称为匀光处理。影像旋转是将数字影像或扫描数据旋转为与飞行方向一致，使之保持正确的航向重叠度和旁向重叠度。31、航天遥感影像预处理的工作内容包括：（1）影像格式转换：将原始航天遥感影象转换为生产软件可以利用的格式(TIF或IMG等)。（2）轨道参数提取：卫星影像的星历参数、姿态角数据属于几何成像模型。摄影测量与遥感摄影测量与遥感第7页共25页RFM成像模型是几何成像模型的替代模型参数。计算所得的RFM成像模型必须以极高的精度替代原有的严格成像模型，其拟合中误差应不大于0.05像善。对于直接提供RFM模型参数的卫星影像，应进行必要的数据格式转换。（3）影像增强：遥感影像经过A/D转换、线路传送以及大气折射的够响后，在对影像进行进一步处理之前，必须要对影像采用对比度增强、直方图增强和图像间算术运算的方法对原始影像进行增强处理，使影像直方图尽量呈正态分布，纹理清晰、无显著噪声。（4）去除噪声、滤波：通过修改遥感图像频率成分来实现遥感图像数据的改变，达到抑制噪声或改善遥感图像质量的目的，常用的滤波有低通滤波、高通滤波、带阻滤波、带通滤波、同态滤波等。（5）去薄云处理：遥感卫星传感器所接收到的有云的图像，可利用同态滤波对其进行处理。针对不同的遥感影像，云层的大小和厚度不一致，灵活修改照度增益、反射率增益和截取频率这三个参数值，即可达到较好的去云效果。（6）降位处理（7）多光谱波段选取：增强和降位处理，降低数据冗余。（8）匀色处理32、根据航空摄影分区（遥感影像获取范围）和地形条件，沿图廓线整齐划分的方形或矩形区域内，采用一定的控制测量布点方案而构成的空中三角测量平差网称为区域网。区域网的大小和像片控制点的跨度主要依