太原理工大學攝影測量學全部復習資料

攝影測量學：對研究的物體進行攝影，量測和解譯所獲得的影像，獲取被攝物體的幾何信息和物理信息的一門科學和技術。攝影測量的三個階段：模擬攝影測量、解析攝影測量、數字攝影測量。攝影測量解決的兩大問題是幾何定位和影像解譯。幾何定位是確定被攝物體的大小、形狀和空間位置。幾何定位的根本原理源于測量學的前方交會方法。常規(guī)的影像解譯方法是根據地物在像片上的構像規(guī)律，采用人工判讀方法識別地物的屬性。航空攝影測量：利用安裝在航攝飛機上的航攝儀從空中一定角度對地面進行攝影。航攝像片傾角:航攝物鏡的主光軸偏離鉛垂線的夾角.像片傾角保持在3°以內.航向重疊：指沿航線飛行方向兩相鄰像片上的重疊影像，航向重疊px%=60-65%,不得小于53%；旁向重疊：兩相鄰航帶像片之間的影像重疊，旁向重疊py%=30-40%,不得小于15%攝影基線(B):在航攝曝光瞬間，相鄰兩攝站間的距離.基高比(B/H):攝影基線與航高的比值.?；弑仍酱?，垂直夸大越明顯航攝比例尺確實定取決于成圖比例尺，攝影比例尺與成圖比例尺的關系：:航攝比例尺分母:測圖比例尺分母航線彎曲度:航線最大彎曲矢量與航線長度之比的百分數。要求航線彎曲度<3%.像片旋角:相鄰兩像主點連線與同方向框標連線間的夾角.要求像片旋角<6°.平行投影:投影線平行于某一固定方向的投影方式。中心投影:所有投射線或其延長線都通過一個固定點的投影透視變換:兩個平面之間的中心投影變換.在透視變換的情況下，投影中心稱為透視中心，像點也稱為透視，物點稱為投影。像點位移:當像片傾斜、地面起伏時，地面點在航攝像片上的構像相對于理想情況下的構像所產生的位置差異.方向偏差:從像片上某點作出的方向線與地面對應點畫出的方向線的方位角不等，這種差異稱為方向偏差.內方位元素:描述攝影中心與像片之間相對位置關系的數據.即f:攝影中心S到像片的垂距x0:像主點O在像片框標坐標系中的x軸值y0:像主點O在像片框標坐標系中的y軸值外方位元素:確定攝影瞬間攝影中心空間位置及像片姿態(tài)的參數.包括三個外方位線元素(Xs、Ys、Zs)即攝影瞬間攝影中心S在地面攝影測量坐標系中的坐標三個外方位角元素(φ、ω、κ)描述像片攝影瞬間的空間姿態(tài)?？驑俗鴺讼担阂韵衿纤倪吇蛩慕巧系目驑藖矶x坐標系統(tǒng)。像平面直角坐標系：以像主點為坐標原點，x,y軸分別平行于框標坐標系的x,y軸。像空間輔助坐標系：以攝影中心〔投影中心〕S為坐標原點，坐標軸的選定有多種方式。19.像點的平面坐標變換：設有兩個像平面坐標系，原點同為像主點o，對應坐標軸之間存在一個轉角，某像點a在兩坐標系中的坐標分別為〔x,y〕和〔x’,y’〕,那么變換公式為原點不同時：像點的空間坐標變換公式(像空間坐標系—像空間輔助坐標系)：像空間坐標:(x,y,-f)像空間輔助坐標:(X,Y,Z)20.旋轉矩陣的性質：旋轉矩陣的逆矩陣與其轉置矩陣相等()旋轉矩陣中各行或各列元素的自乘項之和恒等于1旋轉矩陣中各行或各列元素的互乘項之和恒等于0旋轉矩陣中每一個元素等于其代數余子式中心攝影像片的構像方程以像主點為原點的像平面坐標(x,y)，相應的地面坐標點(XA,YA,ZA)像片主距:f外方位元素:(Xs,Ys,Zs,φ,ω,κ)21.攝影比例尺〔相片比例尺〕：航攝相片上一線段為l的影像與地面上相應線段的水平距離L之比，即1/M=l/L.〔地形起伏、航攝相片不能保持水平，故攝影比例尺處處不相等〕攝影比例尺一般表示為：1/M=f/H〔攝影機主距/攝影航高〕。攝影比例尺越大，相片地面分辨率越高，但攝影比例尺要根據測繪地形圖的精度要求與獲取地面信息的需要來確定：22.攝影測量生產對攝影資料的根本要求影像的色調要求影像清晰，色調一致，反差適中，像片上不應有阻礙測圖的陰影。像片重疊為便于立體測圖及航線間的接邊，除航攝像片要覆蓋整個測區(qū)外，還要求像片間有一定的重疊，航向重疊一般要求在60%以上，旁向重疊要求在24%以上。地面起伏大時，重疊度還要大，才能保持像片立體量測與拼接。像片傾角在攝影瞬間攝影機軸發(fā)生了傾斜，攝影機軸與鉛直方向的夾角a成為像片的傾角。航線彎曲受技術和自然條件的限制，飛機往往不能按預定航線飛行而產生航線彎曲，造成漏攝或者旁向重疊過小而影響內業(yè)成圖。像片旋角相鄰像片的主點連線與像幅延航線方向兩框標連線間的夾角稱像片旋角。它是由攝影機定向不準產生的。23.攝影測量常用的坐標系統(tǒng)答：攝影測量中常用的坐標系有兩大類。一類是用于描述像點的位置，稱為像方空間坐標系；另——類是用于描述地面點的位置．稱為物方空間坐標系。像方空間坐標系①像平面坐標系像平面坐標系用以表示像點在像平面上的位置，通常采用右手坐標系，軸的選擇按需要而定．在解析和數字攝影測量中，常根據框標來確定像平面坐標系，稱為像框標坐標系。②像空間坐標系為了便于進行空間坐標的變換，需要建立起描述像點在像空間位置的坐標系，即像空間坐標系。以攝影中心為坐標原點，軸與像平面坐標系的軸平行，軸與主光軸重合，形成像空間右手直角坐標系③像空間輔助坐標系像點的像空間坐標可直接以像平面坐標求得，但這種坐標的待點是每張像片的像空間坐標系不統(tǒng)一，這給計算帶來困難。為此，需要建立一種相對統(tǒng)一的坐標系．稱為像空間輔助坐標系，用表示。此坐標系的原點仍選在攝影中心坐標軸系的選擇視需要而定。物方空間坐標系①攝影測量坐標系將像空間輔助坐標系沿著Z軸反方向平移至地面點P，得到的坐標系稱為攝影測量坐標系②地面測量坐標系地面測量坐標系通常指地圖投影坐標系，也就是國家測圖所采用的高斯—克呂格帶或帶投影的平面直角坐標系和高程系，兩者組成的空間直角坐標系是左手系，用表示。③地面攝影測量坐標系由于攝影測量坐標系采用的是右手系，而地面測量坐標系采用的是左手系，這給由攝影測量坐標到地面測量坐標的轉換帶來了困難。為此，在攝影測量坐標系與地面測量坐標系之間建立一種過渡性的坐標系，稱為地面攝影測量坐標系，用表示，其坐標原點在測區(qū)內的其一地面點上。24.方向偏差:從像片上某點作出的方向線與地面對應點畫出的方向線的方位角不等，這種差異稱為方向偏差。分為兩種：〔1〕像片傾斜引起的像點位移和方向偏差，〔2〕地形起伏引起的像點位移和方向偏差25.中心攝影像片的構像方程S:(XS,YS,ZS)a:(x,y,-f)(X,Y,Z)A:(XA,YA,ZA)26.像點位移:當像片傾斜、地面起伏時，地面點在航攝像片上的構像相對于理想情況下的構像所產生的位置差異.①

地面水平時，像片傾斜引起的像點位移近似表達式：(P42〕②

地形起伏在水平像片上引起的像點位移除了上述兩種幾何因素外，物理畸變、大氣折光。地球曲率及底片形變等一些物理因素也會倒致像點位移。27.人造立體視覺必須符合自然界立體觀察的四個條件：1.兩張像片必須是在兩個不同的位置對同一個景物攝取的立體像對；2.每只眼睛必須只能觀察像對的一張圖；3.兩像片上相同景物〔同名像點〕的連線與眼睛基線應大致平行：4兩像片的比例尺相近〔差異<15%〕，否那么需要用zoom系統(tǒng)等進行調節(jié)。28.人造立體視覺：空間景物在感光材料上構像，再用人眼觀察構像的像片產生生理視差，重建空間景物的立體視覺，所看到的空間景物為立體影像。產生的立體視覺稱為人造立體視覺。29.數字攝影測量:利用數字灰度信號、采用數字相關技術量測同名像點，在此根底上通過解析計算，進行內定向、相對定向和絕對定向，建立數字立體模型，從而建立數字高程模型，繪制等高線，制作正射影像圖以及為地理信息系統(tǒng)提供根底信息等，這就就是數字攝影測量。30.影像相關:利用互相關函數，評價兩塊影像的相似性以確定同名點。31.數字影像相關:利用計算機對數字影像進行數值計算的方式完成影像的相關(匹配)，識別出兩幅(或多幅)影像的同名像點。32.全數字化攝影測量的核心問題:如何在兩幅(或多幅)影像之間自動識別同名像點(數字影像相關)33.同名核線確定的兩種方法：共面條件法:基于數字影像幾何糾正提取核線:34.像片糾正:消除由于像片的傾斜所引起的像點的位移，同時改化規(guī)定的比例尺，這一作業(yè)過程為像片糾正。35.什么是共線方程？它在攝影測量中有何應用？答：共線方程即中心投影的構像方程共線方程式包括十二個數據：以像主點為原點的像點坐標，相應地面點坐標，像片主距及外方位元素。共線條件方程在攝影測量中的主要應用如下：單片前方交會和立體模型的空間前方交會；求像底點的坐標；求像底點的坐標；光束法平差中的根本方程；解析測圖儀中的數字投影器；航空攝影模擬；利用DEM進行單張像片測圖。36.什么叫像點位移？怎樣才能消除它？答：當航攝像片有傾角或地面有高差時，所攝的像片與上述理想情況有差異。這種差異反映為一個地面點在地面水平的水平像片上的構像與地面有起伏時或傾斜像片上構像的點位不同，這種點位的差異稱為像點位移，它包括像片傾斜引起的位移和地形起伏引起的位移，其結果是使像片上的幾何圖形與地面上的幾何圖形產生變形以及像片上影像比例尺處處不等。像片傾斜引起的像點位移，(像片傾角為，像距為，方向角為，為像片主距，對該位移引起景物在像片上的影像可進行像片糾正因地形起伏引起的像點位移(為以像底點為中心的像距，為攝影航高)可對其進行改正。對物理因素如攝影物鏡的畸變差、大氣折光、地球曲率及底片變形等引起的像點位移，可用數據模型來描述。37.影像相關的目的是什么？基于灰度的影像相關有哪些方法?試以一種方法為例，詳述影像相關的全過程。答：對于全數字化攝影測量，影像相關的目的是在沒有人眼的立體觀測的情況下，從左、右數字影像中尋找同名像點?；诨叶鹊挠跋裣嚓P有相關系數法、協(xié)方差法、高精度最小二乘相關以及以這些方法為根底加上各種約束條件構成的方法，如帶核線約束的相關系數法、顧及共線條件的高精度最小二乘相關法、多點乃至多片最小二乘相關方法及同時采用幾種相似性量度作為判據的多重信息多重判據方法，等等。.38..模擬法像片糾正至少需要幾個點?對這些點的位置有什么要求?答:平坦地區(qū)像片糾正的技術實質是中心投影變換,糾正儀的自由度與投影變換關系中的未知參數有關,也與具體的儀器結構有關,兩平面間投影變換公式為當式中8個參數時,兩平面間的透視關系就唯一地得到確定.在糾正儀上完成像片糾正,相當于解求式中8個參數,因此需要4對X、Y和x、y的共扼點,并通過8個根本動作來實現(xiàn)參數確實定,4個點中不可有3個點位于一條直線上.39.繪圖說明透視變換中的特別點、線、面？試小結出中心投影作圖法的作圖步驟要點？地面上點的中心投影法。連接投射線AS?！?〕求跡點〔3〕求延長線〔4〕求A點的像直線的中心投影作圖。1.求跡點2.求合點3.跡合連線4.連投射線5.交點連線，即為像點40.解析空三加密：在一條航帶幾十個像對覆蓋的區(qū)域或由幾條航帶幾百個像對構成的區(qū)域內，僅僅由外業(yè)實測幾個少量的控制點，按一定的數學模型，平差解算出(加密)攝影測量作業(yè)過程中所需的全部控制點(待定點或加密點)及每張像片的外方位元素，稱解析空三加密。解析空中三角測量的分類：41．航帶法空中三角測量主要思想：把許多立體像對構成的單個模型連結成一個航帶模型，將航帶模型視為單元模型進行解析處理，通過消除航帶模型中累積的系統(tǒng)誤差，將航帶模型整體納入到測圖坐標系中，從而確定加密點的地面坐標加密的范圍：一條航帶以一條航帶為單元，依據少量的地面控制點，按照一定的數學模型，整體平差解求加密點(或待定點)的地面坐標。連續(xù)法相對定向，建立單個立體模型各模型的像空間輔助坐標系相互平行，每個像對以左片為根底，求出右片相對左片的相對定向元素根本流程：a像點坐標系統(tǒng)誤差預改正b立體像對相對定向c模型連接構建自由航帶網d航帶網的概略絕對定向e航帶模型非線性改正f加密點坐標計算42.航帶網區(qū)域網平差根本思想每像對進行獨立像對法相對定向：得到模型點在每個像對的像空間輔助坐標系的坐標各模型進行絕對定向：在滿足模型公共點(連接點)的坐標應相等及控制點的計算坐標應與實測坐標相等的條件下，平差整體解求每個模型的七個絕對定向元素，求出所有加密點的地面坐標(公共點取均值)由幾條航帶構成一個區(qū)域，整體平差解求各航帶的非線性變形改正系數，求得整個測區(qū)內全部待定點的坐標主要過程:各像對進行連續(xù)像對相對定向：得到像點在各自Si-uiviwi坐標模型連接：求比例尺歸化系數，得到模型點在統(tǒng)一的航帶S1-u1v1w1(S1-x1y1z1)坐標各航帶模型的絕對定向：將模型點在統(tǒng)一S1-u1v1w1坐標變換到全區(qū)域統(tǒng)一的地面攝影測量坐標系D-XYZ(各航帶坐標重心化〕航帶網的非線性變形改正：平差整體解求航帶的非線性改正系數，進行坐標的改正，得到改正后的坐標值作業(yè)流程1、單獨法相對定向建立單元模型，獲取各單元模型的模型坐標，包括攝站點2、利用相鄰模型公共點和所在模型中的控制點，各單元模型分別作三維線性變換，按各自的條件列出誤差方程式及法方程式3、建立全區(qū)域的改化法方程式，并按循環(huán)分塊法來求解，求得每個模型點的7個絕對定向元素4、按平差后求得的7個絕對定向元素，計算每個單元模型中待定點的坐標，假設未相鄰模型的公共點，取其均值作為最后結果。43.光束法區(qū)域網空中三角測量根本思想及主要內容1、以每張像片為單元，區(qū)域內每張像片的控制點、加密點都列立共線條件方程式2、建立全區(qū)域統(tǒng)一的誤差方程，統(tǒng)一平差解算，整體解求區(qū)域內每張像片的6個外方位元素所有加密點的地面坐標。根本流程:1、獲取像片內方位元素、像點坐標和地面控制點坐標2、確定像片外方位元素和加密點地面坐標近似值3、逐點建立誤差方程式并法化4、建立改化法方程式5、采用循環(huán)分塊法解求改化法方程6、求出像片的外方位元素7、計算加密點坐標44.三種方法的比照:〔1〕流程航帶網:相對定向建立單個模型→模型連接構成自由航帶網→航帶網概略定向→對每條航帶進行非線性改正獨立模型法:相對定向建立單個模型→各個單元模型進行空間相似變換，使模型公共點有盡可能相同的坐標，并通過地面控制點使單元模型最正確地納入到規(guī)定的坐標系光束法區(qū)域網平差:初始值設置→列誤差方程、改化法→分塊迭代→計算加密點坐標〔2〕其他方法數學模型平差單元觀測值未知數優(yōu)點缺點航帶法區(qū)域平差航帶坐標的非線性多項式改正單條航帶航帶的地面攝影測量坐標各航帶的非線性改正數及待定點的地面坐標方法簡單、速度快精度低獨立模型法區(qū)域平差空間相似變換式獨立模型模型的坐標各個模型空間相似變換的七個參數及待定點的地面坐標對粗差有較好的抵抗能力不能很好地消除系統(tǒng)誤差的影響、計算較費時光束法區(qū)域網平差共線條件方程單個光束每幅影像的像點坐標各影像的外方位元素、所有待求點的地面坐標理論嚴密、精度高、對系統(tǒng)誤差反映最敏感、對粗差有較好的抵抗能力計算量最大45.解析法絕對定向的概念絕對定向：相對定向后得到模型點在像空間輔助坐標系中的坐標〔U,V,W)→地面攝影測量坐標(X,Y,Z)(兩空間坐標系的變換，也稱空間相似變換〕。根本關系式如下:=λ+(X,Y,Z):地面點的地面攝影測量坐標；(U,V,W):模型點的像空間輔助坐標；Xs,Ys,Zs:坐標原點平移量；λ:縮放因子；R:轉置矩陣(方向余弦)；絕對定向元素:Xs,Ys,Zs,λ,Φ,Ω,絕對定向式線形化及絕對定向元素的解算：利用地面點坐標重心化：46.絕對定向元素的計算過程：1獲取控制點的兩套坐標U,V,W,X,Y,Z2給定絕對定向元素的初值＝1,＝＝＝0,XS,YS,ZS3計算重心化坐標4計算誤差方程式的系數和常數項5解法方程，求絕對定向元素改正數6計算絕對定向元素的新值7判斷迭代是否收斂47.雙像解析的相對定向-絕對定向法：1用連續(xù)相對或單獨相對的相對定向元素的誤差方程式解求像對的相對定向元素；2由相對定向元素組成左、右像片的旋轉矩陣Ｒ１、Ｒ２，并利用前方交會式求出模型點在像空間輔助坐標系中的坐標；3根據地面控制點的坐標，按絕對定向元素的誤差方程式解求該立體模型的絕對定向元素；4按絕對定向公式，將所有待定點的坐標納入地面攝影測量坐標中48.立體像對的前方交會空間前方交會:由立體像對中兩張像片的內、外方位元素和像點坐標來確定相應地面點在物方空間坐標系中坐標的方法.立體像對空間前方交會的根本公式：計算地面點坐標的公式〔2〕投影系數的計算式理想像對:相鄰兩像片水平、攝影基線水平組成的像對正直像對:相鄰兩像片水平、攝影基線不水平組成的像對豎直像對:相鄰兩像片不水平、攝影基線不水平組成的像對49.雙像解析空間前方-前方交會野外像片控制測量控制點和待定點像點坐標的量測空間前方交會計算像片的外方位元素空間前方交會計算待定點的地面坐標50.立體像對的模擬法相對定向同名射線對對相交實質是恢復了核面，即同名射線與基線共面