數(shù)字?jǐn)z影測量知識點總結(jié)

1、第一章 緒論攝影測量與遙感的概念：攝影測量與遙感是對非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達(dá)進(jìn)行記錄、量測和解譯，從而獲得自然物體和環(huán)境的可靠信息的一門工藝、科學(xué)和技術(shù)。攝影測量與遙感的主要特點：在像片上進(jìn)行量測和解譯；無需接觸物體本身，較少受自然和地理條件限制；可攝得瞬間的動態(tài)物體影像；像片及其它各類影像提供物體的大量幾何信息和物理信息攝影測量學(xué)的三個發(fā)展階段：模擬攝影測量(1851-1970)利用光學(xué)/機(jī)械投影方法實現(xiàn)攝影過程的反轉(zhuǎn)。用兩個/多個投影器模擬攝影機(jī)攝影時的位置和姿態(tài)，構(gòu)成與實際地形表面成比例的幾何模型，通過對該模型的量測得到地形圖和各種專題圖。解析攝影測量(1950-1980)

2、 以電子計算機(jī)為主要手段，通過對攝影像片的量測和解析計算方法的交會方式來研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)及其相互關(guān)系，并提供各種攝影測量產(chǎn)品的一門科學(xué)。數(shù)字?jǐn)z影測量(1970-現(xiàn)在）基于攝影測量的基本原理，通過對所獲取的數(shù)字/數(shù)字化影像進(jìn)行處理，自動(半自動)提取被攝對象用數(shù)字方式表達(dá)的幾何與物理信息，從而獲得各種形式的數(shù)字產(chǎn)品和目視化產(chǎn)品。攝影測量三個發(fā)展階段的特點：攝影測量分類：按距離遠(yuǎn)近：航天攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量、近景攝影測量、顯微攝影測量按用途：地形攝影測量、非地形攝影測量按處理手段：模擬攝影測量、解析攝影測量、數(shù)字?jǐn)z影測量單像攝影測量的理論基礎(chǔ)：共線方程、共

3、面條件攝影測量的任務(wù)： 地形測量領(lǐng)域 各種比例尺的地形圖、專題圖、特種地圖、正射影像地圖、景觀圖。 建立各種數(shù)據(jù)庫。 提供地理信息系統(tǒng)和土地信息系統(tǒng)所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 非地形測量領(lǐng)域 生物醫(yī)學(xué) 公安偵破 古文物、古建筑 建筑物變形監(jiān)測 軍事偵察 礦山工程第二章 單張航攝像片解析航攝機(jī)主距：航空攝影機(jī)物鏡中心至底片面的距離是固定值，常用f表示。攝影機(jī)的主距分為：長焦距(主距200 mm)中焦距(主距100200mm)短焦距(主距l(xiāng)00mm)對應(yīng)的像場角分為：常角(75°以下) 寬角(75°100°) 特寬角(100°以上)攝影比例尺：是指航攝像片上一線段為

4、l與地面上相應(yīng)線段的水平距L之比。由于攝影像片有傾角，地形有起伏，所以攝影比例尺在像片上處處不相等。我們一般指的攝影比例尺，是把攝影像片當(dāng)作水平像片，地面取平均高程，這時像片上的一線段l與地面上相應(yīng)線段的水平距L之比，稱為攝影比例尺1m，即式中，f為航攝機(jī)主距，H為平均高程面的航攝高度，稱為航高。空中攝影要按航攝計劃要求進(jìn)行。在整個攝區(qū)，飛機(jī)要按規(guī)定的航高和設(shè)計的方向呈直線飛行，并保持各航線的相互平行。 攝影比例尺 像片重疊度:同一條航線內(nèi)相鄰像片之間的影像重疊稱為航向重疊，重疊部分與整個像幅長的百分比稱為重疊度，一般要求在60%以上。相鄰航線的重疊為旁向重疊，旁向重疊度保持在24%以上。保證

5、像片立體量測與拼接。 空間攝影基線：控制像片重疊度時，將飛機(jī)視為勻速運動，每隔一定空間距離拍攝一張像片，攝站的間距稱為空間攝影基線B。 航線彎曲度：航線彎曲度是指偏離該直線最遠(yuǎn)的像主點到該直線垂距與航帶兩端像主點之間的直線距離的比，一般采用百分?jǐn)?shù)表示. 航線的彎曲會影響到航向重疊、旁向重疊的一致性，如果彎曲太大，則可能會產(chǎn)生航攝漏洞，甚至影響攝影測量的作業(yè)。因此，航線彎曲度一般規(guī)定不得超過3%; 像片旋角：像片上相鄰像主點連線與同方向框標(biāo)連線間的夾角稱為像片旋角; 像片傾角：空中攝影采用豎直攝影方式，即攝影瞬間攝影機(jī)的主光軸近似與地面垂直，它偏離鉛垂線的夾角應(yīng)小于3度，夾角稱為像片傾角。航攝像

6、片上特殊的點、線：設(shè)地面為E，像片為P（即像平面）兩平面相交于直線TT，稱為跡線，即透視軸，平面夾角為像片傾角。攝影中心：影像是由地面上各點發(fā)出的光線通過航空攝影機(jī)物鏡投射到底片感光層上形成的，這些光線會聚于物鏡中心S，稱為攝影中心。中心投影像主點：通過攝影中心S, 垂直于像平面P的直線SO 稱為主光軸，它與像平面P 的交點o 稱為像主點。So稱為航攝機(jī)的主距f。像底點：通過攝影中心S作地平面E的鉛垂線SN，稱為主垂線，主垂線SN與像平面P的交點n稱為像底點，與地面E的交點N稱為地底點。SN 稱為攝影航高H。等角點：主光軸SoO 與主垂線SnN 所夾的角a，稱為像片傾斜角。a角的二等分線與像片

7、交點c稱為等角點。與E面的交點C稱為等角點的共軛點。主縱線：通過主垂線SnN 與主光軸SoO作一平面W，此平面稱為主垂面,既垂直于像平面P, 又垂直于地面E。主垂面W與像平面P的交線VV，稱為主縱線。主垂面W與地面E的交線V0V0，稱為攝影方向線。攝影測量常用的坐標(biāo)系：像方空間坐標(biāo)系 (描述像點的位置) 像平面坐標(biāo)系像平面坐標(biāo)系用以表示像點在像平面上的位置，通常采用右手坐標(biāo)系,x,y軸的選擇按需要而定，在解析和數(shù)字?jǐn)z影測量中，常根據(jù)框標(biāo)來確定像平面坐標(biāo)系，稱為像框標(biāo)坐標(biāo)系。在攝影測量解析計算中，像點的坐標(biāo)應(yīng)采用以像主點為原點的像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。為此，當(dāng)像主點與框標(biāo)連線交點不重合時，須將像框

8、標(biāo)坐標(biāo)系平移至像主點。當(dāng)像主點在像框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x0，y0)時，則量測出的像點坐標(biāo)x，y化算到以像主點為原點的像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(xx0，yy0)。 像空間坐標(biāo)系為了便于進(jìn)行空間坐標(biāo)的變換需要建立起描述像點在像空間位置的坐標(biāo)系，即像空間坐標(biāo)系。以攝影中心S為坐標(biāo)原點，x，y軸與像平面坐標(biāo)系的x，y軸平行，z軸與主光軸重合，形成像空間右手直角坐標(biāo)系S-xyz。像點坐標(biāo)表示為（x,y,-f）。像空間坐標(biāo)系隨著像片的空間位置而定，每張像片的像空間坐標(biāo)系不統(tǒng)一。 像空間輔助坐標(biāo)系 此坐標(biāo)系的原點為攝影中心S，坐標(biāo)軸系的選擇視需要而定，通常有三種選取方法。其一是取鉛垂方向為Z軸，航向為X軸，

9、構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，見圖(a)。其二是以每條航線內(nèi)第一張像片的像空間坐標(biāo)系作為像空間輔助坐標(biāo)系，見圖(b)。其三是以每個像片對的左片攝影中心為坐標(biāo)原點，攝影基線方向為X軸，以攝影基線及左片主光軸構(gòu)成的面作為XZ平面，構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，如圖(c)。用S-XYZ表示。物方空間坐標(biāo)系 (描述地面點的位置) 攝影測量坐標(biāo)系將像空間輔助坐標(biāo)系S-XYZ沿著Z軸反方向平移至地面點P，得到的坐標(biāo)系P-XpYpZp稱為攝影測量坐標(biāo)系。由于它與像空間輔助坐標(biāo)系平行，因此很容易由像點的像空間輔助坐標(biāo)求得相應(yīng)的地面點的攝影測量坐標(biāo)。 地面測量坐標(biāo)系 地面測量坐標(biāo)系通常指地圖投影坐標(biāo)系，也就是國家測圖所采用的高斯克

10、呂格3°帶或6°帶投影的平面直角坐標(biāo)系和高程系，兩者組成的空間直角坐標(biāo)系是左手系用T-XtYtZt表示。攝影測量方法求得的地面點坐標(biāo)最后要以此坐標(biāo)形式提供給用戶使用。 地面攝影測量坐標(biāo)系 由于攝影測量坐標(biāo)系采用的是右手系，而地面測量坐標(biāo)系采用的是左手系，這給由攝影測量坐標(biāo)到地面測量坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換帶來了困難，為此，在攝影測量坐標(biāo)系與地面測量坐標(biāo)系之間建立一種過渡性的坐標(biāo)系，稱為地面攝影測量坐標(biāo)系，用D-XtpYtpZtp表示，其坐標(biāo)原點在測區(qū)內(nèi)的某一地面點上，Xtp軸與Xp軸方向大致一致，但為水平，Ztp軸鉛垂。構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。攝影測量中，首先將攝影測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地面攝影測量

11、坐標(biāo)，最后再轉(zhuǎn)換成地面測量坐標(biāo)。航攝像片的內(nèi)、外方位元素：確定航空攝影瞬間攝影中心與像片在地面設(shè)定的空間坐標(biāo)系中的位置與姿態(tài)，描述這些位置和姿態(tài)的參數(shù)稱為像片的方位元素。 內(nèi)方位元素：表示攝影中心與像片之間相關(guān)位置的參數(shù)包括三個參數(shù)，即攝影中心S 到像片的垂距(主距)f 及像主點O 在像框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)x0，y0。內(nèi)方位元素一般視為已知。 外方位元素：表示攝影中心和像片在地面坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)參數(shù)。一張像片的外方位元素包括六個參數(shù)，其中有三個是直線元素，用于描述攝影中心的空間坐標(biāo)值，另外三個是角元素，用于表達(dá)像片面的空間姿態(tài)。 三個直線元素 Xs，Ys，Zs 攝影中心S在地面空間坐標(biāo)系中的

12、坐標(biāo)，通常選用地面攝影測量坐標(biāo)系 三個角元素以y 軸為主軸的j-w-k系統(tǒng) 以x 軸為主軸的w-j-k系統(tǒng) 以Z 軸為主軸的A-a-ku系統(tǒng)空間直角坐標(biāo)變換：像點空間直角坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)變換是指像空間輔助坐標(biāo)與像空間坐標(biāo)之間的變換。共線方程：它是攝影測量中最基本、最重要的公式。式中：x，y為以像主點為原點的像點坐標(biāo)； XA，YA，ZA 為相應(yīng)地面點坐標(biāo)； f 為像片主距，影像的內(nèi)方位元素 (x0 ， y0 )，f； XS ，YS ，ZS 為攝影中心S的物方空間坐標(biāo)； ai ， bi ， ci（i = 1，2，3）為影像的三個外方位角元素組成的九個方向余弦共線方程的逆算式：已知像點坐標(biāo)及像片的內(nèi)外方位

13、元素，還不能計算地面點的三維坐標(biāo)，只有同時知道地面點的高程時，才能確定地面點的平面位置，因此在攝影測量處理中，需要使用立體影像確定地面點三維坐標(biāo)。共線條件方程的應(yīng)用： 單像空間后方交會和多像空間前方交會； 解析空中三角測量光束法平差中的基本數(shù)學(xué)模型； 構(gòu)成數(shù)字投影的基礎(chǔ)； 計算模擬影像數(shù)據(jù)（已知影像內(nèi)外方位元素和物點坐標(biāo)求像點坐標(biāo)）； 利用數(shù)字高程模型（DEM）與共線方程制作正射影像； 利用DEM與共線方程進(jìn)行單幅影像測圖等等。航攝像片是中心投影，它的特點是攝影光線均交于同一點S ;地圖是正射投影，所有投影光線相互平行并與投影面正交由于投影的差異，只有在地面水平(無高差)且像片也水平(即平行地

14、面)時，這兩種投影方無差異中心投影變換：將傾斜攝影的像片變?yōu)樗綌z影的像片，是一種平面對平面的投影變換。這種將傾斜攝影的像片變?yōu)樗綌z影的像片的過程，就稱為中心投影變換。像片糾正：攝影測量中將任意傾角的像片變?yōu)橐?guī)定比例尺的水平像片(即規(guī)定比例尺的影像地圖)。像點位移：地面點在地面水平的水平像片上的構(gòu)像與地面有起伏時或傾斜像片上的構(gòu)像的點位不同，這種點位差異稱為像點位移。 因像片傾斜引起的像點位移 因地形起伏引起的像點位移 因物理因素引起的像點位移 攝影物鏡的畸變差，大氣折光，地球曲率以及底片變形等。 屬于一種系統(tǒng)誤差，很難用光學(xué)機(jī)械的方法模擬改正，但可以用數(shù)學(xué)模型來描述。像片比例尺：在航攝像片

15、上某一線段影像的長度與地面上相應(yīng)線段距離之比，就是像片上該線段的構(gòu)像比例尺對于中心投影的航攝像片，只有當(dāng)像片水平且地面也水平時，像片上任意線段的比例尺都相等。實際上由于存在像點位移，像片比例尺處處不等，是一個近似值，稱為主比例尺。空間后方交會： 利用一定數(shù)量的地面控制點，根據(jù)共線方程，反求像片的外方位元素，這種方法稱為單張像片的空間后方交會。已知像片的內(nèi)方位元素和至少三個地面點坐標(biāo)及像點坐標(biāo)，則可列出至少六個方程式，解求出像片六個外方位元素。 在空間后方交會中，通常是在像片的四個角上選取四個或更多的地面控制點，因而要用最小二乘法平差計算?？臻g后方交會的求解過程：獲取已知數(shù)據(jù)：從攝影資料中查取像

16、片比例尺1m、平均航高、內(nèi)方位元素x0,y0，f，從外業(yè)測量成果中，獲取控制點的地面測量坐標(biāo)Xt，Yt，Zt，并轉(zhuǎn)化成地面攝影測量坐標(biāo)Xtp，Ytp，Ztp量測控制點的像點坐標(biāo)：將控制點標(biāo)刺在像片上，利用立體坐標(biāo)量測儀量測控制點的像框標(biāo)坐標(biāo)，并經(jīng)像主點坐標(biāo)改正，得到像點坐標(biāo)x ，y 。確定未知數(shù)的初始值：在豎直攝影情況下，角元素的初始值為0，即j 0w0k00；線元素中,ZS0H=mf，X S0，Y S0的取值可用四個角上控制點坐標(biāo)的平均值，即：計算旋轉(zhuǎn)矩陣R：利用角元素的近似值計算方向余弦值，組成R陣。逐點計算像點坐標(biāo)的近似值：利用未知數(shù)的近似值按共線方程計算控制點像點坐標(biāo)的近似值(x)；(

17、y)。組成誤差方程式：逐點計算誤差方程式的系數(shù)和常數(shù)項。組成法方程式：計算法方程的系數(shù)矩陣ATA與常數(shù)項ATL。解求外方位元素：根據(jù)法方程，解求外方位元素改正數(shù)，并與相應(yīng)的近似值求和，得到外方位元素新的近似值。檢查計算是否收斂：將求得的外方位元素的改正數(shù)與規(guī)定的限差比較，小于限差則計算終止；否則用新的近似值重復(fù)4-8的計算，直到滿足要求為止。第三章 雙像解析攝影測量人體的立體視覺：單眼觀察景物時，人們感覺到的僅是景物的透視像，好像一張像片一樣，不能正確判斷景物的遠(yuǎn)近。只有用雙眼觀察景物，才能判斷景物的遠(yuǎn)近，得到景物的立體效應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為人體的立體視覺。生理視差：由于交會角的差異，使得兩弧長a

18、b和ab不相等，其差s=ab-ab稱為生理視差。生理視差是判斷景物遠(yuǎn)近的根源。人造立體視覺條件：兩張像片必須是在兩個不同位置對同一景物攝取的立體像對；每只眼睛必須只能觀察像對的一張像片；兩像片上相同景物(同名像點)的連線與眼基線應(yīng)大致平行；兩像片的比例尺相近(差別<15)，否則需用ZOOM系統(tǒng)等進(jìn)行調(diào)節(jié)。雙像解析攝影測量的三種方法：利用像片的空間后方交會與前方交會來解求地面目標(biāo)的空間坐標(biāo)。利用立體像對的內(nèi)在幾何關(guān)系，進(jìn)行相對定向，建立與地面相似的立體模型，計算出模型點的空間坐標(biāo)。再通過絕對定向，將模型進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放，把模型納入到規(guī)定的地面坐標(biāo)系之中，解求出地面目標(biāo)的絕對空間坐標(biāo)。利

19、用光束法雙像解析攝影測量來解求地面目標(biāo)的空間坐標(biāo)。這種方法將待求點與已知外業(yè)控制點同時列出誤差方程式，統(tǒng)一進(jìn)行平差解求。這種方法理論較為嚴(yán)密，它把前面兩種方法的兩種步驟合在一個整體內(nèi)。三種方法的比較分析：第一種方法前交的結(jié)果依賴于空間后方交會的精度，前交過程中沒有充分利用多余條件進(jìn)行平差計算；第二種方法計算公式比較多，最后的點位精度取決于相對定向和絕對定向的精度，用這種方法的解算結(jié)果不能嚴(yán)格表達(dá)一幅影像的外方位元素；第三種方法的理論最嚴(yán)密、精度最高，待定點的坐標(biāo)是完全按最小二乘法原理解求出來的。立體像對的前方交會：這種由立體像對中兩張像片的內(nèi)、外方位元素和像點坐標(biāo)來確定相應(yīng)地面點的地面坐標(biāo)的方

20、法，稱為空間前方交會。現(xiàn)已知兩張像片的內(nèi)、外方位元素，設(shè)想將像片按內(nèi)外方位元素值置于攝影時的位置，顯然同名射線S1a1與S2a2必然交于地面點A?？臻g前方交會的計算步驟為：由已知的外方位角元素及像點的坐標(biāo)，計算像空間輔助坐標(biāo)；由外方位線元素，計算攝影基線分量Bx，By，Bz；計算投影系數(shù)N1，N2；最后由前方交會公式計算地面點的地面攝影測量坐標(biāo)。由于N1和N2已經(jīng)求出，計算地面坐標(biāo)時YA應(yīng)取平均值，是為了消除相對定向中存在的殘差的影響。雙像解析計算的空間后交前交方法：野外像片控制測量 在重疊部分四角，找出四個明顯地物點，作為四個控制點。在野外用普通測量的方法測算出四個控制點的地面測量坐標(biāo) Xt

21、YtZt。用立體坐標(biāo)量測儀量測像點的坐標(biāo) 像片在儀器上歸心定向后，測出四個控制點的像片坐標(biāo)(x1，y1)與(x2，y2)，然后測出所有需要解求的地面點的像點坐標(biāo)(x1，y1)和(x2，y2)。空間后方交會計算像片外方位元素根據(jù)計算機(jī)中事先編制好的程序，按要求輸入控制點的地面坐標(biāo)及相應(yīng)的像點坐標(biāo)，對兩張像片各自進(jìn)行空間后方交會，計算各自的六個外方位元素Xs1,Ys1,Zs1,j1,w1,k1和 Xs2,Ys2,Zs2,j2,w2,k2?？臻g前方交會計算未知點地面坐標(biāo)1）用各自像片的角元素，計算出左、右像片的方向余弦值，組成旋轉(zhuǎn)矩陣R1與R2。2）根據(jù)左、右像片的外方位線元素計算攝影基線分量Bx，

22、By，Bz3）逐點計算像點的像空間輔助坐標(biāo)：4）計算點投影系數(shù)：5）計算未知點的地面攝影測量坐標(biāo)：6）重復(fù)35完成所有點地面坐標(biāo)的計算。相對定向：用解析計算的方法解求相對定向元素的過程，稱為解析法相對定向。由于不涉及像片的絕對位置，因此不需控制點。相對定向元素：用于描述兩張像片相對位置和姿態(tài)關(guān)系的參數(shù)，稱為相對定向元素。像片在選定的像空間輔助坐標(biāo)系中的位置（攝影中心S的坐標(biāo)）和姿態(tài)（像片的姿態(tài)角，用j,w,k表示）。連續(xù)像對相對定向：是以左方像片為基準(zhǔn)，求出右方像片相對于左方像片的相對方位元素。 (以左片的像空間坐標(biāo)系作為像空間輔助坐標(biāo)系）bx 只決定模型的大小,不影響模型的建立,因此可以給定

23、一固定值,不需求解。相對定向元素為5個。單獨像對相對定向：是以攝影基線作為像空間輔助坐標(biāo)系的X軸，以左攝影中心S為原點，左像片主光軸與攝影基線B組成的主核面(左主核面)為XZ平面，構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。bx 只決定模型的大小,不影響模型的建立,因此可以給定一固定值,不需求解。相對定向元素為5個。解析法相對定向原理： 從兩個攝站對同一地面攝取一個立體像對時，同名射線對對相交于地面點，此時，若保持兩張像片之間相對位置和姿態(tài)關(guān)系不變，將兩張像片整體移動時，同名射線對對相交的特性也不發(fā)生變化。同名射線對對相交是相對定向的理論基礎(chǔ)。相對定向的共面條件：如圖所示，S1a1和S2a2為一對同名射線，其矢量用S

24、1a1和S2a2表示，攝影基線矢量用B表示。同名射線對對相交，表明射線S1a1, S2a2 ，及攝影基線B位于同一平面內(nèi)，亦即三矢量S1a1, S2a2 ，B共面。根據(jù)矢量代數(shù)，三矢量共面，它們的混合積等于零，即： 共面條件方程其值為零的條件是完成相對定向的標(biāo)準(zhǔn)，用于解求相對定向元素。連續(xù)像對相對定向元素解算過程：在立體坐標(biāo)量測儀上，量測選定的6個定向點的像點坐標(biāo)(x1，y1)及(x2，y2)。確定初始值：假定左像片水平，則左片旋轉(zhuǎn)矩陣R1為單位陣；右片的角元素j,w,k及m,g的初始值取為零；bx取定向點中1號點的左右視差（x1 x2）。根據(jù)初始值，計算右片旋轉(zhuǎn)矩陣R2。根據(jù)輸入的像點平面坐

25、標(biāo)，計算像空間輔助坐標(biāo)：根據(jù)給定的初始值，計算by，bz，并根據(jù)像空間輔助坐標(biāo)，計算各點的投影系數(shù)N1 ，N2。根據(jù)連續(xù)像對相對定向的作業(yè)公式計算每個定向點的誤差方程常數(shù)項及系數(shù)項，組成誤差方程式。計算法方程系數(shù)矩陣及常數(shù)項，并解求法方程，求得未知數(shù)的改正數(shù)。求未知數(shù)的新值，即初始值加改正數(shù)。檢查未知數(shù)的改正數(shù)是否大于限差，若大于限差，則重復(fù)步的計算，直到所有改正數(shù)都小于限差為止。絕對定向：要確定立體模型在地面測量坐標(biāo)系中的正確位置，則需要把模型點的攝影測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地面測量坐標(biāo)，這一工作需要借助于地面測量坐標(biāo)為已知值的地面控制點來進(jìn)行，稱為立體模型的絕對定向。絕對定向包括模型的旋轉(zhuǎn)、平移和縮

26、放。解析法絕對定向的目的：將相對定向后求出的攝影測量坐標(biāo)變換為地面測量坐標(biāo)。絕對定向元素：一個像對的兩張像片有十二個外方位元素，相對定向求得五個元素后，要恢復(fù)像對的絕對位置，還要解求七個絕對定向元素。絕對定向元素共有七個（D， DY， DZ，l ，F(xiàn)，W，K，）式中，(Xtp，Ytp，Ztp)為模型點的地面攝影測量坐標(biāo)，(XP，YP，ZP)為同一模型點的攝影測量坐標(biāo)。l為模型縮放比例因子，a1，bl，c3為坐標(biāo)軸系三個轉(zhuǎn)角F，W，K，計算出的方向余弦，D， DY， DZ為坐標(biāo)原點的平移量。上式中有7個未知數(shù)，至少需列7個方程，若將已知平面坐標(biāo)(Xtp，Ytp)和高程Ztp的地面控制點稱為平高控

27、制點，僅已知高程的控制點稱為高程控制點，則至少需要兩個平高控制點和一個高程控制點，而且三個控制點不能在一條直線上。生產(chǎn)中，一般是在模型四角布設(shè)四個控制點，因此有多余觀測值，按最小二乘法平差解求。絕對定向的解算過程：（1）確定待定參數(shù)的初始值：0=0=0=0，0=1，X= Y=Z=0。（2）計算地面攝影測量坐標(biāo)系重心的坐標(biāo)和重心化的坐標(biāo)。（3）計算攝影測量坐標(biāo)系重心的坐標(biāo)和重心化的坐標(biāo)。（4）計算常數(shù)項 （5）組成總誤差方程式。（6）逐點法化及法方程式求解，得到待定參數(shù)的改正數(shù)。（7）計算待定參數(shù)的新值 （8）判斷d，d，d是否均小于給定的限值。若大于限值，則重復(fù)計算，否則，計算過程結(jié)束。光束法

28、雙像解析攝影測量：用已知的少數(shù)控制點以及待求的地面點，在像對內(nèi)，同時解求兩張像片的外方位元素與待定點的坐標(biāo)。由共線方程出發(fā)，但在線性化過程中與單影像空間后方交會問題的不同之處是此時把待定點坐標(biāo)X,Y,Z作為未知數(shù)，未知數(shù)，控制點同時列誤差方程，聯(lián)合進(jìn)行解算。該解法含有左、右像片共十二個外方位元素為未知數(shù)。對于每個待求點還引入三個坐標(biāo)改正數(shù)為未知數(shù)。若一個立體像對中有四個平高控制點和n個待求點，則共需要解求（12+3n）個未知數(shù)，而誤差方程式個數(shù)為(16+4n)。外方位元素和待定點坐標(biāo)按照最小二乘法原理解求。解析空中三角測量：指的是用攝影測量解析法確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位元素。攝影測量方法測定

29、（或加密）點位坐標(biāo)的意義：不需直接觸及被量測的目標(biāo)或物體，凡是在影像上可以看到的目標(biāo)，不受地面通視條件限制，均可以測定其位置和幾何形狀；可以快速地在大范圍內(nèi)同時進(jìn)行點位測定，從而可節(jié)省大量的野外測量工作量；攝影測量平差計算時，加密區(qū)域內(nèi)部精度均勻，且很少受區(qū)域大小的影響；所以，攝影測量加密方法已成為一種十分重要的點位測定方法。解析空中三角測量的分類：從傳統(tǒng)方法上講，根據(jù)平差中采用的數(shù)學(xué)模型可分為航帶法、獨立模型法和光束法。 根據(jù)平差范圍的大小，解析空中三角測量可分為單模型法、單航帶法和區(qū)域網(wǎng)法。GPS輔助空中三角測量：是指利用機(jī)載GPS接收機(jī)與地面基準(zhǔn)點的GPS接收機(jī)同時、快速、連續(xù)地記錄相同

30、的GPS衛(wèi)星信號，通過相對定位技術(shù)的離線數(shù)據(jù)后處理獲取攝影機(jī)曝光時刻攝站的高精度三維坐標(biāo)，將其作為區(qū)域網(wǎng)平差中的附加非攝影測量觀測值，以空中控制取代(或減少)地面控制；經(jīng)采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型和算法，整體確定點位并對其質(zhì)量進(jìn)行評定的理論、技術(shù)和方法。第四章 數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)字?jǐn)z影測量： 利用數(shù)字灰度信號，采用數(shù)字相關(guān)技術(shù)量測同名像點，在此基礎(chǔ)上通過解析計算，進(jìn)行相對定向和絕對定向，建立數(shù)字立體模型，從而建立數(shù)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)提供基礎(chǔ)信息等。利用計算機(jī)技術(shù),代替人眼的立體模型觀測。計算機(jī)、計算機(jī)的計算和影像匹配算法；對象為數(shù)字或數(shù)字化影像。影像數(shù)字化：將透明正片

31、（或負(fù)片）放在影像數(shù)字化器上，把像片上像點的灰度值用數(shù)字形式記錄下來，稱為影像數(shù)字化。設(shè)F0為投影在透明像片上的光通量，F(xiàn) 為透過透明像片后的光通量。透過率T，不透過率O影像的灰度：又稱光學(xué)密度，反映了透明的程度，即透光的能力。影像的灰度用不透過率的對數(shù)表示：采樣：對實際連續(xù)函數(shù)模型離散化的量測過程，被量測的點稱為樣點，樣點之間的距離即采樣間隔。量化：將各點的灰度值取為整數(shù)的過程方法為將透明像片有可能出現(xiàn)的最大灰度變化范圍進(jìn)行等分，等分的數(shù)目稱為“灰度等級”，然后將每個點的灰度值在其相應(yīng)的灰度等級內(nèi)取整，取整的原則是四舍五入。由于數(shù)字計算機(jī)中數(shù)字均用二進(jìn)制表示，因此灰度等級一般都取為2m(m是

32、正整數(shù))。數(shù)字影像是一個灰度矩陣g。矩陣的每個元素gj,i是一個灰度值，對應(yīng)著光學(xué)影像或?qū)嶓w的一個微小區(qū)域，稱為像元素或像元或像素（Pixel= Picture element）。要從影像中提取物體的空間信息，首先要確定與物點相對應(yīng)的像點坐標(biāo)。數(shù)字影像內(nèi)定向：在攝影測量中常取用以像主點為原點的像平面坐標(biāo)來建立像點與地面點的坐標(biāo)關(guān)系。由于在像片掃描的數(shù)字化過程中，像片的掃描坐標(biāo)系與像平面坐標(biāo)系一般不平行，且坐標(biāo)原點不同，所以同一像點的像平面坐標(biāo)x，y與其掃描坐標(biāo)x，y不相等，需要加以換算，這種換算稱為數(shù)字影像內(nèi)定向。其中a0,a1,a2,b0,b1,b2稱為內(nèi)定向參數(shù)，其數(shù)值由像片上四個框標(biāo)的掃

33、描坐標(biāo)及其相應(yīng)的像平面坐標(biāo)組成誤差方程式，用平差運算求得。· 內(nèi)定向問題需要借助影像的框標(biāo)來解決。· 現(xiàn)代航攝儀一般都具有48個框標(biāo)。位于影像四邊中央的為機(jī)械框標(biāo)，位于影像四角的為光學(xué)框標(biāo)，它們一般為對稱分布。· 為了進(jìn)行內(nèi)定向，必須量測影像上框標(biāo)點的影像架坐標(biāo)或掃描坐標(biāo)。然后根據(jù)量測相機(jī)的檢定結(jié)果所提供的框標(biāo)理論坐標(biāo)（傳統(tǒng)攝影測量中也用框標(biāo)距理論值），用解析計算方法進(jìn)行內(nèi)定向，從而獲得所量測各點的影像坐標(biāo)。數(shù)字影像相關(guān)：對于全數(shù)字化攝影測量，在沒有人眼的立體觀測的情況下，如何從左、右數(shù)字影像中尋找同名像點，亦即數(shù)字影像相關(guān)，是全數(shù)字化攝影測量的核心問題。即首先取

34、出以待定點為中心的小區(qū)域中的影像信號，然后取出其在另一影像中相應(yīng)區(qū)域的影像信號，計算兩者的相關(guān)函數(shù)，以相關(guān)函數(shù)最大值對應(yīng)的相應(yīng)區(qū)域中心點為同名點。以影像信號分布最相似的區(qū)域為同名區(qū)域，同名區(qū)域的中心點為同名點?；诨叶鹊挠跋裣嚓P(guān)：是在以待定點為中心的窗口（或稱區(qū)域）內(nèi)，以影像的灰度分布為影像匹配的基礎(chǔ)，故它們被稱為灰度匹配。相關(guān)系數(shù)法一般在左影像上先確定一個待定點，稱之為目標(biāo)點，以此待定點為中心選取m x n（可取m = n）個像素的灰度陣列作為目標(biāo)區(qū)或稱目標(biāo)窗口。為了在右影像上搜索同名點，必須估計出該同名點可能存在的范圍，建立一個 k x l（k m, ln）個像素的灰度陣列作為搜索區(qū)，相關(guān)

35、的過程就是依次在搜索區(qū)中取出m x n個像素灰度陣列（搜索窗口通常取m = n），計算其與目標(biāo)區(qū)的相關(guān)系數(shù)。協(xié)方差法協(xié)方差法與相關(guān)系數(shù)法類似，只是相似性判據(jù)不同，這里采用協(xié)方差值作為相似性判據(jù)。取其最大者對應(yīng)的相關(guān)窗口的中心，即為目標(biāo)點的同名像點。高精度最小二乘相關(guān)影像匹配中判斷影像相似的度量很多，其中有一種是“灰度差的平方和最小”。若在此系統(tǒng)中引入系統(tǒng)變形的參數(shù)，按 åvvmin的原則，解求變形參數(shù)，就構(gòu)成了最小二乘影像匹配系統(tǒng)。影像灰度的系統(tǒng)變形有兩大類：一類是輻射畸變；另一類是幾何畸變。在影像匹配中引入這些變形參數(shù)，同時按最小二乘的原則，解求這些參數(shù)，就是最小二乘影像匹配的基本

36、思想。核面與核線核面：通過攝影基線S1S2與任一物方點A所作的平面WA稱為通過點A的核面。通過像主點的核面稱為主核面。核線：核面與影像面的交線稱為核線。在一條核線上的任一點其在另一幅影像上的同名像點必定位在其同名核線上。核線相關(guān)： 在核線影像上，只需要進(jìn)行一維搜索。理論上，目標(biāo)窗與搜索區(qū)均可以是一維窗口。但是，由于兩影像窗口的相關(guān)系數(shù)一般是統(tǒng)計量，為了保證相關(guān)結(jié)果的可靠性，應(yīng)有較多的樣本進(jìn)行估計，因而目標(biāo)窗口中的像素不應(yīng)太少。因此一維相關(guān)目標(biāo)區(qū)的選取一般應(yīng)與二維相關(guān)時相同，取一個以待定點為中心，m x n（可取m = n）個像素的窗口。此時搜索區(qū)為m x l（ln）個像素的灰度陣列，搜索工作只

37、在一個方向進(jìn)行，即計算相關(guān)系數(shù)?；谔卣鞯挠跋衿ヅ洌河跋衿ヅ渲饕怯糜谂錅?zhǔn)那些特征點、線或面。為有別于前述的基于灰度的匹配，這一類算法被稱為特征匹配或基于特征的匹配。基本思想：首先用某種特征提取算子提取影像中的特征(點、線、面)；然后對提取的特征進(jìn)行參數(shù)描述；最后以特征的參數(shù)值為依據(jù)進(jìn)行同名特征的搜索，繼而獲得同名像點。 特征匹配步驟：特征提?。焕靡唤M參數(shù)對特征作描述；利用參數(shù)進(jìn)行特征匹配。點特征主要指明顯點，提取點特征的算子稱為興趣算子或有利算子。Moravec算子：Moravec于1977年提出利用灰度方差提取點特征的算子。通過逐像元量測與其鄰元的灰度差，搜索相鄰像元之間具有高反差的點。

38、（1）計算各像元的有利值 IV 。在5×5的窗口內(nèi)沿著圖示四個方向分別計算相鄰像元間灰度差的平方和，取其中最小者作為該像元的有利值。（2）給定一經(jīng)驗閾值，將有利值大于閾值的點作為候選點。（3）抑制局部非最大。在一定大小窗口中（如5×5，7×7，9×9像元等），將上一步所選的候選點與其周圍的候選點比較，若該像元的有利值非窗口中最大值，則去掉；否則，該像元被確定為特征點。綜上所述，Moravec算子是在四個主要方向上，選擇具有最大最小灰度方差的點作為特征點。數(shù)字?jǐn)z影測量工作站的組成：硬件組成： - 計算機(jī); - 外部設(shè)備：立體觀測設(shè)備;操作控制設(shè)備 - 輸入

39、設(shè)備：影像數(shù)字化儀 - 輸出設(shè)備：矢量繪圖儀;柵格繪圖儀軟件組成： - 數(shù)字影像處理軟件主要包括： 影像旋轉(zhuǎn)；影像濾波；影像增強(qiáng)；特征提取 - 模式識別軟件主要包括： 特征識別與定位，框標(biāo)的識別與定位； 影像匹配（同名點、線與面的識別）； 目標(biāo)識別 - 解析攝影測量軟件主要包括： 定向參數(shù)計算；空中三角測量解算；核線關(guān)系解算， 坐標(biāo)計算與變換；數(shù)值內(nèi)插，數(shù)字微分糾正；投影變換 - 輔助功能軟件主要包括：數(shù)據(jù)輸入輸出；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；注記；質(zhì)量報告；圖廓整飾；人機(jī)交互第五章 數(shù)字高程模型(DEM)及其應(yīng)用 數(shù)字地面模型（DTM）就是一個用于表示地面特征的空間分布的數(shù)據(jù)陣列，最常用的是用一系列地面點

40、的平面坐標(biāo)X、Y以及該地面點的高程Z或?qū)傩越M成的數(shù)據(jù)陣列。 若地面按一定格網(wǎng)形式有規(guī)則地排列，點的平面坐標(biāo)X、Y可由起始原點推算而無需記錄，這樣地表面形態(tài)只用點的高程Z來表達(dá)，稱為數(shù)字高程模型（DEM）。數(shù)字高程模型DEM表示形式：規(guī)則矩形格網(wǎng)利用一系列在X，Y方向上都是等間隔排列的地形點的高程Z表示地形，形成一個矩形格網(wǎng)DEM。優(yōu)點是存貯量最小、便于使用管理。缺點是有時不能準(zhǔn)確表示地形的結(jié)構(gòu)與細(xì)部。不規(guī)則三角網(wǎng)TIN若將地形特征采集的點按一定規(guī)則連接成覆蓋整個區(qū)域且互不重疊的許多三角形，構(gòu)成一個不規(guī)則三角網(wǎng)TIN表示的DEM,通常稱為三角網(wǎng)DEM或TIN。優(yōu)點是能較好地顧及地貌特征點、線，表

41、示復(fù)雜地形表面比矩形格網(wǎng)精確。缺點是數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用與管理也較復(fù)雜。Grid-TIN混合網(wǎng)德國Ebner教授等提出了Grid-TIN混合形式的DEM,一般地區(qū)使用矩形網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，沿地形特征則附加三角網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。優(yōu)點是較好的集成了前兩種形式的優(yōu)勢，兼顧地形整體結(jié)構(gòu)和細(xì)部。缺點為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要記錄附加三角網(wǎng)信息，管理不便。DEM數(shù)據(jù)點的采集方法：地面測量：利用自動記錄的測距經(jīng)緯儀在野外實測現(xiàn)有地圖數(shù)字化：用數(shù)字化儀對已有地圖上的信息，進(jìn)行數(shù)字化的方法。手扶跟蹤數(shù)字化儀、掃描數(shù)字化儀、半自動跟蹤數(shù)字化儀?？臻g傳感器：利用GPS、雷達(dá)和激光測高儀等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集DEM內(nèi)插：就是根據(jù)參

42、考點上的高程求出其它待定點上的高程，在數(shù)學(xué)上屬于插值問題。在DEM內(nèi)插中一般不采用整體函數(shù)內(nèi)插（即用一個整體函數(shù)擬合整個區(qū)域），而采用局部函數(shù)內(nèi)插。主要方法：移動曲面擬合法、加權(quán)平均法和最小二乘配置法。數(shù)字高程模型內(nèi)插的特點：整個地球表面的起伏形態(tài)不可能用一個簡單的低次多項式來擬合。而高次多項式的解不穩(wěn)定且會產(chǎn)生不符合實際的振蕩。地形表面既有連續(xù)光滑的特性，又可能有由于自然力或人為的原因產(chǎn)生地形的不連續(xù)。由于計算機(jī)內(nèi)存的限制，不可能同時對很大的范圍來內(nèi)插數(shù)學(xué)地面模型。因此，一般總是將測區(qū)或圖幅劃分成較小的計算單元，采用局部函數(shù)內(nèi)插方法，并在內(nèi)插中兼顧一般數(shù)據(jù)點和地形特征點、線，并且根據(jù)數(shù)據(jù)點采

43、集的不同方法采取相應(yīng)的內(nèi)插方法。移動曲面擬合法：是一個以待求點為中心的逐點內(nèi)插法，它定義一個新的局部函數(shù)去擬合周圍的數(shù)據(jù)點，進(jìn)而求出待定點的高程。通常是將坐標(biāo)原點移到待定點上，而采用的數(shù)據(jù)點應(yīng)落在半徑為R的圓內(nèi)。（l）建立局部坐標(biāo)：對DEM每一個格網(wǎng)點，從數(shù)據(jù)點中檢索出對應(yīng)該DEM格網(wǎng)點的幾個分塊格網(wǎng)中的數(shù)據(jù)點，并將坐標(biāo)原點移至該DEM格網(wǎng)點P（Xp，Yp）：（2）選取鄰近的數(shù)據(jù)點：為了選取鄰近的數(shù)據(jù)點，以待定點P為圓心，以 R為半徑作圓，凡落在圓內(nèi)的數(shù)據(jù)點即被選用。所選擇的點數(shù)根據(jù)所采用的局部擬合函數(shù)來確定，在二次曲面內(nèi)插時，要求選用的數(shù)據(jù)點個數(shù)n6。當(dāng)數(shù)據(jù)點P（X，Y）到待定點P（ Xp，

44、Yp ）的距離滿足范圍時，該點即被選用。若選擇的點數(shù)不夠時，則應(yīng)增大R的數(shù)值，直至數(shù)據(jù)點的個數(shù)n滿足要求。（3）列出誤差方程式。 （4）計算每一數(shù)據(jù)點的權(quán)：在求解中還可以對每個數(shù)據(jù)點給一權(quán)P，該值并不表示數(shù)據(jù)點采樣的精度，而是表示該點高程對待定點高程的作用大小。因此它顯然與該點到P點的距離成反比。當(dāng)內(nèi)插點無限接近于某個數(shù)據(jù)點時，則該點的權(quán)應(yīng)無限地大。（5）法化求解 移動曲面擬合法注意事項：· 對點的選擇除滿足n6外，應(yīng)保證各個象限都有數(shù)據(jù)點。· 當(dāng)?shù)匦纹鸱^大時，半徑R不能取得很大。· 當(dāng)數(shù)據(jù)點較稀或分布不均勻時，利用二次曲面移動擬合可能產(chǎn)生很大的誤差。多面函數(shù)法的基本思想：在每個數(shù)據(jù)點上建立一個曲面通常是旋轉(zhuǎn)曲面，通過將這些曲面按一定比例的疊加來最佳地描述所要求的物體表面，并使疊加后的曲面嚴(yán)格地通過各數(shù)據(jù)點。有限元法DEM內(nèi)插：為了解算一個函數(shù)，把它分成為許多適當(dāng)大小的“單元”，在每一單元中用一個簡單的函數(shù)，例如多項式來近似地代表它，并保證相鄰單元間有連續(xù)（或光滑）的過渡。規(guī)則格網(wǎng)DEM的存貯管理:1.DEM數(shù)據(jù)文件的存貯：文件頭+各格網(wǎng)點的高程 2 地形數(shù)據(jù)庫：將整個范圍劃分成若干地區(qū)，每一地區(qū)建立一個子庫，將