摄影测量学
第一章 绪论
1、摄影测量是从非接触成像系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体的几何、属性等可靠信息的工艺、科学与技术。
2、摄影测量学的三个发展阶段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量
4、摄影测量存在哪些问题
第二章 单幅影像解析基础
1、像主点：摄影机主光轴（摄影方向）与像平面的交点，称为像片主点。
像主距：摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影机主距，也叫像片主距（f ）。 2、航空摄影：利用安装在航摄飞机上的航摄仪，在空中以预定的飞行高度度沿着事先制定好的航线飞行，按一定的时间间隔进行曝光摄影，获取整个测区的航摄像片。 空中摄影采用竖直摄影方式，即摄影瞬间摄影机物镜主光轴近似与地面垂直。
H
f L l m ==1 （m —像片比例尺分母，f —摄影机主距，H —平均高程面的摄影高度 H=m ·f ） 3、相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度，称为摄影航高。
绝对航高是相对于平均海平面的航高，是指摄影机物镜在摄影瞬间的真实海拔高。通过相对航高H 与摄影地区地面平均高度H 地计算得到：H 绝=H+H 地
5、航向重叠：同一条航线内相邻像片之间的影像重叠称，重叠度一般要求在60%以上； 旁向重叠：两相邻航带像片之间的影像重叠，重叠度要求在30%左右。
6、中心投影：当投影会聚于一点时，称为中心投影； 正射投影：投影射线与投影平面成正交。
中心投影：投影射线会聚于一点（投影射线的会聚点称投影中心） 投影 斜投影：投影射线与投影平面成斜交 平行投影
正射投影：投影射线与投影平面成正交
7、透视变换中的重要的点线面：
① 由投影中心作像片平面的垂线，交像面于o ，称为像主点；像主点在地面上的对应点以O 表示，称为地主点。
② 由摄影中心作铅垂线交像片平面于点n ，称为像底点；此铅垂线交地面于点N ，称为地底点。
③ 过铅垂线SnN 和摄影方向SoO 的铅垂面称为主垂面（W ），主垂面即垂直于像平面P ，又垂直于地平面E ，也垂直于两平面的交线透视轴TT 。 ④ 合线h i h i 与主纵线vv 的交点i 称为主合点。
8、等角点的特性：在倾斜的航摄像片上和水平地面上，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。
9、摄影测量常用坐标系：像平面坐标系o-xy 、像空间坐标系S-xyz 、像空间辅助坐标系S-XYZ 、摄影测量坐标系A-XpYpZp 、物空间坐标系O-XtYtZt 10、内方位元素（框标坐标系 → 像空间坐标系）
确定摄影机的镜头中心相对于影像位置关系的参数。内方位元素包括3个参数：像主点相对于影像中心的位置x 0，y 0及镜头中心到影像面的垂距f ；
外方位元素（像空间坐标系 → 摄影测量坐标系）
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。外方位元素包括3个线元素，用于描述摄影中心S 相对于物方空间坐标系的位置Xs 、Ys 、Zs ；3个角元素，用于描述影像面在摄影瞬间的空中姿态。 11、旋转变换：
（1）含义：是指像空间坐标与像空间辅助坐标之间的变换。
（2）方程：设像点a 在像空间坐标系为（x,y,-f ），而在像空辅坐标系中为（X,Y ,Z ），则二者的正交变换为：
????
?
?????-??????????=??????????-=??????????f y x c c c b b b a a a f y x R Z Y X 32
1
321321 12、共线方程：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 三点位于同一
条直线上。常见共线方程如下：
??????
?
-+-+--+-+--=--+-+--+-+--=-)()()()()()()()()()
()()(33322233311100Zs Z c Ys Y b Xs X a Zs Z c Ys Y b Xs X a f
y y Zs Z c Ys Y b Xs X a Zs Z c Ys Y b Xs X a f x x A A A A A A A A A A A A
上式中，（x,y ）为像点ａ在像平面直角坐标系中的坐标；（X A ,Y A ,Z A ）为像点对应物点Ａ在地面坐标系中的坐标；（Xs,Ys,Zs)为投影中心Ｓ在地面坐标系中的坐标；ai 、bi 、ci 9个方向余弦，其中含有三个外方位元素。 13、共线方程的应用：
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查中的基本数学模型 ③ 构成数字投影的基础
④ 计算模拟影像数据（已知影像内外方位元素和物点坐标求像点坐标） ⑤ 利用数字高程模型（DEM ）与共线方程制作数字正射影像
⑥利用DEM与共线方程进行单幅影像测图
14、像点位移：一个地面点在地面水平的水平像片上的构像与地面有起伏时或倾斜像片上构像的点位差异称为像点位移。像点位移包括：因像片倾斜引起的像点位移和因地面起伏引起的像点位移（投影差）。
15、影像内定向：确定扫描坐标系与像片坐标系关系的工作为影像内定向。
16、内定向采用的多项式变换公式：
（1）仅量测3个框标
①线性正形变换公式（4个参数）
（2）量测了4个框标
②仿射变换公式（6个参数）
（3）量测了8个框标
③双线性变换公式（8个参数）
④投影变换公式（8个参数）
17、利用影像覆盖范围内一定数量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的方法称为单幅影像的空间后方交会。
18、一个控制点可以列两个方程，至少要三个控制点解六个外方位元素。
空间后方交会的步骤：
①获取已知数据：包括平均航高，内方位元素，从外业测量成果中，获取控制点的地面测量坐标，并转化成地面摄影测量坐标；
②量测控制点的像点坐标并进行像点坐标系统误差改正，得到像点坐标；
③确定未知数的初始值；
④计算旋转矩阵R：利用角元素的近似值计算方向余弦，组成旋转矩阵；
⑤逐点计算像点坐标近似值：利用未知数的近似值代入共线方程，计算控制点像点坐标的近似值（x），（y）；
⑥组成误差方程式：按公式组成误差方程式，然后按组成法方程式，解算未知数的改正数；
⑦改正数小于指定值（一般为0.1＇)，则完成；否则将解算的未知数加上初始值，作为新的初始值，重复4-6步。
第三章双像立体测图
1、人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件：
①由两个不同摄站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张像片，即双眼观察像对时必须保持两眼分别只能对一张像片观察，这一条件称为分像条件；
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（两像片同名点的连线与眼基线近似平行）；
④像片间的距离与双眼间的交向角相适应。
2、两种像对的立体观察方式：（1）用立体镜观察立体（2）重叠影式观察立体①互补色法②光闸阀③偏振光法④液晶闪闭法
3、立体像对：由不同摄站获取的，具有一定影像重叠的两张像片。
4、相对定向（概念）：立体像对的相对定向即恢复摄影时相邻两影像光束的相互关系，从而使同名光线对对相交。
5、求地面点坐标的三种方法：①空间前方交会和空间后方交会②绝对定向和相对定向
③光束严密解
6、q的几何意义就是相对定向时模型的上下视差，当q＝0时，表示相对定向完成，相应的同名光线相交于模型点；若q≠0，表示相对定向未完成，模型存在上下视差，相应的同名光线不相交。P57
7、核面与影像面的交线称为核线。重叠影像上的同名像点必然位于同名核线上。
8、立体像对的空间前方交会：由立体像对左右影像的内、外方位元素和同名像点的影像坐标量测值确定该点物方空间坐标的方法。
9、立体模型的绝对定向：是以选定的像空辅坐标系为基准的，比例尺是任意的。要确定立体模型在大地坐标系中的正确位置，需要把模型的像空间辅助坐标系转化为大地坐标系。10、双像解析摄影测量可应用三种解算方法：后交-前交解法；相对定向-绝对定向解法；一次定向解法。三种方法的比较：①第一种方法中，前方交会的结果依赖于空间后方交会的精度，前方交会过程中没有充分利用多余条件进行平差计算；②第二种方法计算公式比较多，最后的点位精度取决于相对定向和绝对定向的精度，用这种方法不能严格表达一幅影像的外方位元素；③第三种方法的理论严密、精度最高，待定点的坐标完全是按最小二乘原理结算的，同时计算量较大。
第四章解析空中三角测量
1、解析空中三角测量指的是用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素。
2、摄影测量方法测定点位坐标的意义：
①不需要直接触及被测量的目标和物体，反是在影像上可以看到的目标，不受地面同时条件的限制，均可以测定其位置和几何形状；
②可以快速地在大范围内同时进行点位测定，从而可节省大量的野外测量工作量；
③摄影测量平差计算时，加密区域内部精度均匀，且很少受区域大小的影响。
3、解析空中三角测量的分类：
①根据平差计算采用的数学模型：航带法、独立模型法、光束法。
②根据平差计算的范围：单模型法、单航带法和区域网解析法。
4、像点坐标的系统误差主要是由摄影材料的变形、摄影物镜畸变、大气折光以及地球曲率影响。
5、航带法空中三角测量的基本思想：把许多立体像对构成的单个模型连结成一个航带模型，将航带模型视为单元模型进行解析处理，通过消除航带模型中累积的系统误差，将航带模型整体纳入到测图坐标系中，从而确定加密点的地面坐标。
6、航带法空中三角测量的主要工作流程：
①像点坐标量测及系统误差改正
②像对的相对定向
③模型连接及航带网的构成
④航带模型的绝对定向
⑤航带模型的非线性改正
7、独立模型法空中三角测量（基本思想）：是把单元模型视为刚体，利用各单元模型间的公共点彼此连接成一个区域。在连接过程中，每个单元模型只做旋转、缩放和平移。在变换中要使模型间公共点的坐标尽可能一致，控制点的摄测坐标与其地面坐标尽可能一致，同时观测值的改正数的平方和最小，然后按照最小二乘法原理求得待定点的地面摄测坐标。
9、GPS辅助空中三角测量：利用安装于飞机上与航摄仪相连接的和设在地面一个或多个基准站上的至少两台GPS信号接收机同时而连续地观测GPS卫星信号，通过GPS载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理获取航摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为附加观测值引入摄影测量区域网平差中，以取代地面控制，经采用统一的数学模型和算法来整体确定目标点位和像片方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法。
10、GPS空中三角测量的四个阶段：
①现行航空摄影系统改造及偏心测定
②带GPS信号接收机的航空摄影
③解求GPS摄站坐标
④GPS摄站坐标与摄影测量数据联合平差，以确定目标点位并评定其质量
第五章数字影像与特征提取
1、采样：对实际连续函数模型离散化的量测过程。
2、重采样：当欲知不位于矩阵（采样）点上的原始函数g(x,y)的数值时就需进行内插，称为重采样。
3、三种常用重采样的方法：双线性插值法、双三次卷积法、最邻近像元法。
4、三种重采样方法比较：最邻近像元法最简单，计算速度快,且能不破坏原始影像的灰度信息；双三次卷积法较费时；双线性插值法较宜。
5、利用灰度方差提取点特征的算子（Moravec算子），其步骤：
①计算各像元的兴趣值IV；
②给定一经验阈值，将兴趣值大于阈值的点作为候选点；
③选取候选点中的极值点作为特征点。
6、线特征提取算子的常用方法：查分算子、拉普拉斯算子、LOG算子。
第六章影像匹配基础理论与算法
1、影像相关：利用两个信号的相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点。
2、数字相关：利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像相关。
3、二维相关
①一般在左影像上先确定一个待定点，即目标点，以此待定点为中心选取m × n（可取m = n）个像素的灰度阵列作为目标窗口。
② 在右影像上建立一个k × l （k > m ，l > n ）个像素的灰度阵列作为搜索区，相关的过程就是依次在搜索区中取出m × n 个像素灰度阵列，计算其与目标区的相似性测度ρ。当ρ取得最大值时，该搜索窗口的中心像素被认为是同名点。
4、维纳—辛钦定理：随机信号的相关函数与其功率谱是一傅里叶变换对，相关函数的傅里叶变换即功率谱，而功率谱的逆傅里叶变换即相关函数：)()(f S R xy xy ?τ
5、常见的五种基本匹配算法： （1）相关函数（矢量数积） （2）协方差函数（矢量投影） （3）相关系数（矢量夹角） （4）差平方和（差矢量模）
（5）差绝对值和（差矢量分量绝对值和）
6、基于物方的影像匹配（VLL 法）流程：
① 给定地面点的平面坐标（X ，Y ）与近似最低高程Zmin ；
② Zi ＝Zmin ＋i ·△Z （i=0,1,2,```）高程搜索步距△Z 可由所要求的高程精度确定； ③ 计算左右像坐标（xi ’, yi ’）与（xi ”，yi ”）；
④ 分别以（xi ’, yi ’）与（xi ”，yi ”）为中心在左右影像上取影像窗口，计算其匹配测度；
⑤ 将i 的值增加1，重复②，③两步，得到0，1，2，···
n 取其最大者Pk ：
Pk ＝ max{P0，P1，P2，···n} 其对应高程为Zk=Zmin+k ·△Z ，则认为地面点A 高程Z=Zk ；
⑥ 利用k 及其相邻的几个相关系数拟合一抛物线，以其极值对应的高程作为A 点的高程，以进一步提高精度，或以更小的高程步距在一小范围内重复以上过程。
第八章 数字微分纠正
1、数字微分纠正的原因：P212第一段
2、数字微分纠正的概念：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。
3、数字微分纠正的基本原理：
4、反解法（间接法）数字微分纠正的操作流程： ① 计算地面点坐标 ② 计算像点坐标 ③ 灰度内插 ④ 灰度赋值
5、立体影像对的基本思想：
6、正射影像和相应的立体匹配片共同称为立体正射影像对的。
7、正射影像上遮蔽的传统对策： ① 影像获取时的策略； ② 纠正过程中的策略； ③ 传感器选择的策略；
8、DSM ：数字表面模型，指物体表面形态以数字表达的集合。
9、DSM与DEM的区别：DEM必须是高程信息，是地表的模拟，DSM可以是地物表面的模拟，包括植被表面、房屋的表面，对DSM进行加工，去掉房屋、植被等信息，可以形成DEM。
10、正射影像的精度检查主要是指几何精度检查。检验正射影像的几何精度的几种方法：
①利用已知点检测：用于检查正射影像的绝对精度；
②与等高线图或线画地图套合后进行目视检查；
③对每个立体像对分别由左影像和由右影像制作同一地区的两幅正射影像，然后量测两幅正射影像上同名点的视差进行检查。
第十章数字摄影测量系统
1、数字摄影测量工作站的功能：
①影像数字化②影像处理③量测④影像定向：内定向、相对定向、绝对定向⑤自动空中三角测量⑥构成核线影像⑦影像匹配⑧建立数字地面模型及其编辑⑨自动绘制等高线⑩制作正射影像正射影像镶嵌于修补数字测图制作影像地图制作透视图、景观图制作立体匹配片
2、数字摄影测量工作站的产品：
①影像参数（空中三角测量加密成果或影像定向结果）
②数字地面模型DEM（或数字表面模型DSM）
③数字地图
④数字正射影像图
⑤透视图、景观图
⑥可视化立体模型
⑦各种工程设计所需的三维信息
⑧各种信息系统、数据库所需的空间信息