第二章摄影测量基础
2.1单张航摄相片解析
2.1.1航摄相片与地图的区别
航摄相片是地面景物的中心投影构象，而地图则是地面景物的正射投影，这是两种不同性质的投影。只有当地面严格水平且相片也严格水平时，上述两种结果才等效。
地图是地表面根据一定的比例按正射投影位置来描绘的，其平面位置是正确的。当航摄像片有倾角或地面有高差时，所摄得的像片与上述理想情况会有差异。这种差异表现为像点位移，它包括因像片倾斜引起的像点位移和因地形起伏引起的像点位移，后者又成为投影差。航摄相片上所存在的倾斜位移与投影差决定了其不能直接作为地图使用。
2.1.2像片倾斜引起的像点位移
一般情况下，航空摄影所获取的像片是倾斜的，此时，即使地面严格水平，航摄像片上的物体也会因为像片倾斜而产生变形或像点位移。这种位移的结果是使得像片上的几何图形与地面上的几何图形产生变形，而且像片上影像比例尺处处不等。正是由于存在这种差异，使得中心投影的航摄像片不具备正射投影的地图功能。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。
2.1.3地面起伏引起的投影差
航空摄影的对象主要是地球表面，地球表面是有起伏的，包括自然的地形起伏和由人工建筑物、植被等引起的起伏。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。由于投影差的存在，使得地面目标物体在航摄相片上的构像偏离了其正确的位置。
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)在其他条件相同的条件下，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，应选择长焦距摄影机进行摄影。
2.1.4航摄像片的内、外方位元素
1.内方位元素
内方位元素是描述摄影中心u像片之间相互位置关系的参数，包括三个参数，唧摄影中心到像片的垂距f(主距)及像主点在像片框标坐标系中的坐标（x0,y0）。
内方位元素一般视为已知，它可由摄影机制造厂家通过对摄影机的鉴定得到，也可由用户对通过对摄影机的校检得到。内方位元素中的x0,yo是一个微小值。内方位元素的正确与否，直接影响测图的精度，因此对航测机须作定期的鉴定。
2.外方位元素
在恢复了内方位元素的基础上，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：三个线元素，三个角元素。
1）外方位线元素
外方位三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标值。外方位线元素常用xs/、ys、zs表示。
2)外方位角元素
外方位角三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系中的空间姿态。可理解为航空摄影时飞机的俯仰角，滚动角，航偏角。
外方位元素的确定需要利用地面控制信息。
2.1.5中心投影的共线方程
1．共线方程表达式
所谓共线方程就是指中心投影的构象方程，即在摄影城乡的过程中，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，
此时，摄影中心S点的物方空间坐标（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）、像点ａ的像片坐标（ｘ，ｙ）以及对应地面点Ａ的物方空间坐标（ＸA，YＡ，ZA）满足式。
共线方程式是摄影测量中最基本、最重要的关系式。
2．共线方程式的主要应用：
在解析和数字摄影测量中，共线方程是极其有用的。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）构成数字投影的基础；
（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，等等。
2．2像点坐标的测量
2.2.1像平面坐标系的定义
像平面坐标系是用以描述像点在像平面上的位置。在解析和数字摄影测量中，常根据框标来确定像平面坐标系，称为像片框标坐标系。它以像片上对边框标的连线作为ｘ，ｙ轴，其交点Ｐ作为坐标原点，与航线方向相近的连线为ｘ轴。在像点坐标量测中，像点坐标值常用此坐标系表示。
在摄影测量解析计算中，像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。为此，当像主点与框标连线交点不重合时，须将像片框标坐标系中的坐标平移至以像主点O为原点的坐标系。当像主点在像片框标坐标系中的坐标为x0，y0时，则量测出的像点坐标x,y换算到以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标为x-x0，y-y0。
2.2.2像点坐标的量测
当用解析的方法处理摄影测量像片时，首先要测量出像点的像片坐标（x,y）。传统的量测像片坐标的专用仪器包括单想坐标量测仪和立体坐标量测仪等。进入数字摄影测量的时代后，计算机的自动匹配技术和同名点的确定已成为摄影测量的一个重要内容，像点做爸爸的量测既可通过作业员在计算机屏幕上直接进行，也可通过立体影像匹配的方法进行自动量测。
2.2.3像点坐标的系统误差改正
像点坐标的系统误差主要是有摄影材料的变形、摄影物镜的畸变、大气折光以及地球曲率等因素引起的，这些误差对每张像片的影响有相同的规律，是系统误差。在进行像对的立体测图时，它们对成图的精度影响不大，然而在处理大范围的空中三角量测加密点以及高精度的解析和数字摄影测量师必须加以考虑，特别是对摄影材料的变形改正和摄影物镜畸变差的改正。
2.3立体测图的原理与方法
2.3.1立体观测原理
立体观测方法是摄影测量的一个重要手段。利用相邻像片所组成的像对进行双眼观察时，可重建空间景物的立体视觉，所产生的立体视觉称人造立体视觉。利用立体像对与一对浮动测标进行立体观测，测定左右片的同名像点，是摄影测量的重要方法，也是立体摄影测量的基础。
人造立体视觉必须符合自然界立体观察的4个条件：
（1）两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对；
（2）每只眼睛必须只能观察像对中的一张像片；
（3）两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行；
（4）两像片的比例尺应相近，否则需用ZOOM系统进行调节。
用上述方法观察到的立体与实物相似，称为正立体效应。如果把像对的左右像片对调，左眼看有像片，右眼看左像片，或者把像对在原位旋转180°，这样产生的生理视差就改变的符号，导致观察到的景物远近效果正好与实际景物相反，这称为反立体效应。
2．3．2像对的立体观察方法
这立体的观察过程中，为了保证观察着两眼分别只看一张像片，以实现人造立体视觉，经常需要借助一些辅助设备来达到分像的目的，以便实现立体观测，常用的立体观测方式有：
1．立体镜观测法：
最简单的立体镜是桥式立体镜。桥式立体镜由于基线太短，不利于观察大像幅的航摄像片。为了对大像幅航摄像片进行立体观察，可改用焦距较长的透镜，并在左右光路中各加入一对反光镜，起扩大眼基距的作用，这一类的立体镜称反光立体镜。
2．叠映影像的立体观测法
叠映试立体观察方法是用光线照射透明的左右像片，并使其影像叠映在同一个承影面上，然后通过某种方式使得观察者左右眼睛分别只看一张像片的影像，从而得到立体效应。常用的方法有红绿色互补法、光闸法、偏振光法以及液晶闪闭法。其中液晶闪闭法是一种新型的立体观察方法，广泛应用于现代的数字摄影测量系统中。
3.双目镜观测光路的立体观测法
双目镜观测光路的立体观察是用两条分开的观测光路来实现，将来自左、右像片的光线分别传送到观测者的左、右眼睛中，从而达到左右眼分别只看到一张像片的目的。
2．3.3像对的立体测图方法
摄影过程中的几何反转是双像立体测图的基本原理与前提。航测立体测图的方法有三种:模拟法立体测图、解析法立体测图和数字化立体测图。目前在生产单位前两种方法不再采用，已基本实现了全数字化立体测图。
从广义上讲，全数字化立体测图是根据摄影测量和遥感所获得的测量数据，借助计算机进行各种数值、图形和影像的处理，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品。这里的数字化产品包括数字线化地图（DLG）、数字高程模型（DEM）、数字正摄影像（ＤＯＭ）、数字格栅地图（ＤＲＧ）、测量数据库、地理信息系统（ＧＩＳ）、土地信息系统（LIS）等。这里的可视化产品包括地形图、专题图、纵横剖面图、透视图、正摄影像图、电子地图等。
2.3.4地物与地貌的测绘
通过对立体像对进行定向和建模，可重建地面按比例尺缩小的立体模型。在模型上进行量测，可直接测绘出符合规定比例尺的地形图，获取地理基础信息。
对于数字化立体测图而言，地物和地貌的测绘可以在计算机支持下以人机交互的方式高效率的完成。
2.4摄影测量解析计算基础
基于立体像对的解析摄影测量就是利用解析计算的方法处理影像信息，从而获得地面的基础空间信息。它重点解决影像信息中的几何信息，包括建立数字地面模型。用解析的方法处理立体像对，常用的方法有三种：
（1）利用空间的前方交会和后方交会来解求地面目标的空间坐标。
（2）利用立体像对的内在几何关系，首先，通过像对定向，建立于地面相似的立体模型，计算出模型点的空间坐标。再通过绝对定向，将模型进行平移、旋转、缩放，把模型纳入规定地面坐标系之中，解求出地面目标的绝对空
间坐标。
（3）利用光束法双像解析摄影测量来整体解求摄影像片的外方位元素和地面目标的空间坐标。这种方法实际上是前面（1）（2）种方法的综合集成方法，它是光束法解析空中三角测量的基本内容。
2.4.1单片像片的空间后方交会
如果我们知道每张相片的六个外方位元素，就能恢复航摄像片与被摄地面的相互关系，重建地面的立体模型，并利用立体模型提取目标的几何和物理信息。因此，如何获取外方位元素是摄影测量的重要任务之一。基于共线方程的单像空间后方交会就是用来解求像片外方位元素的重要方法。
若已知一张像片的内方位元素以及像片覆盖范围内3个以上地面平高控制点的坐标，并且量测相应的像点坐标，则可根据共线方程列出相应的误差方程式，从而解求出像片的6个外方位元素，这一过程称为基于单张像片的空间后方交会。
单像空间后方交会是解析空中三角测量的基本内容。
2.4.2立体像对的空间前方交会
在像片的内外方位元素已知的情况下，欲由单张像片上的像点坐标反求地面点的空间坐标是不可能的。因为根据单个像点及其相应像片的内外方位元素只能确定地面点所在的空间方向。但是，若由立体像对上的同名像点坐标反求地面点的空间坐标则是可能的。因为，使用立体像对上的同名像点能得到两条同名光线在空间的方向，这两条同名光线在空间一定相交，其相交处必然是该地面点的空间位置。
因此，所谓立体像对空间交会的含义是，设在空中Ｓ１和Ｓ２相邻两个摄站点对地面进行摄影，获得一个立体像对。任意地面点Ａ在该像对的左右像片上的构象分别为ａ１和ａ２，在左右两张像片的内外方位元素均为已知的情况下，使用立体像对上两同名像点的左右像片坐标ａ１（ｘ１，ｙ１）、ａ２（ｘ２，ｙ２），即可根据共线方程解析计算出Ａ点的物方空间坐标（ＸＡ，ＹＡ，ＺＡ）．这种由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法，称为立体像对的空间前方交会。
立体像对的空间前方交会是摄影测量法点位测定和生成ＤＥＭ的基础。
2．4.3相对定向与绝对定向
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。若能同时恢复立体像对中两张像片的外方位元素，即可重建被摄地面的立体模型，恢复立体模型的绝对位置和姿态。
为了达到上述目的，在摄影测量的数据处理过程中可通过另一种途径来实现。即首先不考虑像片的绝对位置和姿态，而只恢复两张像片之间的像对位置和姿态，这样建立的立体模型称为相对立体模型，其比例尺和方位均是任意的；然后，在此基础上，将两张像片作为一个整体进行平移、旋转和缩放，以达到恢复绝对位置的目的。上述过程分别称为相对定向和绝对定向。
1．相对定向
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。
用于描述两张像相对位置和姿态关系参数，称为相对定向元素，相对定向元素共有５个，用解析计算的方法解求相对定向元素的过程，称为解析法相对定向。根据坐标系选择的不同，解析相对定向有两种方法：连续像对的像对定向和单独像对的相对定向，相应的解析相对定向元素也有所不同：连续像对定向的５个元素是ｂｙ、ｂｚ、w、k,
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，他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，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对以上同名点的相片坐标，用最小二乘平差计算解求出5个相对定向元素。
2．绝对定向
相对定向完成了几何模型的建立，但是它所建立的模型大小（比例尺）不确定、坐标原点是任意的、模型的坐标系与地面坐标系也不一致。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。
解析法绝对定向的基本数学模型是三维空间相似变换，其表达式为：共有7个待定参数。为了求出这7个参数，至少需要已知2个平高控制点和1个高程控制点的坐标，而且3个控制点不能在一条直线上。实际生产中，一般是在模型四周布设4个平高控制点，因此，有多余观测值，可按最小二乘法平差解求。
2.5数字摄影测量基础
2.5.1影像数字化和影像重采样
数字摄影测量处理的原始资料是数字影像。对于以胶片形式记录的航空像片，在进行数字摄影测量数据处理之前，必须将光学像片经过扫描数字化转化为数字影像。对直接由数码航空相机得到的影像则不存在数字化问题。
胶片影像数字化的过程包括采样和量化两项内容。
像片上像点是连续分布的，但在影像数字化的过程中不可能将每一个连续的像点全部数字化，而只能每隔一个问题（△）读一个点的灰度值，这个过程称为采样，△称为采样间隔。采样过程会给影像的灰度带了误差和损失，若要减少损失，则采样间隔越小越好。但是，采样间隔越小，数据量越大，会增加后续运算工作量。
对于黑白影像，通过上述采样过程所得到的每个点（像素）的灰度值一般用8位二进制（1个字节）来表示，这一过程称为影像灰度的量化。对于彩色影像，每个像素用3个基本颜色（红、绿、蓝）的亮度来表示，因此，彩色影像的每个像素为3个字节。
胶片影像经扫描数字化以后得到的数字影像是一个二维的数字矩阵，矩阵中的每个元素对应着一个像素的灰度（亮度）值。各像素的灰度值一般是0~255之间的某个整数，灰度值的大小代表了像素的黑白程度。
当欲知不位于矩阵点上的原始函数的灰度值是就需进行内插，此时称为重采样，即在原采样的基础上再进行一次采样。每当对数字影像进行几何处理时总会产生这一问题，典型的例子为影像的旋转、核线排列与数字纠正等。较常用的数字影像重采样方法包括最邻近像元法和双线性内插法。
2.5.2影像的内定向
摄影测量中常采用以像主点为原点的像平面坐标来建立像点与地面点的坐标关系。对于数字化的影像，由于在像片扫描数字化过程中，像片在扫描仪上的位置是任意放置的，即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。现代航摄仪一般都具有4~8 个框标，位于影像四边中央的机械框标，位于影像四角的为光学框标，它们一般均对称分布。为了进行内定向，必须量测影像上框标点的扫描坐标，然后根据航摄相机的鉴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。
2.5.3基于灰度的影像匹配
对于数字摄影测量而言，如何从左右影像中寻找同名像点是全数字化摄影测量的核心问题。确定左右像片同名像点的过程称为影像相关，有叫做影像匹配。
基于灰度的影像匹配方法有一个共同的特点，即它们都是基于待相关点所在的一个小区域的影像灰度来确定左右同名像点的。下面简单介绍两种基于灰度的影像匹配方法：（1）相关系数法影像匹配
以二维为例，假设在左片上有一个目标点，为了搜索它在右片上的同名点，须以它为中心取一个大小为n*n(n为奇数)像素的目标区，目标区的中心像素即为目标点。根据左片上目标点的坐标可概略的估计出它在右片上的近似点位，并以此为中心组成一个大小为l*m像素搜索区，在搜索区内有若干个与目标区等大的区域，称为子搜索区。通过比较各子搜索区与目标区域的灰度分布，并计算相关系数值，当相关系数值取最大时，可确定左右像片的同名点。
最小二乘影像匹配
这种方法的特点是利用左右影像灰度差的均方根为最小的原理，在相关运算中引入了一些变换参数作为待定值，直接纳入到最小二乘法解算之中，引入变换参数的目的是抵偿两个相关窗口之间的辐射及几何差异。实践证明，利用这种相关方法寻找同名点，精度可以达到1/50~1/100像元（1微米）。最小二乘法影像相关可以是二维（沿x和y两个方向的相关搜索）或一维（仅沿一个方向的相关搜索）的相关。
2.5.4基于核线的一维影像匹配
利用核线的概念能将沿x、y方向搜索同名点的二维匹配问题，变成为沿同名核线的一维匹配，从而大大减少相关的计算工作量。
前面介绍的两种匹配方法都可以应用于核线匹配，与二维匹配不同的是，其目标区和搜索区分别位于左右同名核线上，均为一维的影像窗口。
为了沿同名核线搜索同名点，在左核线上建立一个目标区，该目标区中心就是目标点，目标区的长度为n个像元素（n为奇数）；另外在右片上沿同核线建立搜索区，其长度为m个像元素（m＞n）。通过比较各子搜索区与目标区域的灰度分布，可确定左右像片的同名点。
需要说明的是，在影像数字化过程中，像元素按矩阵形式规则排列，扫描行不是核线方向，因此，欲进行核线相关，必须先沿核线进行重采样以便找到左右像片上的同名核线，而且同名核线确定的精度将直接影响到影像相关的精度。
2.5.5基于特征的影像匹配
基于灰度的影像匹配是直接以待定点为中心的窗口内影像灰度值为依据进行同名点的搜索，故又称为基于面积的影像匹配。基于灰度的影像匹配方法大多不
能顾及图像的总体结构，而是机械地按照某种或几种相似性判据逐像元以一定大
小的窗口顺序进行相关搜索。虽然在某些情况下也能获得较高的匹配精度，但是
对于信息贫乏区域，或相邻影像之间存在着较大比例尺差异或扭曲的区域，则匹
配难免失败。
所谓基于特征的影像匹配，其基本思想是：首先用某种特征提取算子提取左右影像中的特征（热、点、线、面）；然后对所提取的特征进行参数描述；最后以
特征的参数值为依据进行同名特征的搜索，继而获得同名像点。
基于特征的影像匹配方法的主要优点是，不需要很准确的初始匹配位置值；
可以用一些快速的算法加以实现，而且出错和失去相关的可能性较小。主要不足
是：特征的提取和定位过程直接影响特征匹配结果的准确性；特征匹配的精度较
低，通常作为一种初相关为精相关提供初值。
第三章遥感基础
3.1遥感基础知识
3.1．1电磁波谱与电磁辐射传输
1。电磁波谱
交变的电厂和磁场相互激发就形成了连续不断地电磁振荡，即电磁波。太阳不断地向外发射出大量的电磁波辐射，是电磁波的主要辐射源，也是被动遥感的主要能源。若将这些电磁波根据其波长加以排列，则可以形成一个电磁波谱。这里仅介绍卫星遥感中的几个常用波谱应用。
1）紫外（Ultraviolet,UV）
波长为10~0.4微米，紫外摄影能监测气体污染和海绵油膜污染，但由于受大气污染散射的影响十分严重，应用范围狭窄，在实际应用中很少采用。
2）可见光（Visible Light）
波长0.4~0.76微米，是电磁波谱中人眼唯一能看见的波谱区。在该波谱内，可用胶片和光电探测器收集和记录信息，是进行自然资源和环境调查的主要波谱区。
3）红外（Infared,IR）
波长为0.16~1000微米，按波长可细分为近红外、中红外、远红外和超远红外。其中，近红外也称摄影红外，对探测植被和水体有特殊效果。中、远可以探测物体的热辐射，所以也叫热红外。热红外辐射不能用摄影方式探测，须用光学机械扫描方式获取信息。在热红外中目前主要应用3~5微米和8~14微米两个波谱区，该波谱区可以夜间成像，除用于军事侦察外，还可以用于调查浅层地下水、城市热岛、水污染、森林火灾和区分岩石类型等，具有广泛的应用价值。而波长大于15微米的超远红外辐射，绝大部分被大气层吸收。
4）微波（Microwave）
波长0.1~100㎝,能穿透云雾成像，具有全天候工作特点。在测绘制图、自然资源调查和环境监测方面应用较好。
2．大气窗口
遥感接收的电磁波信号需要穿过介于地表与高空之间厚厚的大气层，大气层中的水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、臭氧（O3）等对某些波段的电磁波具有散射和吸收影响，其余的在通过大气层时较少被散射，具有较高的通过率，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（0.3~1.3微米）；近、中红外（1.5~1.8微米，2.0~3.5
微米）；中红外（3.5~5.5微米）；远红外（8~14微米）；微波（1.0mm~1m）等。
对地球观测卫星遥感而言，只有选择通过率高的“大气窗口”波段，才对观测有意义，否则，物体的电磁波信息难以到达传感器，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。3．1.2遥感图像的辐射定标与大气校正
准确的提取影像中的光谱信息是建立遥感信息应用模型过程中一项既具有基础理论性意义又具有实际应用价值的重要内容。然而，传感器本身的响应特性、大气散射和吸收、太阳光照条件、地物本身的反射和发射特性、地形坡度坡向等因素的影响，都会导致传感器接收的信号与地物的实际光谱之间存在辐射误差。
引起辐射误差的原因不同，所采用的校正方法也不同。例如，对因传感器本身的响应特性引起的辐射误差所进行的辐射定标、散粒噪声（又称‘随机坏像元’）、条带（又称‘条纹’）的判定和去除，对因大气影响引起的辐射误差所进行的大气校正，对太阳位置引起的辐射误差的校正、地形坡度坡向校正等。
1．系统辐射定标
传感器的“增益”与“漂移”、传感器各个探测元件之间的差异和仪器系统工作产生的误差所造成的“散粒噪声”、“条带”等，都属于系统辐射误差。系统辐射校正主要是针对这些系统辐射误差进行的。
一般情况下，系统的辐射校正不需要遥感影像的使用者来完成，用户主要关注的是大气校正。
2．大气校正
遥感影像的大气校正方法很多，根据不同的分类标准，大气校正的分类结果不同。在本书中，根据理论基础和所需辅助信息来源的不同将大气校正方法分为：基于辐射传输模型的大气校正算法、基于实测光谱数据的大气校正算法以及基于影像特征的大气校正算法三种。
大气校正一直是定量遥感学界关注的主要问题之一，已有的任何一种大气校正算法都有一定的局限性，不具有普适性。研究者在进行大气校正处理之前，要根据自己研究的对象、目的、要求和具有的研究条件仔细选择合适的大气校正算法。有时候还需要根据实际情况，将几种大气校正方法综合使用，已达到较为满意的大气校正结果。
3．太阳位置引起的辐射误差校正
由于太阳高度角和方位角的影响，在影像上会产生阴影而掩盖地物，从而引起辐射误差，该误差一般难以消除。在针对多光谱遥感影像处理时，可以运用两个波段进行数据进行比值运算，拟制阴影影响，以提高遥感影像定量分析和识别分类的精度。对于单景影像可以根据成像时间、季节和地理位置，通过调整一幅影像的灰度来校正。
4．地形坡度、坡向校正
地形坡度、坡向校正的目的是去除由地形引起的光照度变化。一般情况下，不对地形坡度引起的误差作校正，实在需要时采用比值处理减弱该方面的误差影响。地形影响效果的辐射校正还在不断改进。
3.1.3地物波谱特性
地物波谱特性是指地物具有的辐射、吸收、反射和透射一定波长范围电磁波的特性。
应用遥感技术对地面物体进行探测，是以各种物体对电磁波辐射的反射、吸收和发射为基础的。进行波谱辐射特性的研究，可以为多波段遥感最佳波段的选择和遥感图像的解译提供基本依据。
目前对地物波谱的测定主要分3部分，即反射波谱、发射波谱、微波波谱。物体的反射波谱限于紫外、可见光、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。
不同地物的波谱反射曲线，其形态差异很大。水体定的反射主要是蓝绿光波段，其他波段吸收率很强，特别在近红外、中红外波段有很强的吸收率，发射率几乎为零，因此，在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓。当水中含有其他物质时反射曲线会发射变化。水含泥沙时，可见光波段发生率会增加，峰值出现在黄红区。自然状态下的土壤表面反射率没有明显的峰值和谷值，一般来讲土壤的光谱特性曲线与土壤类别、含水量、有机质含量、砂、土壤表面粗糙度粉砂相对百分含量以及肥力有关。健康
第一章 1.摄影测量学：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。 1.2摄影测量学的任务：地形测量领域 ：各种比例尺的地形图、专题图、特种地图 、正射影像地图、景观图 ；建立各种数据库 ；提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据 。非地形测量领域：生物医学、公安侦破、古文物、古建筑、建筑物变形监测 2.摄影测量的三个发展阶段及其特点： 模拟摄影测量阶段：（1）使用的影像资料为硬拷贝像片。（2）利用光学机械模拟装置,实现了复杂的摄影测量解算。（3）得到的是（或说主要是）模拟产品。（4）摄影测量科技的发展可以说基本上是围绕着十分昂贵的立体测图仪进行的。（5）利用几何反转原理，建立缩小模型。（6）最直观，好理解。解析摄影测量阶段：（1）使用的影像资料为硬拷贝像片。（2）使用的是数字投影方式,用精确的数字解算代替了精度较低的模拟解算。（3）得到的是模拟产品和数字产品。（4）引入了半自动化的机助作业, 因此,免除了定向的繁琐过程及测图过程中的许多手工作业方式。 但需要人用手去操纵(或指挥)仪器,同时用眼进行观测。数字摄影测量阶段 ：（1）使用的资料是数字化影像、（2）使用的是数字投影方式 。（3）得到的是数字产品、模拟产品。（4）它是自动化操作，加人员做辅助。 3.数字摄影测量与模拟、解析摄影摄影测量的根本区别在于： 1.两者采用的原始原始资料不同，前者是是数字影像，后者是硬拷贝影像。 2.两者的投影方式不同，前者是数字投影，后者是物理投影。 3.两者的操作方式不同，前者是自动化，人员做辅助，后者是其本人人工进行。 第二章 3.摄影测量学的航摄资料有哪些基本要求？ 答：1.航影仪应安装在飞机的一定角度，飞行航线一般为东西方向。 2.相邻两像片要有60%左右的重叠度，相邻两航线间要有30%左右的重叠度。 3.航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面。4.像片倾角，倾角不大于2°，最大不超过3°。 5.航线弯曲，一般要求航摄最大偏距△L 于全航线长L 之比不大于3%。 6.像片旋角 ，相邻像片主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的夹角称为像片旋角，以K 表示。一般要求K 角不超过6°，最大不超过8°。 4.计算题对于18cm*18cm ，航向：18*60%= 旁向：18*30%= 对于23cm*23cm, 航向：23*60%= 旁向：23*30%= 8.如何对空中摄影的质量进行评定？ 1.检查其航向、旁向重叠度是否达到要求。 2.检查其航向弯曲是否超过3%。 3.检查其像片旋角是否小于等于6°，个别不大于8°。 9.造成像片上影像产生误差的因素有哪些？如何对其影响进行改正？ 因素：1.地面地形起伏 2.像片倾斜，产生像片位移。3.航线偏离各张像片的主点连线。 改正： 13. 摄影测量中常用的坐标系有哪些？各有何用？（各坐标系的坐标原点和坐标轴是如何选择的？） 答：摄影测量中常用的坐标系有两大类。一类是用于描述像点的位置，称为像方空间坐标系；另—类是用于描述地面点的位置．称为物方空间坐标系。 （1）.像方空间坐标系①像平面坐标系像平面坐标系用以表示像点在像平面上的位置，通常采用右手坐标系，y x ,轴的选择按需要而定．在解析和数字摄影测量中，常根据框标来确定像平面坐标系，称为像框标坐标系。②像空间坐标系，为了便于进行空间坐标的变换，需要建立起描述像点在像空间位置的坐标系，即像空间坐标系。以摄影中心S 为坐标原点，y x ,轴与像平面坐标系的y x ,轴平行，z 轴与主光轴重合，形成像空间右手直角坐标系xyz S -③像空间辅助坐标系，像点的像空间坐标可直接以像平面坐标求得，但这种坐标的待点是每张像片的像空间坐标系不统一，这给计算带来困难。为此，需要建立一种相对统一的坐标系．称为像空间辅助坐标系，用XYZ S -表示。此坐标系的原点仍选在摄影中心S 坐标轴系的选择视需要而定。 （2）物方空间坐标系①摄影测量坐标系 ，将像空间辅助坐标系XYZ S -沿着Z 轴反方向平移至地面点P ，得到的坐标系p p p Z Y X P -称为摄影测量坐标系②地面测量坐标系， 地面测量坐标系通常指地图投影坐标系，也就是国家测图所采用的高斯—克吕格?3带或?6带投影的平面直角坐标系和高程系，两者组成的空间直角坐标系是左手系，用t t t Z Y X T -表示。③地面摄影测量坐标系，由于摄影测量坐
数字摄影测量系统的生产流程及技术要求 Jx-4制作3D产品的流程 全数字摄影测量的4D产品DEM、DOM、DLG、DRG都是以数据形式获取和归档的,数据信息以真三维地理坐标形式存储,生产过程可无损数据传递、测图、编辑一体化,点点都包含三维信息,这是以往模拟、解析摄影测量所无法比拟的。JX-4开发了基于微机的摄影测量专用立体图像图形显示卡,立体感强,可达到子象元级的测量精度,并实现立体影像、立体图形的缩放、3D漫游和高精度量测;JX-4在硬件操作上又继承了解析测量仪所使用的手轮、脚盘、脚踏开关,操作过解析测量仪的人员只要熟悉JX-4的软件流程则能很快地上机测图。利用Jx-4制作3D产品的流程 1、定向建模 1.1生产流程 定向建模的精度是影响整个产品精度的关键。定向建模的工作流程。 定向建模有3种空三方式: ⑴无空三加密成果导入数据,直接在像对上定向建模; ⑵JX-4空三数据导入; ⑶其它系统如VirtuoZo、HELEV A、ImageStation等数字化空三结果导入。 前两种形式的定向建模过程都可采用批处理来完成。 1.2技术要点 1.2.1 扫描数据要求 扫描像元大小不大于0.025mm,影像数据格式为TIFF格式,扫描影像反差适中,航片框标清晰,影像直方图覆盖在0—255之间,基本呈正态分布。 1.2.2 定向建模的精度保证 一是引入已有的空三成果,内定向的框标坐标一定要与空三加密的框标坐标一致。为使核线质量更好以利于相关性匹配,进行相对定向时选中“空三导入后做自动定向”的参数功能。二是做空三加密和测图若不是同一个作业员,空三导入后应该再观测一次大地控制点并且再计算一次大地定向以消除人差。 1.2.3工作区划定与核线影像的裁切 要重视工作边划定和核线影像的裁切。定向完成后必须要对工作区进行划定,工作区范围会影响每个像对的正射影像镶嵌的重叠度。JX-4全数字摄影测量的镶嵌过程能达到无缝拼接,这是原手工镶嵌所无法达到的。影像裁切只能进行一次,若已切过一次就不允许再切。如果确实需要重新裁切,就必须再做一次核线重采样,并且重新绝对定向和计算,原有的可用数据将全部丢失。出现此种情况需
摄影测量学 第一章 1、摄影测量的定义、任务？ 定义：摄影测量与遥感是从非接触成像和其他传感器系统，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可靠信息的工艺，科学与技术。其中摄影测量侧重于提取几何信息，遥感侧重于物理信息。任务：（1）测绘各种比例尺地形图。（2）建立数字地面模型（地形数据库）。 2、摄影测量学：是对研究的对象进行摄影，根据所得的构象信息，从几何方面和物理方面 加以分析研究，从而对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。 3、解决的基本问题：几何定位和影像解译。 4、摄影测量的三个发展阶段及其特点。 1、航摄仪物镜的焦距与其主距有什么不同？ 焦距：自物方主点S1到物方焦点F1的距离称为光学系的物方焦距f1；自像方主点S2到像方焦点F2的距离称为镜头的像方焦距f2。 主距：像主点和摄影机物镜后节点之间的距离称为摄影机主距。 2、量测摄影机与非量测摄影机的区别？ （1）量测摄影机的主距是一个固定的已知值 （2）量测摄影机的承片框上具有框标，即固定不变的承片框上，四个边的中点各安置一个机械标志；框标，其目的是建立像片的直角，框标坐标系。 （3）量测摄影机的内方位元素是已知值。 3、航向重叠：摄影时飞机沿相邻影像之间必须保持一定的重叠度。一般P=50%~65%；P值最小不能小于53%。 旁向重叠：完成一条航线的摄影后，飞机进入另一条航线进行测量摄影，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%。 4、B与近景C之间这一段间隔内的所有景物，在像面上仍可获得清晰的图像，此时，近景 与远景之间的纵深度称为景深。 5、超焦点距离：当物镜向无限远物体对光时，不仅远处的物体构象清晰，而且在离开物镜 不小于某一距离H的所有物体，其构象都很清晰，这个距离H就称为超焦点距离。 第三章 1、航摄像片上特殊的点、线、面。 （1）像主点：摄影中心S在像片平面上的投影点。 （2）像底点：主垂线与像片面P的交点n称为像底点。 （3）等角点：倾角α的平分线与像片面交于点C称C点为等角点。 （4）主纵线：主垂面W与像平面P的交线称为主纵线W。 （5）等比线：过像主点平行于合线的直线称为等比线。 2、摄影测量常用的坐标系统，它们是如何定义的？ （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
第一章绪论 1、摄影测量学-----是对研究物体进行摄影、量测和解译所获得的影象，获取被摄物体的几何信息和物理信息的一门科学和技术。 摄影测量的特点 ?1、在影像上量测，无需接触物体本身，因此很少受自然地理等条件的限制。 ?2、影象是客观事物的真实反映，信息丰富，可选择需要的物体影象进行量测、处理、 研究,从影象上获得最新最全面的几何或物理信息。 ?3、摄影测量大部分工作在内业进行，有利于自动化、数字化、智能化，工作效率高。摄影测量分类 按摄影站的位置：航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量显微摄影测量、水下摄影测量 按研究对象不同：地形摄影测量、非地形摄影测量 按处理技术手段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量 摄影测量学的三个发展阶段 ?模拟摄影测量阶段(1851-1970) ?解析摄影测量阶段(1950-1980) ?提出摄影测量新概念——数字投影代替物理投影 ?数字摄影测量阶段(1970-现在）
第二章摄影测量解析基础 中心投影的正片位置和负片位置 a)负片位置：投影平面和物点位在投影中心的两侧 b)正片位置：投影平面和物点位在投影中心同一侧 c)摄影时的位置是负片位置，解算时的位置是正片位置，为了解算的方便，像点 和物点之间的几何关系并没有改变； 摄影比例尺 d)摄影比例尺指摄影像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距L之比 e)航摄比例尺----指水平像片，地面取平均高程时, 像片上的一线段Z与地面上相 应线段的水平距L之比 摄影仪摄影的要求 摄影方式 竖直摄影：摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直 摄影航高：H=m?f 摄影重叠度 f)重叠摄影部分与整个像幅长的百分比称为重叠度 g)航向重叠p----同一条航线内相邻像片之间的影像重叠 h)旁向重叠q---相邻航线的重叠 P=60~65% q=30~35% 摄影比例尺特性 ? 1 )摄影比例尺愈大，则像片地面分辨率越高，有利影像的解译与提高成图的精度。 ?2) 摄影比例尺愈大，则摄影工作量增加, 摄影费用要增多，所以摄影比例尺要根据信息采集的精度确定。 量测用摄影机的特征 1.量测用摄影机的像距是一个固定的已知值 2.量测用摄影机承片框上具有框标 3.量测用摄影机的内方位元素值是已知的
无人机数字摄影测量系统的设计和应用 122 郑团结王小平唐剑 （总参测绘信息技术总站，陕西，西安，710054；西安大地测绘有限公司，陕西，西安，710054）摘要：无人机数字摄影测量系统为适应城市规模化测绘生产需要而设计开发，项目从机体设计、航线设计、通讯设计、监控设计、数据处理等各个层面，对航空摄影的原理、方法及相关参数进行了深入探讨和简要总结。项目进行了自动驾驶实验、超视距飞行实验、控制飞行实验、发动机空中停车紧急处理实验、干扰实验等常规实验，完成了数百平方公里摄影任务，实现了无人机摄影测量一体化的整合集成。应用结果表明，该系统具有“三高一低”的重要特性（高机动性、高分辨率、高度集成、低成本），而且更加适应城市规模化测绘生产需要。 关键词：无人机IMU DGPS数字摄影测量系统研制 分类号：TP965 Headquater 作者简介：郑团结（1975-）男，博士生,主要从事摄影测量和3S集成方向的研究. 作者简介：王小平（1959-）男，高级工程师，主要从事航测无人机研制应用研究. The Design and Application of Digital Photographic System Based On The Unmanned Aircraft Zheng Tuanjie Wang Xiaoping Tang Jian （the General Staff Surveying and Mapping Master Station,xi’an,710054? Xi’an Dadi Surveying and Mapping Company，xi’an,710054） Abstract：Digital photographic systems based on the unmanned aircraft was designed and manufacture for performing the cyber surveying and mapping,the project consists of airframe design,course line design, communication system design,control system design,data processing system design,this paper made a deeper research into the theory and the method of photography,and draw some conclusions of it.the project conduct a a whole set of test such as automatic guide,transcend sight flying,control flying,motor deadman's emergency handle,constructive interference,be successful in fulfilling the aerial photography over large areas,achieved integration photographic based on the unmanned aircraft.The application declared,the system has three merits, it’s mobile activity is higher,it’s resolution is better,it’s integration is better?and it is performing the cyber surveying and mapping. Keywords：Unmanned Aircraft?IMU?DGPS?Digital Photographic System 引言 3S技术、计算机技术、自动控制技术、数字通信技术的不断发展促使摄影测量的手段和方法推陈出新，数字摄影测量的技术成熟之后，其发展方向必然是高度集成、高度机动而面向大众，无人机摄影测量系统 ]2,1[ 的开发和应用不但丰富着“数字地球”的资源空间，而且改善着测绘科学的装备结构。 一、系统概述 无人机摄影测量系统是具有GPS导航、自动测姿测速、远程数控及监测的无人机低空定时摄影系统，系统以无人驾驶飞行器为飞行平台，以高分辨率数字遥感设备为机载传感器，以获取低空高分辨率遥感数据为应用目标，主要用于地理数据的快速获取和处理。该系统利用单反数码相机、GPS、自动测姿测速设备、数传电台获取“数字城市”必需的影像数据、摄站坐标、摄影姿态；利用相关设备和程序实现影像纠正参数的初始标准化；利用数字摄影测量软硬件进行影像纠正拼接。从而为制作正射影像、地面模型或基于影像的城市测绘提供最简捷、最可靠、最直观的应用数据。
《数字摄影测量》考查题 一、名词解释（每词3分，共30分） 1.数字摄影测量：基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术、 数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄 对像以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。 2.灰度匹配：指把不同传感器获取的同一地区影像基于灰度的图像匹配算 法进行匹配，以左、右像片上含有相应的图像的目标区和搜索区中的像 元的灰度作为图像匹配的基础。 3.同名像点：同一地理位置目标点在不同像片上的构像点。 4.正射影像纠正：原始遥感影像因成像时受传感器内部状态变化、外部状 态、及地表状况的影响，均有程度不同的畸变和失真；对遥感影像的几 何处理，不仅提取空间信息，也可按正确的几何关系对影像灰度进行重 新采样，形成新的正射影像。 5.金字塔影像结构：对二维影像逐次进行低通滤波，增大采样间隔，得到 一个像元素总数逐渐变小的影像序列，将这些影像叠置起来颇像一座金 字塔，称为金字塔影像结构。 6.灰度量化：把采样点上的灰度数值转换成为某一种等距的灰度级。 7.核线：通过摄影基线与地面所作的平面称为核面，而核面与像面的交线 为核线。 8.数字高程模型：用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面 模型。 9.影像分割：把影像分割成互不重叠的区域并提取感兴趣目标的技术。 10.特征匹配：利用相关函数评价两幅影像特征点领域的相似性以确定对应 点 二、判断（每小题2分，共10分） 1.航摄像片上任意一点都存在像点位移。（正确） 2.最初的影像匹配是利用相关技术实现的，因此也常称影像匹配为影像相 关。（正确） 3.贝叶斯判别或相关系数为测度的匹配不可避免会发生错误，但其他基本 匹配方法发生错误的概率不比贝叶斯判别更小。（错误） 4.多点最小二乘影像匹配不仅可以基于像方，也可以基于物方。（正确） 5.基于特征匹配是最好的匹配方法。（错误） 三、简答题（每小题8分，共40分） 1.摄影测量学的新发展。 答：1）高分辨率遥感影像—数字影像+RPC；2）数码相机逐步应用于航 空摄影测量；3）POS 自动空三；4）动态GPS配合惯性测量系统 （GPS/IMU）；4）激光雷达/激光探测及测距系统（LIDAR）Light Detection And Ranging；5）干涉雷达INSAR 2.数字摄影测量的组成。 答：1）计算机辅助测图：一台计算机工作台，影像获取装置与成果输出
一、名词解释 1、解析相对定向：根据同名光线对对相交这一立体相对内在的几何关系，通过量测的像点坐标，用解析计算方法解求相对定向元素，建立与地面相似的立体模型，确定模型点的三维坐标。 2、GPS辅助空中三角测量：将基于载波相位观测量的动态 GPS 定位技术获取的摄影中心曝光时刻的三维坐标作为带权观测值，引入光束法区域网平差中，整体求解影像外方位元素和加密点的地面坐标，并对其质量进行评定的理论和方法。 3、主合点：地面上一组平行于摄影方向线的光束在像片上的构像 4、核线：立体像对中，同名光线与摄影基线所组成核面与左右像片的交线。 5、航向重叠：同一条航线上相邻两张像片的重叠度。 6、旁向重叠：两相邻航带摄区之间的重叠。 7、影像匹配：利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点 8、影像的内方元素：是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数。 9、影像的外方元素：描述像片在物方坐标的位置和姿态的参数。 10、景深：远景与近景之间的纵深距离称为景深 11、空间前方交会：由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法，称为空间前方交会。 12、空间后方交会：利用一定数量的地面控制点，根据共线条件方程或反求像片的外方位元素这种方法称为单张像片的空间后方交会。 13、摄影基线：相邻两摄站点之间的连线。 14、像主点：像片主光轴与像平面的交点。 15、立体像对：相邻摄站获取的具有一定重叠度的两张影像。 16、数字影像重采样：当欲知不位于采样点上的像素值时，需进行灰度重采样。 17、核面：过摄影基线与物方任意一点组成的平面。 18、中心投影：所有投影光线均经过同一个投影中心。 19、单模型绝对定向：相对定向所构建的立体模型经平移、缩放、旋转后纳入到地面坐标系中的过程相对定向：根据立体像对内在的几何关系恢复两张像片之间的相对位置和姿态，使同名光线对对相交，建立与地面相似的立体模型。即确定一个立体像对两像片的相对位置。 20、数字影像内定向：同一像点的像平面坐标与其扫描坐标不相等，需要加以换算，这种换算称为数字影像内定向。 21、像主点：摄影机主光轴在框标平面上的垂足 22、内部可靠性：一定假设条件下，平差系统所能发现的模型误差的下界值 22、外部可靠性：一定显著性水平和检验功效下，平差系统不能发现的模型误差对平差结果的影响。 23、摄影学：利用光学摄影机摄取相片，通过相片来研究和确定被摄物体的形状，大小，位置和相互关系的一门学科技术。 24、影像信息学：是一门记录、储存、传输、量测、处理、解译、分析和显示由非接触传感器影响获得的目标及其环境信息的科学技术和经济实体。
对摄影测量基本原理的认识 宋剑虹 （贵州大学矿业学院测绘工程 09级2班） 内容摘要 摄影测量【photogrammetry】有二百多年的历史了。通过对摄影测量的学习和认识。本文从摄影测量最基本的原理出发，简单回顾了它的发展历程，本文立足于对武汉大学第二版《摄影测量》教程的学习以及对摄影测量基础知识的了解和认识后，阐述了摄影测量的一些基本知识。着重阐述了当代摄影测量技术最新理论的发展。尤其是对摄影测量的分类，分别阐述大地摄影测量、航空摄影测量、航天摄影测量的一些基本原理后相关技术要点。对大地摄影测量、航空摄影测量的内外业的有关步骤和相应技术作了一定的论述。最后，总结出自己的在学习过程中的对摄影测量的认识，作为测绘专业学生，我更看到新的希望。 关键词：摄影测量测量技术基本原理航天技术
目录 一、引言 (3) 二、摄影测量概述 (3) （一）关于摄影测量 (3) 1.摄影测量学的定义和任务 (3) 2.摄影测量的特点 (3) （二）摄影测量的发展阶段 (4) 三、摄影测量学的分类 (4) （一）地面摄影测量 (4) 1.地面摄影测量的基本原理 (4) 2.地面立体摄影测量的摄影方式 (4) 3.地面摄影测量分为外业工作和内业工作 (5) （二）航空摄影测量 (5) 1.航空摄影测量的基本原理 (5) 2.航空摄影测量的测图方法 (6) 3.航空摄影测量的作业分外业和内业 (7) （三）航天摄影测量 (7) 1.航天摄影测量的基本原理 (8) 2.航天摄影测量的特点 (8) 3.航天摄影测量的应用前景 (8) 四、结语 (8)
一、引言 摄影测量学有二百多年的历史了。最初叫图形量学（据 Iconometry 而来，或译作量影术）。1837年，发明摄影技术后，才叫摄影测量学。数学家勃兰特早在18世纪就论述了摄影测量学的基础——透视几何理论。1839年，法国报到了摄影像片的产生后，摄影测量学开始了它的发展历程。19世纪中叶，法国陆军上校劳塞达利用所谓“明箱”装置，测制了万森城堡图。劳塞达被公认为“摄影测量之父”。航空技术发达以后，摄影测量学被称为航空摄影测量学。1975年，卫星上天后，航空测量发展到了航天摄影测量。 通过上世纪八九十年代对数字摄影测量的研究、开发与推广，进入21世纪，我国数字摄影测量以世人难以想象的速度发展，数字摄影测量工作站在中国的摄影测量生产中获得了普遍的应用与推广，摄影测量的教学也由过去只有少数院校才能进行的“贵族”式的教学得到了极大的普及。目前，全国至少有40多所大专院校的测绘工程专业开设摄影测量课程，这极大地拓宽了摄影测量所需人才的培养渠道。 二、摄影测量概述 （一）关于摄影测量 1.摄影测量学的定义和任务 摄影测量【photogrammetry】指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。传统摄影测量学定义：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。摄影测量学是测绘学的分支学科，它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。摄影测量学要解决的两大问题是几何定位和影像解译。几何定位就是确定被摄物体的大小、形状和空间位置。几何定位的基本原理源于测量学的前方交会方法，它是根据两个已知的摄影站点和两条已知的摄影方向线，交会出构成这两条摄影光线的待定地面点的三维坐标。影像解译就是确定影像对应地物的性质。 2.摄影测量的特点 在影像上进行量测和解译，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受气候、地理等条件的限制；所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、形象直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息；可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的测量工作；适用于大范围地形测绘，成图快、效率高；产品形式多样，可以生产纸质地形图、数字线划图、数字高程模型、数字正摄影像等。
数字摄影测量复习要点（2016.5） 1、摄影测量发展历程 模拟摄影测量(1851-1970) 模拟摄影测量主要是根据摄影过程的几何反转，反求地面点的空间位置。它所采用的仪器为光学投影器、机械投影器或光学-机械投影器模拟摄影过程，用光线交会被摄物体的空间位置。 解析摄影测量(1950-1980) 1957年，Helava提出用“数字投影代替”物理投影，数字投影就是利用电子计算机实时的进行共线方程的解算，从而交会出被摄物体的空间位置。 数字摄影测量(1970-现在） 利用数字影像相关技术，实现真正的自动化测图。 ?数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别： 1)处理的原始信息主要是数字影像； 2)以计算机视觉代替人眼的立体观测。 2、数字摄影测量的任务、特点 主要任务：使用星载(机载)传感器所获取的可见光影像对地球陆地区域进行信息提取，具体包括：目标量测、影像解译、地形图测绘、正射影像图制作、数字高程模型生成。 特点：数据量大、计算机运算速度快、技术精度高。 3、数字摄影测量 定义：数字摄影测量是利用影像相关技术来代替人眼的目视观测，自动识别同名点，实现几何信息的自动提取。 主要内容：影像及特征点的识别、同名像点的自动相关和匹配、数字影像纠正技术、数字高程模型（DEM）的制作、数字摄影测量系统的完整操作和测绘产品的生产。 4、计算机辅助测图 计算机辅助测图（又称数字测图）是利用解析测图仪或具有机助系统的模拟测图仪，进行数据采集和数据处理，测绘数字地图，制作数字高程模型，建立测量数据库。计算机辅助测图系统所处理的依旧是传统像片，且对影像的处理仍然需要人眼的立体量测，计算机则起数据记录与辅助处理的作用，是一种
《数字摄影测量学》 实 习 报 告 学院： 班级： 姓名： 学号： 日期：
一、实验的意义和目的 本次实习是基于全数字摄影测量系统VirtuoZo平台，制作数字高程模型、数字正射影像、数字线划图等数字产品。是将理论知识与实际生产相结合的过程。通过对VirtuoZo的应用实习，熟悉该系统的基本功能及操作特点，掌握DEM、DOM、DLG产品制作过程。 二、实习内容 1、学习VirtuoZo摄影测量系统； 2、2_Hammer测区数据准备：参数录入； 3、模型定向：内定向、相对定向、绝对定向、核线影像生成； 4、2_Hammer测区2个模型的影象匹配； 5、产品生成（DEM、DOM、等高线） 三、操作步骤 1.启动VirtuoZo 正确安装VirtuoZo 之后，即可以运行程序。 在Windows 中启动VirtuoZo 有以下几种方法： 在桌面启动VirtuoZo的快捷方式。 依次单击选项“开始” > “程序” >Supresoft > VirtuoZo > VirtuoZo，即可调用VirtuoZo软件。 在Windows系统的资源管理器中，找到VirtuoZo安装目录，在bin子目录下找到VirtuoZo.exe文件，双击鼠标即可实现调用。 2.新建测区 （1）选择文件> 新建/打开测区新建一个测区。 （2）在弹出的打开参数对话框中文件名栏填入测区名hammer，单击打开。（3）单击主目录一栏右侧的按钮，选择测区目录，例如Hammer文件夹，确定后如图所示。按照默认设置即可，单击保存。 3.创建相机参数和像控点文件 创建相机参数文件： （1）选择主界面下的设置>相机参数来设置相机参数。
一.测绘基本概念 Ⅰ. 一些常用术语 1.误差error a.系统误差systematic error 测量的误差在大小和符号上趋于一致,或按一定规律变化,或保持为常数. b.偶然误差random error 偶然误差也叫随机误差.其误差量值和符号的变化是没有规律的. c.粗差Gross error or blunder 粗差也称错误,一般大于5倍的中误差. 2.精度(精确度) accuracy 评定测量成果质量的数量指标. a.平均误差average error Mav = ∑Δ/n; b.中误差RMSE(Root Mean Square Error) M = sqrt(∑ΔΔ/n ); c.极限误差Limit error 2M d.相对误差relative error 中误差与观测值之比叫做相对中误差. 航测中常用航高的几千分之一来表示高程精度,例如H/8000. e.标准偏差standard deviation 与中误差类似,欧美国家常用的评定精度指标. 3.测量平差Survey adjustment 对一组观测值的误差进行合理配赋, 求出最可靠的计算值作为终值, 并对结果的精度进行评定。 最小二乘法（Least Square Method）是测量平差的基础。其基本原理是： ∑PVV = minimum; 4.三角测量Triangulation 通过观测三角网内各三角点上所有三角形的内角，并测定三角网的一些边，由某一三角点的已知坐标及一边的方位角，根据三角形的几何关系，推算其他点的坐标, 这些测量与计算工作叫做三角测量。 5. 4D产品4D products a. DEM ( DTM )―Digital Elevation Model ( Digital Terrai n Model ) 数字高程模型（数字地面模型） b. DOM ( Digital Orthophoto Map )数字正射影像图 c. DLG（Digital Line Graph ）or DTI ( Digital Thematic Information )数字线划图或数字专题信息 d. DRG ( Digital Raster Graph ) 数字栅格图
摄影测量实习报告 全数字化摄影测量系统VirtuoZo的学习及使用 实习时间 学生班级 学生姓名 学生学号 所在院系 指导教师
一、实习的目的与意义 本次实习基于全数字摄影测量工作站VirtuoZo，制作数字高程模型（DEM）、数字正射影像（DOM）和数字线划图（DLG）等产品。通过实习，应掌握VirtuoZo的基本功能和操作流程，掌握4D产品制作过程。 1、了解VirtuoZo数字摄影测量系统的功能； 2、掌握VirtuoZo数字摄影测量系统的作业流程； 3、加深对数字摄影测量基本理论、方法和过程的理解； 4．通过本次实习，加强实践，培养实际动手能力。 二、实习环境： 1．硬件环境：Window操作系统； 2．软件环境：全数字化摄影测量系统VirtuoZo。 三、技术设计 VirtouZo系统是基于WindowsNT的全数字摄影测量系统，利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。由计算机视觉（其核心是影像匹配与影像识别）代替人眼的立体量测与识别，不再需要传统的光机仪器。从原始资料、中间成果及最后产品等都是以数字形式，克服了传统摄影测量只能生产单一线划图的缺点，可生产出多种数字产品，如数字高程模型、数字正射影像、数字线划图、景观图等，并提供各种工程设计所需的三维信息、各种信息系统数据库所需的空间信息。 1、测区分析 根据原始给定的航片资料和控制点资料，了解此测区共有两条航线，每条航线有三张相片，共可以建立四个模型。根据所提供的控制点数据可以了解每个模型的控制点。这样对测区有一个总体的了解。 在VirtuoZo NT系统中，测区（Block）可理解为一个区域，或一个图幅范围内的所有像对。创建测区就是为将要进行测量的区域创建一个工作区目录。 首先在D盘建立自己的文件夹，并将“数据”文件夹中的内容（images影像数据文件夹、相机参数文件（***.cmr）、控制点文件（***.ctl）及控制点影像文件夹）拷贝到自己的文件夹中。 单击VirtuoZo NT主菜单中的文件，选择打开测区，系统弹出“打开测区”对话框，在当前默认位置输入测区名，点击打开则弹出“设置测区”对话框，然后按（实习指导指导书）要求输入参数后，点击保存，创建自己的测区文件。下次进行作业时，先单击VirtuoZo
摄影测量学(专升本)阶段性作业2 单选题 说明: 1. _____是指恢复立体像对的相对方位的几何条件，即同名光线和摄影基线共面所满足的数学关系。(5分) (A)核面 (B)共面条件 (C)共线条件 (D)其它 参考答案：B 2. 从人眼观测立体的舒适角度考虑，要求相邻像片的比例尺差别小于_____。(5分) (A)15% (B)35% (C)5% (D)25% 参考答案：A 3. 确定一个立体像对两像片的相对位置称为_____。(5分) (A)内定向 (B)相对定向 (C)绝对定向 (D)像片定向 参考答案：B 4. 无论是连续法还是单独法进行绝对定向，所解算的相对定向元素都是_____个。(5分) (A)6 (B)7 (C)5 (D)4 参考答案：C 5. 单像空间后方交会的基本关系式是_____。(5分) (A)二次多项式 (B)三次多项式 (C)空间仿射变换式 (D)共线条件方程式 参考答案：D 6. 立单像空间后方交会的未知数有_____个。(5分) (A)6 (B)7 (C)5 (D)2 参考答案：A 7. 空间前方交会的最终目的是解算_____。(5分) (A)内方位元素 (B)地面点坐标 (C)点投影系数 (D)外方位元素 参考答案：B 8. _____是地面点向两个摄站点的投射线与左右两像片的交点。(5分) (A)核点 (B)立体像对
(C)同名像点 (D)相邻像点 参考答案：C 多选题 说明: 9. 立体观察方法包括_____。(4分) (A)立体镜观察法 (B)叠影影像的立体观察 (C)双目镜观测光路的立体观察 (D)其它 参考答案：A,B,C 10. 连续法像对的相对方位元素包括_____。(4分) (A) (B) (C) (D) (E) 参考答案：A,B,C,D,E 11. 立体模型的空间前方交会方式有_____。(4分) (A)点投影系数法 (B)基于共线方程的严密解法 (C)单独法 (D)连续法 参考答案：A,B 12. 像点的左右视差可为_____。(4分) (A)正 (B)负 (C)零 (D)恒为正 参考答案：A,B,C 13. 像点坐标的系统误差包括_____。(4分) (A)底片变形误差 (B)摄影机物镜畸变差 (C)大气折光差 (D)地球曲率误差 参考答案：A,B,C,D 14. HCZ-1型立体坐标量测仪的主要部件包括_____。(4分) (A)基座 (B)总滑床 (C)X导轨、Y导轨 (D)观测系统 (E)照明系统 参考答案：A,B,C,D,E
一、名词解释 1摄影测量学 2航向重叠 3单像空间后方交会 4相对航高 5解析空中三角测量 6外方位元素 7核面 8绝对定向元素 二、问答题 1.写出中心投影的共线方程式并说明式中各参数的含义。 2.指出采用“后方交会+前方交会”和“相对定向+绝对定向”两种方法计算地面点坐标的基本步骤。 3.简述利用光束法（一步定向法）求解物点坐标的基本思想。 4.简述解析绝对定向的基本过程。 5.简述相对定向的基本过程。
6.试述航带网法解析空中三角测量的基本步骤。 二、填空 1摄影测量的基本问题，就是将_________转换为__________。 2人眼产生天然立体视觉的原因是由于_________的存在。 3相对定向完成的标志是__________。 三、简答题 1两种常用的相对定向元素系统的特点及相对定向元素。 2倾斜位移的特性。 3单航带法相对定向后，为何要进行比例尺归化？怎样进行？ 4独立模型法区域网平差基本思想。 5何谓正形变换？有何特点？ 四、论述题 1空间后方交会的计算步骤。 2有三条航线，每条航线六张像片组成一个区域，
采用光束法区域网平差。 （1）写出整体平差的误差方程式的一般式。（2）将像片进行合理编号，并计算带宽，内存容量。 （3）请画出改化法方程系数阵结构简图。 参考答案： 一、 1是对研究的对象进行摄影，根据所获得的构想信 息，从几何方面和物理方面加以 分析研究，从而对所摄影的对象 本质提供各种资料的一门学科。2供测图用的航测相片沿飞行方向上相邻像片的重叠。 3知道像片的内方位元素，以及三个地面点坐标和量测出的相应像点的坐标，就可以根据共线方程求出六个外方位元素的方法。
数字摄影测量实验教程 上机实验指导 摄影测量实验室
实验数据： 数字航片： 相机文件： 控制点文件： 控制点参照图。 实验一：Virtuo Zo数字摄影测量系统总体操作 1 实验目的 熟悉Virtuo Zo数字摄影测量系统软件的总体概况，了解其工作原理及其所能满足何种操作需求，。掌握操作流程及其测区和模型的构建。 2 实验内容 Virtuo Zo数字摄影测量系统各个功能菜单的使用方法；如何进行数据准备；重点掌握测区的建立以及模型的建立方法。 3、硬盘目录及测区目录 1、硬盘目录结构简图如下： 其中，系统目录的内容为：Bin目录： 执行程序目录，存放系统的所有可执 行程序及框标模板文件。 Virlog目录：存放测区的路径文件 (c:\Virlog\Blocks\<测区名>.blk) 2、测区目录 某测区用户目录（在创建一个新Block 时，系统以用户所给的测区名自动产生 该测区目录），存放该测区所有参数文 件及中间结果、成果等。 Images目录：影像目录，存放VirtuoZo 影像文件、影像参数文件、内定向文件、 影像外方位元素文件。 模型目录：系统以所给的模型目录名自 动建立(如01-156_50mic.tif_01-155_50mic.tif.ste目录)，存放该模 型所有信息。Product目录：4D产品目录，存放当前模型所有已生成的产品及输出文件。 TMP目录：核线影像目录，存放当前单模型的核线影像文件。 4 Virtuo Zo数字摄影测量系统工作流程图 VirtuoZo的主界面上有十一个菜单项，依次为：文件、设置、空中三角测量、处理、产品、镶嵌、测图、显示、工具、向导和帮助
精心整理 第一章 1.摄影测量学：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。 1.2摄影测量学的任务：地形测量领域：各种比例尺的地形图、专题图、特种地图、正射影像地图、景观图；建立各种数据库；提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据。非地形测量领域：生物医学、公安侦破、古文物、古建筑、建筑物变形监测 2.摄影测量的三个发展阶段及其特点： 模拟摄影测量阶段：（1）使用的影像资料为硬拷贝像片。（2）利用光学机械模拟装置,实现了复杂的摄影测量解算。（3）得到的是（或说主要是）模拟产品。（4）摄影测量科技的发展可以说6） （44）它是3.1.3.答：1.左右的面。4.L 于4.对于8.1.9.因素： 13. 答：摄影测量中常用的坐标系有两大类。一类是用于描述像点的位置，称为像方空间坐标系；另—类是用于描述地面点的位置．称为物方空间坐标系。 （1）.像方空间坐标系①像平面坐标系像平面坐标系用以表示像点在像平面上的位置，通常采用右手坐标系，y x ,轴的选择按需要而定．在解析和数字摄影测量中，常根据框标来确定像平面坐标系，称为像框标坐标系。②像空间坐标系，为了便于进行空间坐标的变换，需要建立起描述像点在像空间位置的坐标系，即像空间坐标系。以摄影中心S 为坐标原点，y x ,轴与像平面坐标系的y x ,轴平行，z 轴与主光轴重合，形成像空间右手直角坐标系xyz S -③像空间辅助坐标系，像点的像空间坐标可直接以像平面坐标求得，但这种坐标的待点是每张像片的像空间坐标系不统一，这给计算带来困难。为此，需要建立一种相对统一的坐标系．称为像空间辅助坐标系，用XYZ S -表示。此坐标系的原点仍选在摄影中心S 坐标轴系的选择视需要而定。
VirtuoZo 全数字摄影测量系统实习报告 一、实习目的 通过本次实习，了解4D产品的生产过程，熟悉使用VirtuoZo 全数字摄影测量系统生产4D产品的过程，掌握生产过程中各步骤的原理，加深对有关理论知识的理解。 （1）了解VirtuoZo数字摄影测量系统的功能； （2）掌握VirtuoZo数字摄影测量系统的作业流程； （3）加深对数字摄影测量基本理论、方法和过程的理解； （4）培养实际动手能力。 二、实习过程 1、了解VirtuoZo 系统 VirtuoZo系统是基于WindowsNT的全数字摄影测量系统，利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。由计算机视觉（其核心是影像匹配与影像识别）代替人眼的立体量测与识别，不再需要传统的光机仪器。从原始资料、中间成果及最后产品等都是以数字形式，克服了传统摄影测量只能生产单一线划图的缺点，可生产出多种数字产品，如数字高程模型、数字正射影像、数字线划图、景观图等，并提供各种工程设计所需的三维信息、各种信息系统数据库所需的空间信息。 VirtuoZo的主要软件模块包括：解算定向参数、自动空中三角测量、核线影像重采样、影像匹配、生成数字高程模型、制作数字正射影像、生成等高线、制作景观图、DEM透视图、等高线叠加正射影像、基于数字影像的机助量测、文字注记、图廓整饰。 VirtuoZo的作业方式为自动化与人工干预。系统在自动化作业状态下运行不须任何人 工干预。人工干预是作为自动化系统的“预处理”与“后处理”，如必要的数据准备、必要的辅助量测等及自动化过尚无法解决的问题。人工干预不同于单的人工控制操作，而是尽可能达到了半自动化。 根据VirtuoZo制作4d产品的基本工作流程如下：