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
6.三S―GPS，GIS，RS
a. GPS-Global Positioning System全球定位系统
b. GIS-Geographic Information Syste地理信息系统
c. RS-Remote Sensing遥感
Ⅱ.坐标系统Coordinate systems
1.大地坐标系Geodetic coordinate system
大地参考reference system: 克拉索夫斯基参考椭球体
大地经度longitude
大地纬度latitude
大地方位角azimuth
2.高斯平面直角坐标系Gauss planar rectangular coordinate system
投影面project plane：高斯-克吕格正形投影面, 一种横轴圆柱投影. 1954北京坐标系
3.其它坐标系：
UTM墨卡托投影坐标系：Universal Transverse Mercator Projection WGS 84坐标系
4.高程基准Vertical datum
1956, 1985黄海高程系
Ⅲ. 常用测量仪器
1.经纬仪theodolite
2.水准仪level or leveling instrument
3.激光测距仪Laser geodimeter
4.全站仪total station
5.全球定位系统GPS-Global Positioning System
6.立体测图仪Stereoplotter
7.解析测图仪Analytical stereoplotter
8.正射投影仪Orthophoto projector
9.航空摄影机Arial camera
10.编辑工作站Editing workstation
11.数控绘图机Digital plotter
Ⅳ.大地测量Geodesy
1. Ⅰ,Ⅱ等三角点Triangulation points of gradeⅠ,Ⅱ
Ⅰ、Ⅱ等三交点，是构成国家大地三角网的高等级埋石标志点。
2. 大地三角网Geodetic triangulation network
大地三角网，是指由Ⅰ、Ⅱ等三交点组成的国家Ⅰ等骨架三角锁和Ⅱ等三角网。
3.国家高程控制网National Elevation ControlNetwork
国家高程控制网由高精度的一、二等水准路线网构成。然后在此网内用三、四等水准网加密，以便控制地形测图。
4.大地坐标带Geodetic zone
6度带-以格林尼治零子午线为准,沿经线按6度经差分带。
3度带- 城市测量，工程测量等一般按3度带计算高斯平面直角坐标。
Ⅴ.工程测量Engineering Survey
1.工程测量的应用范围Application area of engineering survey
工程测量覆盖的范围，包括城市建设、工业企业、交通运输、水利工程等领域的勘察、设计、施工及运营阶段的测绘工作。
2.工程测量的内容Contents of engineering survey
工程测量的主要内容，包括平面控制测量、高程控制测量、地形测量、施工测量、变形测量等。
3.平面控制测量Planimetric control survey
工程测量中的平面控制测量，一般应与高等级国家三角点联测。平面控制网可采用三角测量，导线测量或三边测量，网的等级分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等以及一、二级小三角、小三边。
4.高程控制测量Vertical control survey
高程控制测量，可采用水准测量和电磁波测距三角高程测量。高程控制测量的等级，划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ等。
5.地形测量Topographic survey
工程测量中的地形测量，包括测绘1：500，1：1000，1：2000，及1：5000比例尺的全要素地形图。测绘的内容包括地貌、居民地、道路、水系、植被、行政区划、管线、工矿建筑物等。
6.施工测量Construction survey
施工测量是指工业与民用建筑，水工建筑，矿山建筑，及道路、桥梁、隧道等施工场地测量。施工测量包括施工场地控制测量和施工放样测量。
7.变形测量Deformation survey
变形测量的应用范围，包括工业与民用建筑物，地基基础，中小型水坝以及山体滑坡等。变形测量需要分别建立水平位移检测网和垂直位移监测网，并进行周期性地变形观测。
Ⅵ. 地面摄影测量和近景摄影测量Ground and Close-range Photogrammetry
1.地面摄影测量的特点Characteristics of ground photogrammetry
a.使用地面摄影测量专用的摄影机;
b.在地面上对目标进行摄影,摄取立体像对;
c.实地测定摄影站点和控制点的地面坐标,即地面摄影像对的外方位元素皆是已知的;
d.使用摄影测量方法立体测绘地物地貌.有专门的地面摄影立体测图仪,某些航空摄影测量的全能型精密型立体测图仪以及解析测图仪,也可以作地面摄影测绘.
e.摄影方式:正直摄影,等偏摄影,交向摄影以及等倾摄影.
2.地面摄影测量的应用范围Application area of ground photogrammetry
a.陡峻的山区等特殊地区;
b.铁路站场、桥梁、隧道、泵站、矿井等须测绘1:500或更大比例尺的工点图;
c.航空摄影漏洞地面补充测量.
3.近景摄影测量的特点Characteristics of close-range photogrammetry
a.近景摄影测量一般属于地面摄影测量的范畴;
b.摄影距离一般在100米以内;
c.可使用量测摄影机和非量测摄影机;
d.非量测摄影机通常需经专门的试验室检定;
e.直接线性变换解析算法,不需要像片上有框标,也不需要摄影机的内方位元素和外方位元素,但须有较多的控制点.
4.近景摄影测量的应用范围Application area of close-range photogrammetry
a.结构物的变形测量;
b.古建筑的现状测绘;
c.人类躯体测绘;
d.需精确测求物体大小、形状或体积的其它测绘项目.
Ⅶ.全球定位系统GPS―Global Pos itioning System
1.卫星定位的基本原理Basic principle of satellite positioning
地面接收机同时接收4颗以上的卫星信号，可以记录求出每个卫星信号传至接收机的时间Δt，将Δt乘以光速即可得到卫星至接收机的距离，而卫星的位置是已知的，从而可计算出接收机所在地面位置的三维坐标。当然，实际算法是很复杂的而且需要加入一系列的补赏改正。
2. GPS卫星定位的分类GPS Classification
a.静态定位Static positioning
b.动态定位Dynamic positioning
c.单点定位Single point positioning
d.相对定位Relative positioning
e.实时差分定位RTK―Real time kinematic differential positioning
f.单频接收机Single frequency receiver
g.双频接收机Dual frequency receiver
3.GPS的用途GPS applications
a.飞机、舰船导航Plane and ship navigation
b.导弹制导Missile guiding
c.精密定位Precision positioning
d.大地测量Geodetic surveying
e.工程测量Engineering surveying
f.动态监测Dynamic supervision
4.GPS的精度GPS accuracy
a.单点定位精度(Accuracy of single point positioning): 10―20 m
b.基线测量精度（Accuracy of baseline ）: 5mm+1ppm
c. RTK实时测量精度（Accuracy of RTK GPS）: 1CM+2PPM
Ⅷ. 遥感Remote Sensing
遥感与摄影测量即航测的关系非常密切。1980年“国际摄影测量学会“, 正式改名为”国际摄影测量与遥感学会“. 并且在第14届大会上提出了摄影测量与遥感的新定义：“使用一种传感器，根据电磁波的辐射原理，不接触物体而通过一系列的技术处理，获得物体的物理与几何性质。“
1.传感器的类型Type of sensors
a.多光谱扫描仪系统MSS―Multi-spectral Scanning System
b.全景摄影机Panoramic camera
c.红外扫描仪Infrared scanner
d.彩红外摄影机Color infrared camera
https://www.doczj.com/doc/4717930700.html,D(电耦合器件) 阵列扫描仪CCD matrix scanner
f.合成孔径雷达SAR―Synthetic Aperture Radar
g.侧视雷达Side-looking Radar
2.常用的卫星图像Main satellite images
a.MSS多光谱卫星图像（陆地卫星）分辨率79m MSS (LANDSAT) satellite image resolution 79m
b.TM（专题制图）卫星图像（陆地卫星）分辨率30m
TM (LANDSAT Thematic mapping) satellite image resolution 30m
c.SPOT（CCD）卫星图像分辨率10 m
SPOT（CCD）satellite image resolution 10m
d. ISR卫星图像分辨率5m
India Remote Satellite Image resolution 5m
3.遥感图像处理Remote sensing image processing
a.图像几何纠正Image geometric correction
b.图像增强处理Image enhancement processing
c.数据复合Data synthesis
e.特征提取Feature abstract
f.数据分类Data classification
g.图像滤波Image filtering
4.遥感的主要应用领域Main application area of remote sensing
a.矿产资源勘查Mine resource exploration
b.农作物产量估算Estimation of grain output
c.林业资源分类和森林火灾监测Resource classification and fire supervision of forests
d.环境监护Environmental supervision and protection
e.专题制图Thematic mapping
f.地质水文勘察Geologic and hydrographic survey
g.灾害的预报和监测Disaster predict and supervision
h.军事侦察Military reconnaissance
Ⅸ. 地理信息系统GIS―Geographic Information System
1.基本概念Basic concept
地理信息系统是以计算机软硬件为平台, 以地理信息为基础, 包括图形信息、图像信息和属性信息的空间信息系统, 具有信息输入、存储、管理、分析、检索、输出等功能.
2.地理信息系统与一般信息系统GIS and affair information system
一般信息系统包括企业管理信息系统、金融信息系统、交通信息系统、经营信息系统、人事信息系统等等. 这些事务性的信息系统, 通常是以特定的属性信息数据库为基础,虽然也具有信息系统的基本功能,但并不以地理空间信息为基础. 它们比地理信息系统的数据量要小得多, 复杂程度也要简单很多。
3.GIS与数字地图GIS and digital map
数字地图是GIS的重要数据源，也是GIS可视化产品的数字化表达形式。虽然使用地图数据库来管理数字地图，也可以有空间查询、检索、分析功能，但是它仍不可能像GIS那样，综合图形数据、图像数据和属性数据进行深层次的空间分析，提供规划、管理和决策信息。
4.国内应用较广泛的GIS软件平台Main GIS software platforms
a. ARC/Info ESRI(US)
b. MapInfo MapInfo (US)
c. MGE (including MGA) Intergraph (US)
d. GenaMap GENASYS (Australia)
e. MAPGIS 武汉地质大学
f. GeoStar (吉奥之星) 武汉测绘科技大学
Ⅹ。数字地面模型及其应用Digital Terrain Model and Applications
1．数字地面模型的概念Concept of DTM
数字地面模型（Digital Terrain Model）,简称数地模（DTM），是描述地表形态的一系列点坐标值（X，Y，Z）的集合，即地形特征的空间分布。
数字地面模型这一概念，是由美国麻省理工学院教授Charles L. Miller于五十年
代后期提出的，首先用于公路工程设计。
2．数字地面模型的种类Classification of DTM
数字地面模型，可根据其数据结构、建立方法、用途等进行分类。DTM 可以定义为二维区域上的地形、地质、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息。
1).数字地面模型DTM
DTM 是以一系列三维坐标点（包括平面坐标X，Y和高程Z）表示的地形表面数字模型。
2).数字高程模型DEM
DEM（Digital Elevation Model）是DTM 的特例或子集，定义为二维区域上的高程。DEM 中点的平面位置，通常是按规则排列的，如矩形格网，其精确位置（坐标）可根据所在的行列序号、格网间距及起始点的已知绝对坐标，快速计算出来。
数字高程模型也叫DHM——Digital Height Model.
3) 离散点DTM
离散点DTM，是指表示地表形态的地形点位置为随机的，不规则的。例如，沿等高线及地形特征线采样生成的DTM。
4）三角网数字地面模型TIN
三角网DTM，是指按一定规则构成的不规则三角网TIN（Triangulated Irregular Network）.通常是将按地形特征采集的点，连接成覆盖整个区域且互不重叠的三角形。建立TIN的规则，主要是基于最佳三角形的条件，即尽可能使每个三角形保持锐角三角形或三边的长度近似相等，避免出现过大的钝角和过小的锐角。三角网数字地面模型TIN由于能够很好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地貌形态比矩形格网（Grid）更精确，近年来得到了较快的发展和应用。TIN 的缺点在于，它比矩形格网DEM更复杂，它不仅要存储每个点的高程，还要存储其平面坐标、网点连接的拓扑关系、三角形及邻接三角形等信息。
3．DEM 数据点采集方法
1）地面测量
利用全站仪等带自动记录装置的地面测量仪器，在野外实地采集地形点。
2）既有地形图数字化
a.利用数字化仪进行手扶跟踪；
b.利用扫描数字化仪扫描地形图，再半自动跟踪进行矢量化处理。
3）模拟机助测图系统
在模拟立体测图仪机助测图系统上，通常采用等高线方式采集DTM，同时量测地形特征点、特征线。
4）解析测图系统
在解析测图仪上，可以较灵活地沿断面、等高线、离散点等多种方式进行DTM 点采样。
5）数字摄影测量系统
高效、自动提取DTM/DEM，加上预处理和多种编辑功能，是数字摄影测量系统的突出优点之一。
6）GPS 全球定位系统
测量型的GPS全球定位系统，特别是带动态实时差分GPS，可以在野外采集DTM 数据点。
4．数字地形模型软件
数字地面模型DTM的理论和实践由数据采集、数据处理及应用三个部分组成。DTM的数据处理和应用，需要专门的DTM软件完成。
DTM的数据处理，包括数据的组织、存储、抽取、内插，距离、面积、体积、断面、土方计算等。
国际上比较著名的DTM软件包，有德国斯图加特大学的SCOP程序，慕尼黑大学的HIFI程序，奥地利维也纳大学的SORA程序，瑞士苏黎士工业大学的CIP 程序等。
5．数字地形模型的应用
1）道路等工程计算机辅助设计
2）生成等高线
3）制作正射影像图
4）制作立体透视图和立体景观图
5）土石方工程数量计算
6）绘制坡度图、剖面图及地貌渲晕图
7）军事上用于巡航导弹地形配准制导
8）制作军事电子沙盘
9）建立地形数据库等
二.航空摄影测量
Aerial Photogrammetry
1.航空摄影Aerial photography
a.航空摄影机Aerial camera
Leica: RC10, RC30
Zeiss: RMK, LMK
b.航摄仪焦距Focal length
窄角: 300 mm
常角: 210 mm
宽角: 153 mm
特宽角: 70 -- 100 mm
c.像幅Format 180mm*180mm
230mm*230mm
d.像片倾斜角Photo tilts and rotates angle
航向和旁向倾角: < 3--5度
航偏角: < 15度
e.像片重叠度Photo overlap
航向: >= 60 %
旁向: >= 30 %
f.摄影比例尺Photo scale
M图:M像= 5倍左右
2.外业控制测量与调绘Field control survey and Identification
a.控制点布设Control planning
平面控制点一般布设在所测区域的四角及周边,高程控制点则根据精度要求按基线数敷设高程导线.
b.地面标志布设Ground mark arrangement
对于高精度的测绘项目,在航空摄影前应在计划的平面控制点位置布设特定形状的标志.
c.控制点联测Control surveying
一般应先与高等级的国家三角点联测,控制点实测可用全站仪,激光测距仪,GPS 全球定位系统等仪器进行.
d.野外调绘Field Identification
外业调绘系指利用航摄像片,放大像片或地形原图,实地辨认并绘注植被边界,电力线,通讯线,以及道路,居民地,水系的名称等.
3.解析空中三角测量Analytical aerial triangulation
a.刺点Point marking
在涤纶像片上利用精密刺点仪,将选定的内业加密点刺出并编号标注.
b.立体观测Stereo observation
在精密立体坐标量测仪或解析测图仪上,立体量测加密点及框标在左右像片上的坐标.
当作业人员通过观测系统使左右眼分别观察左片和右片，则可看到重建的立体光学模型。
其他建立立体视觉的方法，包括:
互补色法(Complement color);
偏振光立体眼镜（Polarized stereo eyeglasses and emitter）法;
液晶立体眼镜（liquid crystal eyeglasses and emitter）法等。
c.内定向Internal orientation
内定向是指根据量测的像片四角框标坐标和相应的摄影机检定植,恢复像片与摄影机的相关位置,即确定像点在像框标坐标系中的坐标.
d.相对定向Relative orientation
相对定向的含义是,恢复摄影瞬间立体像对内左右像片之间的相对空间方位. 确定两个像片的相对空间方位需要5个参数. 相对定向的数学关系通常用同名光线共面条件表示,即左右摄影中心至地面点的两条光线共面.相对定向一般假定左像片保持水平不变,右片相对左片的五个参数通常以基线分量Bx, By 和右片的旋转角Ф,W,K表示. 相对
定向方程式为非线性函数,需要将其线性化. 相对定向至少需量测6个定向点,利
用最小二乘法平差解算.
Z Z′
Y Y′
S 基线S′ X′
左核线a a′ 右核线
A
图1. 立体像片对示意图
d.绝对定向Absolute orientation
绝对定向也称大地定向,是指确定立体模型或由多个立体模型构成的区域的绝对方位,也就是确定立体模型或区域相对地面的关系. 绝对定向参数为7个.
e.区域平差Block adjustment or Block aero-
triangulation
区域平差也称区域空中三角测量,俗称电算加密，是对整个区域网进行绝对定向和误差配赋.区域平差目前一般采用独立模型法或光线束法.独立模型法是以单个立体模型为单元;而光线束法则以单张像片为单元。
g.联合平差Simultaneous adjustment
联合平差是指，摄影测量数据与非摄影测量数据的整体联立解算。联合平差也称，带辅助数据的解析空中三角测量。辅助数据系指大地测量观测数据，例如地面距离、水平角、方位角，像片外方位元素，湖面点等高等条件。目前，联合平差主要是指，摄影测量数据与机载GPS精确定位数据的同时整体解算。这是解析空中三角测量的一项重要进展，可以实现少地控或无地控空中三角测量。
h.加密成果Triangulation results
解析空中三角测量的成果，包括所有加密点的三维坐标和像片的外方位元素。每张像片外方位元素有6个，包括像片对应的摄影中心坐标和三个绝对角元素。
4. 数据采集―测图Data collection―Mapping
a.内定向Inner orientation
在立体测图仪上的内定向, 是通过严格的装片来实现的,即使用对点器―一种精巧的放大镜, 分别地将涤纶像片上的框标精确对准承片盘上的相应框标. 从而就实现了恢复像片内方位元素.
对于解析测图仪, 则只需将像片的基线大致平行于仪器的X轴. 像片的内定向,是通过精确量测像片的四角框标, 利用严密的解析公式计算求解, 同时进行像片的变形改正.
b.相对定向Relative orientation
对于模拟型立体测图仪, 包括机助测图系统, 立体像片对的相对定向, 是通过左右像片车架的空间运动来实现的, 以便消除立体模型内各点的上下视差, 从而实
现恢复立体像对左右片在摄影瞬间的相对空间方位.解析测图仪的相对定向, 与解析空中三角测量的相对定向算法相同, 而且可以利用加密成果中的像片外方位元素直接进行安置, 可以加快相对定向的速度.
c.绝对定向Absolute orientation
传统的模拟立体测图仪绝对定向, 通常分成高程置平和平面对点两个步骤来完成的. 立体模型的绝对定向, 通常需要6个已知平高定向点, 至少应有4个平高点.
解析测图仪和机助测图系统, 立体模型的绝对定向, 是按三维正形变换算法, 利用最小二乘法进行平差解算的.
d.地物采集Feature collection
作业人员在完成立体模型的绝对定向后, 需经专职质量检查人员联机检查, 确认精度符合要求后, 方可进行地物采集. 应参照外业调绘片，在立体模型上仔细辨认，分类进行测绘. 对于数字化测图, 应按统一的地物编码系统分类进行采集,并且分层进行存储. 同时采集的数据还应加上地物属性, 以方便于同GIS建立接口. 为了便于在采集和编辑中明显地区分不同的地物, 各种现状地物通常赋予相应的颜色.
e.地貌采集Capture of topographic data
在传统的模拟测图中，包括机助测图中，地貌采集是由等高线描绘和注记高程点两个部分组成的。等高线的基本等高距，应按规范根据成图比例尺、地形类别及用图需要选定；计曲线则取基本等高距，即首曲线的5的倍数。
高程注记点，一般选在明显地物点和地形点上，依据地形类别及地物点和地形点的多少，其密度规范规定图上每10cm×10cm为5―20个点。
在解析测图仪上，地貌测绘可以有多种选择方式，除按等高线和高程注记点外，还可采用按程序控制的矩形格网或断面方式采集地形点。
5.原图编辑Editing of original map
地形原图编辑包括，对原图中地物地貌表示不合理之处的处理，相邻图幅的接边处理，以及道路、河流、街道等名称的注记。
6.原图清绘Map drafting
在传统的模拟测图中，原图清绘的主要任务是在铅笔稿原图上进行清理着色，或者在聚脂薄膜上刻绘。
对于数字化测图，在经过图形编辑和审校后，可直接利用高精度绘图机绘制线划地形图，还可用磁介质提供数字地形图产品。
7.外业补测、补调Field additional identification and survey
对于航摄漏洞，像片在摄影时被烟云遮盖或地物为阴影所遮挡部分，以及城镇大比例尺测图中量注屋檐等，均须实地进行补充调绘和地面测绘。在这种情况下，尚需进行二次编辑。
三．数字摄影测量基本概念
Basic concept of digital photogrammetry
1．数字摄影测量的定义Definition of digital photogrammetry
目前，世界上对于数字摄影测量的定义，主要有两种观点。
a. 数字摄影测量是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。
美国等国称之为软拷贝摄影测量（Softcopy Photogrammetry），我国王之卓教授称为全数字摄影测量（Full Digital Photogrammetry）.这种定义认为，在数字摄影测量过程中，不仅产品是数字的，而且中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的。
b. 另一种定义，则只强调其中间数据记录及最终产品是数字形式的，即数字摄影测量是基于摄影测量的基本原理，应用计算机技术，从影像（包括硬拷贝，数字影像或数字化影像）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分支学科。
这种定义的数字摄影测量，包括计算机辅助测图（常称为数字测图）与影像数字化图。
影像数字化测图，是利用计算机对数字影像或数字化影像进行处理，用计算机视觉（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，完成影像几何与物理信息的自动提取。
还有一种类型称之为混合数字摄影测量，通常是在解析测图仪上安装一对ＣＣＤ数字相机，对要量测的局部影像进行数字化，有数字相关（匹配）获得点的坐标。
2. 数字影像获取与重采样
Acquiring and resampling of digital image
１）。数字影像
数字影像是数字摄影测量的基础原始数据。数字影像是以像元（像素pixel＝picture element）为单位，以灰度值表示的灰度矩阵。也就是说，在扫描过程中将光学影像抽像为像元的点阵，每个像元范围（一个微小的区域）取灰度的平均值作为灰度值。
在解析摄影测量中，一个目标点向量Xap 是三维的
Xap = (X, Y, Z)t
数字摄影测量与解析摄影测量及模拟摄影测量的根本区别, 在于对影像辐射信息的计算机数字化处理. 在全数字化摄影测量中,目标点向量Xdp 为 4 维
Xdp = (X, Y, Z, D) t
其中D = D(X , Y) 是该点的辐射量--影像的密度或灰度值,集合{D}就构成了数字影像.
2). 数字影像获取Digital image collection
数字影像可直接从装在飞行器上的传感器产生,记录在磁介质上; 也可以利用影像数字化器对摄取的光学影像扫描来获取,即把原来模拟方式的信息转换成数字形式的信息.
通常的航空像片,均须利用高精度的专用扫描仪将其数字化.这种扫描仪一般是由CCD(Chauge Coupled Device- 电偶合器件)阵列传感器组成,分为线阵列和面阵列两种排列方式.
目前,用于数字摄影测量的高精度扫描仪,主要有如下几种:
a. Leica-Helava 公司的DSW 300 扫描仪
b. Zess-Intergraph 公司的PhotoScan 扫描仪
c. Vexcel VH4000扫描仪
3). 影像重采样Image Resampling
影像重采样,是指在原采样的基础上再一次采样,即当欲求不位于采样矩阵点的灰度值时,就需要进行内插,乃称之为影像重采样.每当对数字影像进行几何处理时,
就需要作影像重采,影像的旋转、核线影像排队以及数字影像纠正,均属于影像重采样.
4). 影像数据量
数字影像的每一个数据代表了被摄物体上一个点的灰度或辐射强度,此点称为像元素、或像素、或像元.
像素的灰度值常以8位二进制数表示,即一个字节(byte).
像素的间隔即采样间隔,根据采样定理由影像的分辨率确定.当采样间隔为0.05mm(响应于50μ)时,一张23cm ×23 cm的影像约包含21 M (兆)字节(1M = 1000000). 若采样间隔为15μ时,一幅影像的数据量为70 M 左右. 一幅SPOT 卫星影像约为36 M 字节.这表明数字影像的数据量是非常庞大的.
3. 影像匹配的基本概念Basic Concept of Image Matching
1).影像匹配的定义Definition of Image Matching
影像匹配, 实质上是在两幅(或多幅)影像之间识别同名点. 它是计算机视觉研究的核心问题, 也是数字摄影测量的核心问题.
数字影像匹配, 是利用计算机以数值计算方式,按特定的算法,根据一定的准则,比较左右影像的相似性,来确定其是否为同名影像块, 从而确定相应同名像点. 2).影像匹配研究的内容: Concerning Contents of Image Matching
影像匹配研究的内容, 涉及影像匹配的精确性, 可靠性, 算法的适应性, 以及匹配速度等.
3).影像匹配策略: Strategy of Image Matching
_ 多级影像匹配;
_ 从粗到细的影像匹配;
_ 从单点匹配到整体匹配;
4. 影像相关原理Principle of Image Matching
影像相关是利用两个相关函数,评价它们的相似性,以便确定同名点. 即首先取出以待定点为中心的小区域中的影像信号,然后取出其在另一影像中相应区域的影像信号,计算两者的相关函数,以相应函数最大值对应的相应区域中心点为同名点,即以影像信号分布最相似的区域为同名区域. 同名区域的中心点为同名点. 这就是自动化立体量测的基本原理.
最初的影像匹配,是利用相关技术来实现的,随后发展了多种影像匹配方法,所以影像匹配常常被称为影像相关.
5. 二维相关与一维相关
2 Dimensional Correlation and Linear Correlation
二维相关一般先在左影像上确定一个待定点,称之为目标点,以此待定点为中心选取M ×N 个像素的灰度阵列,作为目标区或称目标窗口. 在右影像上确定可能的搜索范围,相关过程就是依次在搜索区中取出M ×N 个像素灰度阵列,此搜索窗口通常取M = N,计算搜索窗口与目标区的相似性测度,当相似性测度取得最大值时,该搜索窗口的中心像素,则认为是待求的同名点.
一维相关,是利用摄影测量中”核线”的特性,将二维相关简化为一维相关. 这里首先介绍核线的含义和特性.核面是通过摄影基线(插图中SS’)和任一地面点的平面.核面与左右影像相交的线,称为同名像点的左、右同名核线.由上述定义可知核线的特性为:同名像点必然位于同名核线上.根据核线的这一特性,同名像点在右影像的搜索区,就可由面状区域缩小成一个线段—同名右核线.从而可大大提高影像相关的速度.
Z Z′
Y Y′
S 基线S′ X′
左核线a a′ 右核线
A
图1. 立体像片对示意图
6. 金字塔影像Pyramid Image
综合考虑相关结果的正确性(或称可靠性)与精度(准确性),得出目前广泛应用的从粗到精的相关策略.即先通过低通滤波,进行初相关,找到同名点的粗略位置,将其结果作为预测值,逐渐加入较高的频率成分,然后在逐渐变小的搜索区精确相关,最后用原始信号,以得到最好的精度.这就是分频道相关的方法.
对于二维影像逐次进行低通滤波,并增大采样间隔,得到一个像元总数逐渐变小的影像系列,依次在这些影像中相关,即对影像的分频相关. 具体做法是,通过每 2 ×2 = 4 个像元平均作为一个像元,构成第二级影像,如此下去,将这些影像叠置起来,很像一座金字塔,因此通常称之为金字塔影像(Pyramid),或分层结构影像(Hierachical Structure),其每级(层)影像的像元个数,均是其下一层的四分之一.
7. 特征匹配与整体匹配Feature Based Image Matching
and Integrated(Global) Image Matching
1). 基于特征的影像匹配
Feature Based Image Matching
前述的影像匹配算法,均是在以待定点为中心的窗口(或称区域)内,以影像的灰度分布为影像匹配的基础,故称之为灰度匹配(Area Based Image Matching).
特征匹配或基于特征的匹配(Feature Based Matching,在计算机界也称为Primitive Based Matching),根据所选取的特征,可以分为点特征匹配、线特征匹配及面特征匹配.
一般说来,特征匹配可分为三步:
a.特征提取;
b.利用一组参数对参数进行描述;
c.利用参数进行特征匹配.
多数基于特征的匹配方法,也使用金字塔影像结构,即将上一层影像的特征匹配结
果,传到下一层作为初始值,并考虑对粗差的剔除或改正. 由于基于特征的匹配,是以”整像素”精度定位,因而对于需要高精度的情况,将其结果作为近似值,再利用最小二乘影像匹配进行精确匹配,取得”子像素”级的精度.
2). 关系匹配与单像计算机视觉Relational Image Matching and Monocular Image Computer Vision
影像匹配—基于灰度或基于特征的匹配,均是解决影像与影像的匹配问题;
相关匹配—可以解决图形的匹配问题. 关系匹配(Relational Matching)的核心之一,是结构的描述—关系. 这是关系匹配的基础. 影像通过特征提取,可以用它的结构来表示,从而可以直接解决影像和相应物体的配准. 这就是所谓单像计算机视觉(Monocular Image Computer Vision).
关系匹配可以用于图像与图像之间的匹配,也可以用于图像与物体之间的匹配. 前者属于双像(或多像)匹配,后者即为单像计算机视觉.
3). 整体影像匹配Integrated(Global) Image Matching
基于特征的影像匹配,考虑了目标窗口的信息量,遵循了先宏观、后微观,先轮廓、后细节,先易辨认的部分、后较为模糊的部分这一人类视觉匹配的规律,因而能够提高影像匹配的可靠性.
无论是基于灰度的影像匹配,还是基于特征的影像匹配,都是基于单点的影像匹配,即以待匹配点为中心(或边沿)确定一个窗口,根据一个或多个相似性测度,判别其与另一影像上搜索窗口中灰度分布的相似性,以确定待定匹配点的共轭点(同名点).
整体影像匹配,由于考虑了与周围影像的相容性、一至性、整体协调性,可以纠正或避免错误的结果,从而可提高影像匹配的可靠性.
整体影像匹配算法主要包括: 多点最小二乘影像匹配,动态规划影像匹配,松弛法影像匹配,人工神经元网络影像匹配等方法.
8. 影像匹配的精度Accuracy of Image Matching
以影像匹配为基础的数字摄影测量, 无论在量测的速度还是达到的精度,都创造了惊人的奇迹,具有速度快、精度高、稳定性好、自动化程度高等特点.例如,利用采样间隔50μm的数字影像进行相对定向,其残差的中误差(均方根误差)可达3―5μm,这相当于在分辨率为2μm的解析测图仪上人工量测的结果. 对于解析测图仪,其点位观测精度通常为分辨率的2—3 倍.
影像匹配即使在定位到整像素的情况下,其理论精度也可达到0.29 像素的精度,约为三分之一像素.
在提高量测精度方面,用于单像量测的”高精度定位算子”和用于立体量测的”高精度影像匹配”,其理论精度均可达1/10 像素,即达到子像素级精度.
Ackermann 教授提出的最小二乘影像匹配(Least Square Image Matching),影像匹配可达到1/10 — 1/100 的高精度.
9. 数字微分纠正原理Principle of Digital Differential Rectification
航摄影像为中心投影，要将它变成正直投影，需要进行正射纠正。在模拟摄影测量中，使用纠正仪将航摄像片纠正为像片平面图；在解析摄影测量中，利用正射投影仪，例如Leica 公司的OR1，Zeiss 公司的Ｚ２，通过机控缝隙光学纠正，制作正射影像地图。这些作正射纠正的仪器，均为光机纠正仪器。
在数字摄影测量中，采用微分纠正方法获取正射影像，即按像点和物点的构像方程式，或按一定的数学模型，根据数字地面模型（ＤＴＭ）及有关参数，对原始的非正射影像进行映射变换，获取正射影像。
数字微分纠正，依划分的最小纠正单元，可分为点元素纠正和线元素纠正两类。数字微分纠正与光学微分纠正一样，其基本任务是实现两个二维图像之间的几何变换。
在数控正射投影仪中，是利用反算公式（共线方程式），解求缝隙两端点的对应像点坐标，然后由计算机解求微分线段的纠正参数，通过控制系统驱动正射投影仪的光学、机械系统，实现线元素的纠正。在纠正运算中，任一点的高程Ｚ，由ＤＥＭ内插求得。在数字纠正中，则解求对应像元素的位置，然后进行灰度的内插与赋值运算。
数字纠正的实际解法，从原理上来说，是属于点元素纠正，但在实际的软件系统中，均是以“面元素”作为纠正单元的，一般以正方形作为纠正单元。利用反算公式计算该单元４个“角点”的像点坐标，再沿X 和Ｙ方向，在“面元素”内线性内插求得纠正单元的坐标，其实质仍为线元素纠正。
10. 遥感图像的复合Remote Sensing Image Matching
在遥感图像复合之前，首先应作图像的几何校正，使不同遥感图像在几何上能完全匹配，空间分辨率一致化。例如，要把高分辨率黑白图像与低分辨率多波段图像进行复合，首先需利用控制点将两种图像纠正到同一投影系统，并把低分辨率多波段图像按高分辨率图像像元大小进行重采样。
11. 景观图的制作原理Principle of Landscape Visualization
若集合A表示某区域D上各点三维坐标向量的集合
A = {(X,Y,Z)│(X,Y,Z)C D}
集合B为二维影像各像素坐标与其灰度的集合
B = {(x,y,g)│(x,y)
C d}
其中d为与D对应的影像区域，则制作景观图实际就是一个A到B的映射，（X，Y，Z）与（x,y）及观察点S（视点）满足共线条件。其原理与航空摄影完全相同，所不同的是航空摄影接近于正直摄影，而景观图则是特大倾角“摄影”（将地面点投射到二维影像上），式中的g为像点（x,y）对应的灰度值，它可以是航空（航天）影像中相应像素的灰度值，也可以是根据地形及虚拟光源模拟出的值。模拟灰度景观图：在DTM透视图经过隐藏线、面的消隐处理之后，再用明暗度公式计算和显示可视面的亮度或颜色，其真实感又进一步提高。
真实景观图：真实景观图的制作原理，和模拟景观图相似，即在DEM透视图的基础上，对每一像素赋予一灰度值（或彩色），而且是取自对实地所摄影像的真实灰度值。
１２．影像解译—地物提取Image Identification—Feature Collection
利用数字摄影测量系统自动提取ＤＴＭ和制作正射影像图，已成为成熟的技术。目前，研究重点是影像特征的提取，以适应城市、工程等领域大比例尺数字测图地物的识别与提取。
摄影测量的两项基本任务，是对影像的量测与理解（识别）。基于立体像对的量测，是提取物体三维信息的基础。常规摄影测量方法，采用人工目视在立体影像中识别判读物体。
数字摄影测量中，各种特征提取的算法很多，可分为点特征、线特征与面特征的提取。数字摄影测量中对居民地、道路、河流等地面目标的自动识别与提取，主要是依赖于对影像结构与文理的分析。在该领域已经有了较好的研究成果。VirtuoZo NT 数字摄影测量系统，在道路和房屋的半自动提取方面，已取得重大突破性进展，达到了生产实用程度。
四．数字摄影测量系统Digital Photogrammetric System Ⅰ．世界上知名的数字摄影测量系统简介
1. Helava 数字摄影测量系统
a.硬件配置：
扫描仪: DSW 300
分辨率: 0.5μ
精确度: 2μ (单轴中误差)
影像幅面: 260 mm × 260 mm
扫描速度：1M 字节/秒,
4分钟以15μm扫描一张23×23cm黑白像片
像素尺寸: 连续可调4μm-- 20μm
计算机平台: SUN Ultra 30 Workstation
操作系统：Unix
立体观测和采集装置：
SUN 工作站专用的图形加速卡
偏振光屏幕Z-Screen 或液晶眼镜CrystalEyes
3D 手动测绘台及手轮脚盘可选
b.软件配置：
SOCET SET ─ 数字摄影测量核心软件，包括：
自动空中三角测量
SPOT，LANDSAT，JERS卫星摄影测量
近景摄影测量
DTM 提取及编辑，
正射影像纠正及镶嵌等
PRO 600 ─ 以MictoStation 为图形环境的地物采集软件等
2. ImageStation 数字摄影测量系统
a. 硬件配置：
扫描仪：PhotoScan
分辨率: 1μ
精确度: 2μ (单轴中误差)
影像幅面: 250 mm × 275 mm
扫描速度：10分钟以14μm扫描一张23× 23cm黑白像片像素尺寸: 7, 14, 21, 28, 56, 112, 224μ
计算机平台: Intergraph TDZ Workstation
操作系统：Windows NT
立体观测和采集装置：
Intergraph 专用的图形加速器GLZ
红外-液晶立体眼镜Infrared-Liquid Crystal glasses
28″16：9 宽屏显示器
3D 鼠标（无手轮和脚盘配置）
b. 软件配置：
ISDM 定向和量测软件
Match-AT 自动空中三角测量软件
Match-T 自动相关提取DTM 软件
ISFC 基于MicroStation 图形环境的地物采集软件Base Rectifier 数字影像纠正及镶嵌软件
Map Publisher 地图出版软件等
3. Phodis 数字摄影测量系统
a. 硬件配置：
扫描仪：PS-1 PhotoScan
分辨率: 1μm
精确度: 2μm (单轴中误差)
影像幅面: 260 mm × 260 mm
扫描速度：10分钟以15μm扫描一张23×23cm黑白像片像素尺寸: 7, 15, 30, 60, 120μm
计算机平台: SGI Workstation
操作系统：Unix
立体观测和采集装置：
红外-液晶立体眼镜Infrared-Liquid Crystal glasses
3D P-鼠标, 手轮和脚盘配置可选
b. 软件配置：
定向和量测软件
空中三角测量软件
TopoSURE 自动提取DEM 软件
PHOCUS 和CADMAP测图软件
PHODIS OP数字影像纠正及镶嵌软件
4．VirtuoZo NT 数字摄影测量系统
a. 硬件配置：
扫描仪：VEXCEL VX 4000
分辨率: 1μm
精确度: 2。5μm (单轴中误差)
影像幅面: 280 mm × 440 mm
扫描速度：6分钟以15μm扫描一张23×23cm黑白像片像素尺寸: 7。5μm —160μm
也可选用PhotoScan 或DSW 300 扫描仪
计算机平台: Pentium ⅡPC Computer
操作系统：Windows NT
立体观测和采集装置：
通用的图形显示卡
液晶立体眼镜或偏振光屏幕立体眼镜
3D 鼠标或手轮和脚盘可选
b. 软件配置：
定向和量测软件
自动空中三角测量软件
DTM 及图形编辑软件
自动相关提取DTM 软件
地物采集软件
道路与房屋半自动提取软件
数字影像自动纠正软件
等高线自动生成软件
影像自动镶嵌软件
三维建模、纹理处理及立体景观动态显示软件
卫星及近景摄影测量软件等
Ⅱ. VirtuoZo NT 生产作业流程VirtuoZo NT Production Workflow 1.作业流程图
数字影像输入
建立参数文件
全自动内定向自动空中三角测量
自动相对定向区域网平差
半自动绝对定向
核线重采样
预处理
采集特征点线
影像匹配等高线及注记生成
匹配编辑等高线编辑
第三方高程信息提取DTM/DEM
DEM 编辑
DEM 拼接
MicroStation接口
IGS 测绘地物地物测绘
数字影像纠正线状地物半自动提取
生成等高线
影像镶嵌
等高线编辑立体反光镜立体眼镜正射影像测图
正射影像修复双屏幕影像漫游测标漫游
正射影像等高线要素地物要素
地图整饰与输出
图2。VirtuoZo NT 作业流程图
2。数字影像输入Image input
航空影像通过高精度专用扫描仪将其数字化，得到以二维像元灰度矩阵表示的数字影像。可以接受的数据格式有：TIFF，SGI（RGB），BMP，TGA，SUNRaster,VIT,JFIF/BSF 格式。
3。自动空中三角测量Automatic aerial triangulation
自动空中三角测量，包括自动内定向，自动选点与转刺，自动相对定向，半自动控制点量测，区域网平差解算全区加密点地面坐标，以及自动建立测区内各立体像片对的相关参数。
a.自动内定向Automatic internal orientation
在数字摄影测量中，自动内定向是指框标的自动识别和定位。从而实现恢复单张像片的内方位元素。VirtuoZo NT 的自动化程度很高，只需人工辅助精确识别任一个框标，自动作成模板，所有框标均自动识别。利用影像匹配技术和模式识别方法确定框标坐标，根据框标检定坐标，用最小二乘平差方法计算扫描坐标系与像片坐标系间的变换参数，自动完成单张像片的内定向。任一像元的影像扫描坐标，可利用内定向参数变换成像平面坐标系的坐标。
系统同时具有人工交互后处理功能。
b.自动选点与刺点Automatic point identification and marking
系统具有自动选点与刺点功能，即在基本影像上选择内业加密点并自动编号，通过影像匹配自动标识在相邻的同名影像上，包括相邻航线的同名影像上。
c.自动相对定向Automatic relative orientation
首先在左（右）影像上分区提取特征点，然后利用二维影像匹配算法，自动在右（左）影像上寻找若干个同名点（通常超过100个点），作为相对定向的定向点，确定这些点的像平面坐标，再按解析摄影测量的相对定向算法，解求出立体像对的5个相对定向参数。根据相对定向参数就可确定立体影像对内左、右影像的相对方位，计算出各点的模型坐标。
系统提供人工交互后处理功能。为了适应传统的模拟机助测图系统和解析测图系
摄影测量学 第一章绪论 1、基础地理信息类型传统的 4D 数 据 DLG－Digital Line Graphic，数字线 化图 DEM －Digital Elevation Model，数字高程模 型 DOM － Digital Orthophoto Map，数字正 射影像 DRG － Digital Raster Graphic，数 字栅格地图 2、传统的摄影测量学 是利用光学摄影机获取的像片，通过像片来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系的一门科学技术。 3、摄影测量与遥感 是对非接触传感器系统获得的影像进行记录、量测、分析和表达，从而获得地球及其环境和其它物体的可靠信息的一门工艺、科学和技术。 4、摄影测量是影像信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。 5、摄影测量的任务： （1）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 （2）非地形测量领域生物医学、公安侦破、交通事故、勘察古文物、古建筑建筑物、变形监测、工业摄影测量、环境监测 6、摄影测量的特点 ?无需接触物体本身获得被摄物体信息 ?由二维影象获取对象的空间三维信息 ?面采集数据方式，信息丰富逼真 ?同时提取物体的几何与物理信息 7、摄影测量学的三个发展阶段 （1）模拟摄影测量阶段(1851-1970) ?利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得 到地形图和各种专题图 （2）解析摄影测量阶段(1950-1980) 以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来 研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各种摄影 测量产品的一门科学 （3）数字摄影测量阶段(1970-现在）基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何与物 理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品 8、摄影测量三个发展阶段的特点
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
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
摄影测量学的发展状况Last revision on 21 December 2020
摄影测量学的发展状况 胡鹏 中国石油大学（华东）青岛校区，266555 摘要本文主要介绍了摄影测量学的概念及发展状况。随着信息时代的发展，3S技术的逐渐成熟，数字地球的逐步发展，以及先进的仪器设备制造产业的发展，摄影测量的应用领域也越来越宽.定位技术，空三，DOM制作，影像匹配，自动变换匹配是摄影测量学的核心，围绕着这些方法技术，摄影测量学的发展更加完善。 关键词摄影；测量；数字地球；定位技术；空三；DOM制作；影像匹配；自动变换匹配 The State of The Photographic Surveying Hu Peng China University of Petroleum（Qingdao Campus）26555 Abstract This passage is mainly about the concept and development of Photographic Surveying。With the development of information era，the maturity of 3S Technology, the development of the Digital Earth, and the development of the instrument equipment manufacturing industry, the application fields of the Photographic Surveying has become wider and wider. Positioning technology, aerial triangulation, DOM producing, image matching, automation matching are the core of the Photographic Surveying, around with these methods and technology, the development of Photographic Surveying will become more and more complete. Key words :Photography, Surveying, Digital Earth, Positioning technology, aerial triangulation, DOM producing, image matching, automation matching. 0 引言 随着计算机技术以及数字图像处理、模式识别、计算机视觉和人工智能等相关技术的不断发展,摄影测量与计算机学科相互渗透交叉,摄影测量在经历模拟摄影测量、解析摄影测量两个发展阶段后,现已进入数字摄影测量阶段,这对整个摄影测量的教学、科研、生产都产生了极其深远的影响。从测绘学科而言,传统的摄影测量已发展为新兴的信息产业;从摄影测量学科而言,经典的摄影测量已发展为摄影测量与计算机视觉。数字摄影测量所使用的设备最终将是计算机加上相应的标准外设,它的产品形式是全数字化的数字产品。随着传感器技术和自动化技术的发展,当代数字摄影测量不仅依然是遥感空间信息获取的重要分支学科,而且其研究及应用范围变得非常广泛。 现代测绘技术, 已向集成化、实时化、动态化、数字化、自动化、智能化方向发展。经典的大地测量平面定位手段逐步被全球卫星定位系统技术所取代;传统的地图测制手段正向数字化测图技术过渡;传统的模拟测绘产品逐步向数字化地理信息产品转变;传统的测绘“老三仪”,即经纬仪、水准仪、平板仪开始向以为代表的现代测绘技术手段转化, 传统的测绘产业逐步向现代地理信息产业或现代测绘产业转变。尤其3S集成, 满足实时、准时要求的空间信息处理技术的应用, 将大大加快空间信息获取、处理与更新的速度, 为国民经济建设和社会发展以及管理决策提供更广泛、更有效的服务
摄影测量及其发展 一、摄影测量的基本原理 1、概论 摄影测量学的主要任务是从理论上研究摄影像片与所摄物体之间的内在几何和物理关系。利用这种几何关系可以确定被摄物体的形状、大小、位置等几何特性；利用它们之间的物理关系可以判定所摄物体的性质，做出正确的解释。为了实现上述目的，还需要从技术上研究和制造出摄影像片获取和处理的仪器、材料和作业方法。 摄影测量从本质上讲就是由二维影像→三维空间的学科。由测绘学科而言，摄影测量来自于“前方、后方交会”。而普通的测量定义则是在两个已知点1,2上，安置经纬仪，对未知点A测定水平角、垂直角，进行前方交会来测量未知点的坐标。 2、摄影测量的阶段：模拟摄影测量→解析摄影测量→数字摄影测量。 其中模拟摄影测量主要是指模拟测图仪进行的摄影测量，属于手工操作的模拟产品；解析摄影测量则主要是依据像片像点与相应地面点的数字关系，借助计算机用数学解算方法进行的摄影测量，属于机助作业员操作的模拟数字产品；数字摄影测量是从数字影像中获取物体三维空间数字信息的摄影测量，属于自动化操作的数字产品。 3、摄影测量的分类： （1）、航天摄影测量（卫星）：利用航天摄影资料所进行的摄影测量。 （2）、航空摄影测量（飞机）：利用航空摄影资料所进行的摄影测量。 （3）、地面摄影测量（近景）：利用地面摄影的像片对所摄目标物进行的摄影测量。 二、摄影测量的基本原理与方法 1、摄影测量的两个基本内容。 （1）、建立起影像和物体的基本关系，即在两张影像上测定同一目标点——对应性。（2）、由影像坐标计算空间坐标——建立影像与空间的解析关系。 2、由影像到物体的变换差数。 3、由影像到物体的解析关系。 通过同名特征点的提取，获得一组观测值，应用于电脑处理搞定。 4、怎样确定9个方位元素。 九个方位元素主要包括内方位元素，即其在坐标轴上的横、纵、高坐标和外方位元素，即在空间坐标系中和地面辅助坐标系中坐标。前者一般是已知的，而后者则主要靠航摄像片来确定。 5、计算机怎样确定对应关系。 其基本原理是： （1）、物体表面一般都是光滑的，因此物体表面上各点在图像上的投影是连续的，其视差也是连续的。 （2）、区域匹配。即粗匹配，是指将大的表面分成几个部分，然后通过某种对应关系或者某种方法，将同一场景不同视点的区域进行匹配。 （3）、用两个摄像机同时观察空间点，则该点在摄像机中分别所成的像，成为对应点，且一一对应。 （4）、极线约束。 6、摄影测量的两个基本问题。
一、摄影测量的发展历史： 摄影测量学发展至今，经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个发展阶段 摄影测量学三个发展阶段的特点： 我国摄影测量的发展历史 中国的摄影测量历史最早可追溯到1902年，当年的北洋大学曾用进口的摄影经纬仪做过建筑摄影测量试验。 中国的航空摄影测量始于1931年，浙江省水利局航测队与德国测量公司合作进行首次航空摄影，摄取了钱塘江支流浦阳江一段河道的航片，随后，国民党政府成立航测队。主要测制了中国局部地区1:1万和1:2.5万军事要塞图，以及湘黔、成渝一带l:5万地形图。 1949年中华人民共和国成立以后，航空摄影得到飞速发展。国家测绘局、林业、农业、地质、铁道、石油、水利等部门都积极开展了航空摄影。1980年前，中国利用航空摄影测量主要制作1:25000-1:100000各种比例尺地形图，采用的是分工法和全能法测图。 1980年后，利用解析和数字摄影测量方法，全国范围主要制作1:50000地形图，各省市主要制作1:10000和1:5000地形图，城市则是制作1:1000和1:2000地形图，构成各类GIS的地形数据库。 21世纪初，数码摄影仪面世之后，城市大比例尺航测制作正射影像图得到了迅速发展，现在已经发展到制作三维城市电子地图。目前，中国已经构建了1:1000000、1:250000和1:50000全国空间数据库，包括的数据产品有DOM、DEM、DLG和DRG四类，还有地名数据库和土地利用数据库等，各省市已经或正在建立1:10000全省空间数据库。许多大中城市已建立了1:500-1：2000空间数据库。这些都成为构建“数字中国”、“数字省区”和“数字城市”的重要基础。 2006年国家测绘局启动了西部测图计划，使用了一批新设备、新技术、新航空航天遥感影像，将改写中国西部200多万平方公里无1：50000地形图的历史。
摄影测量学复习题及答案(全) 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
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。
一、名词解释 1、像片比例尺：像片上的线段l与地面上相应线段的水平距L之比。 2、绝对航高：摄影物镜相对于平均海平面的航高，指摄影物镜在摄影瞬间的真实海拔高度。 3、相对航高：摄影物镜相对于某一基准面的高度 4、像点位移：一个地面点在地面水平的水平像片上的构象与地面有起伏时或倾斜像片上构象的点位不同，这种点位的差异称为像点位移 5、摄影基线：航线方向相邻两个摄影站点的空间距离 6、航向重叠：同一航带内相邻像片之间的影像重叠称为航向重叠 7、旁向重叠：两相邻航带像片之间也需要有一定的影像重叠，这种影像重叠称为旁向重叠 8、像片倾角：摄影瞬间摄影机物镜主光轴偏离铅垂线的夹角 9、像片的方位元素：确定摄影瞬间摄影物镜（摄影中心）与像片在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态的参数，即确定这三者之间相关位置的参数。 10、像片的内方位元素：确定摄像机的镜头中心相对于影像位置关系的参数 11、像片的外方位元素：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 12、相对定向元素：确定像对中两像片之间相对位置所需的元素 13、绝对定向元素：确定单张像片或立体模型在地面坐标系中方位和大小所需的元素 14、单像空间后方交会：利用影像覆盖范围内一定数量的控制点空间坐标与影像坐标，根据共线条件方程，反求该影响的外方位元素，这种方法称为单幅影像的空间后方交会 15、空间前方交会：由立体相对左右两影像的内、外方位元素和同名像点的影像坐标量测值来确定该点的物方空间坐标（某一暂定三维坐标系统里的坐标或地面量测坐标系坐标），称为立体像对的空间前方交会 16、双像解析摄影测量：按照立体像对与被摄物体的几何关系，以数学计算方式，通过计算机解求被摄物体的三维空间坐标的方法，称为双像解析摄影测量。 17、空中三角测量：利用航摄像片与所摄目标之间的空间几何关系，根据少量像片控制点，计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法18、POS：机载定位定向系统POS是基于全球定位系统GPS和惯性测量装置IMU的直接测定影像外方位元素的现代航空摄影导航系统，可用于在无地面控制或仅有少量地面控制点情况下的航空遥感对地定位和影像获取。 19、影像的灰度：规则格网排列的离散阵列 20、数字影像的重采样：当欲知不位于矩阵（采样）点上的原始函数个（x,y）的数值时就需要进行内插，此时称为重采样 21、影像匹配：影像匹配即通过一定的匹配算法在两幅或多幅影像之间识别同名点的过程。 22、核线相关：利用立体像对左、右核线上的灰度序列进行的影像相关 23、像片纠正：通过投影转换，将倾斜像片变换成规定比例尺水平像片的作业
1摄影测量与遥感：从非接触成像和其他传感器系统，通过记录、测量、分析与表达等处理，获得地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺、科学与技术。 2摄影测量的特点：(1)无需解除物体本身获得被摄物体信息． (2)由二维影响重建三维目标． (3)面采集数据形式． (4)同时提取物体的几何与物理特性 4.摄影测量的技术手段有模拟法、解析法与数字法；摄影测量也经历了模拟摄影测量、解析摄影测量与数字摄影测量三个发展阶段 1空中三角测量：利用航摄像片与所摄目标之间的空间几何关系，根据少量像片控制点，计算待求点的平面位置、高程和像片外方位元素的测量方法。 2像点位移：由于在实际航空摄影时，在中心投影的情况下，当航摄的飞行姿态出现较大倾斜即像片有倾斜，地面有起伏时，便会导致地面点在航摄像片上构像相对于在理想情况下的构像，产生了位置的差异，这一差异称为像点位移。 3摄影基线：航线方向相邻两个摄影站点间的空间距离。 4航向重叠：同一条航线上，相邻两张像片应有一定范围的影像重叠，称为航向重叠。 5旁向重叠：相邻航线相邻两像片的重叠度 6同名核线：同一核面与左右影像相交形成的两条核线，其中核面指物方点与摄影基线所确定的平面。 7像片的内方位元素：表示摄影中心与像片之间相互位置的参数，f,x0,y0 8像片的外方位元素：表示摄影中心和像片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。 9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。 10绝对定向元素：描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数。 13同名像点：同名光线在左右相片上的构像 填空 1、4D产品是指 DEM、DLG、DRG、DOM。 2、摄影测量按用途可分为地形摄影测量、非地形摄影测量。 4、模拟摄影测量是利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转。 5、解析摄影测量以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学。 6、像点坐标的系统误差改正主要包括底片变形改正，摄影机物镜畸变差改正，大气折光改正和地球曲率改正。 7、共线方程表达的是像点、投影中心与地面点之间关系。 8、立体摄影测量基础是共面条件方程。 9、把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各张像片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称航线弯曲。 10、航摄像片为量测像片，有光学框标和机械框标。 11、地图是地面的正射投影，像片是地面的中心投影。 12、在像空间坐标系中，像点的z坐标值都为-f。 13、一张像片的外方位元素包括：三个直线元素(Xs、Ys、Zs ）：描述摄影中心的空间坐标值；三个角元素(?、ω、κ) ) ：描述像片的空间姿态。 14、相对定向的理论基础、目的、标准是两像片上同名像点的投影光线对对相交。 15、双像解析摄影测量的任务是利用解析计算方法处理立体像对，获取地面点的三维空间信息。 16、在摄影测量中，一个立体像对的同名像点在各自的像平面坐标系的x、y坐标之差，分别称为左右视差、上下视差。 17、解析法相对定向的理论基础是同名光线对对相交于核面内。 18、解析绝对定向需要量测 2 个平高和 1 个高程以上的控制点，一般是在模型四个角布设四个控制点。 19、解析空中三角测量按数学模型分为航带法、独立模型法、光束法。
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。
1、摄影测量对航摄资料有哪些基本要求？ 答：1）影像的色调要求影像清晰，色调一致，反差适中，像片上不应有妨碍测图的阴影。 2）像片重叠 同一航线上要求两相邻像片应有一定的重叠，称航向重叠。航向重叠：60% ~ 65% ，最小不应小于53%；相邻航线间也应有足够的重叠称旁向重叠。旁向重 叠：30% ~ 40% 最小不得小于15% 3）像片倾角在摄影瞬间摄影机轴发生了倾斜，摄影机轴与铅直方向的夹角称为相片倾角，不大于2°，最大不超过3°。 4）航线弯曲受技术和自然条件限制，飞机往往不能按预定航线飞行而产生弯曲，造成漏摄或旁向重叠过小从而影像内业成图。一般要求航摄最大偏距与全航线长之比不大于3%。 5）像片旋角相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的夹角称像片旋角，一般要求像片旋角不超过6°，最大不超过8°。 2、什么是像片重叠？为什么要求相邻像片之间及航线之间的像片要有一定的重叠？答：两张相邻的像片之间重叠的部分叫像片重叠为了满足测图的需要，在同一航线上，相邻两像片应有一定范围的重叠，称为航向重叠。相邻航线也应有足够的重叠，称为旁向重叠。 3、摄影测量常用哪些坐标系统，各坐标又是如何定义的？ 像方坐标系：像平面坐标系、像空间坐标系、像空间辅助坐标系；像平面坐标系：是以像主点为原点的右手平面坐标系。 像空间坐标系：以摄影中心S为坐标原点，x、y轴与像平面坐标系的x、y轴平行，z轴与光轴重合，形成像空间右手指教坐标系S-xyz。 像空间辅助坐标系：像点坐标可以直接从像片上量取获得，而各个像片的像空间坐标是不统一的，给计算带来了困难，就需要建立统一的坐标系，于是有了像空间辅助在坐标系。有三种取法：1. 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；2. 是以每条航线第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系；3. 以每个相片对的左像片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为u轴，以摄影基线及左片光轴构成的平面作为uw平面，过原点且垂直于uw平面(左核面)的轴为v构成右手直角坐标系。 物方坐标系：地面测量坐标系、地面摄影测量坐标系； 地面测量坐标系：高斯-克吕格3度或6度带投影的平面直角坐标系与定义的从某一基准面量起的高程两者组合而成的空间左手坐标系 地面摄影测量坐标系：地面测量坐标系是左手系，像空间辅助坐标系是右手系，给地面点由像空间辅助坐标系转换到地面测量坐标系带来困难，为此要建立一个过渡性坐标系，称为地面摄影测量坐标系。原点在测区内某一地面点上，X轴大致与航向一致的水平方向，Y轴与X轴正交，轴沿铅垂方向，构成右手直角坐标系。
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
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