摄影测量基础教案要点

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1、20132014 学年度第一学期授课教师：课程名称：摄影测量基础授课班级：12 测量授课周数：9周学时：2总学时：18班 级： 12 测量2013 年 9 月 6 日章、节、课题 第一章：绪论教 学 目 标知识目标能力目标德育目标掌握摄影测量的定义、任务 及其发展；了解摄影信息学的 形成于发展。掌握摄影测量学基本概 念扎实的理论基础是根本，从 小事做起，培养学生热爱测 量行业，服务本行业的理念重点摄影测量的定义难点对摄影测量三个阶段（模拟 摄影测量、解析摄影测量到 数字摄影测量）的理解。教学方法课堂讲授课件、教具无教学内容和教学A章绪论一、摄影测量的定义与任务1、摄影测量的定义：摄影测量是影像

2、信息状取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。1.1 影像信息获取：在遥感技术中，影像的获取除传统的框幅式胶片摄影机外，还使用全景摄影机、光学扫描仪（红外、多光谱）、CCD（电荷耦合器件）固体扫描仪及合成孔径侧视雷达（SAR等，他们提供了比黑白相片丰富多的影像信息。1.2 影像的处理：影像调色纠正、相对定向、绝对定向、空中三角测量1.3 影像的提取：在相片上进行量测和解译，无须接触被摄物体本身，因而很少受到外界条件的影响。1.4 成果表达：数字高程模型（DEM、数字先画图（DLG、数字栅格图（DRG、数字正摄影相图（DOM2、摄影测量的任务：测制各种比例尺地形图、建立地形数据库，并为各种地理信

3、息系统提供基础数据。二、摄影测量的发展1、模拟摄影测量1.1模拟摄影测量是用光学方法或机械方法模拟摄影过程，使两个投影仪恢复摄影时的位置、姿态和相互关系，形成一个比实地缩小了的几何模型，即所谓摄影过程的几何反转，在此模型上的测量即相当于对原物体的量测。1.2从1839年尼普斯和达意尔发明摄影术算起，摄影测量学已有100多年的历史，而1851-1859年法国陆军上校老赛达特提出和进行的交会摄影测量，则被称为摄影测量学的真正起点。第一次世界大战中第一台航空摄影机问世。2、解析摄影测量2.1 解析摄影测量是用摄影测量方法快速、大面积地测定点位的精确方法，它是电子计算机用于摄影测量的第一项成果。它经历

4、了航带法、独立模型法和光束法平差三种方法的发展。2.2 20世纪70年代中期，随着电子计算机技术的发展，解析测图仪才进入了商用阶段。解析测图仪是世界上首先实现测量成果数字化的仪器。在机助测图软件控制下，将在立体模型上测得的结果首先存储在计算机中，然后再传送到数控绘图机上绘出图件。3、数字摄影测量3.1 数字摄影测量指的是从摄影测量和遥感所获取的数据中，采集数字化图形或数字影像/数字化影像，在计算机进行各种数值、图形和影像处理，研究目标的几何特性和物理特性，从而获得各种形式的数字产品和可视化产品。3.2 数字化影像的方法，一种是直接用数字摄影机和各种数字式扫描仪获得，称为数字影像；另一种则是用各

5、种数字扫描仪对已得到的相片影像进行扫描，称为数字化影像。3.3 20世纪90年代数字摄影测量系统进入实用化阶段，并逐步代替传统的摄影测量仪器和作业方法。我国自行研制的全数字摄影测量系统VirtuoZo与JX-4A已在我国大规模用于摄影测量生产作业，并在国际上得到应用。发展防龄原始资料投影方式仪器隹作方式产品模拟 摄影窝量物理投居模拟淘图核手工操作模拟产招解析 摄影潮显愫片融宁授怨解析冽国伙机助 作北员烽作模融产品 敷字产晶数字摄影疆景钝字优矗傕 劭字史惟勃宇投筋计事机自动化操作-作业员干？S数宅产品 密帆产品表1摄影测量的发展历程三、影像信息学的形成与发展1、影像信息的形成：摄影测量与遥感技术

6、有机的结合起来，成为地理信息系统（GIS）技术中的数据采集与更新的重要手段；反过来， GIS是摄影测量与遥感技术数据存储、管理、表达和应用的重要平台。三者之间有机地结合，导致信息科学分支一一影像信息科学的形成。2、影像信息学是由摄影测量学、遥感、地理信息系统、计算机图形学、数字图像处理、 计算机视觉、专家系统、航天科学和传感器技术等相结合的一个边缘学科。课后教学反思2013年11月1日班级：12测量章、节、课题第二章：影像获取及其基本知识教 学 目 标知识目标能力目标德育目标了解摄影机原理和航空摄影 实施过程，掌握空中摄影的基 本要求掌握航空摄影对空中摄 影的基本要求培养学生认真的学习和细心

7、工作态度重点航空摄影实施过程设计， 航空摄影对空中 摄影的基本要求难点航空摄影对空中摄影的基本 要求教学方法课堂讲授课件、教具无教学内容和教学第二章：影像获取及其基本知识一、摄影原理与摄影机1、摄影定义：摄影是根据小孔成像原理，用一个摄影物镜代替小孔，在成像平面处放置感光材料，物体 的投射光线经摄影物镜后聚焦于感光材料上，感光材料受成像光线的光化学作用后生成潜像，再经摄影 处理得到光学影像，这一过程称为摄影。2、摄影机：摄影机的结构形式种类繁多，其基本结果大致相同，它可由镜箱和暗箱两个基本部分组成， 一般由物镜、光圈、快门、暗箱、剪影器及附加装置组成。镜箱体是一可以调节摄影物镜与像框平面之 间

8、距离的封闭筒，暗箱是存放感光材料用的。2.1 物镜：摄影机物镜是一个复杂的光学系统，它由多个透镜组合而成。在摄影时起成像和聚光作用，它 能聚集被摄物体较多的投射光线，使得像框平面上的影像有较高的亮度。 1112.2 物镜的成像公式：一 十=一DdF图1物镜的成像2.3 物镜的像场、像场角、分解力：在视场面积内能获得清晰影像的区域称为像场，而物镜像方主点与像场直径所张的角称为像场角，分解力一般以1m碗度内能清晰分辨的线条数来表示。2.4 物镜的光圈与光圈号数：光圈的作用主要是控制和调节进入物镜的光量，并且限制物镜成像质量较 差的边缘部分的入射光。2.5 摄影机快门：摄影机快门是控制曝光时间的机件

9、装置，它是摄影机的重要部件之一。2.6 检影器：用来调整像距使检影平面上的影像清晰的过程叫做对光。3、摄影机简介3.1 摄影机按使用目的分为专业摄影机和普通摄影机两大类。量测用的摄影机属于专业的摄影机，普通摄影机指日常生活中用来摄取生活照片或其他用的摄影机。3.2 量测用摄影机的特点：具备良好的光学特性，其物镜的畸变差要小，分辨率高，透光率强，而且摄影机的机械结构要稳定，要求在较长时间内能保持内在关系不发生变化。安装在飞机上对地面能自动地进行连续摄影的摄影机称为航摄机。摄影机像面框架上有无框标标志是区分量测用摄影机和非量测用摄影机的重要标志。摄影机的内方位元素有像主点（x0、y0、f） , （

10、x0、y0）为精确测定出像片主点在框标坐标系的坐标值，摄影机物镜后主点到像片主点的垂距称为摄影机主距。3.3 数码式摄影机按照相机的核心成像感光器件有两种：广泛使用的CCD电荷耦合器件图像图像传感器，另一种是CMO电补金属氧化物半导体图像传感器。二、航空影像的获取及空中摄影的基本要求1、航空摄影实施过程1.1 当需要采用航空摄影测量的方法测制某一地区的地形图时，测图单位应向承担空中摄影的单位提出航空摄影任务委托书，并签订航摄协议书或合同。确定航拍区域和航拍比例尺，根据地形选择航摄仪， 对像片的重叠度的要求，规定提交资料成果的内容、方式和期限。1.2 空中摄影实施：空中摄影应选在天空晴朗少云、能

11、见度好、气流平稳的天气进行，摄影时间最好是中午前后几小时。1.3 影像处理与资料验收：影像处理包括底片冲洗、正片印刷、像片索引图的拍照冲晒等工作。2、摄影测量对空中摄影的基本要求2.1 像片切斜角：像片倾斜角指的是摄影机物镜主光轴与铅垂线之间的夹角，由于飞机的稳定性和摄影操作的技能限制，航摄机主光轴在曝光时总会有微小的倾斜，按规定要求像片倾斜角应小于2。-3。，这种方式称为竖直摄影。2.2 摄影航高：摄影航高 H,是指航摄仪物镜中心 S在摄影瞬间相对于某一基准面的高度。根据所取基准面的不同，航高可分为相对航高和绝对航高。相对航高是航摄仪物镜中心S在摄影瞬间相对于某一基准面的高度。绝对航高是航摄

12、仪物镜中心S在摄影瞬间相对于大地水准面的高度。2.3 摄影比例尺：摄影比例尺是指空中摄影计划设计时的像片比例尺。航摄比例尺要考虑成图比例尺、摄影比例尺、摄影内页成图方法和成图精度等因素来选取，另外还要考虑经济性和摄影资料的可实用性。，一 r 1f，一八在实际应用中，航空摄影比例尺是由摄影机的主距和摄影航高来确定的，即一二一,m为航摄比例尺分m H母，f为航摄仪的主距，H为摄影航高。2.4 像片重叠度：重叠影像与像幅边长之比的百分数表示，则称为航向重叠度，两航带像片之间有一定的影像重叠，这种重叠影像部分称为旁向重叠，其重叠影像与像幅边长之比的百分数称为旁向重叠度。航向重叠度PX % = 医M 1

13、00%跨向重叠度Py %= 2 M 100%,像片的重叠部分是立体观察和像片模型 l xl y链接所必须的条件，在航向方向必须要有三张相邻像片有公共重叠影像，这一公共重叠部分称为三度重叠部分，这是摄影测量选定控制点的要求。所以，一般情况下要求航向重叠度保持在60%-65%最小不能小于53% 旁向重叠度保持在 30%-50% 最小不能小于 15%2.5 摄影基线：沿航线方向两相邻摄影站之间的距离称为摄影基线B,如图所示，图中 S1和S?2为相邻摄影站航摄仪物镜中心，航摄像片的像幅边长为l ,其相应被摄地面的实际长度为L,由平行四边形11fS1S2A1A2,可信 B = S1S2 = AA = L

14、 P %_ = （1 p %_）又因为=一=,L = ml ,所 xxL m H以b =（1 - Fx %mi,同理可得旁向航带间距DY =（1 py %mi2.6 航带弯曲度：航带弯曲度是指航带两端像片主点之间的直线距离L与偏离该直线最远的像主点到该直线垂距d的比，一般采用百分数表示，即R% = - x 100%,航带弯曲度一般规定不超过3%。L2.7 像片旋偏角：相邻两像片的主点连线与像幅沿航带飞行方向的两框标连线之间的夹角称为像片的旋偏角，习惯用K表示。3、空中摄影质量的评价：（1）负片上影像是否清晰、框标影像是否齐全，像幅四周指示器件的影像是否清晰可辨。（2）由于太阳高度角的影响，第五

15、阴影长度是否超过摄影规范的规定，地物阴暗和明亮部分的细部能否辨认清楚。（3）航摄负片上是否存在云影、划痕、斑点、折伤和乳剂脱落等现象。（4）负片上黑度、影像反差、灰雾度不得大于规范要求，是否满足影像清晰、色调一致、层次丰富、反差适中的要求。（5）航带的直线性、航带间的平行性、像片影像的重叠度、航高差和摄影比例尺等都要检查评定， 并不得超出规定的技术指标。课后教学反思教案2013年11月8日班级：12测量章、节、课题第三章：单张航摄相片解析教 学 目 标知识目标能力目标德育目标学习单张航片解析方法及原 理理解共线方程和单点空 间后方交会原理培养学生重点共线方程难点理解共线方程和单点空间后 方交会

16、及立体像对前方 交会教学方法课堂讲授课件、教具教学内容和教学第三章单张航摄像片解析一、中心投影的基本概念1、中心投影和正摄投影的概念1.1 中心投影：投影光线组中所有光线会聚一点。1.2 正摄投影：光线组中所有光线相互平行且垂直于投影平面。f S/ J/i的i/ i /aB ；用jbj中.i t tv St 1图12、正片和负片1.1 正片：像片在投影中心和被摄物体之间1.2 负片：像片在投影中心和被摄物体同侧3、摄影测量的主要任务：把地面按中心投影规律获得摄影比例尺像片，转换成按图比例尺要求的符合正摄投影规律的影像。4、航摄像片上特殊的点、线、面4.1 透视变换：假设摄影地面为水平面，像平面

17、和地平面之间的中心投影变换关系称为透视变换关系。4.2 像片倾角、像主点、摄影机主距、航高像片倾角：摄影平面 P和地平面E是以物镜中心 S为投影中心的两个透视平面，两透视平面的交线TT称为透视轴或迹线，两平面的夹角a称为像片倾角。像主点：过S作P面的铅垂线与像片交于 o,与地面交于O, o称为像主点，O称为地主点，So称为 摄影机主光轴也叫摄影机主句f。过S作E面的铅垂线，SN=H ,称为航高。二、摄影测量常用坐标系统1、像方空间坐标系和物方空间坐标系1.1 像方空间坐标系：描述像点位置的像方空间坐标系1.2 物方空间坐标系：描述地面点位置的物方空间坐标系2、像方空间坐标系像平面坐标系：以像主

18、点为原点，两坐标轴平行于框标坐标系的坐标系。像空间坐标系：以像片的摄影中心S为坐标原点，x、y轴与像平面坐标系的 x、y轴平行，z轴与主光轴重合。像空间辅助坐标系：建立一个统一的像空间坐标系，称为像空间辅助坐标系S-uvw3、物方空间坐标系摄影测量坐标系：将像空间辅助坐标系S-uvw沿着w轴反方向平移至地面点P,得到的坐标系P-X pY pZ p称为摄影测量坐标系。地面摄影测量坐标系：摄影测量坐标系与地面测量坐标系之间建立一种过渡性的坐标系，称为地面 摄影测量坐标系，用 D-X tpY tpZ tp表不。地面测量坐标系：指的是地图投影坐标系， 是国家测图所采用高斯-克吕格3。带或6。带投影的平

19、面 直角坐标系。三、航摄像片的内外方位元素图2内方位元素3.2外方位元素：0、叭父、Xs、Ys、Zs图3外方位线元素四、空间直角坐标系之间的变换4.1 平面直角坐标系之间的变换x cos - sin : I x y,llsincos : ly4.2 空间坐标系之间的变换01 cos .0一 sin邛1 cos K一 sinco010sin父coscosin邛0cosI 0VI -I 0v = 0 cos 值w 0 一 sin 8- sin0 xcos 父0y01五、中心投影构像方程及单张像片空间后方交汇5.1共线方程地面摄影测量坐标系 D - XtpYt pZtp及像空间辅助坐标系 S - u

20、vw之间的关系XA - XS IM ；sNa - Zs像空间辅助坐标系S- uvw与像空间坐标系之间的关系-x 1yf 一a1a2blb2b3c1lu-c2c3经过推导:fai(XA-Xs)(Ya*c/Za)一a3(XA-Xs)b3(YA-Ys)C3(Za一Zs)fa2(XA-Xs)b2(YA-Ys)C3(ZA-ZS)一aJXA-Xs)b3(YA-Ys)C3(Za-Zs)共线方程是摄影测量中最重要、最基本的公式。图3中心投影构像方程5.2单张像片的空间后方交汇已知三套坐标（像点坐标和地面控制点坐标），求得共线方程中的 6个未知数。为了求得精确的未知 数和精度评定，经常选取 3套以上坐标，进行平

21、差求得 6个参数。图4单张空间后方交会六、航摄像片比例尺6.1 像片水平且地面为水平面的构像比例尺6.2 像片水平而地面有起伏的像片构像比例尺1 _ f m H - h6.3像片倾斜而地面为水平面的构像比例尺(cos H习题：1、推算R矩阵中a1、a2、a3、bb2、b3、G、c2、c3、的值。教案2013年11月15日班级：12测量章、节、课题第四章：摄影立体像对解析教 学 目 标知识目标能力目标德育目标了解立体观察的条件，掌握立 体像对的相对定向和绝对定 向理解连续像对定向和绝对 定向的的过程培养学生热爱生活，积极进取的 人生态度重点掌握绝对定向和相对定向难点对绝对定向和相对定向的理 解教

22、学方法课堂讲授课件、教具教学内容和教学一、立体观察与量测1.1 单眼观察只能判断物体的存在和方向，但不能判别物体的远近；双眼观察有生理视差，产生远近不向 感觉。1.2 立体视觉存在一定限度。二、像对立体观察2.1 像对立体观察是立体测量的基本手段。2.2 立体量测条件：两张像片必须是由相邻两摄站对同一物体摄影所获得的，要后影像重叠；两眼必须 分别各张像片；像片所安置位置必须使相应视线成对相交，即像片定向，以保证两视线在同一平面 内。2.3 像对立体观察的效果：正立体、反立体、零立体2.4 像对立体观察的工具：立体眼镜三、立体像对基本概念1.1术语定义立体像对定义：由不向摄影站摄取的、具有一定摄

23、影重叠的两张像片称为立体像对。核面：同名光线共面，这个平面叫核面，所有的核面都通过核线。过像底点的核面称为垂核面，过 像主点的核面称为主核面。核点：基线及其延长线与像平面的交点核线：核面与像平面的交线叫做核线，同名像点一定在同名核线上。标准式立体像对：摄影基线水平的两张水平像片组成的立体像对叫做标准式像对。三、立体像对的前方交会3.1 立体像对的前方交会：利用立体像对两张像片的内外方位元素和同名像点的像坐标结算相应地面点 坐标的工作，叫做空间前方交会。3.2 立体像对前方交会公式含义及推算：图1立体像对的空间前方交会已知：量得两像点坐标xy1、Zp x2、y2、z2 ，两航片内外方位元素X0、

24、y0、f、XS1、YSp ZS1、XS2、YS2、ZS2、露、巴、小屿2、邛2、k2,由外方位元素线元素计算的分量Bx、By、Bz,由外方位元素角元素计算像空间辅助坐标系XY、ZX2、Y2、Z2,像空间坐标系一摄影测量坐标系X1X X1一XY=MyY，二M，y.工一i i-fi iZ，二 f 一X1xlXxnAY=N Y=NY,N工一用一S、a、A三点共线，可以写出N为投影系数。f2X1Bx1AXl两个摄影测量坐标系关系：Y=By+ AYZL用一NX = Bx NXBxZ _ BzXNZ = Bz NZXZ _XZBxZ 一 BzXXZ -XZ NY - (By NY ) = QQ叫模型上下视

25、差，如果模型成立，同名光线对对相交，各点的为0。3.3 用标准式像对确定模型点空间坐标的公式XY-x01 01f-xN y02 I02f式中p0设以H表示摄站对任一地面点 A的相对航高，则H = -AZ ,所以p01 MB=x10 -x；叫做地面点A在标准式像对上的左右视差。各地面所以p0为按该点像比例尺缩小后的摄影基线长度，称为该点的像片基线。在标准式立体像对上, 点的左右视差等于按该点像比例尺缩小后的摄影基线长度。3.4 标准式像对的高差公式如图所示，P、P2为标准式立体像对，设地面点A为起始点，其相对航高为左右视差为0P1A为任意地面点，其相对航高为H、左右视差为p0(1)得:H1 =B

26、0f p1H1 =B0f p则地面点相对于起始点的高差为B h = H1 - H f p1-：0f0=Bf p00P1 Pp001 H1 P 表示，即 AP = P P1定义任意点的左右视差与起始点的左右视差的差值称为左右视差较差，以0对于标准式立体像对，则AP0 = p0 p0 , p0 = p10+AP0 - Ah =产一0H1和Pi p&hP一。结论：AP相等的点高程必相等。H1 - h四、立体像对的相对定向元素和立体模型的绝对定向元素4.1 两张航片在地面辅助坐标系中的12个外方位元素左片：XSpYSi、Zsq中1、。右片：XS2、YS2、ZS2、02、中2、花24.2 相对定向和绝对

27、定向确定两张航片相对位置关系叫做相对定向，确定该像片相对于地辅坐标系的绝对方位，这个过程叫 做立体像对的绝对定向。相对定向元素：T、V、Am、中、Ak绝对定向元素：确定两张航片的像对方位元素后，知道左片或者右片的外方位元素和基线B长度，就可以按前面的关系求出右像片的外方位元素。4.3 立体像对的相对定向元素连续像对相对定向元素系统：以左片的像空间辅助坐标系为摄影测量坐标系，右片相对于左片的相 对定向元素有yV A豆、甲、仁。单独像对相对定向元素系统：以摄影基线为X轴，Z轴在做核面内，这种摄影测量坐标系叫做基线坐标系。相对定向元素 加、修、汰 马、久2, 7为左主核面上左主光轴与摄影基线的垂线（

28、即Z轴）之间的夹角，K1为左像片上左主核线与像平面坐标系X1轴间的夹角，W为左右两像片主核面之间的夹角。4.4 立体像对模型的绝对定向元素在恢复立体像对的两张像片的相对方位的基础上，用来确定立体像对（立体模型）在地面辅助坐标系正确方位和比例尺所需要的参数，叫立体像对的绝对定向元素。绝对定向元素是 B,Xs,Ys,Zs, ：工五、立体像对的相对定向5.1共面条件方程的一般形式件。图2连续像对定向共面条件相应光线和摄影基线共处于一个核面内，这也是恢复立体像对的相对方位的几何条件，称为共面条如图（2）所示，在摄影站S、S处摄取一个立体像对 PP,任一地面点A在像片P和P上的相应像点分别为 a、a。图

29、中S - XYZ为所选定的摄影测量坐标系。过S作一辅助的摄影测量坐标系S- XYZ,使其各坐标轴与S - XYZ的相应坐标轴平行。设 X,Y, Z为a点在坐标系S - XYZ中的坐标；X：Y；Z为a点在坐标系S - XYZ中的坐标，Bx、By、Bz为S点在坐标系S - XYZ中的坐标。则由向量代数知，向量 SS、Sa和Sa共面的充要条件是他们所组成的数量向量积等于零，即SSSaxST） = 0,这就是共面方程的向量表达式。其相应的坐标表达形式为BxBy BzY Z = 0- Bx By Bz】Z5.2连续像对系统相对定向元素的计算共面条件方程线性化：在连续像对相对定向中，总认为左方像片在摄影测

30、量坐标系S - XYZ中是固定不动的，只移动或旋转右方像片就行了。也就是说，左方像片在S - XYZ中的角方位元素和摄影测量坐标X,Y, Z是已知的。像对的相对定向元素便是右方像片对于摄影测量坐标系S - XYZ的“外方位元素” ：By、Bz、炉、而、记，依空间坐标的旋转变换式求出右片上相应像点a在摄影测量坐标系S - XYZ中的坐标X ； Y ； Z 的近似值。(X)01 (Y)0 (z)1-x=M，y，:- f 一其中M为右片对摄影测量坐标系 S- XYZ的旋转矩阵，是 涉、盯、父的函数；x；y：-f是右片上相应像点a的像空间坐标。若将这些近似值代入到共面方程式中，则左方的三阶行列式必不等

31、于零，而等于某一非零的数值 R,则有BxByB0X Y Z = R,此时没有满足共面条件。要使共面条件得以满足，必须在相对定向元 (X)0 (Y)0 (Z)0素的近似值中加入相应的改正数，即有Bx By + dByXYX + dX Y + dY Bz + dBzZ = 0Z + dZ 共面条件方程线性化设初始值为：；，-0,4, By0, Bz0相应改正数为：d 2 = 2 - 0, d 2 = 2 - 0, d, 2 = 2 - ；,dBy = By - By0, dBz = Bz - Bz0按泰勒级数展开干, 干一 干,-d 2 一dBy -dBz = 0F 22； By 汨zXI:Z1r

32、Xi- 0XYY，=1 0cY，二|-ZHcy1 二 X，匕1!X，三0 2 jZ11 1yZj ! 0 .F 二 FF =(F) d 2 d 2二, 2-2X YX Y共面条件方程线性化之后:Bx By BzBx By BzBx By BzZ7XYZdA +XYZd邛+XYZdAK 一X Zv 97dBy00Z YZ 0 XY X 0X ZX Y+ dBz + R = 0X，Y5.3连续像对相对定向元素的计算过程(1)输入原始数据(x1, y1, x2, y2, f ,叼，必，应)。定向点的像坐标xi , yi (n之5)；航摄仪主距f ；已知的左片的旋转矩阵 M；给定的模型分量Bxo(2)

33、确定相对定向元素的初始近似值。在近似垂直摄影的情况下，这 5个相对定向元素的近似值常可给定为零。(3)由已知的近似值计算旋转矩阵( M： M)计算X、Y、Z、X： Y： Z。(4)解算相对方位元素改正数 dco2、d%、d% dBy. dBz和改正值中尸=吟+d书，。尸=必+d。，及”=4+dM，By. = Byk +dByk 中Bzk 1 = Bzk dBzk 1(5)直到所求出的相对定向元素的改正数在规定的限差内，最后一次迭代计算所求得的改正后的相 对定向元素值作为该像对的相对定向元素的精确值使用。5.4立体模型的绝对定向当一个立体像对完成相对定向之后，相应光线在各自的核面内成对相交，其交

34、点的集合便形成了一 个与实地相似的几何模型。这些模型点在摄影测量坐标系中的坐标，可用空间前方交会的方法计算出来。 但这样建立的模型是相对于摄影测量坐标系的，他在地面坐标系统中的方位是未知的，其比例尺也是任 意的，现在的问题就是要确定立体模型在地面坐标系中的正确方位和比例尺规划因子，从而确定出各模型点所对应的地面点在地辅坐标系中的坐标，这项工作就叫做立体模型的绝对定向。摄影测量坐标系到地面摄影测量坐标系中的转换：XTa1a2a3 X X0 I|丫T二九 kb2b3 |Y |+YoZtCC2c3 MZo _|简化公式：XT =?一MX+X0，其中XT代表模型点所对应的地面点在地面辅助坐标系中的坐标

35、列向量；X代表模型点在模型坐标系中的坐标列向量；X0代表模型坐标系原点在地面辅助坐标系中的坐标;M代表模型坐标系对于地面辅助坐标系中的旋转矩阵。至少需要两个平高控制点和一个高程点解算绝对定向元素。课后教学反思2013年11月22日班级：12测量章、节、课题第五章：航测立体测图基础教 学 目 标知识目标能力目标德育目标重点难点教学方法课堂讲授课件、教具无一、立体测图的概述1.1立体测图：立体像对经过相对定向、绝对定向、空间前方交会重建地面立体模型后,在此模型上进行 量测，状取地理基础信息。1.2立体测图的发展：模拟法立体测图、解析法立体测图、数字化测图( VirtuZo、JX - 4)二、模拟法

36、立体测图原理及作业过程2.1 模拟解析立体测图是以一个像对作为测图的基本单元，根据摄影过程几何反转原理，采用光学或机械投影的方法，在室内重建和摄区地面相似的立体模型，再在构成的立体模型上进行量测，从而获得该摄区的地形原图。2.2 模拟法立体测图步骤：内定向相对定向绝对定向立体测图2.3 投影器的微小运动对承影面上投影点位产生变化的规律(1)运动bx螺旋的影响dX = dbxdY = 0(2)运动by螺旋的影响dX = 0dY = dby(3)运动bz螺旋的影响X dX = dbzHY dY = dbzH(4)运动6螺旋的影响dX d . HY2dY = H(1 )d .H(5)运动邛螺旋的影响

37、XY dY d HX2 dX = H(1 一 一)d ：HdX = -Yd dY = Xd(7)总的影响dX = dbxdY = dby(6)运动K螺旋的影响XX2XY dbz H(1 -)d j -d - YdHH2HYY2XYdbz H(1 一件；一d : XdHH2H2.3 模拟法立体测图作业过程及仪器简介(1)像片的内定向：恢复摄影光束，使像主点与投影主光轴重合(2)立体像对的相对定向： X方向的差异称为左右视差 P , Y方向的差异称为上下视差 Q。当升降测绘 台时，左右视差可以消除，只存在上下视差。(3)相对定向点的选择(4)连续像对相对定向的作业步骤：dby、d父、dbz、d中、

38、ds2.4 立体模型的绝对定向立体模型进行相对定向后，建立了与地面相似的立体模型。必须将该模型纳入到地面测量坐标系中,并归化比例尺，这一过程称为立体模型的绝对定向。绝对定向分两大步完成，即确定模型比例尺与模型置平。2.5 模拟测图仪简介(1)投影方式分类：光学投影类、机械投影类、光学机械投影类(2)交会方式分类：直接交会、间接交会(3)模拟测图仪的主要结构：投影系统、观测系统、测图系统和外围设备组成。三、解析测图仪简介利用共线方程和共面方程完成立体像模型的重建工作，建立数字立体模型，实现被摄目标的数字信 息的提取。3.1 解析测图仪的组成：精密立体坐标量测仪、电子计算机、数控测绘桌、接口设备和

39、其他终端设备。3.2 解析测图仪的特点：精度高、功能强、效率高、具有机助绘图功能、实现测图自动化、建立地图数据 库。3.3 解析测图仪工作的原理作业人员把立体像片对安放在解析测图仪左、右像片盘上，将摄影参数输入到计算机中。接着进行 内定向，用测标逐次对准每张像片的框标，由应用程序完成内定向，即确定出每张像片的主点位置以及 像片坐标系与仪器坐标系之间的转换参数。再分别照准相对定向点和绝对定向点，获取它们的像点坐标 之后，应用程序对它们进行解算，求出各定向元素存储备用。外方位元素X$ Ys、Zs、2、bi、Ci已知，尚有7个参数X1、y1、x2、y2、XA、Y ZA待定。 在此测图仪可以根据输入像

40、点坐标，求出相应物点的空间坐标，亦可以根据输入相应物点坐标，求出相 应像点的坐标。课后教学反思教案2013年11月29日班级：12测量章、节、课题第六章：解析空中二角测量基础教 学 目 标知识目标能力目标德育目标掌握解析空中三角测量原理学会空三解析的方法及原 理培养学生刻苦学习、严于利己的 作风重点空三流程难点对解析空三的理解教学方法课堂讲授课件、教具无一、解析空中三角测量概述根据少量的野外控制点和像片点坐标，通过解析的方法，求出相应地面点的地面坐标。解析空中三角测量采用的平差模型：航带法、独立模型法和光束法。二、航带法解析空中三角测量2.1 航带法区域网空中三角测量是在每条航线构成航带模型后

41、，各航带依次根据本航带地面控制点和上一条相邻航带公共点进行概略定向，是全区域的各条航带统一在共同的坐标系中。然后以单个航带模型作 升-个基本单元，利用地面控制点的摄影测量坐标与实际地面坐标相等以及相邻航带公共点坐标相等为 条件，将这些点经概略绝对定向后的坐标作为观测值，用平差方法在全区域同时整体解算各条航带模型 的非线性变形纠正系数，从而求得各个加密点的地面坐标。2.2 航带模型的建立：建立航带模型实际就是求得各模型点在统一的航带像空间辅助坐标系中的坐标。1、像对的相对定向1）建立单个立体模型：以A张航片的像空间辅助坐标系作为像空间辅助坐标系，以后各模型的像 空间辅助坐标系与赤-个像空间辅助坐

42、标系平行；但是模型比例尺和坐标原点不同。2）建立统一的航带自由网：2、模型比例尺归化2.2航带模型的概略绝对定向航带模型概略绝对定向目的是将航带模型在统一的航带像空间辅助坐标系的坐标转换到航带统一的A和B,根据式（）将地面坐标系转地面参考坐标系中，取得模型的概略坐标，为区域网整体平差做准备。1、地面参考坐标系的建立：根据首条航带模型内两地面控制点 换到X轴大致与航带平行的地面参考坐标系。b 01X Xj一 a 0 Y - YAZt2、坐标重心化：对地面参考坐标系中地面控制点坐标和航带模型辅助坐标系中模型点坐标的重心化。3、航带模型的概略定向：是将航带模型作为一个整体，通过空间相似变换来实现，公

43、式如下:xlUi一axg 1=儿RVYgW AZg2.4航带法区域网平差航带法区域网平差的任务是在全区域中整体解算各条航带模型的非线性改正的系数，然后利用所求 得各条航带模型改正系数，求出待定点坐标，进而得到各加密点的地面坐标。三、独立模型法解析空中三角测量独立模型法区域网空中三角测量是以构成的每一个单元模型为一个独立单元，参加区域的整体平差 计算，实际上每个单元都被视为一个整体，只作平移、缩放和旋转，最终达到整个区域内各单元模型处 于最或是位置。3.1 单元模型的建立建立单元模型就是为获取包括地面控制点、摄影测量加密点和摄影站点等模型点的坐标。单元模型 可以由一个像对构成，也可以由若干个相邻

44、像对构成。建立单元模型一般采用单独像对法，根据单独像 对相对定向误差方程式建立法方程，求解像对的相对定向独立参数。单独像对相对定向完成，亦即求得 了左、右像片的旋转矩阵的独立参数，可将像点的像空间坐标化算为像空间辅助坐标系中的坐标，并计 算其模型点坐标。3.2 区域网的建立相对定向完成后，由于每个单元模型的像空间辅助坐标系的轴系方向不一致，导致同一地面模型点 在相邻单元模型中的坐标值不相同。现在要将各单元模型归化到同一个坐标系，建立区域网。3.3 全区域网单元模型的整体平差区域网整体平差依然将区域内的单元模型视为整体作为平差单元，按照在整个区域内相邻模型公共 点在各单元模型上的坐标相同，以及地

45、面控制点的模型坐标和实测坐标相同的原则，依据最小二乘原理， 经过旋转、缩放和平移的空间相似变换，确定出单元模型在区域中的做或是位置。区域网的建立与整体 平差，实际上可用相同的数学模型一次解算完成。四、光束法解析空中三角测量光束法以摄影时地面点、摄影站点和像点三线共线为基本条件，以每张像片所组成的一束光线作为 平差的基本单元，以共线方程作为平差的基础方程。通过各个光束在空中的旋转和平移，使模型之间公 共点的光线实现最佳交会，并使整个区域很好纳入到已知控制点地面坐标系中。光束法区域网平差就是 在全区域内建立误差方程式，求得每张像片的6个外方位元素和加密点地面坐标。在参与区域网平差之前，每张像片的像

46、点坐标都应进行由于底片变形、摄影物镜畸变差、大气折光和地球曲率所引起的像点误差改正。4.1 光束法区域网平差的概算1、光束法区域网平差概算的目的就是获取像片的外方位元素和加密点地面坐标的近似值，其方法以 下面两种为主。1）用航带网加密成果作为概略值：当第一条航带建立后，利用本航带的已知控制点作概略绝对定向，获取加密点概略地面坐标。以下各航带用上条相邻航带的公共点和本航带的已知控制点作绝对定向，用 各相邻航带的公共点坐标平均值作为地面坐标近似值。用单像空间后方交会方法求得每张像片外方位元 素概略值。2）用空间后方交会和前方交会交替进行的方法：对于单条航带而言， 假定航带左边第一张像片水平、地面水

47、平，摄站点坐标（0、0、H）,则可计算此像片的 6个标准像点的相应地面位置。将第一片和第二 片组成像对，利用前方交会算出6个标准点相对起始面高差，然后修正第一片上的标准点坐标值；利用空间后方交会求得第二片相对第一片的外方位元素；利用第一、二两片的外方位元素求立体像对的地面 点近似值，推算第三片主点的近似坐标。第三片可利用像主点坐标和三度重叠内的点，进行空间后方交 会求出第三片的外方位元素；用第二片、第三片外方位元素进行交会，求得第二个模型中个点的地面近 似坐标。以后各片与第三片同样的方法求得航带中各像片的外方位元素和各点地面坐标近似值。利用第 一条航带两端控制点进行绝对定向，相邻航带利用航带控

48、制点和相邻公共点对本航带各像片进行空间后 方交会，求出各片方位元素，作为本带各片外方位元素的概略值。然后进行各像对的前方交会求得地面 点的概略值。4.2 光束法区域网平差的误差方程式V =B C X -L4.3 GPS辅助空中三角测量GPS辅助空中三角测量为光束法区域网平差提供辅助数据，可以节省大量地面控制点个数。五、解析空中三角测量的作业过程5.1 原始资料处理1、认真检查分析航摄资料：检查资料完整性，像片比例尺是否一致，片号是否正确。2、旋转相机：理想状态下，像主点坐标x=0, y=0,相机不必旋转，但实际是像主点与像坐标系原点不重合。3、影像的处理：virtuozo系统作业时，构成立体像

49、对的影像分辨率必须相同，不然是无法进行影像 匹配的。4、格式转换：Virtuozo系统目前只支持 RGB方式存储的24位彩色影像和以灰度存储的8位黑白影像。5.2 自动空中三角测量准备1、创建影像列表2、自动内定向3、转测航带偏移点：一般在所有两两航带间的首尾要加一对偏移点，当加密的航带比较长时，建议 在航带中间也加一些点，这样有助于程序自动在航带间转刺连接点。5.3 加密点自动生成传统的作业方式通常仅在像主点附近的垂直线上选择3个点位，每个点位上只选择一个点，将他转到其他相邻像片上。在数字摄影测量系统的空中三角测量自动转点程序中，可在每张影像靠近像主点的垂直线上选择3-14个点位，每一个点位

50、附近可选19个点。5.4 交互式编辑1、加入外业控制点2、平差解算3、交互式编辑4、生成加密点文件5.5 接边和成果输出课后教学反思学生对知识理解比较困难，有的容易睡觉，应该多提问。教案2013年12月6日班级：12测量章、节、课题第七章：数字摄影测量基础教 学 目 标知识目标能力目标德育目标掌握全数字摄影测量的含义使用Virtuozo软件处理航片技能培养学生良好的生活作风和热爱 生活积极的人生态度重点使用Virtuozo软件难点航片的处理流程教学方法课堂讲授课件、教具无一、数字摄影测量概述1.1 数字摄影测量的定义：数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术，数字 影像处

51、理、影像匹配、模式识别等多种学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理 信息的摄影测量学的分支机构。1.2 全数字摄影测量的若小问题1、纹理信息：随着虚拟现实与可视化需求的迅速增长，快速确定目标的纹理信息已成为当代数字摄 影测量的一项重要任务了。2、数据量：数据量大是全数字摄影测量的一个特点与问题，要处理这样大的数据量，必然依赖于计 算机的发展，而目前的计算机已经能够在一定程度上达到这一要求。3、速度：由于数字摄影测量中量测与识别的计算任务如此巨大，以至于目前的计算速度还不能实时 完成，对于许多需要实时完成的应用，快速算法依然是必要的。4、影像匹配：影像匹配的理论与实践是实现自动

52、立体测量的关键，也是数字摄影测量的重要研究课 题之一。5、影像解译：数字摄影测量的基本范畴还是确定被摄对象的几何属性与物理属性，即量测与理解。 二、数字影像解析2.1 数字影像内定向1、概述：恢复影像内方位元素的作业过程称为影像的内定向。2、内定向基本原理：量测相机的鉴定结果可以提供框标在以像主点为原点的像平面坐标系的理论坐 标，量测出框标在量测坐标系的坐标，就可以用解析计算方法确定量测坐标与以像主点为原点的像平面 坐标系的关系和像片可能存在的变形，从而获得量测像点在以像主点为原点的像平面坐标系的坐标。3、单像空间后方交汇：利用已知三个以上控制点求解航片的外方位元素。三、数字影像相对定向3.1

53、 数字摄影测量的主要任务之一是基于一张或多张遥感影像获取目标的三维几何信，这可以通过两种方 法来实现：第一种方法为一步法，即基于共线条件方程利用光束法平差的方法重建三维目标。第二种方 法称为两步法，该方法首先建立与场景相似的三维几何模型，然后通过模型外部定向提取目标三维信息， 它与传统的模拟或解析摄影测量模式相似，有较好的直观背景，并且可以使后续的摄影测量过程在立体 的方式下进行。1、数字影像相对定向的定义及模型相对定向的目的就是恢复立体像对中两幅影像在成像瞬间的相对方位，使同名光线成对相交，形成 于地面场景相似的三维立体模型。定位方式有两种，一是以第一幅影像的像空间坐标系作为参考坐标系 进行

54、连续想对相对定向，一是以摄影基线为 X轴建立的基线坐标系为参考。2、Gruber 区域Gruber 区定向过程是首先在 6个Gruber区域中提取参加相对定向的兴趣点， 然后对立体相对中相应 域内的兴趣点进行匹配，根据匹配的同名点，按照连续像对相对定向的基本误差公式或单独像对相对定 向的误差方程式列出误差方程组，最后求解像对定向元素值。3、基本矩阵：共面方程3.2 关于兴趣点迭代的自动相对定向1、传统自动相对定向步骤1）对立体像对中的两张立体影像分别计算影像金字塔2）近似确定两张影像重叠范围及可能存在的旋转与尺度差异3）特征提取4）特征匹配5）确定近似方位参数6）将这些特征提取、匹配及参数估计

55、过程沿金字塔的最高层逐级向最底层传导，以提高结果精度。7）同名点的子像素精度定位8）相对定向元素计算2、交替自动相对定向1）提取用于探测重叠区域的特征点2）用于相关系数及其他约束对特征点进行匹配，形成特征点对，并确定重叠区域，在此基础上仅保 留那些位于重叠区域内的特征点。3、最后保留的配准特征称为相对定向点。四、数字立体模型绝对定向数字立体模型绝对定向的基本原理及计算过程是对相对定向模型进行比例尺归化和坐标的变换。1、数据准备2、定向点模型坐标的获取 3、绝对定向计算 4、定向结果显示及交互编辑 五、核线几何解析与核线影像生成核线可以把同影像匹配问题从一个二维问题转化为一维问题。5.1 基于共

56、面条件的核线几何关系1、核线影像基本关系以单独像对相对定向元素为例，基线坐标系下立体像对的相对定向元素为缶、邛、父。立体像对中左右两张影像在基线坐标系下的角元素分别为一、邛、父，所形成的左右影像的旋转矩阵分别为R、R2o由图可以看出，如果将立体像对中的左右影像分别按R、R进行旋转纠正，形成平行于基线且有相同主距的暂时水平影像，即为核线影像立体像对。2、核线几何关系解析任给核线影像上一条核线V=V0,它在倾斜影像上对应的直线为lo,有bx b2y -b3fVo = t 7。cx c2y - c3f5.2 基于共面条件的核线几何关系共面条件方程是基于 3个向量共面的条件得到的。现在考虑左像平面内的

57、任一已知像点（xp,yp）而（x,y）也是左像平面与（xp,yp）在同一核线上的任一动点，若采用连续相对相对定向元素系统，那么在左像空间坐标系S1 - X1YZ1下，显然有向量x, y,-f、xp,yp,-f及基线向量（Bx,By,Bz）是共面的，因而有Bx By Bz xp y p - f =0 x y _ f3、核线影像生成所谓核线影像，就是基于核线几何关系，利用倾斜影像生成沿核线方向排列的数字影像。核线影像 生成一般有两种方法，分别是间接法和直接法。1）间接法核线影像生成所谓间接法核线影像生成， 就是首先确定核线影像上每一像素的像平面位置坐标（u,v）,然后按倾斜影像与核线影像之间的映射

58、关系，将位置映射到倾斜影像上的坐标（x，y ）。因为（x，V）不一定是整数，所以需要内插方法获得（x，y）的灰度值g（x，y）,并将此灰度值赋予核线影像上的像素（u，v）。2）直接在倾斜影像上生成核线影像对倾斜影像上的任一点（x0,y0）,由下式可知该点的核线方程为ya2f =a3y。a2f（x a1f）a3a3x。 aifa34、基于不同成像模型的线阵列扫描影像核线几何分析线阵列扫描数字相机在不同曝光位置的每一扫描行都有不同的投影中心和姿态。因此，其外方位元素随着扫描行的变化而变化。相应地，其核线几何关系及核线影像也与前面所讲的宽幅式影像的核线几 何关系有所不同。六、影像匹配基础知识在数字摄影测量与遥感中，匹配可以定义为在不同数据集合之间建立对应或相关关系。这些不同的数据集合可以是影像，也可以是地图或目标模型及GIS数据。如果是在影像间建立对应关系，则称为影