注冊測繪師資格考試培訓(xùn)-攝影測量與遙感一

1、注冊測繪師資格考試培訓(xùn) 攝影測量與遙感（一）授課人：王樹根武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院Tel:E-mail: 補充答疑重疊度與幾度重疊的區(qū)別（以航向重疊60%為例）：二度重疊模型范圍六度重疊三度重疊補充答疑航向重疊80%情況下呢？一條航線的模型數(shù) =像片數(shù) - 1補充答疑攝影機物鏡焦距 F 與像片主距 f 區(qū)別：F 是物鏡的特性，f 是像距物鏡焦平面入射光焦點主光抽ba1 1 1a b F 成像清晰條件：1 1 1H f F 航空攝影時（不調(diào)焦）：補充答疑膠片航攝相機的運動補充裝置 ：VHv f補充答疑規(guī)范規(guī)定最高點航向重疊度 航向重疊度P （1- P）基準(zhǔn)面高-最高點

2、高相對航高補充答疑在教材攝影與空中攝影學(xué)pp142143有推導(dǎo)補充答疑在學(xué)校，每本教材講3645學(xué)時授課內(nèi)容一、攝影測量與遙感概述二、測繪航空攝影（影像數(shù)據(jù)獲取）三、攝影測量與遙感（基礎(chǔ)知識、數(shù)據(jù)處理/產(chǎn)品生產(chǎn)方法、流程）單張航攝像片解析以框幅式、中心投影像片為例：透視中心框幅式航空像片焦平面單張航攝像片解析以框幅式、中心投影像片為例：后節(jié)點前節(jié)點S攝影中心物鏡組有厚度用物鏡組的原因攝影中心又稱透視中心單張航攝像片解析兩種投影方式差別：航攝像片是中心投影，而地圖是正射投影在地面水平、航攝像片也水平的理想情況下，中心投影與正射投影等效單張航攝像片解析中心投影航攝像片與地形圖的區(qū)別：VS 投影方式

3、的不同：地形圖為正射投影，航攝像片為中心投影 航片存在兩項誤差：因像片傾斜引起的像點位移和因地形起伏引起的像點位移 比例尺的不同：地圖有統(tǒng)一比例尺，航片無統(tǒng)一比例尺 表示方法的不同：地圖為線劃圖，航片為影像圖 表示內(nèi)容的不同：地圖需要綜合取舍單張航攝像片解析航攝像片的像點位移包括：因像片傾斜引起的像點位移因地形起伏引起的像點位移1、因像片傾斜引起的像點位移v像片傾斜引起的像點位移，會導(dǎo)致像片上的幾何圖形與地面上的比較發(fā)生變形，也是引起像片比例尺發(fā)生變化的原因之一v傾斜像片效果水平像片效果單張航攝像片解析2、因地形起伏引起的像點位移（投影差）投影差計算公式：rh rh hH mf其中：r - 像

4、底點到像點距離nah - 目標(biāo)物體高度H - 航高單張航攝像片解析投影差的性質(zhì)： 因地形起伏引起的像點位移（投影差）一定發(fā)生在沿像底點n出發(fā)的輻射線上n單張航攝像片解析 從公式中可看出：投影差的性質(zhì)：當(dāng) r = 0， = 0，即像底點無投影差h當(dāng) r 值越大，投影差的值也越大越靠近像片邊緣，投影差越大當(dāng) h 0， ， 0，像點偏離像底點位移h當(dāng) h 0， 0，像點朝向像底點位移h當(dāng) h = 0 ， = 0，像片沒有投影差h對于平坦地面，不存在投影差人造地物和自然起伏都會引起投影差單張航攝像片解析航攝像片上特殊的點線面：n - 像底點N - 地底點o - 像主點so - 主光軸，主距 = fns

5、o - 像片傾角c - 等角點W - 主垂面鉛垂線vv - 主縱線（最大傾斜方向）i - 主合點（滅點）單張航攝像片解析滅點攝影機檢校滅點2滅點1單張航攝像片解析攝影測量常用的坐標(biāo)系：Sya(x, y)xo攝影測量幾何處理最重要的任務(wù)之一，就是要根據(jù)像點在像片上的坐標(biāo)來確定對應(yīng)的地面點在物方空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)ZA（X, Y, Z）Ya（x，y）A（X，Y，Z）XD單張航攝像片解析攝影測量常用的坐標(biāo)系：像平面坐標(biāo)系像方空間坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系（坐標(biāo)原點在像方）像空間輔助坐標(biāo)系攝影測量坐標(biāo)系地面攝影測量坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系物方空間坐標(biāo)系（坐標(biāo)原點在物方）a（x，y）A（X，Y，Z）單張航攝像片解析像平面

6、坐標(biāo)系（ o - xy ）：用來描述像點在像平面上位置的坐標(biāo)系像片框標(biāo)坐標(biāo)系以像主點為原點的坐標(biāo)系單張航攝像片解析像平面坐標(biāo)系（ o - xy ）：用來描述像點在像平面上位置的坐標(biāo)系yya(x-x ,y- y )a(x,y)00oxPxP（x ，y ）00可正可負像片框標(biāo)坐標(biāo)系以像主點為原點的坐標(biāo)系單張航攝像片解析像空間坐標(biāo)系（ S - xyz ）：用來描述像點在像方空間位置的坐標(biāo)系zzyya點在S xyz中y的像空間坐標(biāo)為：（x，y，f）SSxxx主光軸 f（x，y）yx單張航攝像片解析像空間輔助坐標(biāo)系（ S - XYZ ）：用來描述像點在像方空間位置的坐標(biāo)系圖中：S-xyz 為像空間坐標(biāo)系

7、S-XYZ 為像空間輔助坐標(biāo)系兩種坐標(biāo)系的共同特點：都位于像方空間、都以攝影中心S為坐標(biāo)原點、都是用來描述像片上點在像方空間位置的a點在S XYZ中的像空間坐標(biāo)為：（X，Y，Z）在S-xyz 中：a（x，y，-f）在S-XYZ 中：a（X，Y，Z）怎么轉(zhuǎn)換？單張航攝像片解析方向余弦的概念： （ ）cosxyzXYZa1b1c1a2b2c2a3b3c3方向余弦：就是兩個方向（兩個坐標(biāo)軸）之間夾角的余弦值，如：a b c（i 1, 2,3) F(,)方向余弦一共有9個，但只有3個是獨立的：i i i單張航攝像片解析像方坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)變換關(guān)系式：X a a a x x 123 Y b b b

8、y R y 1233 f fZc c c1 2式中，R 稱為旋轉(zhuǎn)矩陣，它是正交矩陣。正交矩陣的特點：1TR R1TRR RR I（I 為單位矩陣）單張航攝像片解析Z物方空間坐標(biāo)系：YXSy1攝影測量坐標(biāo)系（ P-X Y Z ）P P Pax2地面攝影測量坐標(biāo)系（ D-X Y Z ）otp tp tp3地面（大地）坐標(biāo)系（ T-X Y Z ）t t tZpYpZtpAZtYtpXpPXtDXtp左手系TYt單張航攝像片解析像片內(nèi)方位元素：用來描述攝影中心與像片之間內(nèi)部相互位置關(guān)系的參數(shù)它包括三個參數(shù)：（f，x ，y ）00像片主距f 攝影機的主距（像片主距）（x ，y ） 像主點o在像片框標(biāo)00

9、坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（x ，y ）的值一般很小，接近于零00其值通過攝影機檢校的方法獲得像主點坐標(biāo)單張航攝像片解析像片外方位元素：用來描述攝影曝光瞬間攝影光束（像片）在物方空間位置和姿態(tài)的參數(shù)它包括六個參數(shù)：，S（X ，Y ，Z ，）SS其中：（X ，Y ，Z ）攝影曝光瞬間，SSS攝 影中心 S 的空間位置（又稱為三個線元素）（，） 攝影曝光瞬間，攝影像片在空中的姿態(tài)（又稱為三個角元素）單張航攝像片解析三個像片外方位角元素：單張航攝像片解析y線陣掃描影像外方位元素：x(t) (0) t(t) (0) t (t) (0) tXS(t) X(t) Y (0) Y(t) Z (0) ZSS(0) Xtt

10、StYSSSZSS單張航攝像片解析外方位角元素確定方法：確定方法： 利用控制點空間后交（地空型） 利用GPS/IMU（POS）（空地型） 光束法空中三角測量GPS ：全球定位系統(tǒng)IMU：慣性測量裝置POS ：定位與定向系統(tǒng)單張航攝像片解析中心投影像方的構(gòu)像方程（共線方程）：S攝影測量學(xué)的基本任務(wù)之一，ya(x, y)x就是要嚴(yán)格建立像片獲取瞬間所存在的像點與對應(yīng)目標(biāo)物點之間的幾何關(guān)系。o一旦這種對應(yīng)的幾何關(guān)系得到正確恢復(fù)，那么我們就可以根據(jù)影像坐標(biāo)嚴(yán)密地導(dǎo)出關(guān)于被攝目標(biāo)物體的幾何信息。ZA（X, Y, Z）Ya（x，y）A（X，Y，Z）XD單張航攝像片解析中心投影像方的構(gòu)像方程（共線方程）：a

11、 (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) x x f1As1As1As0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) 3 A s 3 A s 3 As a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z )y y f2As2As2As0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) s3As3As3A它描述的是：攝影中心 S、像點 a、和對應(yīng)地面點 A 三點共線的關(guān)系，所以叫共線方程它是攝影測量的生命線！要能理解公式中各符號含義。根據(jù)一張像片只能確定一個方向單張航攝像片解析共線方程中各符號含義：a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) x x f1As1As1

12、As0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) 3 A s 3 A s 3 As a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z )y y f2As2As2As0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) s3As3As3A共線方程中符號含義歸類：第類：以像主點為原點的像平面坐標(biāo)（x, y）第類：地面點的物方空間坐標(biāo)（X ，Y ，Z ）AAA第類：像片的內(nèi)、外方位元素 （ f，x ，y ）00，S（X ，Y ，Z ，）SSa b c（i 1, 2,3) F(,)而：i i ia（x，y）A（X，Y，Z）單張航攝像片解析a (X X )b (Y Y )c (Z Z ) 共

13、線方程主要應(yīng)用： x xf1s1s1s0a (X X )b (Y Y )c (Z Z ) 3s3s3sa (X X )b (Y Y )c (Z Z )y y f2s2s2s0a (X X )b (Y Y )c (Z Z )3ss3s3三組參數(shù)： （ x 、 y 、f ）內(nèi)方位元素00（X 、 Y 、 Z 、 、 、 ） 外方位元素SSS （ x 、 y ）像平面坐標(biāo)aa （X 、 Y 、 Z ） 地面點坐標(biāo)AAA解析計算：已知、 求，叫空間前方交會已知 、 求，叫空間后方交會已知、 求、 叫光束法平差單張航攝像片解析共線方程主要應(yīng)用：應(yīng)用 ：已知相鄰兩張像片的內(nèi)、外方位元素和同名像點的像片坐標(biāo)

14、，前方交會求對應(yīng)地面點的物方空間坐標(biāo)（X ，Y ，Z ）AAA應(yīng)用：已知若干地面點的物方空間坐標(biāo)和對應(yīng)點的像片坐標(biāo)，求像片的內(nèi)、外方位元素（ f，x ，y ）00，（X ，Y ，Z ，）SSS應(yīng)用 ：應(yīng)用 + 應(yīng)用光束法空三應(yīng)用：已知像片的內(nèi)、外方位元素和像片覆蓋范圍內(nèi)某地面點的物方空間坐標(biāo)， 求該點的像平面坐標(biāo)（x, y）單張航攝像片解析（X ，Y ，Z ，, ）？SSS,單張像片空間后方交會（x ，y ）ii測量學(xué)中的后方交會（X ，Y，Z ）iii單張航攝像片解析單張像片空間后方交會基本含義：以單張像片為基礎(chǔ)，根據(jù)該像片覆蓋范圍內(nèi)地面上三個以上控制點的坐標(biāo)以及對應(yīng)點的像點坐標(biāo)，解求該像片

15、在攝影曝光時刻的六個外方位元素。,（X ，Y ，Z ，）？SSS,（x ，y ）ii已知：若干地面控制點坐標(biāo)（X ，Y，Z ）及像片的內(nèi)方位元iii素（x ，y ，f）00量測：地面控制點對應(yīng)的像點坐標(biāo)（x ，y ）（X ，Y，Z ）iiiii求解：像片6個外方位元素單張航攝像片解析單張像片空間后方交會：空間后方交會解算的數(shù)學(xué)模型：共線方程a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) x x f1As1As1As0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) 3As3As3Asa (X X ) b (Y Y ) c (Z Z )y y f2As2As2As0a (X X ) b

16、 (Y Y ) c (Z Z ) 3sAs3As3A式中，未知數(shù)和觀測值之間是非線性的，必須首先對它進行線性化：以 x 為未知數(shù)的函數(shù)F（x），其線性化可表示為：F) dx dxx xFF(x) F(x02 單張航攝像片解析FxFxF(x) F(x0) dx dx2 共線方程線性化后：xxYsyxZsyxyxyxx (x0) dX dY dZ d d d dXssssyXyy (y0) dX dY dZ d dsYssZss sxxYsyxZsyxyxyxV dX dY dZ d d d d (x0) x) yxXsssysyXV dX dY dZ d d (y0ysYssZsssV AX l

17、T1 TX (A A) A L問：此時求出的未知數(shù)是什么？單像空間后交為何至少需要3個地面控制點？單張航攝像片解析單像空間后方交會求解過程：X X0S dX1S dX2S SY YS0 dYS1 dYS2 SZ Z0S dZS1 dZS2 S 0 d d d1 d d d2012012 迭代趨近，直到改正數(shù)小于限差為止，計算結(jié)束。單張航攝像片解析單張像片空間后方交會：未知數(shù)初始值的確定：1）外方位角元素的初值：在豎直攝影情況下，角元素的初始值為可設(shè)為0，即：0 0 0 0Y0S0S2）外方位線元素的初值：（ X ， ）的初值可取為分布在像片四角的4個控制點坐標(biāo)的平均值，即：1441 40S0

18、YXXYtpi，tpiS4i1i1而：0 Z H mfS注意：未知數(shù)初始值取值的好壞直接影響迭代的收斂速度。單張航攝像片解析空間后方交會精度評定：各未知數(shù)的精度可以通過法方程系數(shù)矩陣求逆的方法，先解出其相應(yīng)的權(quán)倒數(shù)矩陣Qii然后求各待定參數(shù)的中誤差： ：m m Qi0ii式中，m 稱為單位權(quán)中誤差，計算公式為：0v vm 02n 6式中，n 為控制點的總數(shù)問：單像空間后方交會為何較少單獨使用？雙像立體測圖原理人眼的立體視覺：人眼的立體視覺左右視差較是立體感知基礎(chǔ)習(xí)慣將人眼與相機比較雙像立體測圖原理視差（較）的概念：雙像立體測圖原理航攝像片上的視差：x 左右視差：p x xa12雙像立體測圖原理

19、航攝像片上的視差：立體模型上的視差：左右視差： p x xxaaa上下視差： p y yyaaa模型上的上下視差可消除雙像立體測圖原理人造立體視覺：利用相鄰像片所組成的像對進行雙眼觀察，可重建空間景物的立體視覺。這是立體攝影測量的基礎(chǔ)。兩個重要特性:1) 地面上任何一點在像片上視差的大小與這一點的高程有關(guān)；地面上越高處，在像片上的視差就越大2) 立體感是因為有視差較的存在，且不等于零p p p 0abab雙像立體測圖原理人造立體視覺條件：人造立體視覺必須符合自然界立體觀察的四個條件：1、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；2、每只眼睛必須只能觀察像對中的一張像片（分像）；3

20、、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；4、兩像片的比例尺應(yīng)相近，否則需用ZOOM系統(tǒng)等進行調(diào)節(jié)。雙像立體測圖原理像對的立體觀察：（最關(guān)鍵的是分像）1、立體鏡觀察橋式立體鏡反光立體鏡可擴大眼基線雙像立體測圖原理像對的立體觀察：2、雙目鏡觀測光路的立體觀察雙像立體測圖原理像對的立體觀察：3、疊映影像的立體觀察常用的方法有：1）紅綠色互補法；2）光閘法；3）偏振光法；4）液晶閃閉法雙像立體測圖原理立體量測：在觀察到立體的前提下，在兩張像片上放置兩個相同的標(biāo)志作為測標(biāo)，進而可實現(xiàn)立體量測?；诹Ⅲw的像點坐標(biāo)量測以及模型上地物、地貌的測繪都是同一個道理雙像立體測圖原理攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)

21、：攝影過程：地面像片投影過程：像片模型問：怎樣才能得到一個具備測圖條件的立體模型？解決方法之一：先相對定向，后絕對定向雙像立體測圖原理立體像對的相對定向：相對定向的目的：恢復(fù)兩張像片的相對位置和姿態(tài)關(guān)系，達到同名光線對對相交，建立與地面相似的立體模型。（a）有左右、上下視差 （b）只有上下視差雙像立體測圖原理立體像對的相對定向：相對定向過程：通過消除標(biāo)準(zhǔn)點位附近6（5）個同名點的上下視差，以達到相對定向的目的（此時其他同名點也無上下視差）。圖中：1、2點為左右片像主點b - 為像片基線1、26 - 為相對定向的6個標(biāo)準(zhǔn)點位，要保證點位清晰，避免落水相對定向的結(jié)果：建立了一個與地面相似的立體模型

22、，但還不具備測圖的條件（相對定向不需要地面控制點）。雙像立體測圖原理模型的絕對定向：絕對定向的目的：將相對定向所建立的立體模型納入到地面測量坐標(biāo)系中，并歸化到測圖比例尺（需要地面控制點）。絕對定向元素有7個：X ,Y,Z 3個平移量, 3個旋轉(zhuǎn)角 1個比例因子5+7=12雙像立體測圖原理地貌地物的測繪：一般是先測地物，再繪地貌1、測繪地物2、測定高程注記點3、描繪等高線4、檢查接邊5、清繪成圖攝影測量解析基礎(chǔ)影像的內(nèi)定向：內(nèi)定向的目的：1）恢復(fù)內(nèi)方位元素（ f，x ，y ）；2）實現(xiàn)像片的00儀器坐標(biāo)（或掃描坐標(biāo)）到以像主點為原點的像片坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。掃描儀yyx（像）ayxoyx（儀器）Ox攝影

23、測量解析基礎(chǔ)影像的內(nèi)定向內(nèi)定向的方法：借助像片的框標(biāo)來完成。內(nèi)定向步驟： 框標(biāo)的自動識別，確定框標(biāo)的掃描坐標(biāo) 利用框標(biāo)的理論坐標(biāo)和掃描坐標(biāo)求轉(zhuǎn)換公式中的系數(shù): x a a x a y012 y b b x b y012 實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換內(nèi)定向除了能實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，還兼具像片幾何變形改正的功能。攝影測量解析基礎(chǔ)立體像對的解析相對定向：幾個概念：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相對定向只需利用立體像對內(nèi)在的幾何關(guān)系來進行，不需要地面控制點b ,b ,1連續(xù)像對相對定向元素（5個 ）：yz , , , ,2單獨像對相對定向

24、元素（5個 ）：11222記?。合鄬Χㄏ蛟赜?個，相對定向不需要利用地面控制點。 體積 B(R R )攝影測量解析基礎(chǔ)12立體像對的解析相對定向：解析法相對定向原理及數(shù)學(xué)模型：共面條件方程確定攝影基線與左、右片同名光線三個矢量共面的方程 B(R R ) 012從共面條件出發(fā)，解析計算出5個相對定向元素，以恢復(fù)左、右片的相互關(guān)系。需要量測和利用6個標(biāo)準(zhǔn)點位附近的左右片像點坐標(biāo)同名光線對對相交攝影測量解析基礎(chǔ)立體模型的解析絕對定向：解析法絕對定向的目的：把相對定向后前方交會求得的模型點坐標(biāo)納入到大地坐標(biāo)系中。一個像對的兩張像片共有12個外方位元素，相對定向求得其中5個元素后，要恢復(fù)像對的絕對位置

25、，還要解求7個絕對定向元素，包括模型的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放。（12 - 5 = 7個）空間相似變換攝影測量解析基礎(chǔ)立體模型的解析絕對定向：解析法絕對定向原理及數(shù)學(xué)模型：空間相似變換方程 a a a X X 1 2 3 PXtp Y b b b Y Y tp123P Zc c c ZZ tp123P模型坐標(biāo)一個比例尺縮放 三個旋轉(zhuǎn) 三個平移絕對定向元素有7個。至少需要利用2個平高控制點、1個高程控制點?？臻g相似變換攝影測量解析基礎(chǔ)解決立體定位（測圖）的三種途徑：a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) x x f1s1s1s0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) 3 s

26、3 s 3s a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z )y y f2s2s2s0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) 3 s 3 s 3 s1、先相對定向，后絕對定向2、先后方交會，后前方交會3、光束法一步解求攝影測量解析基礎(chǔ)立體像對的空間前方交會：空間前方交會目的：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)模型點或地面點的坐標(biāo)。前方交會的數(shù)學(xué)模型：共線方程a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) x x f1s1s1s0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) 3s3s3sa (X X ) b (Y Y ) c (Z Z )y

27、y f2s2s2s0a (X X ) b (Y Y ) c (Z Z ) 3ss3s3已知：像對的內(nèi)、外方位元素量測：同名像點的像片坐標(biāo)求：對應(yīng)點的物方空間坐標(biāo)4 - 3 = 1攝影測量解析基礎(chǔ)多片空間前方交會：6 - 3 = 3攝影測量解析基礎(chǔ)多基線攝影測量概念：傳統(tǒng)的攝影測量是基于人眼的雙目視覺（單基線攝影測量）， 主要是受限于人只有2只眼睛。單基線立體的不足： . 基高比大，基線長，高程精度高. 基高比大，基線長，投影差大，對找同名點不利BH60%基高比 ：B / H攝影測量解析基礎(chǔ)多基線立體的優(yōu)點： 基高比小易于匹配（相鄰兩片匹配再進行傳遞，“基高比”并不比單基線攝影測量時?。?前方交

28、會有多余觀測，能提高解的精度基高比 ：B / H=？對于類似數(shù)碼相機DMC、UCD等影像（像幅小、重疊度大、基高比?。┚哂鞋F(xiàn)實意義BH80%借助計算機視覺理論，多基線攝影測量突破了雙目視覺的限制。練習(xí)單選題：1航測內(nèi)業(yè)測圖過程中，一個模型的絕對定向至少需要已知（ ）。A. 3個平面控制點B. 3個高程控制點C. 2個平面控制點 1個高程控制點D. 2個平高控制點 1個高程控制點E2個高程控制點 1個平面控制點2對平坦地區(qū)航空攝影而言，若航向重疊設(shè)計值為80%，旁向重疊設(shè)計值為30%，那么，航攝像片所能達到的最大重疊像片數(shù)為（ ）。A4度重疊D. 10度重疊B. 6度重疊E12度重疊C. 8度重疊3. DMC數(shù)字航攝儀的鏡頭組合包括（ ）。A. 4個全色鏡頭2個多光譜鏡頭 B. 4個全