攝影測量考研專業(yè)課

1、第一章 ：緒論1.攝影測量發(fā)展經(jīng)過了模擬攝影測量，攝影測量，數(shù)字?jǐn)z影測量三個階段。模擬攝影測量：利用光學(xué)或機(jī)械投影的方法來模擬攝影成像過程，用兩個或多個投影器恢復(fù)攝影時的航攝儀位置和姿態(tài)，通過實現(xiàn)攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)建立與實際地形表面成比例的可量測幾何模型，通過對幾何模型的量測得到地形圖和各種專題圖件。攝影測量：以計算機(jī)為主要，通過對攝影像片的量測和計算方法的交會方式在計算機(jī)中建立像點(diǎn)坐標(biāo)與物點(diǎn)坐標(biāo)之間的幾何關(guān)系，從而研究并確定被攝物體的形狀，大小，位置，性質(zhì)及相互關(guān)系，并提供各種攝影測量產(chǎn)品。數(shù)字?jǐn)z影測量：基于攝影測量的基本原理，應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，數(shù)字圖像處理，影像匹配，模式識別等多學(xué)科的理論和

2、方法，從影像中提取所攝物體以數(shù)字方式表達(dá)的幾何與物理信息。三個階段發(fā)展階段的特點(diǎn)：數(shù)字?jǐn)z影測量和模擬，測量的最大區(qū)別：它處理的原始資料是數(shù)字影像或數(shù)字化影像，它最終是以計算機(jī)視覺代替人的觀測，因而它使用的儀器最終將只是通用計算機(jī)及其相應(yīng)的外部設(shè)備，其產(chǎn)品是數(shù)字形式的，傳統(tǒng)的產(chǎn)品只是該數(shù)字產(chǎn)品的模擬輸出。測圖儀與模擬測圖儀的區(qū)別：前者使用的哦是數(shù)字投影方式，后者使用的是模擬的物理投影方式。由此導(dǎo)致儀器設(shè)計和結(jié)構(gòu)上的不同：前者是計算機(jī)控制的坐標(biāo)量測系統(tǒng)；后者是使用純光學(xué)機(jī)械型的模擬測圖裝置。還有操作方式的不同：前者是計算機(jī)輔助的人工操作，后者是完全的人工操作。2.存在的若干典型問題：輻射問題：數(shù)據(jù)

3、量和信息量：當(dāng)代數(shù)字?jǐn)z影測量與傳統(tǒng)攝影測量的根本的差別之一在于對影像輻射信息的計算機(jī)數(shù)字化處理。不利用輻射信息是無法實現(xiàn)攝影測量自動化的。當(dāng)代攝影測量不僅要自動測定目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，還要自動確定目標(biāo)點(diǎn)的紋理。速度和精度：自動化與影像匹配：影像解譯：3.發(fā)展，趨勢，趨勢：傳感器等：的多樣化，無無人機(jī)的發(fā)展。從對控制點(diǎn)的高度依賴無需地面控制點(diǎn)的攝影測量作業(yè)模式。新型傳感器的發(fā)展有望取代傳統(tǒng)的膠片型傳感器。攝影測量的并行化與自能化。多傳感器的有效集成。發(fā)展階段原始資料投影方式儀器操作方式產(chǎn)品模擬像片物理投影模擬測圖儀作業(yè)員手工模擬產(chǎn)品像片數(shù)字投影測圖儀機(jī)助作業(yè)員操作模擬和數(shù)字產(chǎn)品數(shù)字?jǐn)?shù)字化影像數(shù)字影

4、像數(shù)字投影數(shù)字計算機(jī)自動化操作加作業(yè)員的干預(yù)模擬和數(shù)字產(chǎn)品第10章：數(shù)字?jǐn)z影測量站的功能影像數(shù)字化：利用高精度影像數(shù)字化儀（掃描儀）將像片（負(fù)片或正片）轉(zhuǎn)化為數(shù)字影像影像處理：使影像的亮度與反差合適/色彩適度/方位正確量測：單像量測：特征提取與定位及交互量測雙像量測：影像匹配及交互量測多像量測：多影像間的匹配及交互多影像量測影像定向：內(nèi)定向：在框標(biāo)的半自動與自動識別與定位的基礎(chǔ)上，利用框標(biāo)的檢校坐標(biāo)與定位坐標(biāo)，計算掃描坐標(biāo)系與像片坐標(biāo)系間的變換參數(shù)。相對定向：提取影像中的特征點(diǎn)，利用二維相關(guān)尋找同名點(diǎn)，計算相對定向參數(shù)。絕對定向：自動空中三角測量：包括自動內(nèi)定向，連續(xù)相對的自動相對定向，自動選

5、點(diǎn)，自動轉(zhuǎn)點(diǎn)，模型連接，航帶，構(gòu)建網(wǎng)，網(wǎng)平差，粗差剔除，控制點(diǎn)半自動量測與區(qū)域網(wǎng)平差解算等。6核線影像：按照核線關(guān)系，將影像的灰度沿核線方向予以重新排列，核線影像對，以便觀測及將二維影像匹配轉(zhuǎn)為一維影像匹配。影像匹配：進(jìn)行密集點(diǎn)的影像匹配，以便建立數(shù)字地面模型建立數(shù)字地面模型及其編輯：由密集點(diǎn)影像匹配的結(jié)果與定向元素計算同名點(diǎn)的地面坐標(biāo)，然后內(nèi)插格網(wǎng)點(diǎn)高程建立矩形格網(wǎng) DEM 或直接構(gòu)建 TIN9 自動繪制等高線：基于矩形格網(wǎng) DEM 或 TIN等高線10 制作正射影像：基于矩形格網(wǎng) DEM 與數(shù)字微分糾正原理，制作正射影像。11 正射影像的鑲嵌與修補(bǔ)：根據(jù)相鄰正射影像部分的差異，對相鄰正射影

6、像進(jìn)行幾何與色彩或灰度的調(diào)整，以達(dá)到無縫鑲嵌。對正射影像上遮擋或異常的部分，用鄰近的影像塊或適當(dāng)?shù)募y理代替數(shù)字測圖：基于數(shù)字影像的機(jī)助量測，矢量編輯，符號化表達(dá)與注記制作影像地圖：矢量數(shù)據(jù)，等高線與正射影像疊加，制作影像圖地圖。制作到 DEM制作始影像制作，景觀圖：根據(jù)變換原理與 DEM 制作上制作真實三維景觀圖，將正射影像疊加匹配片：根據(jù) DEM 引入視差，匹配片。射影像制作匹配片，或者由原產(chǎn)品：影像參數(shù)（空中三角測量加密成果或影像定向結(jié)果）數(shù)字地面模型 DEM（或數(shù)字表面模型 DSM）數(shù)字地圖數(shù)字正射影像圖，景觀圖可視化模型各種工程設(shè)計所需的三維信息各種信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫所需的空間信息第二章

7、：單幅影像2.1 節(jié)：1 數(shù)碼航空影像分類：基礎(chǔ)1）單面陣航空數(shù)碼相機(jī)：特點(diǎn)：獲取的是彩色影像，影像像幅面小，但分辨率高。有些系統(tǒng)還裝有高精度全GPS 和慣性測量裝置 IMU，可提供較高精度的影像外方位元素。相機(jī)球無框標(biāo)，但像元行列排列非常規(guī)則。也因為其無框標(biāo)，故不需要進(jìn)行內(nèi)定向。2）多面陣航空數(shù)碼相機(jī)特點(diǎn)：大多數(shù)產(chǎn)品的大面陣是由多個小面陣3）三線陣航空數(shù)碼相機(jī)的。影像像幅面較大。特點(diǎn)：如 ADS40 相機(jī)，由 3 組全色波段的 CCD 陣列，每組兩個 CCD 并排放置， CCD 之間存在半個像素約 3.25um 的錯位，這種設(shè)計可以提高幾何分辨率。ADS40系統(tǒng)利用三線陣中心投影的 CCD

8、相機(jī)，能夠為每一條航帶連續(xù)地獲取不同投影方向（一般為前視，后視，下視）和不同波段的影像，其中任何兩張不同投影方向的影像都可以難。2 空中攝影像對。但是，每條線的外方為元素不一樣，給后續(xù)處理帶來困空中攝影采用豎直攝影方式，即攝影瞬間攝影機(jī)物鏡主光軸近似與地面垂直。攝影比例尺：把攝影像片當(dāng)做水平像片，地面取平均高程，這時候像片上的線段 l 和地面上相應(yīng)線段的水平距 L 之比。1/m=l/L=f/H航高：指攝影機(jī)物鏡相對于某一基準(zhǔn)面的高度。相對航高：指攝影機(jī)物鏡相對于某一基準(zhǔn)面的高度，常稱為攝影航高絕對航高：是相對于平均海平面的航高，是指攝影物鏡在攝影瞬間的真實海拔高度。攝影比例尺的選擇：航攝比例尺

9、的選取要以成圖比例尺，攝影測量內(nèi)業(yè)成圖方法和成圖精度等來考慮選取，另外還要考慮經(jīng)濟(jì)性和攝影資料的可使用性。4）像片度航帶彎曲：航帶彎曲是指航帶兩端像片主點(diǎn)之間的直線距離 L 與偏離該直線最遠(yuǎn)的像主點(diǎn)到該直線垂距比的倒數(shù)。像片旋轉(zhuǎn)角：相鄰兩像片的主點(diǎn)連線與像幅沿航帶飛行方向的兩框標(biāo)連線之間的夾角稱為像片的旋偏角。用表示。2.2 節(jié)：1 投影方式：中心投影：當(dāng)投影射線會聚于一點(diǎn)時，稱為中心投影平行投影：當(dāng)諸投影射線都平行與某一固定方向時，這種投影稱為平行投影2變換中的特殊點(diǎn)，線，面及特性。攝影中心：S跡線：兩平面的交線，也叫軸；像主點(diǎn)：由投影中心作像片平面的垂線，交像平面于 0，稱為像主點(diǎn)；點(diǎn)：像

10、主點(diǎn)在地面上的對應(yīng)點(diǎn) O 為點(diǎn)；像底點(diǎn)：由攝影中心作鉛垂線交像平面于點(diǎn) n，稱為像底點(diǎn)地低點(diǎn)：鉛垂線交地面與點(diǎn) N，為地底點(diǎn)；主垂面：過鉛垂線 SnN 和攝影方向 SoO 的鉛垂面稱為主垂面。主垂面即垂直與像平面，又垂直與地平面。用 W 表示；主縱線：主垂面 W 和像平面的交線稱為主縱線 vv，o 和 n 都在 vv 上；攝影方向線：主垂面 W 和地平面的交線稱為攝影方向線，以 VV 表示。等角點(diǎn)：作角 OSN 的角平分線，和像平面交于 c 點(diǎn)，和地平面交與 C 點(diǎn)，前者稱為像片上的等角點(diǎn)，后者稱為地面上的等角點(diǎn)。合點(diǎn)：過 S 作地平面上一條直線的平行線，和像平面的交點(diǎn)稱為合點(diǎn)；合點(diǎn)是地平面上

11、所有平行線組無窮遠(yuǎn)點(diǎn)的中心投影。合面或真水平面：過投影中心 S 作一水平面平行于地面，稱為合面 Es合線或真水平線：合面和像平面的交線，地面 E 上任何平行線組的合點(diǎn)都落在真水平線上。主合點(diǎn)：合線及真水平線和主縱軸的角點(diǎn) i 稱為主合點(diǎn)。主合點(diǎn)是地面上一組平行于攝影方向線 VV 直線的無窮遠(yuǎn)點(diǎn)的構(gòu)象。像水平線：過像片內(nèi)任何像點(diǎn)作平行于合線的平行線 hh，都稱為像水平線等比線：過像片上等角點(diǎn) c 的像水平線稱為等比線。主遁點(diǎn)：過攝影中心 S 在主垂面內(nèi)作像平面的平行線，與地面 E 交點(diǎn)稱為主遁點(diǎn)。3 重要點(diǎn)線的特征：底點(diǎn)的特性：把像片作為投影平面時，像底點(diǎn)應(yīng)為空間鉛垂線組的合點(diǎn)。等角點(diǎn)的特性：當(dāng)

12、地面為水平時，取等角點(diǎn) c 和 C 為輻射中心，在像平面和地平面上向任意一對等的。在傾斜的航對應(yīng)點(diǎn)所引繪的方向，與相應(yīng)的對應(yīng)起始線之間的夾角是相片上和水平地面上，由等角點(diǎn) c 和 C 所引出的一對對應(yīng)線無方向偏差。根據(jù)等角點(diǎn)的這個特性，就可以在傾斜航片上以等角點(diǎn) c 為角頂量出某一角度，來代替在地面以點(diǎn) C 為測站實地量測的水平角。3）等比線的特性：等比線的構(gòu)象比例尺等于水平像片的攝影比例尺 f/H，不受像片傾斜的影響。2.3 共線方程1 攝影測量常用的坐標(biāo)系：像平面坐標(biāo)系：是影像平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系，用以表示像點(diǎn)在像平面上的位置。原點(diǎn)為像主點(diǎn)。x 和 y 軸與框標(biāo)坐標(biāo)系的方向相同。z 軸方向和

13、 So 的連線一致。像空間坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于攝影中心 S，x 軸和 y 軸和 z 軸和像平面坐標(biāo)系的方向一致。像空間輔助坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于 S，Z 軸為鉛垂方向，并取航向方向為 X 軸，這樣有利于改正沿航線方向累計的系統(tǒng)誤差。攝影測量坐標(biāo)系：以地面上某一點(diǎn) A 為坐標(biāo)原點(diǎn)，其他坐標(biāo)軸和像空間輔助坐標(biāo)系的一致。物空間坐標(biāo)系：地面測量坐標(biāo)系（大地坐標(biāo)系），注意該坐標(biāo)系是左手坐標(biāo)系，以上三個坐標(biāo)系均為右手坐標(biāo)系。2 影像的內(nèi)方位元素內(nèi)方位元素：確定攝影機(jī)的鏡頭中心相對于影像位置關(guān)系的參數(shù)，成為影像的內(nèi)方位元素，包括 f，x0，y0，（內(nèi)方位元素一般由攝影機(jī)檢校確定）。外方位元素：確定影像或攝影光束在攝影

14、瞬間的空間位置和姿態(tài)的參數(shù)，稱為影像的外方位元素。包括三個線方位元素：Xs，Ys，Zs，用于描述攝影中心 S 相對于物方空間坐標(biāo)系的位置。另外三個是角元素，即，。3 共線方程的應(yīng)用：a 單像空間后方交會和多像空間前方交會；b c空中三角測量光束法平差中的基本數(shù)學(xué)模型；數(shù)字投影的基礎(chǔ)d 計算模擬影像數(shù)據(jù)（已知影像內(nèi)方位元素和物點(diǎn)坐標(biāo)求像點(diǎn)坐標(biāo)）e 利用數(shù)字高程模型（DEM）與共線方程制作正射影像f 利用 DEM 與共線方程進(jìn)行單幅影像測圖，等等。4 有理函數(shù)模型：有理函數(shù)模型可以直接建立起像點(diǎn)和空間坐標(biāo)之間的關(guān)系，不需要內(nèi)方位元素，回避成像的幾何過程，可以廣泛應(yīng)用于線陣影像的處理中。1）優(yōu)點(diǎn)：因

15、為 RFM 中每一等式右邊都是有理函數(shù)，所以 RFM 能得到比多項式模型更高的精度。且不會振蕩。眾所周知，在像點(diǎn)坐標(biāo)中加入附加改正參數(shù)能提高傳感器模型的精度。在 RFM中則無須加入這一附加的參數(shù)，因為多項式系數(shù)本身包含了這一改正參數(shù)。、C.RFM 獨(dú)立于攝影和傳感器，這是 RFM 最的特性。D.RFM 獨(dú)立于坐標(biāo)系統(tǒng)。這使得使用 RFM 時無需繁復(fù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，大大簡化了計算過程。2）缺點(diǎn)：該定位方法無法為影像的局部變形建立模型。模型中很多參數(shù)沒有物理意義，無法對這些參數(shù)的作用和影響作出定性的解釋和確定C.解算過可能會出現(xiàn)分母過小或者母，影響該模型的穩(wěn)定性D.有理多項式系數(shù)之間也有可能存在相關(guān)性

16、，會降低模型的穩(wěn)定性。 E.如果影像的范圍過大或者有高頻的影像變形，則定位精度無法保證。2.4 節(jié)：航1.像點(diǎn)位移：片的像點(diǎn)位移和比例尺概念：一個地面點(diǎn)在地面水平的水平像片上的構(gòu)想與地面有起伏時或傾斜像片上構(gòu)像的點(diǎn)位不一樣，這種差異稱為像點(diǎn)位移。因像片傾斜引起的像點(diǎn)位移。表現(xiàn)為水平的地平面上任意一正方形在像片上的構(gòu)像變?yōu)橐粋€四邊形，反之，像片上的一正方形影像對應(yīng)于地面上的景物不一定是正方形。因地形起伏引起的像點(diǎn)位移。因地形起伏，引起的像點(diǎn)位移，常稱為像片上的投影差，將具有位移的像點(diǎn)投影在基準(zhǔn)面上，和實際地面上的點(diǎn)之間的水平距離稱為地面上的投影差。綜合考慮像片傾斜和地形起伏的影像，像片上的任意一

17、點(diǎn)都存在像點(diǎn)位移，且位移的大小隨點(diǎn)位的不同而不同，由此導(dǎo)致一張像片上不同點(diǎn)位的比例尺不相等。 2.像片比例尺：2.5 節(jié)：單幅影像1.影像內(nèi)定向：基礎(chǔ)1）概念：在傳統(tǒng)攝影測量中，將影像架坐標(biāo)變換為以影像上像主點(diǎn)為原點(diǎn)的像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；在當(dāng)代攝影測量中，將掃描坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到像坐標(biāo)，都稱為影像內(nèi)定向。2）方法：借助影像的框標(biāo)來解決，位于影像四邊的為機(jī)械框標(biāo)，位于影像四角的為光學(xué)框標(biāo)。若采用線性正形變換，則僅需量測 3 個框標(biāo)，若采用放射變換公式，則需量測 4 個框標(biāo)，若采標(biāo)。2 單像空間后方交會：線性變換公式和投影變換公式，則需量測 8 個框1）概念：即利用影像覆蓋范圍內(nèi)一定數(shù)量的控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)

18、與影像坐標(biāo)，根據(jù)共線條件方程，反求該影像的外方位元素，這種方法就稱為單幅影像的空間后方交會。2）基本：以單幅影像為基礎(chǔ)，從該影像所覆蓋地面范圍內(nèi)若干控制點(diǎn)的已知地面坐標(biāo)和相應(yīng)點(diǎn)的像坐標(biāo)量測值出發(fā)，根據(jù)共線方程，解求該影像在航空攝影時刻的外方位元素 Xs，Ys，Zs，。3）計算過程：獲取已知數(shù)據(jù)：攝影比例尺，航高，內(nèi)方位元素，控制點(diǎn)的空間坐標(biāo)量測控制點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)并進(jìn)行必要的影像坐標(biāo)系統(tǒng)誤差改正，得到像點(diǎn)坐標(biāo)。 C.確定未知數(shù)的初始值。計算旋轉(zhuǎn)矩陣 R逐點(diǎn)計算像點(diǎn)坐標(biāo)的近視值。逐點(diǎn)計算誤差方程式的系數(shù)和常數(shù)項，組成誤差方程式。計算法方程的系數(shù)矩陣 ATA 與常數(shù)項解求外方位元素。檢查計算是否收斂。

19、若，的改正數(shù)，小于限差，則迭代結(jié)束，否則用新的近視值重復(fù) DH 步驟的計算，直到滿足要求為止。，組成法方程式。第三章：雙像測圖3.1 人眼的1、人造視覺和觀測視覺由于遠(yuǎn)近不同而形成的交會角的差異，便在人的兩眼中產(chǎn)生了生理視差，得到一個視覺，能分辨出物體遠(yuǎn)近。而通過觀測像對得到地物景物影像的感覺稱為人造視覺。2、觀察人造的條件1）由兩個不同攝站點(diǎn)攝取同一景物的一個像對.一只眼睛只能觀察像對中的一張像片，即雙眼觀察像對時必須保持兩眼分別只能對一張像片觀察，這一條件稱之為分像條件。兩眼各自觀察同一景物的左、右影像點(diǎn)的連線應(yīng)與眼基線近視平行像片見的距離應(yīng)與雙眼的交會角相適應(yīng)。比例尺相差小于等于 1%。

20、2、效應(yīng)的轉(zhuǎn)換1）正效應(yīng)：將左方攝影站獲得的像片 P1 放在左方，用左眼觀察，右攝影站攝得的像片 P2 放在右方，用右眼觀察，就得到一個與實物相似的效果，稱此效應(yīng)為正效應(yīng)。2）反效應(yīng)：將左方攝影站獲得的像片 P1 放在右方，用右眼觀察，右攝影站攝得的像片 P2 放在左方，用左眼觀察，由于人眼觀察像片的生理視差改變了符號，使觀察到的應(yīng)。影像的遠(yuǎn)近恰好與實物相反，稱此效應(yīng)為反效3）零效應(yīng)：將正情況下的兩張像片，在各自的平面內(nèi)按同一方向旋轉(zhuǎn)90，使像片上坐標(biāo)互換了方向。像片上原來的縱坐標(biāo) y 軸轉(zhuǎn)到與基線平行，此時生理視差變?yōu)橄衿?y 方向的視差，因而失去了感覺成為一個平面圖像，這種視覺，稱為零效

21、應(yīng)。3、像對的觀察1）用鏡觀察。2）影式觀察：當(dāng)一個像對的兩張像片在恢復(fù)了攝影時的相對位置后，用燈光照射到像片上，其光線通過像片投射至承影面上，兩張像片的影像相互。A、互補(bǔ)色法： B、光閘法： C、偏振光法： D、液晶閃閉法3.2像對像對定向與核線幾何1、相對定向元素與共面方程（一個控制點(diǎn)就一個方程，最少需要 5 個方程）1）相對定向就是要恢復(fù)攝影時相鄰兩影像攝影光束的相互關(guān)系，從而使同名光線對對相交。相對定向的方法有兩種：一種是單獨(dú)像對像對定向，它采用兩幅影像的角元素運(yùn)動實現(xiàn)相對定向，其定向元素為（1，1，2，2，2）；另一種是連續(xù)像相對定向，它以左影像為基準(zhǔn)，采用右影像的直線運(yùn)動和角運(yùn)動實

22、現(xiàn)相對定向，其定向元素為（By，Bz，2，2，2）。在多個連續(xù)模型的處理中多采用連續(xù)法相對定向。2）共面條件方程式：攝影站為 S1，S2；m1、m2 表示模型點(diǎn) M 在左右兩幅影像上的構(gòu)像。S1m1，S2m2 表示一對同名光線，它們與空間基線 S1S2 共面，這個平面可以用三個矢量 R1，R2 和 B 的混和積表示實質(zhì)：是一個數(shù)字糾正，將傾斜影像上的核線投影（糾正）到“水平”影像上，求得“水平”影像對上的同名核線。B、基于共面條件的同名核線幾何關(guān)系3.3像對空間前方交會該節(jié)較簡單，只需注意，有兩種方法，一種是利用點(diǎn)投影系數(shù)的空間前方交會方法，一種是利用共線方程的嚴(yán)格解法。后者是一種嚴(yán)格的，不受

23、影像數(shù)約束的空間前方交會，由于其是線性方程組，故也不需要空間坐標(biāo)的初值。注意，多片前方交會能夠提高結(jié)果的精度和可靠性。3.4 單元模型的絕對定向（一個點(diǎn)列 3 個方程，有 7 個未知數(shù)，故最少需要 3 個控制點(diǎn)，確切的說，是兩個平面高程控制點(diǎn)，和一個高程控制點(diǎn)）1、進(jìn)行絕對定向的背景：一個像對經(jīng)相對定向所建立的模型是以像空間輔助坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的，其比例尺仍是任意的。要確定模型在實際物空間坐標(biāo)系中的正確位置，則需要把模型點(diǎn)的攝影測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為物空間坐標(biāo)。這需要借助與物空間坐標(biāo)為已知的控制點(diǎn)來確定空間輔助坐標(biāo)系與實際物空間坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系，稱為模型的絕對定向。模型的絕對定向或兩個單獨(dú)像對定向模型

24、的連接問題在數(shù)學(xué)上都是一個不同原點(diǎn)的三相似變換問題。2、空間坐標(biāo)的相似變化方程變化參數(shù)：需經(jīng)過 3 個角度的旋轉(zhuǎn)，一個比例尺縮放和 3 個坐標(biāo)方向的平移，才能將模型點(diǎn)的空間輔助坐標(biāo)變換為物空間坐標(biāo)。3、坐標(biāo)的重心化1）目的：一是減少模型點(diǎn)坐標(biāo)在計算過的有效位數(shù)，以保證計算的精度；二是采用了重心化坐標(biāo)以后，可使法方程式的系數(shù)簡化，個別項的數(shù)值變成零，部分未知數(shù)可以分開求解，從而提高了計算速度。4、計算過程：A、確定待定參數(shù)的初始值：三個角、線旋轉(zhuǎn)參數(shù)為 0，縮放參數(shù)為 1. B、計算地面攝測坐標(biāo)系重心的坐標(biāo)和重心化的坐標(biāo)。C、計算空間輔助坐標(biāo)系重心的坐標(biāo)和重心化的坐標(biāo)。 D、計算常數(shù)項。E、計算

25、誤差方程式系數(shù)。F、逐點(diǎn)法化及法方程式求解。 G、計算待定參數(shù)的新值。H、判斷參數(shù)增值是否超限，若超限則重復(fù) C-H 步，否則，計算過程結(jié)束。3.5影像對光束法嚴(yán)密解1、待定點(diǎn)加密的方法：A、后方交會-前方交會解法：可首先利用控制點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)與像坐標(biāo)由單像空間后方交會求出左、右影像的外方位元素，然后再根據(jù)待定同名點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)與外方為元素，利用空間前方交會方法求出待定點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)。B、相對定向-絕對定向解法：先通過解求像對的相對定向元素，按前方交會方法計算的到模型點(diǎn)的空間輔助坐標(biāo)以后，再由絕對定向參數(shù)求得待定點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)。C、光束法嚴(yán)密解法：先分別求出兩幅影像的外方為元素然后再作前方

26、交會，再將參數(shù)與物方空間點(diǎn)坐標(biāo)在一個整體內(nèi)進(jìn)行，理論較為嚴(yán)密。2、光束法嚴(yán)密解法該解法含有左、右兩幅影像的 12 個外方位元素未知數(shù)，對每一個待定點(diǎn)則引入三個空間坐標(biāo)未知數(shù)。每一對同名點(diǎn)可列出 4 個誤差方程式，因此至少需要 3 個控制點(diǎn)才能確定平差的基準(zhǔn)。設(shè)在一個像對中含有 4 個控制點(diǎn)，n 個待定點(diǎn)，則需解求（12+3n）個未知數(shù)，而誤差方程式個數(shù)為（16+4n）。3、三種解法比較：第一種：后方交會-前方交會；第二種：相對定向-絕對定向；第三種：一次定向解法1）第法前交的結(jié)果依賴于空間后方交會的精度，前交過沒有充分利用多余條件進(jìn)行平差計算。往往應(yīng)用于已知影像的外方位元素、需確定少量的待定點(diǎn)

27、坐標(biāo)時采用。2）第二種方法計算公式比較多，最后的點(diǎn)位精度取決于相對定向和絕對定向的精度，用這種方法的解算結(jié)果不能嚴(yán)格表達(dá)一幅影像的外方為元素；該方法往往在航帶法空中三角測量中應(yīng)用。3）第三種方法的理論最嚴(yán)密、精度最高，待定點(diǎn)的坐標(biāo)是完全按最小二乘法原理解求出來的。該方法在光線束法空中三角測量中應(yīng)用。第四章：4.1 概述空中三角測量1、概念：利用計算的方法，根據(jù)航片上所量測的像點(diǎn)坐標(biāo)和必要的用以確定平差基準(zhǔn)的非攝影測量信息測定所攝目標(biāo)地區(qū)未知點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)，稱之為空中三角測量。2、意義：A、不觸及被量測目標(biāo)即可測定其位置和幾何形狀；B、可快速地在大范圍內(nèi)同時進(jìn)行點(diǎn)位測定，以節(jié)省野外測量工作量

28、C、不受通視條件限制；D、攝影測量平差是，區(qū)域 3、目的 應(yīng)用：精度均勻，且不受區(qū)域大小限制。A、為 4D 產(chǎn)品生產(chǎn)提供定向控制點(diǎn)和影像定向參數(shù)（內(nèi)方位元素）；B、進(jìn)行三、四等或等外三角測量的點(diǎn)位測定；C、測定大范圍內(nèi)界址點(diǎn)的坐標(biāo)，即用于地籍測量；D、單元模型中大量地面點(diǎn)坐標(biāo)的計算；E、近景攝影測量和非地形攝影測量。4、分類：1）按數(shù)學(xué)模型可分為：航帶法、獨(dú)立模型法、光束法。2）按平差范圍大小可分為：單模型法、帶法和區(qū)域網(wǎng)法。5、進(jìn)行空中三角測量所必需的信息1）攝影測量信息：橡皮上量測的控制點(diǎn)、定向點(diǎn)、連接點(diǎn)及待求點(diǎn)等等的像點(diǎn)坐標(biāo)，或在建立的模型上量測的上述各類點(diǎn)的模型坐標(biāo)。2）非攝影測量信息

29、：主要指將空中三角測量網(wǎng)納入到規(guī)定物方坐標(biāo)系所必須的基準(zhǔn)信息。從攝影測量觀測值與非攝影測量觀測值的聯(lián)合平差意義上講，還包括直接的大地測量觀測值、導(dǎo)航數(shù)據(jù)所提供的影像外方位元素以及物方點(diǎn)之間存在的相對控制條件等。影像連接點(diǎn)的類型與設(shè)置1、類型：人工轉(zhuǎn)刺點(diǎn)，儀器轉(zhuǎn)刺點(diǎn)，標(biāo)志點(diǎn)，明顯地物點(diǎn)，數(shù)字影像匹配轉(zhuǎn)點(diǎn)像點(diǎn)坐標(biāo)量測與系統(tǒng)誤差預(yù)改正像點(diǎn)坐標(biāo)的系統(tǒng)誤差主要由攝影材料的變形、攝影物鏡畸變、大氣折光以及地球曲率諸引起。4.4 航帶法空中三角測量1、概述：1）定義：航帶法是通過相對定向和模型連接先建立航帶法、以點(diǎn)在該航帶中的攝影測量坐標(biāo)為觀測值，通過非線性多項式中變換參數(shù)的確定，使要求的地面坐標(biāo)系，并使公

30、共點(diǎn)上不符值的平方和為最小。網(wǎng)納入所2）主要：把許多像對的單個模型連結(jié)成一個航帶模型，將航帶模型視為單元模型進(jìn)行處理，通過消除航帶模型中累積的系統(tǒng)誤差，將航帶模型整體納入到測圖坐標(biāo)系中，從而確定加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)。3）主要工作流程：A、像點(diǎn)坐標(biāo)的量測和系統(tǒng)誤差預(yù)改正；B、像對的相對定向C、模型連接構(gòu)建航帶網(wǎng)D、航帶模型的絕對定向 E、航帶模型的非線性改正 F、加密點(diǎn)坐標(biāo)計算。4）之處：航帶法空中三角測量是通過一個個像對的相對定向和模型連接構(gòu)建航帶，以各條航帶為平差的基本單元，各航帶中點(diǎn)的攝測坐標(biāo)作為平差的觀測值。由于這種方法構(gòu)建航帶時，是以前一步計算結(jié)果作為下一步計算的依據(jù)，所以誤差累積得很快，

31、甚至偶然誤差也會產(chǎn)生二次和的累積作用。4.5 獨(dú)立模型法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量1、概念：先通過相對定向建立起單元模型，以模型點(diǎn)坐標(biāo)為觀測值，通過單元模型在空間的相似變換，使之納入到規(guī)定的地面坐標(biāo)系，并使模型連接點(diǎn)上殘差的平方和為最小。2、基本：把一個單元模型（可以由一個像對或兩個像對，甚至三個像對組成）視為剛體，利用各單元模型彼此間的公共點(diǎn)連成一個區(qū)域，在連接，每個單元模型只能作平移、縮放、旋轉(zhuǎn)（因為他們是剛體），這樣的要求過只有通過單元模型的三維線性變換（空間相似變換）來完成。在變換過要使模型間公共點(diǎn)的坐標(biāo)盡可能一致，控制點(diǎn)的攝測坐標(biāo)應(yīng)與其地面攝測坐標(biāo)盡可能一致（即它們的差值盡可能?。瑫r觀測

32、值改正數(shù)的平方和為最小，在滿足這些條件的情況下，按最小二乘法原理求得待定點(diǎn)的地面攝測坐標(biāo)。3、主要內(nèi)容：A、求出各單元模型中模型點(diǎn)的坐標(biāo)，包括攝站點(diǎn)坐標(biāo)；B、利用相鄰模型之間的公共點(diǎn)和所在模型中的控制點(diǎn)，對每個模型各自進(jìn)行空間相似變換，列出誤差方程式及法方程式。C、建立全區(qū)域的改化法方程式，并按循環(huán)分塊法求解，求得每個模型的 7 個參數(shù)；D、由已經(jīng)求得的每個模型的 7 個參數(shù)，計算每個模型中待定點(diǎn)的坐標(biāo)。若為相鄰模型的公共點(diǎn)，則取其平均值作為最后結(jié)果。4.6 光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量1、概述1）基本：以一張像片組成的一束光線作為一個平差單元，以中心投影的共線方程作為平差的基礎(chǔ)方程，通過各光線束

33、在空間的旋轉(zhuǎn)和平移，使像片之間的公共光線實現(xiàn)最佳的交會，將整個區(qū)域最佳地納入到控制點(diǎn)坐標(biāo)系中，從而確定加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)和像片的外方位元素。2）作業(yè)流程：A、獲取像片內(nèi)方位元素、像點(diǎn)坐標(biāo)和地面控制點(diǎn)坐標(biāo)；B、確定像片外方位元素和加密點(diǎn)地面坐標(biāo)的近視值（可利用航帶法獲得） C、逐點(diǎn)建立誤差方程式并法化D、建立改化法方程式（消除一類未知數(shù)所得的法方程） E、采用循環(huán)分塊法求解改化法方程F、求出每張像片的外方位元素G、計算加密點(diǎn)的三坐標(biāo)3）嚴(yán)密性：只有影像坐標(biāo)才是真正原始的、獨(dú)立的觀測值，而其他兩種方法下的觀測值，往往是相關(guān)而不獨(dú)立的。從這個意義上講，光束法平差是最嚴(yán)密的。2、三種區(qū)域網(wǎng)平差方法的比較

34、方法航帶法區(qū)域網(wǎng)平差獨(dú)立模型法光束法數(shù)學(xué)模型航帶坐標(biāo)的非線性多項式改正公式單元模型空間相似變換公式共線條件方程式觀測值航帶中各點(diǎn)的攝影測量坐標(biāo)計算的或量測的模型坐標(biāo)每幅影像的像點(diǎn)坐標(biāo)平差單元航帶獨(dú)立模型單個光束嚴(yán)密性不嚴(yán)密較嚴(yán)密（如果能顧及模型坐標(biāo)之間的相關(guān)特性，該方法就與光束法一樣嚴(yán)密）嚴(yán)密精度低（而前兩種方法在平差中的觀測 值）較高（均為真正觀測值的函數(shù)）高（因為使用的觀測值是真正的觀測值）速度快較快慢未知數(shù)個數(shù)少較多多是否需要未知數(shù)初始值不需要不需要需要（由于共線方描述的像點(diǎn)坐標(biāo)與各未知參數(shù)的關(guān)系是非線性的，因此必須建立誤差方程式和提供各未知數(shù)初始值）是否可以平面高程分開處理可以可以不可

35、以，只能是三維網(wǎng)平差應(yīng)用為嚴(yán)密平差提供初始值和小比例尺低精度點(diǎn)位加密高精度的 空中三角測量，點(diǎn)位測定如果光束法的系統(tǒng)誤差沒有得到很好的補(bǔ)償，則其優(yōu)點(diǎn)也就反映不出來，三種方法的精度也就沒有顯著的差異3、空中三角測量的精度分析1）理論精度和實際精度A、理論精度：從理論上進(jìn)行分析，把待定點(diǎn)的坐標(biāo)改正數(shù)視為隨二乘平差計算中，求出坐標(biāo)改正數(shù)的方差協(xié)方差矩陣。量，在最小B、實際精度：利用大量的野外實測控制點(diǎn)作為空中三角測量的多余檢查點(diǎn)，將平差計算所得該店的坐標(biāo)與野外實測坐標(biāo)比較，其差值視為真誤差，由這些真誤差計算出點(diǎn)位坐標(biāo)精度。C、實際精度和理論精度的差異往往有助于發(fā)現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)或平差模型中存在的誤差，因此

36、，在實際工作中提供足夠多的多余控制點(diǎn)數(shù)是非常必要的。2）區(qū)域網(wǎng)平差的精度分布規(guī)律A、三種方法中，區(qū)域網(wǎng)空中三角測量的精度最弱點(diǎn)位于區(qū)域的四周，而不在區(qū)域的。因此，平面控制點(diǎn)應(yīng)當(dāng)布設(shè)在區(qū)域的四周，這樣才能起到控制精度的作用。B、當(dāng)密集周邊布點(diǎn)時，區(qū)域網(wǎng)的理論精度對與航帶法而言小于一條航帶的測點(diǎn)精度；對于獨(dú)立模型而言相當(dāng)于一個單元模型的測點(diǎn)精度；而光束法區(qū)域網(wǎng)的理論精度不隨區(qū)域大小而改變，是一個常數(shù)；C、當(dāng)控制點(diǎn)稀疏分布時，區(qū)域網(wǎng)的理論精度會隨著區(qū)域的增大而降低，但若增大旁向，則可以提高區(qū)域網(wǎng)平差坐標(biāo)的理論精度D、區(qū)域網(wǎng)平差的高程理論精度取決于控制點(diǎn)間的跨度而與區(qū)域大小無關(guān)，即只要高程控制點(diǎn)間的跨

37、度相同，即使區(qū)域大小不一樣，它們的高程理論精度還是相等的。3）空中三角測量控制點(diǎn)布設(shè)的原則A、平面控制點(diǎn)應(yīng)采用周邊布點(diǎn) B、高程控制點(diǎn)應(yīng)布成鎖形C、當(dāng)信噪比較大時，光束法區(qū)域網(wǎng)平差可利用附加參數(shù)的自檢校平差來補(bǔ)償影像系統(tǒng)誤差。D、在區(qū)域網(wǎng)平差中可用來代替地面控制點(diǎn)的非攝影測量觀測值主要是導(dǎo)航數(shù)據(jù)，如 GPS提供的攝站坐標(biāo)。E、為了提高區(qū)域網(wǎng)的可靠性，控制點(diǎn)可布成點(diǎn)組F、在不增加控制點(diǎn)的情況下，通過擴(kuò)大平差區(qū)域范圍（上下各增加一條航線，左右各增加一個模型），可以提高加密精度和可靠性。4.7 系統(tǒng)誤差補(bǔ)償與自檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差一、影像坐標(biāo)系統(tǒng)誤差的特性1、系統(tǒng)誤差定義：由于某種物理原因造成的有一

38、定規(guī)律而不可避免的誤差。2、來源：1）攝影機(jī)的系統(tǒng)誤差，如物鏡畸變差、軟片壓平誤差、濾光片或窗口保護(hù)玻璃不平引起的光學(xué)誤差。不同的暗匣也可能帶來不同的系統(tǒng)誤差。攝影飛機(jī)帶來的系統(tǒng)誤差，如在飛行中引起的大氣振動，發(fā)過攝影窗口均可引起系統(tǒng)性的構(gòu)想誤差。底片變形。大氣折光地球曲率排出的氣流通7）觀測設(shè)備及觀測員本身的系統(tǒng)誤差也將引起量測的影像坐標(biāo)的某種系統(tǒng)誤差。二、補(bǔ)償系統(tǒng)誤差的方法1、試驗場檢校法：一種直接補(bǔ)償法，即利用真實攝影飛行條件下的試驗場檢校 法，由大量地面控制點(diǎn)求得補(bǔ)償系統(tǒng)誤差的參數(shù)，在保證攝影測量條件基本不變的情況下，用這組參數(shù)來補(bǔ)償和改正實際區(qū)域網(wǎng)平差中的系統(tǒng)誤差。2、驗后補(bǔ)償法：不

39、改變原來的平差程序，而是通過對平差后殘差大小及方向的分析來推算影像系統(tǒng)誤差的大小及特征。然后在觀測值上引入系統(tǒng)誤差改正。利用改正后的影像坐標(biāo)重新計算一遍，從而使平差結(jié)果得到改善。3、自檢校法：急選用若干附加參數(shù)組成系統(tǒng)誤差模型，將這些附加參數(shù)作為未知數(shù)或帶權(quán)觀測值，與區(qū)域網(wǎng)的其他未知參數(shù)一起解求，從而在平差過和消除系統(tǒng)誤差的影響。自行檢定4、自抵消法：通過對同一測區(qū)進(jìn)行相互垂直的兩次航攝飛行，航向與旁向均為 60%，從而獲得同一測區(qū)的四組攝影測量數(shù)據(jù)。將這四組數(shù)據(jù)同時進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，此時各組數(shù)據(jù)之間的系統(tǒng)變形將會相互抵消或減弱，使系統(tǒng)誤差成了“偶然誤差”。注意：上述各種方法可以組合起來使用，如

40、自檢校平差加驗后補(bǔ)償法，試驗場檢校與自檢校平差同時采用，通過這些組合可獲得最佳效果。三、利用附加參數(shù)的自檢校法1、基本：采用一個用若干附加參數(shù)描述的系統(tǒng)誤差模型，在區(qū)域網(wǎng)平差的同時解求這些附加參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到自動測定和消除系統(tǒng)誤差的目的。2、由于系統(tǒng)誤差可以方便地表示為影像坐標(biāo)的函數(shù)，所以通常只在以影像坐標(biāo)為觀測值的光束法區(qū)域網(wǎng)平差中進(jìn)行附加參數(shù)的自檢校法。3、基本解算過程：4、系統(tǒng)誤差模型的選擇：5、自檢校平差的效果與信噪比自檢校平差：自檢校平差是從有噪聲（偶然誤差）的觀測值中提取信號的（系統(tǒng)誤差），因此自檢校平差所能導(dǎo)致的精度改善根本上取決于觀測值的信噪比。信噪比越大，自檢校皮昂差的效果越好

41、。6、對自檢校區(qū)域網(wǎng)平差方法的評價：4.8 攝影測量與非攝影測量觀測值的聯(lián)合平差1、聯(lián)合平差的概念：將原始的大地測量觀測值、一般的控制信息和/或相對控制條件與攝影測量觀測值一起進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，以取代地面控制點(diǎn)。2、非攝影測量信息：1）大地測量觀測值：距離，角度，天文，局部坐標(biāo)2）像片外方位元素：高差儀，攝站坐標(biāo)，像片姿態(tài)，攝站間航高差3）相對控制條件：湖面等高，平面，圓周，共線4.9GPS 輔助空中三角測量1、概念：利用安裝在航攝飛機(jī)上與航攝儀相連的 GPS連續(xù)觀測 GPS信號、獲取航空攝影瞬間航攝儀快門開啟脈沖，經(jīng) GPS 載波相位測量的離線數(shù)據(jù)后處理獲取航攝儀時刻攝站的三維坐標(biāo)，然后將其視

42、為帶權(quán)觀測值引入攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差中，經(jīng)采用的理論、技術(shù)和方法。2、基本原理1）作業(yè)過程的數(shù)學(xué)模型來整體確定并對其質(zhì)量進(jìn)行評定A、現(xiàn)行航空攝影系統(tǒng)改造及偏心測定，即安裝 GPS天線相位中心到攝影機(jī)中心的測定偏心。，并進(jìn)行 GPSB、帶 GPS 信號的航空攝影。在航空攝影過，以 0.51.0s 的數(shù)據(jù)更新同時而連續(xù)地觀測時刻。率，用至少兩臺分別設(shè)在地面基準(zhǔn)站和飛機(jī)上的 GPSGPS信號，以獲取 GPS 載波相位觀測量和航攝儀C、解求 GPS 攝站坐標(biāo)。D、GPS 攝站坐標(biāo)與攝影測量數(shù)據(jù)的聯(lián)合平差。2）GPS 攝站坐標(biāo)與攝影中心坐標(biāo)的幾何關(guān)系A(chǔ)、由于機(jī)載 GPS天線的相位中心不可能與航攝儀物鏡后節(jié)

43、點(diǎn)重合，所以會產(chǎn)生一個偏心矢量。該偏心矢量為一個常數(shù)，且在飛機(jī)坐標(biāo)系（即像方坐標(biāo)系）中的三個坐標(biāo)分量可以測定出來。B、研究表明，基于載波相位測量的動態(tài) GPS 定位會產(chǎn)生隨航攝飛行時間 t 線性變化的漂移系統(tǒng)誤差。C、機(jī)載 GPS 天線相位中心與攝影中心坐標(biāo)間的嚴(yán)格幾何關(guān)系是非線性的，為了能將 GPS 所確定的攝站坐標(biāo)作為帶權(quán)觀測值引入空中三角測量平差中，需對其進(jìn)行線性化處理。3）GPS 輔助光束法平差的誤差方程式和法方程式3、對方法的評價與展望A、用基于 GPS 載波相位測量差分來確定航空遙感傳感器的三維坐標(biāo)是可行的，將其用于攝影測量定位可滿足各種比例尺地形圖航測成圖方法對加密成果的精度要求

44、。B、GPS 輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差可大大減少地面控制點(diǎn)C、可大大減少野外控制工作量，從航空攝影到完成攝影測量加密的時間較傳統(tǒng)方法大大縮短，進(jìn)而可縮短航測成圖周期。D、區(qū)域四角應(yīng)布設(shè) 4 個平高地面控制點(diǎn)，還應(yīng)于區(qū)域兩段加攝兩條垂直構(gòu)架航線或在區(qū)域兩端垂直與航線方向布設(shè)兩排高程地面控制點(diǎn)。E、該技術(shù)是一種全新的技術(shù)，還涉及很多其他的技術(shù)?？傊?，該方法是一種經(jīng)濟(jì)、快速的高精度攝影測量加密方法。4.10 自動空中三角測量1、空中三角測量的概念A(yù)、常規(guī)的空中三角測量把像點(diǎn)坐標(biāo)的量測與平差計算分別放在兩個環(huán)節(jié)中完成，這中脫機(jī)方式處理的嚴(yán)重缺點(diǎn)是對量測的質(zhì)量缺乏及時的了解。B、空中三角測量基本：利用電子計

45、算機(jī)的高速運(yùn)算和聯(lián)機(jī)操作控制的優(yōu)點(diǎn)，把像點(diǎn)坐標(biāo)的量測與最小二乘平差計算放在同一個環(huán)節(jié)中進(jìn)行，一邊進(jìn)行觀測，一邊進(jìn)行運(yùn)算，無需分成兩個階段。2、自動空中三角測量1）基本：利用模式識別技術(shù)和多像影像匹配等方法代替人工在影像上自動選點(diǎn)與轉(zhuǎn)點(diǎn)，同時自動獲取像點(diǎn)坐標(biāo)，提供給區(qū)域網(wǎng)平差程序解算，以確定加密點(diǎn)在選定坐標(biāo)系中的空間位置和影像的定向參數(shù)。2）作業(yè)過程： A、構(gòu)建區(qū)域網(wǎng) B、自動內(nèi)定向C、自動選點(diǎn)與自動相對定向 D、多影像匹配自動轉(zhuǎn)點(diǎn)E、控制點(diǎn)的半自動量測 F、攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差3、GPS/輔助全自動空中三角測量如果將影像點(diǎn)坐標(biāo)觀測值與地面控制點(diǎn)坐標(biāo)一道進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，這便是經(jīng)典的空中三角測量方法

46、；如果將該觀測值與 GPS/數(shù)據(jù)（必要時可加入少量的地面控制點(diǎn)）一并進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，這就形成了 GPS/量。輔助空中三角測4.11 機(jī)載系統(tǒng)對地定位1、系統(tǒng)簡介：1）概念：利用安裝于飛機(jī)上與航攝儀相連接的系統(tǒng)連續(xù)觀測 GPS信號、同時測定航空攝影瞬間航攝儀的位置和姿態(tài)，經(jīng) GPS 載波相位測量動態(tài)定位技術(shù)的離線數(shù)據(jù)后處理獲取航攝儀時刻攝站的三維坐標(biāo)及影像的姿態(tài)角，然后將其視為帶權(quán)觀測值引入光束法區(qū)域網(wǎng)平差中，經(jīng)采用的數(shù)學(xué)模型來整體確定地面目標(biāo)點(diǎn)位和像片外方位元素，并對其質(zhì)量進(jìn)行評定的理論、技術(shù)和方法。2）組成：A、慣性測量裝置（IMU）：IMU 由三個加速度計、三個陀螺儀、數(shù)字化電路和一個

47、執(zhí)行信號調(diào)節(jié)及溫度補(bǔ)償功能的處理器組成。B、GPS：GPS 系統(tǒng)由一系列 GPS 導(dǎo)航和 GPS組成。采用載波相位差分的 GPS 動態(tài) C、計算機(jī)系統(tǒng)（PCS） D、數(shù)據(jù)后處理解求 GPS 天線相位中心位置。2、系統(tǒng)與航空攝影系統(tǒng)的集成方法1）將系統(tǒng)和航攝儀集成在一起，通過 GPS 載波相位差分定位獲取航攝儀的位置參數(shù)及慣性測量單元 IMU 測定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)，經(jīng) IMU、DGPS 數(shù)據(jù)的聯(lián)合后處理，可直接獲得測圖所需的每張像片 6 個外方位元素，從而能夠大大減少乃至無需地面控制直接進(jìn)行航空影像的空間地理定位。2）直接對地由慣性測量裝置、航攝儀、機(jī)載 GPS和地面基準(zhǔn)站GPS4 部分，其中前

48、三者必須穩(wěn)固安裝在飛機(jī)上，保證在航空攝影過三者之間的相對位置關(guān)系不變。3）航攝儀、GPS 天線和 IMU 三者之間的空間坐標(biāo)變換可以通過坐標(biāo)變換實現(xiàn)。3、1）機(jī)載系統(tǒng)在航空攝影測量中的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用方式：A、利用數(shù)據(jù)進(jìn)行直接傳感器定向：在已知 GPS 天線相位中心、IMU 及航攝儀三者之間空間關(guān)系的前提下，可直系統(tǒng)獲取的 GPS 天線相位中心的空間坐標(biāo)及 IMU 系統(tǒng)獲取的側(cè)滾角、接對俯仰角、航偏角進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲取航空影像瞬間的攝站中心三坐標(biāo)及其航攝儀三個姿態(tài)角，從而實現(xiàn)無地面控制條件下直接恢復(fù)航空攝影的成像過程。優(yōu)點(diǎn)：整個測區(qū)不需要進(jìn)行空中三角測量、不需要地面控制點(diǎn)缺點(diǎn)：缺少了多余觀測，結(jié)

49、果的可靠性不強(qiáng)。且由于對幾何模型考慮得比較簡單，即使區(qū)域網(wǎng)結(jié)構(gòu)十分完美且檢校場及 GPS/IMU 數(shù)據(jù)聯(lián)合處理準(zhǔn)確無誤，直接傳感器定向所能達(dá)到的精度仍然難以滿足大比例尺測圖的需要。B、利用數(shù)據(jù)進(jìn)行集成傳感器定向：當(dāng) GPS、IMU 與航攝儀三者之間的空間關(guān)系位置時，需要有適當(dāng)數(shù)量的地面控制點(diǎn)，通過將 DGPS/IMU 系統(tǒng)獲取的三坐標(biāo)與 3 個姿態(tài)數(shù)據(jù)直接作為空中三角測量的附加觀測值參與區(qū)域網(wǎng)平差，從而高精度獲取每張航片的 6 個外方位元素，實現(xiàn)大幅度減少地面控制點(diǎn)的數(shù)量。優(yōu)點(diǎn)：更好的容錯能力，更精確的定向結(jié)果。不需要進(jìn)行預(yù)先的系統(tǒng)校正，因為校正參數(shù)能夠在空中三角測量的過目。解算出來。大大減少

50、所需要的控制點(diǎn)數(shù)缺點(diǎn)：需要進(jìn)行空中三角測量和加密點(diǎn)量測。C、兩者比較：由于集成傳感器定向是將 DGPS 和 IMU 數(shù)據(jù)直接納入?yún)^(qū)域網(wǎng)，用地面控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合平差的，因此理論上集成傳感器定向較直接傳感器定向具有可靠的精度和穩(wěn)定性。但直接傳感器定向具有更好的適應(yīng)性。2）GPS、IMU 及航攝儀三者之間空間關(guān)系的確定A、攝影中心空間位置的確定：和 GPS 輔助空中三角測量差不多B、航攝儀姿態(tài)參數(shù)的確定：IMU 獲取的是慣導(dǎo)系統(tǒng)的側(cè)滾角（其中：測值的權(quán)越來越小，直至趨于零。迭代終止時，相應(yīng)的殘差將直接值，而平差結(jié)果則不受粗差的影響。3、可靠性理論粗差的數(shù)1）可靠性：從理論上研究平差系統(tǒng)可發(fā)現(xiàn)、可區(qū)分不

51、同模型誤差的能力；通常用可檢測出粗差的最小值或可檢測出粗差的下限值來衡量，下限值越小，內(nèi)可靠性越好。2）外部可靠性：從理論上研究不可發(fā)現(xiàn)的模型誤差對平差結(jié)果的影響。如果不可檢測的粗差對結(jié)果的影響小，表明外可靠性好。無論是內(nèi)可靠性還是外可靠性，都要求多余觀測值越多越好，因此多余觀測值是粗差檢測的關(guān)鍵量。第五章：數(shù)字影像與特征提取5.1 數(shù)字影像采樣與重采樣1、數(shù)字影像采樣：采樣：對實際連續(xù)函數(shù)模型離散化的量測過程；樣點(diǎn)：被量測的點(diǎn)就是樣點(diǎn)，為一個小區(qū)域-像素采樣間隔：樣點(diǎn)之間的距離，通常和像素大小一致 4）Shannon 采樣定理：3）應(yīng)用：核線的重排列，影像的旋轉(zhuǎn)等等。顯然，在數(shù)字影像處理的攝

52、影測量應(yīng)用中常常會遇到一種或多種這樣的幾何變換。5.2 點(diǎn)特征提取算子1、點(diǎn)特征主要指明顯點(diǎn)，如角點(diǎn)、圓點(diǎn)等。提取點(diǎn)特征的算子稱為算子或有利算子，即運(yùn)用某種算法從影像中提取2、提取算子：所感的即有利于某種目的的點(diǎn)。Moravec 算子：利用灰度方差提取點(diǎn)特征的算子。Forstner 算子：該算子通過計算各像素的 Robert 梯度和像素（c，r）為中心的一個窗口的灰度協(xié)方差矩陣，在影像中尋找具有盡可能小而接近圓的誤差橢圓的點(diǎn)作為特征點(diǎn)。Harris 角點(diǎn)提取算法：該種算子受信號處理中自相關(guān)函數(shù)的啟發(fā)，給出與自相關(guān)函數(shù)相聯(lián)系的矩陣 M。M 陣的特征值是自相關(guān)函數(shù)的一階曲率，如果兩個曲率值都高，那

53、么就認(rèn)為該點(diǎn)是角點(diǎn)特征。三種算法比較：Moravec 算子較簡單，F(xiàn)orstner 算子較復(fù)雜，但它能給出特征點(diǎn)的類型且精度也較高。Harris 算子復(fù)雜程度介于兩者之間，在實際處理過受歡迎的算子之一。是很5.3 線特征提取算子1、hough 變換1）基本原理：將影像空間中的曲線（包括直線）變換到參數(shù)空間中，通過檢測參數(shù)空間中的極值點(diǎn)，確定出該曲線的描述參數(shù)，從而提取影像中的規(guī)則曲線。 2）直線 hough 變換通常采用的模型為：第六章：影像匹配基礎(chǔ)理論與算法6.1 影像相關(guān)原理1、自動化量測的基本原理：影像相關(guān)是利用互相關(guān)函數(shù)，評價兩塊影像的相似性以確定同名點(diǎn)。即首先取出以待定點(diǎn)為中心的小區(qū)

54、域中的影像信號，然后取出其在另一影像中相應(yīng)區(qū)域的影像信號，計算兩者的相關(guān)函數(shù)，以相關(guān)函數(shù)最大值對應(yīng)的相應(yīng)區(qū)域中心點(diǎn)為同名點(diǎn)。即以影像信號分布最相似的區(qū)域為同名區(qū)域，同名區(qū)域的中心點(diǎn)為同名點(diǎn)。這就是自動化量測的基本原理。2、數(shù)字相關(guān)：數(shù)字相關(guān)是利用計算機(jī)對數(shù)字影像進(jìn)行數(shù)值計算的方式完成影像的相關(guān)。有二維相關(guān)和一維相關(guān)，二維相關(guān)是在普通影像上相關(guān)，一維相關(guān)是在核線影像上進(jìn)行。6.2 影像相關(guān)的譜分析1、相關(guān)函數(shù)的譜分析：相關(guān)函數(shù)的估計：當(dāng) a 較小時，S（f）較平緩，高頻信息較豐富，此時相關(guān)函數(shù) R（）較陡峭，相關(guān)精度高，但拉入范圍較小。這就要通過低通濾波獲得較大的拉入范圍。當(dāng) a 較大時，功率譜

55、 S（f）較陡峭，低頻信息占優(yōu)勢，因而相關(guān)函數(shù) R（）較平緩，相關(guān)精度較差，但拉入范圍較大，相關(guān)結(jié)果出錯的概率較小。2、金字塔影像相關(guān)原因：通過相關(guān)函數(shù)的譜分析可知，當(dāng)信號中高頻成分較少時，相關(guān)函數(shù)曲線較平緩，但相關(guān)的拉入范圍較大；反之，當(dāng)高頻成分較多時，相關(guān)函數(shù)曲線較陡，相關(guān)精度高，但相關(guān)拉入范圍較小。此外，當(dāng)信號中存在高頻窄帶隨機(jī)噪聲或信號中存在較強(qiáng)的高頻信號時，相關(guān)函數(shù)出現(xiàn)多峰值，因此會出現(xiàn)錯誤匹配。綜合考慮相關(guān)結(jié)果的可靠性和精度性，得出目前廣泛應(yīng)用的從粗到精的相關(guān)策略。金字塔影像結(jié)構(gòu)定義：對二維影像逐次進(jìn)行低通濾波，增大采樣間隔，得到一個像元素總數(shù)逐漸變小的影像序列，將這些影像疊置起來

56、頗像一座金字塔，稱為金字塔影像結(jié)構(gòu)金字塔影像的建立：金字塔影像形成時也不可采用移動平均這種最簡單的低通濾波方法，而采用較復(fù)雜的、較理想的低通濾波方法，如濾波等。6.3 數(shù)字影像匹配的基本算法1、常見的物種基本匹配算法：同名點(diǎn)的確定是以匹配測度為基礎(chǔ)的，因而如何定義匹配測度，則是影像匹配最首要的任務(wù)。相關(guān)函數(shù)（矢量數(shù)積）協(xié)方差函數(shù)（矢量投影）：協(xié)方差函數(shù)是中心化的相關(guān)函數(shù)相關(guān)系數(shù)（矢量夾角）：相關(guān)系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)方差函數(shù)，協(xié)方差函數(shù)除以兩信號的方差即得相關(guān)系數(shù)。注意：相關(guān)系數(shù)是灰度線性變換的不變量，即灰度矢量經(jīng)線性變換后相關(guān)系數(shù)是不變的。差平方和（差矢量和）5）差絕對值和（差矢量分量絕對值和）2

57、、基于物方的影像匹配（VLL 法）1）影像匹配的目的是提取物體的幾何信息，確定其空間位置，因而在由前面所述的影像匹配方法獲取左右影像的位移（視差）后，還要利用空間前方交會結(jié)算其對應(yīng)物點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)（X，Y，Z），然后建立數(shù)字表面模型（如數(shù)字地面模型 DTM）。在建立數(shù)字表面模型時可能還會使用一定的內(nèi)插方法，使得精度或多或少地降低。因此，能夠直接確定物體表面點(diǎn)空間三維坐標(biāo)的基于物方的影像匹配方法得到了研究，這些方法也被稱為“地面元影像匹配”。此時待定點(diǎn)平面坐標(biāo)（X，Y）是已知的，只需要確定其高程 Z。 2）VLL 法的步驟：A、給定地面點(diǎn)的平面坐標(biāo)（X，Y）與近似最低高程 Zmin，高程搜索步

58、距Z 可由所要求的高程精度確定。B、由地面平面坐標(biāo)（X，Y）與可能的高程D、可以方便地引入“粗差檢測”，從而大大地提高影像匹配的可靠性。它甚至還可以用于解決影像遮蔽問題?？傊?，該方法具有靈活、可靠和高精度的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：當(dāng)初始值不太準(zhǔn)確時，系統(tǒng)的收斂性等問題有待解決。影像變形：影像灰度的系統(tǒng)變形有兩大類：一類是輻射畸變，一類是幾何畸變 A、輻射畸變：引起原因：照明及被攝影物體輻射面的方向；大氣與攝影機(jī)物鏡所產(chǎn)生的衰減；攝影處理條件的差異以及影像數(shù)字化過B、幾何畸變：引起原因：攝影機(jī)方位不同所產(chǎn)生的影像的畸變影像的各種畸變；由于地形坡度所產(chǎn)生的影像畸變；所產(chǎn)生的誤差等等豎直航空攝影的情況下，地形高

59、差則是幾何畸變的主要。4）基本：在影像匹配中引入這些變形參數(shù)，同時按最小二乘的原則解求這些參數(shù)，就是最小二乘影像匹配的基本。2、僅考慮輻射的線性畸變的最小二乘匹配相關(guān)系數(shù)1）數(shù)學(xué)模型：A、幾何變形改正：根據(jù)幾何變形參數(shù) a0，a1，a2，b0，b1，b2，將左方影像窗口的影像坐標(biāo)（像素的行列號）變換至右方影像陣列：6.5 特征匹配1、概述1）采用基于特征匹配的原因：A、當(dāng)待匹配點(diǎn)位于低反差區(qū)內(nèi)，即在該窗口內(nèi)信息貧乏，信噪比很小，則其匹配的成功率不高。B、在很多應(yīng)用場合，影像匹配不一定用于地形測繪目的，也不一定要生成密集的DEM 網(wǎng)格點(diǎn)，它只需要配準(zhǔn)某些感的點(diǎn)、線、面；C、在大比例尺城市航空攝影

60、測量中，被處理的對象主要是人工建筑物，而非地 形，這時由于影像的不連續(xù)、陰影與被遮蔽等原因，基于灰度匹配的算法也難以適應(yīng)。2）特征匹配的步驟： A、特征提取B、利用一組參數(shù)對特征進(jìn)行描述 C、利用參數(shù)進(jìn)行特征匹配2、基于特征點(diǎn)的影像匹配的策略1）特征提?。篈、采用一定的提取算法對左影像進(jìn)行特征提取，可以根據(jù)各特征點(diǎn)的值將特征點(diǎn)分為幾個等級，匹配時可按等級依次進(jìn)行處理。對不同的目的，特征點(diǎn)的提取應(yīng)有所不同。B、特征點(diǎn)分布有兩種方式：a、隨機(jī)分布：按順序進(jìn)行特征提取，但控制特征的密度，在整幅影像中按一定比例選取特征點(diǎn)，并將極值點(diǎn)周圍的其他點(diǎn)去掉，這中方法選取的點(diǎn)集中在信息豐富的區(qū)域，而在信息貧乏區(qū)