攝影測量與遙感考試要點

第章緒論1、傳統(tǒng)攝影測量學：利用光學攝影機攝影的像片，研究和確定被攝物體的大小、形狀、位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的一門科學和技術(shù)。2、攝影測量學，其含義是基于像片的量測。3、攝影測量與遙感的主要特點是在像片上進行量測與解譯，無需接觸被測物體本身，因而很少受自然和地理條件的限制，而且可獲得攝影瞬間的動態(tài)物體影像。4、攝影測量與遙感的分類：按距離遠近：航空攝影測量與遙感；航天攝影測量與遙感；地面攝影測量與遙感；近景攝影測量與遙感和顯微攝影測量與遙感按用途分：地形攝影測量與遙感和非地形攝影測量與遙感僅就攝影測量而言，按技術(shù)處理手段：模擬攝影測量、解析攝影測量和數(shù)字攝影測量(三個發(fā)展階段)5、影像信息科學：是一門記錄、存儲、傳輸、量測、處理、解譯、分析和顯示由非接觸傳感器影像獲得的目標及其環(huán)境信息的科學、技術(shù)和經(jīng)濟實體。第二章單張航攝像片解析1、攝影是按小孔成像原理進行的。航空攝影機物鏡中心至底片面的距離是固定值，稱為航攝機主距，常用f表示。主距之所以是固定值是因為航高相對于攝影機主距很大，它近似于無窮遠成像，所以主距約等于攝影機物鏡的焦距。2、航攝機向地面攝影時，攝影物鏡的主光軸偏離鉛垂線SN的夾角a，稱為航攝像片傾角。3、當像片水平，地面水平時，從相似三角理論可知，此時，航攝比例尺為像片上一段距離l和地面上相應(yīng)距離L之比，即1/m=l/L=f/H，式中，f為攝影機主距，H為相對于平均高程面的航攝高度，稱為航高。當像片有傾斜或地面有起伏時，近似計算攝影比例尺的公式為：1/m約=f/H。攝影比例尺越大，像片地面分辨率越高，有利于影像的解譯和提高成圖的精度。4、同一條航線內(nèi)相鄰像片之間的影像重疊稱為航向重疊，一般要求在60%以上。相鄰航線的重疊稱為旁向重疊，重疊度要求在24%以上。5、把一條航線的航攝像片根據(jù)地物景象疊拼起來，每張像片的主點連線不在一條直線上，而是成為彎彎曲曲的折線，稱為航線彎曲。航線在地面上的投影稱為航跡。實際航線與設(shè)計航線之間的夾角稱為航跡角。6、在一張像片上相鄰像主點連線與同方向框標連線間的夾角k稱為像片旋角。7、航攝像片是地面景物的攝影構(gòu)像，這種影像是由地面上各點發(fā)射的光線通過航空攝影機物鏡投射到底片感光層上形成的，這些光線會聚于物鏡中心S，稱為攝影中心。因此航攝像片是所攝地面景物的中心投影。已感光的底片經(jīng)攝影處理后，得到的是負片，利用負片接觸曬印在相紙上，得到的是正片，通常將負片和正片統(tǒng)稱為像片。8、E表示地平面，P表示傾斜像片，將像平面擴大與地平面相交的跡線TT稱為透視軸，兩平面的夾角a稱為像片傾角。9、過攝影中心S作地平面E的垂線，稱為鉛垂光線，與像片面P的交點n稱為像底點，與E平面的交點N稱為地底點。S到N的距離即為航高H。過S點作P面的垂線，稱為主光軸，其交點稱為像主點，垂距f稱為主距。過S點作角oSn的平分線與P面交點c稱為等角點，與E面的交點C稱為等角點的共軛點。過鉛垂線Sn與主光軸So作的平面稱為主垂面W，它與E面的交線VV稱為攝影方向線，與P面的交線vv稱為像片主縱線，表示像片面的最大傾斜方向線。在主垂面W內(nèi)，過S點作VV的平行線，交vv線于i點，稱為主合點。過S點作vv線的平行線交VV于J點，稱為主遁點。過P面上的i，o，c點，作TT的平行線，得到hihi，hoho，hchc，其中hihi稱為地平線或真水平線，hoho稱為主橫線，hchc稱為等比線。10、攝影測量中常用的坐標系有兩大類：一類是用于描述像點的位置，統(tǒng)稱為像方空間坐標系；另一類用于描述地面點的位置，統(tǒng)稱為物方空間坐標系。11、內(nèi)方位元素是描述攝影中心與像片之間相關(guān)位置的參數(shù)，包括三個參數(shù)，即攝影中心$到像片的垂距（主距）f及像主點o在像片框標坐標系中的坐標x0，y0。在恢復了內(nèi)方位元素（即恢復了攝影光束）的基礎(chǔ)上，確定攝影光束在攝影瞬間的空間位置和姿態(tài)的參數(shù)，稱為外方位元素。一張像片的外方位元素包括六個參數(shù)，其中有三個是直線元素，用于描述攝影中心的空間坐標值；另外三個是角元素，用于表達像片面的空間姿態(tài)。12、像點在像空間坐標系和像空間輔助坐標系坐標之間的變換關(guān)系式（22頁2-2）13、航攝像片是地面景物的中心投影構(gòu)像，地圖在小范圍內(nèi)可以認為是地面景物的正射投影，這是兩種不同性質(zhì)的投影。14、中心投影構(gòu)像的基本公式，即共線方程，它是攝影測量中最基本最重要的公式（26頁2-112-12）線性化后dXs，dYs，dZs，舛，如，dK為6個外方位元素改正數(shù)，因此需要3個控制點列6個方程解算，為提高精度，常有多余觀測量，因此最少為4個點。15、若已知像片的內(nèi)方位元素以及至少3個地面點坐標，并測量出相應(yīng)的像點坐標，則可根據(jù)公式列出至少6個方程式，解求出像片6個外方位元素，稱為空間后方交會。中心投影平面變換的一般公式（28頁2-13）16、攝影測量中將任意傾角的像片變?yōu)橐?guī)定比例尺的水平像片（即規(guī)定比例尺的影像地圖）稱為像片糾正。17、當航攝像片有傾角或地面有高差時，所攝得的像片與上述理想情況有差異。這種差異反映為一個地面點在地面水平的水平像片上的構(gòu)像與地面有起伏時或傾斜像片上構(gòu)像的點位不同，這種點位的差異稱為像點位移，它包括像片傾斜引起的位移和地形起伏引起的位移，其結(jié)果是使像片上的幾何圖形與地面上的幾何圖形產(chǎn)生變形以及像片上以及像片上影像比例尺處處不等。18、在傾斜像片上由等角點出發(fā)，引向任意像點的方向線，其方向角與水平像片上相應(yīng)方向線的方向角恒等。19、獲取像片的外方位元素的方法有：利用雷達、全球定位系統(tǒng)（GPS）、慣性導航系統(tǒng)（INS）以及星象攝影機來獲取像片的外方位元素。也可利用一定數(shù)量的地面控制點，根據(jù)共線方程，反求像片的外方位元素，這種方法稱為單張像片的空間后方交會。20、空間后方交會的求解過程：（1）獲取已知數(shù)據(jù)；（2）量測控制點的像點坐標；（3）確定未知數(shù)的初始值；（4）計算旋轉(zhuǎn)矩陣R；（5）逐點計算像點坐標的近似值；（6）組成誤差方程式；（7）組成法方程式；（8）解求外方位元素；（9）檢查計算是否收斂。第三章雙像解析攝影測量1、根據(jù)單張像片只能確定地面某個點的方向，不能確定地面點的三維空間位置，而有了立體像對（即在兩個攝站對同一地面攝取相互重疊的兩張像片）則可構(gòu)成與地面相似的立體模型，解求地面點的空間位置。2、單眼觀察景物時，人們感覺到的僅是景物的透視像，就像只有一張像片，不能正確判斷景物的遠近。只有用雙眼觀察景物，才能判斷景物的遠近，得到景物的立體效應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為人眼的立體視覺。3、當我們用雙眼觀察空間遠近不同的景物A,B兩點時，兩眼內(nèi)產(chǎn)生生理視察，得到立體視覺，可以判斷景物的遠近。4、空間景物在感光材料上構(gòu)像，再用人眼觀察構(gòu)象的像片產(chǎn)生生理視差，重建空間景物的立體視覺，所看到的空間景物稱為立體影像，產(chǎn)生的立體視覺稱為人造立體視覺。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的一張像片；（3）兩像片上的相同景物（同名像點）的連線與眼基線應(yīng)大致平行；（4）兩像片的比例尺相近（差別小于15%），否則需用ZOOM系統(tǒng)等進行調(diào)節(jié)。5、常用的立體觀察方式有立體鏡式、疊映式和雙目觀測光路式。6、立體量測可借助立體觀察裝置與測量的測標和量測計量工具來進行。7、量測像點坐標的儀器：HOT-1型立體坐標量測儀、精密立體坐標量測儀。8、用解析的方法處理立體像對常用的方法有三種：（1）利用像片的空間后方交會與前方交會來解求地面目標的空間坐標。（2）利用立體像對的內(nèi)在幾何關(guān)系，進行相對定向，建立與地面相似的立體模型計算出模型點的空間坐標。再通過絕對定向，將模型進行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放，把模型納入到規(guī)定的地面坐標系之中，解求出地面目標的絕對空間坐標。（3）利用光束法雙像解析攝影測量解求地面目標的空間坐標9、由立體像對中兩張像片的內(nèi)、外方位元素和像點坐標來確定相應(yīng)地面點的地面坐標的方法，稱為空間前方交會。10、立體像對的空間前方交會公式（45頁3-53-6）11、空間前方交會的計算步驟：由已知的外方位元素及像點坐標，計算像空間輔助坐標；由外方位線元素，計算攝影基線分量Bx，By，Bz；計算投影系數(shù)N「N2；最后計算地面點的地面攝影測量坐標。由于N1和N2系由第一、三兩式求出，所以計算地面坐標時Ya應(yīng)取平也佶inV—rrvj-NTvrvj-ntvm/?平均i值，即y—［（y十卜y）十（i十卜y）」/2Asi11s222ya坐標取平均值是為了消除相對定向中存在的殘差的影響。12、空間后交前交方法的聯(lián)合計算步驟：（1）野外像片控制測量；（2）用立體坐標量測儀量測像點的坐標；（3）空間后方交會計算像片外方位元素；（4）空間前方交會計算未知點地面坐標。13、首先暫不考慮像片的絕對位置和姿態(tài)，而只恢復兩張像片之間的相對位置和姿態(tài)，這樣建立的立體模型稱為相對立體模型，其比例尺和方位均是任意的；然后在此基礎(chǔ)上，將兩張像片作為一個整體進行平移、旋轉(zhuǎn)和縮放，達到絕對位置。這種方法稱為相對定向——絕對定向。14、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。15、坐標系的選擇通常有兩種形式：連續(xù)像對相對定向坐標系和單獨像對相對定向坐標系，相應(yīng)的相對定向元素分為連續(xù)像對相對定向元素和單獨像對相對定位元素。16、連續(xù)像對相對定向元素：左像片：Xs1=0，Ys1=0，Zs1=0，41=31=k1=0；右像片：Xs2=bx，Ys2=by，Zs2=bz，^，w，k由于bx只影響相對定向后建立的模型大小，而不影響模型的建立，因此，相對定向需要解求的元素只有5個，即by，bz，小，w，k，稱為連續(xù)像對相對定向元素。單獨像對相對定向元素：左像片：Xs1=0，Ys1=0，Zs1=0，小1，w1=0，k1；右像片：Xs2=bx=b，Ys2=by=0，Zs2=bz=0，^2，w2，k2同樣，b只涉及模型比例尺，不影響模型建立，因此，單獨像對相對定向元素有5個：小1，k1，小2，w2，k217、同名射線對對相交是相對定向的理論基礎(chǔ)。18、根據(jù)矢量代數(shù)，三矢量共面，它們的混合積等于零，B?（S1a1XS2a2）=0，共面條件方程。19、解析法連續(xù)像對相對定向的解算公式（50頁3-15）在立體像對中每量測一對同名像點的像點坐標，就可以列出一個Q方程。由于有5個未知數(shù)dbdw，dK，dg，dy，因此，至少需要量測5對同名像點。當有多余觀測值時，將Q視為觀測值，列出誤差方程式。對每一對同名像點，根據(jù)定向元素的近似值及像點坐標，按公式可列出一個誤差方程，因次相對定向至少需要量測5對同名像點的像點坐標。有多余觀測值時，按最小二乘原理求解。求解過程需要反復趨近，直到滿足精度要求為止。（51頁3-18）20、選取攝影測量坐標系作為相對定向元素計算出的模型點坐標的基礎(chǔ)坐標系。21、要確定立體模型在地面測量坐標系中的正確位置，則需要把模型點的攝影測量坐標轉(zhuǎn)化為地面測量坐標，這一工作需要借助與地面測量坐標為已知值的地面控制點來進行，稱為立體模型的絕對定向。解析法絕對定向的目的就是將相對定向后求出的攝影測量坐標變換為地面測量坐標。22、解析法絕對定向的基本關(guān)系式7個參數(shù)AX，AY，AZ，入，饑sk稱為絕對定向元素。若將已知平面坐標（Xtp，Ytp）和高程（Ztp）的地面控制點稱為平高控制點，僅已知高程的控制點稱為高程控制點：PP有7個未知數(shù)，至少需要列7個方程，則至少需要兩個平高控制點和一個高程控制點，而且3個控制點不能在一條直線上，又因為需要多余觀測量，驗證最終結(jié)果，因此至少需要4個控制點。23、實際絕對定向計算中，為了便于計算，常選用模型的重心為坐標系的原點，用g表示，以重心為原點的坐標稱為重心化坐標。重心的坐標是對參加解求絕對定向元素的控制點取其算術(shù)平均值求出的。24、光束發(fā)雙像解析攝影測量：用已知的少數(shù)控制點以及待求的地面點，在像對內(nèi)，同時解求兩張像片的外方位元素與待定點的坐標。第四章立體測圖的原理和方法1、航測立體測圖的方法：模擬法立體測圖；解析法立體測圖；數(shù)字化測圖2、地面點反射出的光線，通過攝影物鏡記錄在感光材料上，經(jīng)攝影處理得至攝影底片。3、模擬法測圖：應(yīng)用光學投影或機械投影的方法來模擬像對的攝影反轉(zhuǎn)過程，建立測圖所需的立體模型。4、模擬測圖儀組成部分：投影系統(tǒng)、觀測系統(tǒng)、繪圖系統(tǒng)5、解析測圖儀組成部分：一臺精密立體坐標量測儀、一臺電子計算機、數(shù)控繪圖桌、相應(yīng)的接口設(shè)備以及軟件系統(tǒng)。6、解析測圖儀特點：精度高；功能強；效率高；具有機助繪圖功能；便于實現(xiàn)測圖自動化;便于建立地圖數(shù)據(jù)庫。7、解析測圖儀結(jié)構(gòu)：硬件：精密立體坐標量測儀；接口設(shè)備；計算機軟件：計算機操作系統(tǒng)；攝影測量軟件；第五章數(shù)字攝影測量1、數(shù)字攝影測量：利用數(shù)字灰度信號，采用數(shù)字相關(guān)技術(shù)量測同名像點，在此基礎(chǔ)上通過解析計算，進行相對定向和絕對定向，建立數(shù)字立體模型，從而建立數(shù)字高程模型、繪制等高線、制作正射影像圖以及為地理信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)信息等。2、數(shù)字影像可以直接用數(shù)字式傳感器得到，也可以利用影像數(shù)字化器對攝取的像片通過影像數(shù)字化過程獲得。3、將透明正片（或負片）放在影像數(shù)字化器上，把像片上像點的灰度值用數(shù)字形式記錄下來，此過程稱為影像數(shù)字化。4、影像的灰度又稱為光學密度。5、透光的能力：透明像片（正片或負片）上影像的灰度值，反映了它透明的程度。6、影響像數(shù)字化：將透明正片（或負片）放在影像數(shù)字化儀器上，把像片的灰度值用數(shù)字形式記錄下來的過程。7、影像數(shù)字化過程包括采樣與量化。8、基于灰度的影像相關(guān)方法：相關(guān)系數(shù)法；協(xié)方差法；高精度最小二乘相關(guān)9、基于特征的影像匹配的基本思想：首先用某種特征提取算子提取影像中的特征（點、線、面），然后對提取的特征進行參數(shù)描述；最后以特征的參數(shù)值為依據(jù)進行同名特征的搜索，繼而獲得同名像點。第六章數(shù)字高程模型及其應(yīng)用1、數(shù)字地面模型（DTM）：一個表示地面特征的空間分布的數(shù)據(jù)陣列，最常用的是用一系列地面點的平面坐標X,Y以及該地面點的高程Z或?qū)傩裕ㄈ绲缆?，房屋等）組成的數(shù)據(jù)陣列。2、數(shù)字高程模型（DEM）：若地面按一定格網(wǎng)形式有規(guī)則的排列，點的平面坐標X,Y可由起始原點推算而無需記錄，這樣地表面形態(tài)只用點的高程Z來表述。3、數(shù)據(jù)點的獲取方式：野外實測獲??；從現(xiàn)有地圖上獲取高程數(shù)據(jù)與地物；4、曲面內(nèi)插和逼近的方法：線性內(nèi)插；雙線性多項式內(nèi)插；分塊雙三次多項式（樣條函數(shù)）；移動擬合法；多面疊加內(nèi)插法（多面函數(shù)）；有限元內(nèi)插法。第七章像片糾正的概念與分類1、像片糾正類型：一次糾正；分帶糾正；微分糾正（光學微分糾正和數(shù)字微分糾正）。光學微分糾正：利用計算機控制的正射投影儀來進行數(shù)字微分糾正：直接利用計算機對數(shù)字影像進行逐個像元的微分糾正2、像片糾正：將豎直攝影的航攝像片通過投影變換，獲得相當于航攝像機物鏡主光軸在鉛垂位置攝影的水平像片，同時改化規(guī)定的比例尺的作業(yè)過程。攝影基線：兩攝影中心間的連線。像主點：過攝影中心作像平面的垂線，則與像片的交點。主光軸：過攝影中心，作像平面的垂線。核線：核面與像平面的交線。同名像點一定在同名核線上。核面：攝影基線與像主點所構(gòu)成的平面。像底點：過攝影中心且垂直于地面的垂線與像片的交點。像空間坐標系：為便于進行空間坐標變換，建立的描述像點在像空間位置的坐標系，則稱該坐標系為像空間坐標系。像空間輔助坐標系：為便于計算像點的像空間坐標相對統(tǒng)一的坐標系。相對定位：恢復攝影對象相對空間位置姿態(tài)，建立相對立體模型的過程。絕對定位：將相對立體模型轉(zhuǎn)換到地面坐標的過程。正攝影像：投影光束相互平行且