攝影測量學總復習

（一）名詞解釋（1）攝影測量：攝影測量是利用攝影所獲得的影像來測定目標物的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關系的一門學科。（2）攝影比例尺：攝影像片水平、地面取平均高程時，像片上的線段l與地面上相應的水平距L之比。（3）地面采樣間隔（GroundSampleDistance,GSD）：指的是數(shù)字影像上一個像素所對應的地面尺寸。（4）航向重疊度：相鄰像片在航線上的重疊度。（5）旁向重疊度：相鄰航線之間像片的重疊度。（6）像片傾斜角：攝影瞬間攝影機主光軸與鉛垂線的夾角。（7）攝影基線：航向相鄰的兩個攝站之間的距離。（8）航線間隔：相鄰航線之間的距離。（9）像片旋偏角：相鄰像片的像主點連線與像幅沿航線方向的兩框標連線之間的夾角。（10）中心投影：所有投射線或其延長線都通過一個固定點的投影，叫做中心投影。（11）透視變換：兩個平面之間的中心投影變換，稱為透視變換。（12）相對航高：指攝影飛機在攝影瞬間相對于所測區(qū)域的平均高程面的高度。（13）像片內(nèi)方位元素：確定投影中心與像片之間相對位置的參數(shù)。（14）像片外方位元素：確定像空系在地面輔助坐標系中位置和方向所需要的元素。（15）像片傾斜誤差：同攝站同主距的傾斜像片和水平像片沿等比線重合時,地面點在傾斜像片上的像點與相應水平像片上像點之間的直線移位。（16）像片投影誤差：當?shù)孛嬗衅鸱鼤r，高于或低于所選定的基準面的地面點的像點，與該地面點在基準面上的垂直投影點的像點之間的直線移位。（17）單像空間后方交：根據(jù)影像覆蓋范圍內(nèi)一定數(shù)量的分布合理的地面控制點（已知其像點和地面點的坐標），利用共線條件方程求解像片外方位元素。（18）立體像對：由不同攝站獲取的，具有一定影像重疊的兩張像片。（19）同名像點：物方任意一點分別在左右兩張影像上的構像點。（20）左右視差：同名像點在各自像平面坐標系中的橫坐標之差。（21）上下視差：同名像點在各自像平面坐標系中的縱坐標之差。（22）核面：通過攝影基線的任一平面稱為核面。（23）同名核線：同一核面和左右像片的交線稱為同名核線。（24）標準式立體像對：攝影基線水平的兩張水平像片組成的立體像對叫標準式立體像對。（25）相對方位元素：立體像對中，用于描述兩張像片相對方位的獨立參數(shù)。（26）立體像對的空間前方交會：利用立體像對兩張像片的同名像點坐標和像對的相對方位元素（或外方位元素）解算模型點坐標（或地面點坐標）的工作。（27）絕對方位元素：確定幾何模型的比例尺和它在地面坐標系中空間方位的元素。（28）解析空中三角測量：解析空中三角測量就是利用少量的野外控制點，通過攝影測量的解析方法確定區(qū)域內(nèi)大量待求點地面坐標和所有影像外方位元素的工作。（29）攝影測量信息：指在像片上能量測到的信息---像點坐標，主要是地面控制點、定向點、待求點、連接點等像點坐標。（30）非攝影測量信息：主要指將空中三角測量網(wǎng)納入到規(guī)定物方坐標系統(tǒng)所必須的基準信息。（31）像底點：過投影中心的鉛錘線與像平面的交點稱為像底點。（32）像主點：由投影中心作像片平面的垂線，該垂線與像平面的交點稱為像主點。（33）相對定向：解算立體像對相對方位元素的工作。（34）幾何模型：在保持光束形狀、恢復攝影時外方位元素之后，由無數(shù)同名光線相交得到的曲面是與實地完全套合的立體模型。（35）絕對定向：借助于物方空間坐標為已知的控制點來確定像空間輔助坐標系與實際物方空間坐標系之間的變換關系，其實質(zhì)是一個空間相似變換，主要工作是解算立體像對的絕對方位元素。（36）主合點：合線和主縱線的交點稱為主合點。（37）POS系統(tǒng)：全稱定位定向系統(tǒng)，由GPS和IMU慣性導航設備構成，它是一種能實時提供所在平臺位置和姿態(tài)的定位定向系統(tǒng)。（38）影像內(nèi)定向：內(nèi)定向就是從航片的數(shù)字影像坐標向像平面坐標的轉化的過程。通常需要借助影像的框標來實現(xiàn)。（二）填空（1）航空攝影是中心投影，地形圖是正射投影。（2）攝影測量中，單像對立體模型的建立一般要經(jīng)過影像內(nèi)定向、單獨像對相對定向和立體像對的絕對定向三個過程。（3）4D產(chǎn)品指的是數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字柵格地圖(DRG)和數(shù)字線劃圖(DLG)。（4）RC30航攝儀和ADS40數(shù)碼航攝儀的成像方式分別是模擬成像和數(shù)字成像。（5）攝影測量的發(fā)展經(jīng)歷了模擬攝影測量、解析攝影測量和數(shù)字攝影測量三個階段。（6）攝影測量中常用的坐標系有像平面直角坐標系、像空間直角坐標系、像空間輔助坐標系、地面輔助坐標系和大地坐標系。（7）攝影測量工作站中對單個立體像對建立立體模型并納入到地面坐標系中，一般要經(jīng)過影像內(nèi)定向、相對定向和絕對定向三個過程。（8）航空攝影時，造成影像上像點坐標產(chǎn)生誤差的主要因素是航攝像片的變形、物鏡畸變差、大氣折光差和地球曲率的影響。（9）光束法區(qū)域網(wǎng)平差是從實現(xiàn)攝影過程的幾何反轉出發(fā)，以共線條件方程作為其數(shù)學模型，平差單元是單張像片，原始觀測值是每幅影像的像點坐標，未知數(shù)是各影像的外方位元素和所有待求點的坐標。（10）空中三角測量按照數(shù)學模型可分為航帶法區(qū)域網(wǎng)平差、獨立模型法區(qū)域網(wǎng)平差和光束法區(qū)域網(wǎng)平差。（11）若基于某一條件方程所列出的誤差方程為V=AX-L，那么其基于最小二乘原理的法方程的解為（所有觀測視為等權觀測）(ATA)-1ATL。（12）航空攝影測量中，要實現(xiàn)單元模型的絕對定向，至少需要2個平高控制點和1個高程控制點。（13）在航空攝影時，要求航向重疊度不得小于53%，旁向重疊度不得小于13%。（14）中心投影的共線條件方程表達了攝影中心、像點和物點三點位于同一條直線的幾何關系。（15）在攝影測量中，完成立體模型的絕對定向需要確定Φ、Ω、Κ、λ、X0、Y0、Z0等七個參數(shù)。（16）單像空間后方交會是基于共線條件方程，相對定向是基于共面條件方程，絕對定向是基于空間相似變換方程。（17）絕對定向是像空間輔助坐標系和物方空間坐標系之間的變換。（18）航空攝影時,造成影像上像點坐標產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要因素是航攝像片的變形、物鏡畸變差、大氣折光差和地球曲率的影響。（19）在攝影測量中，完成立體像對的相對定向至少需要5對同名像點，完成立體模型測絕對定向，至少需要2個平高點和1個高程點。（20）常用的分像方法包括立體鏡法、互補色法、偏振光法和液晶閃閉法。（21）攝影測量中，恢復影像空中姿態(tài)的方法有：單片空間后方交會、先相對定向在絕對定向和POS系統(tǒng)直接獲取。（22）航帶法區(qū)域網(wǎng)平差的觀測值為概略定向后的航帶模型坐標，平差單元為航帶模型；光束法區(qū)域網(wǎng)平差的觀測值為像點坐標，平差單元為單張像片。（23）攝影測量中，自由航帶模型的構建主要包括像對的相對定向和模型連接兩部分。（24）完成相對定向的標志是上下視差為零，同名光線對對相交。（25）攝影測量中為了恢復左右片的相對位置關系，可以根據(jù)左右片上的同名像點與攝影基線位于同一核面的幾何條件，采用相對定向方法來實現(xiàn)，至少需要5對同名像點解求5個相對定向元素。（26）立體像對的相對定向就是恢復攝影時相鄰兩幅攝影光束的相互關系，從而使同名光線對對相交，它有連續(xù)系統(tǒng)相對定向和單獨系統(tǒng)相對定向兩種方法，它最少需要5對同名像點來解求5個相對定向元素。（27）攝影機的鏡頭中心相對于影像位置關系的參數(shù)稱為影像的內(nèi)方位元素，它包括3個參數(shù)，分別為x0、y0、f。（28）旋轉變換矩陣R中有3個獨立元素。（29）攝影測量的任務包括提取幾何信息和物理信息。（30）一步定向法是將每張像片的控制點和待定點一起建立誤差方程式同時解算外方位元素和加密點坐標。（三）簡答題（1）什么是攝影測量？其發(fā)展經(jīng)歷了哪些階段，各階段的主要特點是什么？現(xiàn)階段距離全自動化還有哪些差距？1.攝影測量是利用攝影所獲得的影像來測定目標物的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關系的一門學科。2.其經(jīng)歷模擬攝影測量學，解析攝影測量學，數(shù)字攝影測量學；各自的特點如下表：3.距離全自動化還有那些差距：?提高數(shù)據(jù)處理速度（并行計算、網(wǎng)格計算以及云計算）?提高影像匹配的可靠性（金字塔影像匹配、整體匹配、關系匹配等）（2）什么是單像空間后方交會？其數(shù)學模型、已知值、未知數(shù)分別是什么？單像空間后方交會需要地面控制點嗎？如需要則控制點個數(shù)是多少？如何分布的？外方位元素的初始值如何確定？簡述單像空間后方交會的計算過程。1.單像空間后方交會是根據(jù)影像覆蓋范圍內(nèi)一定數(shù)量的分布合理的地面控制點（已知其像點和地面點的坐標），利用共線條件方程求解像片外方位元素。2.數(shù)學模型是共線條件方程，已知值是控制點的大地坐標和對應的像點坐標，未知數(shù)是像片的6個外方位元素。3.單像空間后方交會需要地面控制點。4．至少需要3個控制點。5.一般為4~6個，控制點均勻的分布在像片的邊緣。6.三個角元素的值為零，X0s=ΣX/n，Y0s=ΣY/n，Z0s=mf。7.空間后方交會簡略計算過程如下：(1)獲取已知數(shù)據(jù)：從航攝資料中獲取像片比例尺1/m、內(nèi)方位元素x0，y0，f，獲取控制點的空間坐標X、Y、Z。(2)量測控制點的像點坐標:量測控制點像框標坐標，并經(jīng)像主點改正得到像平面直角坐標x、y。(3)確定未知數(shù)的初始值：σ0=ω0=κ0=0X0s=ΣX/n，Y0s=ΣY/n，Z0s=mf(4)用三個角元素的初始值計算方向余弦，并組成旋轉矩陣R。(5)用所取未知數(shù)的初始值和控制點的地面坐標，帶入共線方程，逐點計算像點坐標近似值（x）、（y）。(6)用像點的觀測值和(5)中計算的近似值，計算每個點的常數(shù)項lx、ly。(7)計算法方程的系數(shù)矩陣ATA與常數(shù)項ATL。(8)求解法方程，得到未知數(shù)的改正數(shù)。X=(ATA)-1ATL(9)檢查計算結果是否收斂：將改正數(shù)與限差比較，小于限差則計算終止，否則用新的近似值重復4～9的計算，直到滿足要求為止。(10)空間后方交會的精度估算。σ0=±√[vv]/(2n-6)（3）像對立體觀察應該滿足哪些基本條件，其中哪個條件的實現(xiàn)比較困難？列舉3種以上的解決方案。1.像對立體觀察應該滿足像對條件，尺度條件，平行條件，分像條件。2.其中最難實現(xiàn)的是分像條件。3．解決方案有：立體鏡法：直接采用立體鏡的方法使一只眼睛只能清晰的看到一張像片的影像（分像）?；パa色法：將左右影像分別用紅色和青色兩種互補色顯示在計算機屏幕上，利用互補色眼鏡進行觀察，達到分像目的。偏振光法：在投影器前加裝偏振片，將圖像分解為垂直向偏振光和水平向偏振光兩組畫面，3D眼鏡采用不同偏振方向的偏光鏡片，這樣左右眼就能分別看到不同的畫面。液晶閃閉法：將左右影像交替顯示在計算機屏幕上，3D眼鏡采用同步實現(xiàn)打開和關閉，達到左眼只能看到左影像，右眼只能看到右影像目的。（4）相對定向答解的參數(shù)有多少個？這些參數(shù)的作用是什么？相對定向對定向點有哪些要求？給出標準配置點的分布圖。為什么在答解過程中要給出各個參數(shù)的初始值？1.相對定向答解的參數(shù)有5個。2.在連續(xù)相對定向中，τ、ν決定了攝影基線的方向，Δφ、Δω、Δκ決定了右光束對于左光束的旋轉方位；在單獨相對定向中τ1、κ1用于確定左片與基線坐標系的旋轉關系，ε2、τ2、κ2用于確定右片與基線坐標系的旋轉關系。3.格魯伯點分布。4.因為線性化時取的是一次項，需要使用初值迭代處理。（5）絕對定向的任務是什么？在絕對定向過程中，如何采用重心化坐標解算絕對方位元素？這樣處理的優(yōu)點是什么？1.解算立體像對的絕對方位元素。2.（1）獲取模型點坐標和地面控制點坐標，完成模型比例尺歸化。（2）計算地輔系坐標的重心坐標和重心化坐標。（3）計算像空間輔助坐標的重心坐標和重心化坐標。（4）確定絕對方位元素初值。（5）將重心化坐標和絕對方位元素代入誤差方程，經(jīng)過模型比例尺歸化和重心化坐標，法化后可以分為三部分進行分別答解，其中線元素的改正數(shù)全部為零，不用答解。（6）計算待定參數(shù)的新值。（7）判斷角元素的改正值是否小于限差，若大于限差，則重復（5）、（6），直至滿足限差要求（3e-4）。（8）計算絕對方位元素的線元素。3.（1）減少模型點坐標在計算過程中的有效位數(shù)，保證計算精度；（2）使法方程的系數(shù)矩陣簡化，個別項的數(shù)值為零，提高計算速度。（6）在利用點投影系數(shù)的空間前方交會計算過程中，計算投影系數(shù)N和N，在理論上有幾種可能？實際作業(yè)過程中應該如何選擇，說明理由。?1.從上式來看，理論上有三種可能。2.實際作業(yè)過程中會選擇（1）、（3）的組合。這就是把交會三角形投影到XZ面，由于BX約等于B，且于航高的尺度相當，所以交會三角形的交會角不會太大，也不會太小，從而可保證前方交會的精度。至于（1）、（2）和（2）、（3）組合的交會三角形的交會角會很大或很小，求解精度不高。（7）什么是航片的內(nèi)定向？以仿射變換為例，簡述內(nèi)定向的基本過程。1.內(nèi)定向就是從航片的數(shù)字影像坐標向像平面坐標的轉化的過程。通常需要借助影像的框標來實現(xiàn)。2.其基本過程為：（1）量測框標點坐標；（2）根據(jù)提供的理論框標坐標計算仿射變換公式參數(shù)；（3）根據(jù)仿射變換公式進行坐標變換。（8）什么是立體像對的相對定向？相對定向的數(shù)學模式是什么？連續(xù)像對的相對定向需要什么已知條件？解求的相對定向元素是什么？（9）完成相對定向后，同名光線對對相交構成一個幾何模型，請問該模型點位的量測結果與其地面坐標有什么關系？由模型的量測結果得到其地面坐標需要什么條件和經(jīng)過哪些必要的處理，詳細說明理由。1.由于幾何模型沒有地面控制點（或絕對方位）的約束，其在地面坐標系中的方向和位置是未知的，比例尺也是未知的，所以該模型點位量測結果經(jīng)過相似變換方程后可以得到其地面坐標。2.條件：至少需要不在一條直線上的2個平高控制點和1個高程點。解算七個絕對方位元素，至少需要七個方程。必要的處理：（1）模型比例尺歸化。可使模型大小與地面大小趨于一致，1，法方程系數(shù)矩陣中不再出現(xiàn)。（2）坐標重心化。減少模型點坐標在計算過程中的有效位數(shù)，保證計算精度；使法方程的系數(shù)矩陣簡化，個別項的數(shù)值為零，提高計算速度。（10）簡述解析空中三角測量的三種主要方法，以及每種方法的觀測值、數(shù)學模型、平差單元以及未知數(shù)。航帶法區(qū)域網(wǎng)平差是以單航帶作為基礎，把幾條航帶或一個測區(qū)作為一個解算的整體，同時求得整個測區(qū)內(nèi)全部待定點的坐標。其觀測值為概略定向后航帶模型坐標，數(shù)學模型為多項式非線性改正，平差單元為單航帶，未知數(shù)是各航帶的非線性改正系數(shù)。獨立模型法區(qū)域網(wǎng)平差是把一個單元模型（可以由一個立體像對或兩個立體像對，甚至三個立體像對組成）視為剛體和基本平差單元，利用個模型間的公共點連成一個區(qū)域進行區(qū)域網(wǎng)平差，從而求解出各個單元模型的絕對方位元素和各待定點的地面坐標。其觀測值是模型點在單模型中的坐標，平差模型為空間相似變換方程。光束法區(qū)域網(wǎng)平差是以一幅影像組成的一束光線作為平差的基本單元，以中心投影的共線條件方程作為平差的基礎方程，通過各光線束在空間的旋轉和平移，使模型之間的公共光線實現(xiàn)最佳交會，并將整體區(qū)域最佳地納入到控制點坐標系中，從而確定加密點的地面坐標及像片的外方位元素。其觀測值為像點坐標。（11）獨立模型法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量中，觀測值、平差理論模型、平差條件和所求值各是什么？觀測值是模型點在單模型中的坐標，平差理論模型是空間相似變換方程，平差條件是控制點與連接點，所求值是每個模型的七個變換參數(shù)和加密點坐標。（12）光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量的基本思想是什么？以一幅影像組成的一束光線作為平差的基本單元，以中心投影的共線條件方程作為平差的基礎方程，通過各光線束在空間的旋轉和平移，使模型之間的公共光線實現(xiàn)最佳交會，并將整體區(qū)域最佳地納入到控制點坐標系中，從而確定加密點的地面坐標及像片的外方位元素。（14）共面條件的含義、表達式及其在攝影測量中的主要應用是什么？含義：左右同名光線和攝影基線三者共面。表達式：假設立體像對的基線向量為S1S2，左右同名光線的投射向量分別S1a1和S2a2，則這三個向量共面的充要條件是其混合積為零，即：S主要應用：相對定向。綜合題：（3）用雙像解析攝影測