摄影测量课间实验

1、重 庆 交 通 大 学学生实验报告实验课程名称 摄影测量课间实验 开课实验室 测量与空间信息处理实验室 学 院 土木工程 年级 2013 专业班 测绘1班 学 生 姓 名 刘 文 洋 学 号 631301040126 开 课 时 间 2015 至 2016 学年第 1 学期总 成 绩教师签名目 录实验1  相片的立体观察3实验二 摄影测量仪器的参观4实验三 立体坐标量测仪量测像点坐标6实验四 单像空间后方交会8实验五 VirtuoZoNT系统认识11实验六 解析空中三角测量12实验七 DEM产品的生成15实验1  相片的立体观察一、实验目的 理解人造立体观察的原理

2、和方法，了解人造立体视觉的条件，学会使用立体镜观察立体像对。 二、实验仪器与材料 桥式立体镜 ，两对立体像片。三、实验原理 用双眼观察空间物体时，可以容易地判定物体的远近，这种现象叫做天然立体观察。借助空间物体的构像信息而在视觉上感受出空间物体的存在，称为人造立体视觉。人造立体视觉的过程：空间景物在感光材料上构像，人眼观察构像的像 片而产生生理视差，重建空间景物立体视觉。人造立体视觉的条件： 1.两张像片必须是在两个不同位置对同一景物的立体像对； 2.每只眼睛必须只能观察像对的一张像片（分像条件）； 3.两像片上的

3、相同景物（同名像点）的连线与眼睛基线大致平行； 4.两像片的比例尺相近。四、实验步骤1、取一对航片像对，分别找出像主点；2、将像片按左右放置，使影像的重叠部分向内，使像对像主点连线置于平行于眼基线的直线上。移动立体镜，使立体镜的基线平行于像主点连线；3、在立体镜下移动像片间的距离，使相应视线的交角与双眼的交会角相适应，保证左眼看左像，右眼看右像，直到观测到相应的像点融合为一体而获得立体感觉，且观察时没有不适的感觉。五、实验结果六、实验总结立体观察也可看作是一种影像三维增强的过程。航空像片、侧视雷达影像、SPOT卫星影像以及高纬度地区陆地卫星MSS影像，均可用来进行立体观察，以获得地物

4、三维影像，提高判读效果。通过此次实验我了解了立体观测的方法，原理和实验步骤，进一步提高了自己的动手能力和观察能力。在实现过程中，我们对立体像对有了更深的认识，可以通过立体镜观察像对，得到立体效果。实验二 摄影测量仪器的参观 一.、实验目的 1、了解摄影测量及仪器发展历史 。2、参观模拟及数字摄影测量仪器 。3、理解模拟测图原理及方法。二、 实验器材 1、多倍仪；2、1818立体坐标量测仪。三、实验原理 航空测量指从指从空中由飞机等航空器拍摄地面像片。为使取得的航空像片能用于在专门的仪器上建立立体模型进行量测，摄影时飞机应按设

5、计的航线往返平行飞行进行拍摄，以取得具有一定重叠度的航空像片。按摄影机物镜主光轴相对于地表的垂直度，可分为近似垂直航空摄影和倾斜航空摄影。近似垂直航空摄影主要用于摄影测量目的。关键问题是如何恢复或确定航摄像片与地面之间的几何关系。航空摄影瞬间，由于飞行姿态不同，每张像片与地面之间的几何关系也是不同的。对于单张像片来说，像点的空间位置和它相应的地面点的关系可以用一些特定的参数建立起来，确定这些参数就能恢复相互的几何关系，这些参数称为像片的方位元素。其中，确定摄影物镜（后节点）与像片关系位置的参数称为内方位元素，恢复内方位元素的目的在于恢复摄影光束；确定摄影中心与地面相互关系的参数称为外方位元素，

6、外方位元素有六个：其中三个是摄影中心在地面辅助坐标系中的坐标，是直线元素；另外三个是航摄像片（或摄像光束）在地面辅助坐标系中的姿态，是角元素。确定外方位元素的目的在于恢复摄影像片与地面的几何关系。当这些元素都恢复后，航摄像片与地面之间的固定的几何关系也就恢复了。对于由多张像片构成的立体模型来说，恢复或确定其与地面的几何关系，一般分为两步：相对定向和绝对定向。相对定向是在仪器上恢复摄影瞬间构成像对的像片间的相对位置关系，即恢复两个摄影光束的相对位置，使同名投影光线成对相交。相对定向后，就能够观察到立体了。两张像片构成的单独像对，只要转动左右两个光束，就能完成相对定向；连续立体模型的相对走向则要保

7、持左光束不动，依次旋转右光束即可。相对定向后，就建立了自由比例尺的、方位任意的立体模型。把模型按着确定的比例尺和实际方位放置到大地坐标系当中，这个过程就是绝对定向。四、 实验步骤 1、在老师的带领下进入实验室，根据书上的介绍描述，自行认识观看各仪器，观察其特点猜测其使用方法。2、由老师向我们详细地介绍了各个仪器的结构特点、主要功能、使用条件、工作原理以及仪器使用方法。3、互相讨论、自行观看各个仪器并向老师提出不明白的地方，由老师详细解答讲述。五、实验总结在完成这次实验后，我们熟悉了1818立体坐标量测仪，多倍仪的工作原理，操作过程，同时丰富了我们的测绘知识，对摄影测量仪器发

8、展有了更一步的了解。虽然这一次没有利用仪器进行操作，但是当我们知道了各个仪器的结构特点、主要功能，使用条件、工作原理以及仪器的使用方法，这对我们在以后的学习中有更多的帮助。实验三 立体坐标量测仪量测像点坐标一、实验目的 1、了解立体坐标量测仪的基本构造。2、理解立体坐标量测仪量测像片像点坐标的基本原理。3、学会使用立体坐标量测仪及操作步骤 。二、实验器材 1、立体像对；2、1818立体坐标量测仪。三、实验原理 立体坐标仪的定义：用于立体观察和量测立体像对同名点像平面直角坐标和坐标差的仪器。主要部分有：观测系统，像片盘，量测装置等。左右视差：同名像点a1、

9、a2在左右像片上的横坐标x1、x2之差。上下视差：同名像点a1、a2在左右像片上的纵坐标y1、y2之差。左右视差的几何意义：Pa为摄影基线B按对该地面点A的航高所。决定的比例尺缩小后的构像长度。左右视差校：两个点左右视差的差值。四、实验内容 主要是观察淘汰的摄影测量仪器，了解它的发展史，为进一步的实验做准备；将立体像对置于像片盘上，从观测系统进行立体观测，量测像点的坐标和视差，供航空摄影测量内业加密控制点用；反光立体镜，在左右光路中个加入一对反光镜扩大像片的间距，可观察大像幅的像片；用立体镜观察立体时，看的立体模型与实物不一样，在竖向方向进行夸大，以利于高程的量测。 五、实

10、验步骤1、准备工作。2、置像片和归心。3、像片定向和归心。4、仪器零位置的确定。5、同名像点量测。六、实验总结我们在老师的带领下，在周五上午 进行了这次立体量测仪的参观，我们一边观察一边听老师讲解测量仪的来历和如何使用，受益匪浅。这些仪器大多是过时的仪器，但通过此次实验我们还是学到不少东西，我们知道了它是如何找到了同名像点等。 通过实习认识了立体坐标仪，这些仪器代表摄影测量发展的阶段。测量技术发展迅速，时至今日更高的技术代替了旧的技术。实验四 单像空间后方交会一、实验目的理解单像空间后方交会原理，用程序设计语言（MATLAB语言）编写一个完整的单像空间后方交会程序，通过对提

11、供的试验数据进行计算，输出像片的外方位元素。二、实验仪器1、计算机。2、航片坐标量测数据、控制点成果、航片摄影参数等。3、原始数据：已知航摄仪的内方位元素：f=153.24mm，x0=y0=0.0mm，摄影比例尺为1:50000。4 个地面控制点的地面坐标及其对应像点的像片坐标。三、实验代码clc;clear all;close all;x=-86.15 -53.40 -14.78 10.46;y=-68.99 82.21 -76.63 64.43;X=36589.41 37631.08

12、0;39100.97 40426.54;Y=25273.32 31324.51 24934.98 30319.81;Z=2195.17 728.69 2386.50 757.31;f=153.24;m=50000; %读取已知数据（控制点地面坐标及比例尺等）Xs0=0.0;Ys0=0.0;for k=1:4;Xs0=Xs0+X(k);Ys0=Ys0+Y(k);endXs0=Xs0/4; %求Xs的平均值作为外方位线元素X的初值XsoYs0=Ys0/4; %求Ys的平均值作为外方位线元素Y的初值YsoZs0=m*f;

13、 %以平均航高作为外方位线元素Z的初值Zsog0=0; w0=0; k0=0;for u=1:+inf;a1=cos(g0)*cos(k0)-sin(g0)*sin(w0)*sin(k0);a2=-cos(g0)*sin(k0)-sin(g0)*sin(w0)*cos(k0);a3=-sin(g0)*cos(w0); b1=cos(w0)*sin(k0);b2=cos(w0)*cos(k0); b3=-sin(w0);c1=sin(g0)*cos(k0)+cos(g0)*sin(w0)*sin(k0);c2=-sin(g0)*sin(k0)+c

14、os(g0)*sin(w0)*cos(k0); c3=cos(g0)*cos(w0);R=a1,a2,a3,;b1,b2,b3;c1,c2,c3; %计算旋转矩阵 L=;%建立空矩阵L，用来放误差方程的常数项 A=;%建立空矩阵A，用来放误差方程的系数for h=1:4;O=a1*(X(h)-Xs0)+b1*(Y(h)-Ys0)+c1*(Z(h)-Zs0);P=a2*(X(h)-Xs0)+b2*(Y(h)-Ys0)+c2*(Z(h)-Zs0);Q=a3*(X(h)-Xs0)+b3*(Y(h)-Ys0)+c3*(Z(h)-Zs0);x1h=-f*O/Q;&

15、#160;y1h=-f*P/Q;a11h=(a1*f+a3*x(h)/Q;a12h=(b1*f+b3*x(h)/Q;a13h=(c1*f+c3*x(h)/Q;a14h=y(h)*sin(w0)-(x(h)/f*(x(h)*cos(k0)-y(h)*sin(k0)+f*cos(k0)*cos(w0);a15h=-f*sin(k0)-x(h)/f*(x(h)*sin(k0)+y(h)*cos(k0);a16h=y(h);a21h=(a2*f+a3*y(h)/Q;a22h=(b2*f+b3*y(h)/Q;a23h=(c2*f+c3*y(h)/Q;a24h=-x(h)*sin(w0)-(y(h)/f*

16、(x(h)*cos(k0)-y(h)*sin(k0)-f*sin(k0)*cos(w0);a25h=-f*cos(k0)-y(h)/f*(x(h)*sin(k0)+y(h)*cos(k0);a26h=-x(h);lxh=x(h)-x1h;lyh=y(h)-y1h;lh=lxh lyh'Ah=a11h,a12h,a13h,a14h,a15h,a16h;a21h,a22h,a23h,a24h,a25h,a26h;A=A;Ah;L=L;lh;endXX=inv(A'*A)*A'*L; %计算外方位元素近似值的改正数矩阵Xs0=XX(1)+Xs0;Ys0=XX(2)+

17、Ys0;Zs0=Zs0+XX(3);g0=g0+XX(4); w0=w0+XX(5);k0=k0+XX(6);ifabs(XX(4)<0.0000291 & abs(XX(5)<0.0000291 & abs(XX(6)<0.0000291break endend   %判断所求改正数是否符合要求的精度Xs=Xs0 Ys=Ys0 Zs=Zs0 g=g0  w=w0 k=k0四、实验总结这次实验的难点就在于怎样去理解书本上对

18、单像空间后方交会求解的过程描述，以及各个公式的计算。最后在编写matlab程序时也遇到了很多问题，由于对公式的不熟悉，对解算过程的不熟悉，以及在使用matlab程序时的不熟悉，使得在编写程序过程中问题不断，而且程序实在太多过于复杂，使得在编写时更缓慢。但最后还是把程序写出来了。实验五 VirtuoZoNT系统认识一、 实验目的 1、理解数字摄影测量原理 2、了解数字摄影测量仪器发展历史3、熟悉数字摄影测量工作站VirtuoZoNT 二、实验器材摄影测量工作站VirtuoZoNT三、 实验原理 1、数字摄影测量原理数字摄影测量是基于摄影

19、测量的基本原理，应用计算机技术，从影像（包括数字影像或数字化影像）提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息。2、数字摄影测量发展历史计算机硬、软件技术的飞速发展，使功能增强，成本降低，并为编制大型软件提供平台。20世纪70年代：数字摄影测量萌芽阶段；20世纪80年代：数字摄影测量原型研究阶段；20世纪90年代：真正推出可用于生产的数字摄影测量系统。3、数字摄影测量工作站硬件组成计算机。外部设备：立体观测装置；操作控制设备。输入设备：影像扫描数字化仪。输出设备：绘图仪。4、全数字摄影测量系统-VirtuoZoNT的特点利用全数字摄影测量系统的工作原理,经过内定向、相对定向、核线重采样、绝对定向

20、等操作,实现地形要素采集,但只能生产全数字摄影测量系统内部固有的数据格式(*vtr或*xyz)的产品，有效地提高了工作效率,降低内耗,减少了作业中间数据的相互转换,避免了有效数据的丢失,很好地保证了产品的质量。四、 实验步骤 1、用空中三角测量软件VirtuoZo AAT进行自由网平差。2、调绘和量测，在VirtuoZo S/M模块中进行矢量采集。3、平差解算，在VirtuoZo AAT中进行迭代计算。4、坐标转换。5、其他后续操作，3D产品生产。实验六 解析空中三角测量一、实验目的 1掌握空中三角测量原理2熟悉VirtuoZoAAT

21、操作二、实验器材1、VirtuoZo AAT 2、数字影像三、 实验原理利用已知空间坐标的若干地面控制点及其在影像上的构像，根据摄影中心、构像点和地面三点共线原理，可以求解像片的外方位元素，进而可以确定出影像上任一目标的空中位置，利用控制点的地面坐标及其在影像上的构像同时求解外方位元素和未知像点的地面坐标，称为整体一步求解或解析空中三角测量。VirtuoZo全数字摄影测量系统的影像配准算法具有可靠、快速和精确的优点。AAT（自动空三）：模块除半自动量测控制点之外，其它所有作业（包括内定向、选取加密点、转刺加密点、相对定向、模型连接和生成整个测区像点网）都可以自动完

22、成。PATB：光束法区域网平差程序具有高性能的粗差检测功能和高精度的平差计算功能。所以将上述两件的优点结合在一起，即VirtuoZo的AATM和PATB集成后就成为功能强大的自动空三软件。 内定向:建立影像扫描坐标与像点坐标的转换关系，求取转换参数；相对定向：通过量取模型的同名像点，解算两相邻影像的相对位置关系；绝对定向：通过量取地面控制点对应的像点坐标，解算模型的外方位元素，将模型纳入到大地坐标系中。四、实验步骤第一步：新建一个测区，设置测区参数第二步：设置相机参数第三步：输入控制点第四步：导入影像（注意像素大小，改变输出路径，相机是否旋转）第五步：建立影像列表（注意：分带，影像索

23、引号的建立）第六步：内定向第七步：添加航带偏移点第八步：连接点提取第九步：自动挑点第十步：交互编辑（编辑连接点、刺控制点、编辑控制点）第10-1步：显示连接点分布，看连接点是否均匀（局部缺点，需要补点）第10-2步：加控制点（注意：一般加四个边控制点，调PATB计算，预测其余控制点）第10-3步：显示预测控制点图标第10-4步：按照预测的控制点位，将所有控制点全部加完 第10-5步：调用PATB计算，（注意第一次计算时，记住像点的观测精度，后面需要赋值给Accuracy第10-6步：将像点的观测精度赋给Accuracy，同时改变权值，再计算 第10-7步：出现了“粗差点”-

24、这些不是同名像点，需要重新调整第10-8步：调整编辑完一个点后，再调用PATB进行计算 第10-9步：这样反复进行，将所有的点全部调整之后，再赋像点的观测精度，同时加大权值第10-10步：当权给定合适的值之后，检验一下相对定向的上下视差第10-11步：设置上下视差值。对超限的点位进行调整第10-12步：当相对定向得上下视差在限差以内，最后需要反复计算，直到像点观测精度稳定为止第10-13步：当像点观测精度稳定后，需要将自动调整粗差了，需要将验后方差输出来第10-14步：调用PATB计算第10-15步：查看加密成果报告第10-16步：退出“交互式编辑状态”第十一步：在主界面中创建“加密

25、点文件五、实验结果六、实验结论总的来说，这次的实验过程很复杂，再按照老师给的步骤一步一步的做的时候都时常会出现问题，因为对软件以及实验过程的不熟悉，使得使得实验进度比较慢，而且有时候计算得出的数据不是很完美。虽然在过程中遇见很多困难，但是在组员的帮组下还是完成了实验。我觉得我们需要改进的地方就是加强对数据处理软件的熟悉度，多学习理论知识。实验七 DEM产品的生成一、实验目的1、掌握DEM产品生产流程2、熟悉DEMMaker二、实验器材VirtuoZo NT、VirtuoZo AAT、DEMMaker三、实验原理DEM的生成有多种途径与方式，主要依据工作目的及信息源和数据采集

26、的硬件及软件设备来决定采用的方式，一般有三种方法：一是利用航空或航天遥感图像通过摄影测量途径获取建立DEM的数据源；其二是使用地面测量数据源,如用GPS、全站仪、野外测量等；第三种方法是用地形图生产DEM数据即用现有地形图矢量化。（1）摄影测量：是DEM数据采集最常用的方法之一。它是以数字影像为基础,通过计算机进行影像匹配,自动相关运算识别同名象点得其象点坐标,并根据少量的野外像控点进行空三加密,建立各像对的立体模型。（2）地面测量：利用GPS、全站仪、RTK等仪器在野外实地测量,并自动记录测量数据，将这些数据通过串行通讯,输入计算机中进行处理,直接获取各测量点的三维坐标。当点数达到一定密度后,即可生成一定精度的DEM。（3）地形图矢量化：利用手扶跟踪数字化仪或扫数字化仪,对已有地形图上的信息如等高线、高程点进行采集,然后通过内插的方法生成DEM。目前常用的算法是通过等高线和高程点建立不规则的三角网(简称TIN)。然后在TIN基础上通过线性和双线性内插建立DEM。前两种方法虽然效果好，精度高，但是成本太大，对硬件要求也太高，效率却不高。而利用地形图生产DEM 数据具有如下的优点：第一、地形图相对较偏宜，也容易得到，地形图上的等高线含有丰富的高程信息，利用这些高程信息生产DEM数据，可以极大的发挥地形图的作用，而地表的地形变化一般都是比较小的