近景摄影测量知识点汇总

1、1、近景摄影测量的定义、精度分类以及影响精度的因素定义:通过摄影手段以确定(地形以外目标的外形和运动状态的学科分支称为近景摄影测量。估算精度是在现场工作之前,在近景摄影测量网的设计阶段,根据摄影、控制、网形、设备和一些设计参数的具体情况,按照理论的精度估算式获得。内精度是在摄影测量的数据处理阶段,按解算未知数的方程组的健康程度,直接计算而得。 内精度容易获取; 内精度一般只与摄影测量的网形有关,它不能够客观反映测量成果的质量,大多数情况下其精度好于实际精度。外精度能给出客观精度的指标方法。一般需要较大量的多余控制。影响精度的因素1、摄影设备的性能2、摄影方式3、控制的质量4、被测物体照明状态、

2、标志使用等5、后续处理的软件性能2、近景摄影测量应用领域(1古建筑与古文物摄影测量(2生物医学摄影测量(3工业摄影测量3、近景摄影测量常用坐标系物方空间坐标系D-XYZ像空间坐标系S-xyz辅助空间坐标系S-XYZ像平面坐标系o-xy4、内、外方位元素像片的内外方位元素是确定像片(及光束在物方空间坐标系D-XYZ 中的位置与朝向的要素。像片内方位元素是恢复摄影时光束形状的要素;像片外方位元素时确定此光束在物方空间坐标系中位置与朝向的要素。内方位元素由像主点在此框标坐标系内的坐标(x,y,以及主距f 构成。- f -焦距,主光轴的长度- x0、 y0-主点在像面上的位置。外方位元素有六个:三个外

3、方位直线元素和三个外方位角元素三直线元素:在曝光瞬间投影中心S 在地面选定的空间直角坐标系(物方空间坐标系中的坐标,常用(Xs ,Ys ,Zs 表示。三个角元素:它是描述像片在摄影瞬间空间姿态的要素,其中两个角元素用以确定主光轴在物方空间的方向,另一个确定像片在像片面内的方位。(,表示航向角,也称偏角。摄影方向So在ZSX平面上的投影同ZS轴之间的夹角。表示旁向倾角,也称倾角。摄影方向So同它在ZSX平面上的投影之间的夹角。表示像片旋角。摄影方向So同它在SYo平面在像片上的交线与像片上y轴之间的夹角。5、共线条件方程、共面条件方程共线条件方程式是描述像点、投影中心点以及物方点应位于一直线上的

4、一种条件方程式。近景摄影测量中绝大多数的解算方法均基于共线条件方程式,如:近景摄影测量的单像空间后方交会解法、多片空间前方交会解法、多种光束解法以至直接线性变换解法。 如果知道像片的内方位元素,以及三个(至少三个地面点坐标和量测出的相应像点坐标,就可根据共线方程列6个方程,求解6个外方位元素。空间后方交会后方交会是应用单像片的共线条件求解外方位元素。欲由单张像片上的像点坐标反求相应地面点的坐标,仍然是不可能的。由立体像片对的两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定该地物点的物方坐标(X,Y, Z空间前方交会 6全固体化,体积小、重量轻、不受电磁现象干扰;像元几何位置精度高,且不会改动(不需要框

5、标标定内方位元素,不需要格网改正底片变形;可选取不同的固态图像传感器,以探测不同波长的发光物体生成的视频信号直接与计算机相连,可成倍地加速摄影测量处理过程7、CCD传感器的分类CCD线阵图像传感器:CCD感光单元有序排列成一线的传感器。CCD面阵图像传感器:CCD感光单元有序排列成二维网状的传感器。8、近景摄影测量的处理方法(1模拟法近景摄影测量(2解析法近景摄影测量(3数字近景摄影测量9、近景摄影测量的摄影方式正直摄影方式:摄影时,像片对两像片的主光轴S1o1与S2o2彼此平行,而且垂直于摄影基线B的摄影方式,称之为正直摄影方式。交向摄影方式:摄影时,像片对两像片的主光轴S1o1与S2o2大

6、体位于同一平面但彼此不平行,且不垂直于摄影基线B的摄影方式,称之为交向摄影方式。10、正直摄影下的精度问题 当存在上下视差,则说明摄像机不等高。在这种情况下,按在地物点A在主水平面上的投影关系,它的摄影坐标X、Y、Z,仍然由水平正直摄影作业公式计算,然而,在主垂面上产生了BZ以(x,y,p为观测值 以(x1,y1,x2,y2 为观测值 正直摄影测量精度分析应尽可能缩小比例尺分母系数,尽量拍摄大比例尺像片,同时尽可能缩小摄影距离,主距f尽量大;拍摄基线B尽量大的像对提高像点位置的质量,包括提高量测精度和去除影响像点位置的各类误差一般情况下,Z向中误差最大,常用它来估算摄影测量的精度11、交向摄影

7、下的精度问题交向摄影,就是两摄像机主光轴大致位于同一平面但彼此不平行,且不垂直于摄影基线B的摄影方式。计算交向摄影测量精度的思想是:基于共线条件方程(摄影中心,物点,投影点 交向摄影精度分析:当交向角为90°时,总误差最小,且各方向中误差相等;交向摄影有两个角度,即摄影方向角和形容点位的角度,它们会直接影响点位的测定精度。为提高交向摄影的精度,应增大摄影比例尺,提高像点坐标精度并注意交互角度对各方向坐标精度的影响。12、景深的计算(计算详见书P69景深:在焦点前后各有一个容许弥散圆,这两个弥散圆之间的距离就叫景深,即:在被摄主体(对焦点前后,其影像仍然有一段清晰范围。光圈越大,景深越

8、小;光圈越小,景深越大;镜头焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大;距离越远,景深越大;距离越近,景深越小。13、立体像对的获取方法a、直接用两台相机;b、移动相机法;c、移动目标法;d、旋转被摄目标法e、获取立体像对的方法还有镜面摄影法以及同一物镜法14、控制测量的目的(解答1、把所构建的近景摄影测量网纳入到给定的物方坐标系中;2、通过多余的控制(包括控制点或相对控制加强摄影测量网的强度;3、通过多余观测的控制点或相对控制检查摄影测量的精度和可靠性。15、相对控制定义及应用摄影测量处理中一些未知点间存在的某种已知的几何关系。16、物方空间坐标系的定义方法物方空间坐标系仅用于描述目标的形状、大

9、小1、按照控制点定义的物方空间坐标系2、按照物方距离定义的物方空间坐标系3、按照摄站到物方点距离定义的物方空间坐标系17、控制点的精度要求 18、控制点坐标的获取方法(1以普通测量的前方交会解算其平面坐标(2按三角高程测量的方法计算其高程 19、控制测量中采取的措施水平角度起始方向线的确定平行光管法、旋转被测经纬仪法两测站间高差的确定竖直角的测回数测站位置的稳定性强制对中装置、对中装置基座要一直保留在测墩上19-1、建立室内控制场的目的1用于近景摄影测量的有关研究,包括对新理论、新仪器和新方法的检验、摄影方式的优化设计以及检验控制点数量、质量和分布对精度的影响等。2实测目标形状以及其运动状态。

10、3检定摄影机及摄像机20、空间后方-前方交会法求解21、光束法22、直接线性变换解法1、近景摄影测量的定义:通过摄影手段以确定目标的外形和运动状态的学科分支。三个组成部分:2、近景摄影测量与航空摄影测量的异同点:相同点:基本理论相同模拟处理方法相同解析处理方法相同数字影像处理方法相同摄影测量仪器使用方面相同等不同点:目的不同航空摄影测量目的是测制地形图;而近景摄影测量目的是用于工业、生物医学及建筑学得基础研究及运用研究。3、精度统计三个主要方法及计算原理:某一个坐标方向的中误差,mz 某一方向上点位的平面位置中误差ms ,ms=(mX ²+mY ²½点位空间位置中

11、误差mT=(mX ²+mY ²+mZ ²½4、影响近景摄影测量的精度因素:影像获取设备的性能摄影方式控制的质量被测物体的照明状态、标志的设计及使用,及表面处理的水准后续处理硬件软件性能5、近景摄影测量涉及的坐标系:物方空间坐标系 D-XYZ 像方空间坐标系 S-xyz 辅助空间坐标系 S-XYZ6、共线方程的几何意义:描述像点、摄影中心以及物方点位于一条直线上7、近景摄影测量设备类型及各类特点:量测摄影机,特点:机械结构稳固、光学性能好格网测量摄影机,特点:具有量测摄影机的功能,且配有格网半量测摄影机,特点:不具备量测摄影机的功能,但配有改正底片变形的格

12、网非量测摄影机,特点:内部点元素不能记录,光学畸变较大,未采取减少或改正底片变形的措施,并且不具备记载外部空间参数的设备8、立体量测摄影机的定义:在已知长度的摄影基线两端,配有两台主光轴平行且与基线垂直的量测摄影机的设备。9、固态摄影机的特点:全固态化、体积小、重量轻、不受电磁现象干扰像点几何位置精度高,且不会改动可选用不同的固态图形像传感器,以探测不同波长的发光物体生成的视频信号可直接与计算机相联,可成倍的加速摄影测量处理过程10、近景摄影测量两种基本摄影方式:正直摄影方式交向摄影方式11、摄影条件下精度估算式及推导过程:建立物方坐标系D-XYZ 及像空间坐标系S-xyz 介绍以下字母含义:

13、B 摄影基线长;f 主距;p=Bf/H 推导计算:12、超焦距的定义:超焦点的距离,又称为无穷点,用H 表示,H=F ²/KE13、景深得概念:是在给定光圈和模糊圈大小条件下被摄影空间获得清晰的深度范围景深的计算D=D2-D114、15、16、获得立体像对的方法:移动相机法移动目标法旋转被摄目标法镜面摄影法同dp fH B H dH dy f H dp f y f H B H dY dx f H f X f H B H dX (1(1(=+=+=f PB H y PB Y x PB X =一物镜法17、进行被测目标表面处理的目标:保证和提高影像识别与摄影测量量测性能。方法:利用投影设

14、备,将线条密度和线条粗细度适宜的光栅、格网或斑纹图案,投影到被测物体表面,以形成人工纹理利用激光经纬仪,将激光按一定扫描规则投射到被测物体上,以形成人工纹理将一定间隔将某种标志,包括回光反射标志,贴附在被测物体表面手工绘制人工纹理18、近景摄影测量中实施控制的目的:把所构建的近景摄影测量网纳入到给定的物方空间坐标通过多条的控制加强摄影测量网的强度通过多余的控制点或相对控制检查摄影测量的精度和可靠性19、近景摄影测量对控制点的测量精度的要求:m控1/3m摄20、相对控制的定义:是指摄影测量处理中一些未知点间某种已知的几何关系。举例:物方空间两个未知点间的已知长度,就是一种长度相对控制21、测量控

15、制点一般方法中,确定控制点高程时,为何无需确定经纬仪高程?22、控制点测量中,测站基线的确定:23、室内控制场建立的目的和建设中遵循的原则:目的:用于近景摄影测量的有关研究实测目标形状及运动形态的研究检定摄影机及摄像机原则:应布设足够数量(一般有数十个或更多的三维控制点标志控制点一般是均匀分布的,并且在三个坐标方向的分布上,均有足够的延伸为摄影机留有足够的拍摄活动空间最好安置两个(或以上稳定的测墩,以测定并定期复查控制点坐标24、建立活动控制系统的目的:用于被测目标较小,为数不多,且目标处在不同位用于不宜使用常规测量方法在现场施测控制用于长途运输后摄影机的检校1.近景摄影测量的定义:通过摄影手

16、段以确定目标的外形和运动状态的学科分支称为近景摄影测量。2.近景摄影测量的优点:a.可以瞬间获取被测物体大量物理信息和几何信息。b、可以在不伤及测量目标,不干扰被测物自然状态以及恶劣的环境下测量。c、适合于动态物体外形和运动状态测定的手段,适用于微观世界和较远目标的测量手段。d、基于严谨的理论和现代的硬软件,可提供相当高的的精度和可靠性的测量手段。e、是一种基于数字信息和数字影像技术以及自控技术的手段。f、可提供基于三维空间坐标的各种产品。3.近景摄影测量的精度从三方面来衡量:(1估算精度:是在现场工作之前,在设计阶段,根据摄影、控制、网形、设备和一些设计参数的具体情况,按理论的精度估算式获得

17、。(2内精度:在数字处理阶段,按解算未知数的方程组的健康程度,直接计算而得。(3外精度:能给出可观精度的指标方法,最常用的方法是使用较大量的多余控制,包括多余控制点或多余相对控制。4.影响近景摄影测量精度的因素:摄像设备的性能、摄影方式、控制的质量、被测物体的照明状态,标志的设计与使用、后续处理硬软件的性能。5.近景摄影测量的主要用途:(1古建筑与古文物摄影测量。(2生物医学摄影测量。(3工业摄影测量。6.量测摄影机:专为测量目的而设计制造的摄影机。7.量测摄影机的特性:(1确定光束形状的内方位元素x,y,f,即摄影中心S相对所摄影像的相对位置经过严格检校。(2特别注意摄影机光学系统的设计,以

18、减小光学畸变的影响。(3采取措施来减少底片压平不佳和底片变形对像点位移的影响。(4较现代的量测摄影机主要由摄影机及其定向设备两部分组成。(5同一系列的个品种间的区别主要是视场角的不同。(6半量测摄影机的主要特性是轻便,并配置改正底片变形的格网,但无定向设备、主距不能准确记录。(7量测摄影机是进行近景摄影测量的重要设备。8.立体量测摄影机:在已知长度的摄影基线两端,配有两台主光轴平行且与基线垂直的量测摄影机的设备,即是立体量测摄影机。9.非量测摄影机:不是专为测量目的而设计制造的摄影机称为非量测摄影机。其内方位元素不能记录,光学畸变颇大,未采取减少或改正底片变形的措施,并且不具备记载外部定向参数

19、的功能。10.近景摄影测量中基本的摄影方式有正直摄影方式和交向摄影方式两种。摄影时,像片对两像片的主光轴S1o1与S202彼此平行,且垂直于摄影基线B的摄影方式称为正直摄影方式。摄影时,像片对于两像片的主光轴S101域S202大体位于同一平面但彼此不平行,且不垂直与摄影基线B的摄影方式称之为交向摄影方式。11.多摄站摄影测量:基于交向摄影方式,可实现对被测物的多重覆盖,乃至数十次的多重覆盖,即所谓的多摄站摄影测量。其主要目的是为了大幅度提高摄影测量的精度与可靠性。12.公式4-2-4(x,y,p正直摄影k1(=H/B称为构形系数,它与目标点同名光线间的夹角有关,即摄影基线越大,目标点越近,K1

20、值越小,目标点测定误差则越小;而K2(=H/f称之为成像比例尺分母系数,即所处理得像片主距越大,目标点越近,K2值越小,目标点测定误差越小。13.公式4-2-8(x1,y1,x2,y2(1为了提高精度,应尽可能的缩小比例尺分母系数K2,尽量拍摄大比例尺像片,即尽可能缩小摄影距离Z,并拍摄主距f尽量大的像片;(2为了提高精度,应拍摄摄影基线B尽量大的像对,即缩小构形系数K1值;(3为了提高物方点测定精度(Mx,My,Mz,应提高像点位置的质量,包括提高量测精度和去除影响像点位置的各位误差;(4一般情况下,远近方向的测定中误差Mz最大们所以常用Mz=K1K2Mp来估算摄影测量的精度;(5若需要考虑

21、基线B的测定误差Mb和主距f的测定误差Mf时,应参照更为详尽的精度估算式;同样,若不能维持标准的正直摄影,则还应考虑外方位角元素和外方位直线元素误差的影响,即还应参照更为详尽的精度估算式。(6有些情况下,4-2-4可简化为MX=k2mx,MY=k2my,MZ=k1k1mp 而式可简化为MX=MY=k2m ,MZ=根号2k1k2m 对正直摄影方式而言,一般有mZ>mX(mY(7近景摄影测量中的航带网或区域网可以认为是正直摄影的扩展,其精度估算可大体参照航空摄影测量的有关文献与经验进行。14.交向摄影精度估算问题:(1式4-3-9可作为交向摄影情况下,物方空间坐标精度的参考估算式;(2讨论是

22、在很多假设的条件下进行的;(3当交向角为90°时,总误差最小,且各个方向中误差相等;(4为提高交向摄影的精度,应增大摄影比例尺,提高像点坐标量测精度并注意交会角度对各方向坐标精度的影响。16.人工标志:人工标志的广泛使用是近景摄影测量的一个特点。一方面,人工标志可以保证或提高测量精度和可靠性,另一方面,与航空摄影测量相比,大量人工标志的布设并不是一件困难的事。人工标志的质地、形状和大小与测量方法、测量对象的要求以及环境有关。17.近景摄影测量实施控制的目的:一是把所构建的近景摄影测量网纳入到给定的物方空间坐标系里;二是多余的控制加强摄影测量网的强度;三是通过多余的控制点或相对控制检查

23、摄影测量的精度和可靠性。控制方式有:控制点和相对控制两种方式。控制点通常是在被测目标上或其周围测定的已知坐标的标志点;相对控制是指摄影测量处理中一些未知点间某种已知的几何关系。18.控制点的测算方法步骤:(1以普通测量的前方交会解算其平面坐标(X,Y;(2按间接高程的方法再解求其高程(Z。19. 精度分析:平面坐标精度、高程精度。20.相对控制定义:摄影测量处理中未知点间的已知几何关系。可按两种方式使用相对控制,第一种方式是把相对控制认作观测值,另一种方式是把相对控制认作真值。当把相对控制认作观测值时,是将相对控制所建立的误差方程式,与像点坐标误差方程式一并解算,从而引进控制并加强所建模型的内

24、部强度;当把相对控制认作真值时,则提供了某种制约条件,并按带有制约条件的间接观测平差处理,从而引进控制并加强所建模型的内部强度。距离相对控制:此距离可以是两摄站点间的距离,也可以是两物点间的距离,或是一摄站点与某物点间的距离。21.引用相对控制的方法,可以分作两种类型。其中一类,是把具体量测数据看做观测值,这时首先要建立条件方程式,然后把它们转化为误差方程式,使此误差方程式中所含的未知数仅包括外方位元素改正数t及目标点的物空间坐标改正值X,从而形成与像点坐标误差方程式相似的形式。相对控制所形成的误差方程式中的未知数,就是像点坐标误差方程式中的未知数,故未知数的数量并未增加。另外一类,则仅是建立

25、制约条件,按附有制约条件的间接平差法计算。22.共线条件方程出于不同的目的可以解算一下五类未知数:(1解算外方位元素(2解算内方位元素(3解算物方空间坐标(4解算像点坐标(5解求系统误差。23.近景摄影测量的多片空间前方交会解法,是根据已知内外方位元素的两张或两张以上像片,把待定点的像点坐标视作观测值,以解求其或是值并逐点解求待定点物方空间坐标的过程。24.影响多片空间前方交会解法精度的因素:(1空间前方交会各像片间以及它们与未知点间的几何构型(2像点坐标的质量,即像点坐标的量测精度以及改正各类像点系统误差的程度。(3各像片外方位元素的测定精度。(4所用摄影机内方位元素的检定水准。25.控制点

26、坐标视作真值且实地不测外方位元素的光束平差解法(一种把控制点的像点坐标、待定点坐标的像点坐标以至其他内业、外业量测数据的一部分或全部是做观测值,整体地同时地解求他们的或是值和待定点空间坐标的解算方法。适用场合:(1在被测目标上或其周围可以布置稳定的控制点,控制点自身质量好,且分布合理。(2使用量测摄影机,即已知内方位元素,且在同一调焦距下作业。解算过程: 列出误差方程式、法方法解算、精度问题26.直接线性变化:建立在像点坐标仪坐标和相应物点物方空间坐标之间直接的线性关系的算法27.直接线性变化解法要求有六个以上的控制点。这些控制点不能布置在一个平面上,以避免解的不定性。可以想象,各控制点近似地

27、靠近某一平面,也不会给出好的测定结果。一般要求是:应均匀的布置控制点,使它们环绕被测目标,并且使各控制点在像片上的构像范围越大越好。摄站点不得与物方空间坐标系远点重合的禁忌。28.检校内容:主点位置与主距的测定;光学畸变系数的测定;压平装置以及像框坐标系的设定;调焦后主距变化的测定与设定;调焦后畸变差变化的测定;摄影机偏心常数的测定;立体摄影机内方位与外方位元素的测定;多台摄影机同步精度的测定。近景摄影机得检校:检查和校正摄影机内方位元素和光学畸变系数的过程称之为近景摄影机得检校。29.径向畸变差、偏心畸变差(物镜系统个单元透镜,因装备和震动偏离了轴线或歪斜,从而引起的像点偏离其准确理想位置的

28、误差。30.坐标系统:物方空间坐标系D-XYZ;像空间坐标系S-xyz;辅助空间坐标系S-XYZ;像平面坐标系o-xy。近景摄影测量的定义:以摄影测量为手段,确定地形以外各类目标的形状、大小、几何位置和运动状态的摄影测量与遥感学科的一个应用分支。近景摄影测量的优势:它是一种瞬间获取被测物体大量物理信息和几何信息的测量手段。作为信息载体的相片或影像包含被测目标最大的信息,特别适用于测量点众多的目标。它是一种非接触性量测手段,不伤及测量目标,不干扰被测物自然状态,可在恶劣条件下作业。它是一种适合于动态物体外形和运动状态测定的手段,是一种适用于微观世界和较远目标的测量手段。(4 就当前发展而言,它是

29、一种基于数字信息和数字影像技术以及自控技术的手段,使实时近景摄影测量正日益广泛地深入工业生产流程中,成为工业产品分类、导向、监测、装配和自动化生产的重要组成。近景摄影测量的缺陷(1技术含量较高,需要较昂贵的硬设备投入和较高素质的技术人员,设备的不足以及技术力量的欠缺会导致不良的测量结果。(2对所有的测量对象不一定是最佳的技术选择。目标的多样性:(1古建筑与古文物摄影测量(2生物医学摄影测量(3工业摄影测量或摄影距离大约小于100m统计近景摄影测量的精度,应从估算精度、内精度和外精度三个方面进行。近景的特点(与航空比较:相同点:(1处理对象为摄影影象(2不接触测量,信息获取的整个过程对目标物不发

30、生影响。(3基本理论、设备、方法。不同点:(1测量目的不同。(2被测量目标物不同。(3目标物纵深尺寸与摄影距离比不同。(4摄影方式不同。(5影像获取设备不同。(6控制方式不同。(7近景摄影测量适合动态目标,包括运动目标和运动状态的测定。影响近景摄影测量精度的因素:1. 影像获取设备的性能2. 摄影方式3. 控制的质量4.被测物体的照明状态,标志的设计和使用等5.后续处理硬软件的性能近景摄影测量常用坐标系:1像平面上的直角坐标系2像空间直角坐标系(S-xyz3像空间辅助坐标系(S - XYZ4物方空间坐标系(D- XYZ1、内方位元素确定摄影中心相对于影像位置关系的参数称为影像的内方位元素2、外

31、方位元素在恢复像片内方位元素的基础上,确定像片摄影瞬间在给定物方空间坐标系中空间位置和姿态的参数称为外方位元素。一张像片有6个外方位元素。3个直线元素和3个角元素。共线条件方程式各符号含义自拟1.非量测摄影机 2.量测摄影机 3.格网量测摄影机 固态摄像机的优点:1、全固化,体积小,重量轻;2、像元几何位置精度高,且不会变动;3、有快速的影像获取速度;CCD的尺寸,其实是说感光器件的面积大小。感光器件的面积越大,捕获的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。CCD的尺寸,实际上就是CCD对角线的长度。业界通用的规范就是1英寸CCD Size = 长12.8mm X 宽9.6mm = 对角线为16mm 之对应面积。近景摄影测量的摄影技术:(1正直摄影:在摄影基线两端,两摄影机主光轴保持水平,并都与摄影基线方向垂直的摄影。(2交向摄影:在摄影基线两端,两摄影机主光轴在物方相交成某一角度的摄影。正直摄影精度提高方法:1. 为提高精度,应尽可能拍摄摄影比例尺大的像片2. 为提高精度,应尽可能拍摄摄影基线大的像对,减小构形系数k1;3.为提高精度,应尽可能提高像点坐标的质量;4.一般情况下,摄影方向的中误差最大。立体像对:从空间两个位置对同一目标物拍摄的两张像片。立体相对获取方法:一、立体摄影机或立体摄影系统二、使用两台单个摄影机三、使用单个摄影机移动相机法(常用四、使用单个摄影机移动目