摄影测量与遥感考试要点

第章绪论1、传统摄影测量学：利用光学摄影机摄影的像片，研究和确定被摄物体的大小、形状、位置、性质和相互关系的一门科学和技术。2、摄影测量学，其含义是基于像片的量测。3、摄影测量与遥感的主要特点是在像片上进行量测与解译，无需接触被测物体本身，因而很少受自然和地理条件的限制，而且可获得摄影瞬间的动态物体影像。4、摄影测量与遥感的分类：按距离远近：航空摄影测量与遥感；航天摄影测量与遥感；地面摄影测量与遥感；近景摄影测量与遥感和显微摄影测量与遥感按用途分：地形摄影测量与遥感和非地形摄影测量与遥感仅就摄影测量而言，按技术处理手段：模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量(三个发展阶段)5、影像信息科学：是一门记录、存储、传输、量测、处理、解译、分析和显示由非接触传感器影像获得的目标及其环境信息的科学、技术和经济实体。第二章单张航摄像片解析1、摄影是按小孔成像原理进行的。航空摄影机物镜中心至底片面的距离是固定值，称为航摄机主距，常用f表示。主距之所以是固定值是因为航高相对于摄影机主距很大，它近似于无穷远成像，所以主距约等于摄影机物镜的焦距。2、航摄机向地面摄影时，摄影物镜的主光轴偏离铅垂线SN的夹角a，称为航摄像片倾角。3、当像片水平，地面水平时，从相似三角理论可知，此时，航摄比例尺为像片上一段距离l和地面上相应距离L之比，即1/m=l/L=f/H，式中，f为摄影机主距，H为相对于平均高程面的航摄高度，称为航高。当像片有倾斜或地面有起伏时，近似计算摄影比例尺的公式为：1/m约=f/H。摄影比例尺越大，像片地面分辨率越高，有利于影像的解译和提高成图的精度。4、同一条航线内相邻像片之间的影像重叠称为航向重叠，一般要求在60%以上。相邻航线的重叠称为旁向重叠，重叠度要求在24%以上。5、把一条航线的航摄像片根据地物景象叠拼起来，每张像片的主点连线不在一条直线上，而是成为弯弯曲曲的折线，称为航线弯曲。航线在地面上的投影称为航迹。实际航线与设计航线之间的夹角称为航迹角。6、在一张像片上相邻像主点连线与同方向框标连线间的夹角k称为像片旋角。7、航摄像片是地面景物的摄影构像，这种影像是由地面上各点发射的光线通过航空摄影机物镜投射到底片感光层上形成的，这些光线会聚于物镜中心S，称为摄影中心。因此航摄像片是所摄地面景物的中心投影。已感光的底片经摄影处理后，得到的是负片，利用负片接触晒印在相纸上，得到的是正片，通常将负片和正片统称为像片。8、E表示地平面，P表示倾斜像片，将像平面扩大与地平面相交的迹线TT称为透视轴，两平面的夹角a称为像片倾角。9、过摄影中心S作地平面E的垂线，称为铅垂光线，与像片面P的交点n称为像底点，与E平面的交点N称为地底点。S到N的距离即为航高H。过S点作P面的垂线，称为主光轴，其交点称为像主点，垂距f称为主距。过S点作角oSn的平分线与P面交点c称为等角点，与E面的交点C称为等角点的共轭点。过铅垂线Sn与主光轴So作的平面称为主垂面W，它与E面的交线VV称为摄影方向线，与P面的交线vv称为像片主纵线，表示像片面的最大倾斜方向线。在主垂面W内，过S点作VV的平行线，交vv线于i点，称为主合点。过S点作vv线的平行线交VV于J点，称为主遁点。过P面上的i，o，c点，作TT的平行线，得到hihi，hoho，hchc，其中hihi称为地平线或真水平线，hoho称为主横线，hchc称为等比线。10、摄影测量中常用的坐标系有两大类：一类是用于描述像点的位置，统称为像方空间坐标系；另一类用于描述地面点的位置，统称为物方空间坐标系。11、内方位元素是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数，包括三个参数，即摄影中心$到像片的垂距（主距）f及像主点o在像片框标坐标系中的坐标x0，y0。在恢复了内方位元素（即恢复了摄影光束）的基础上，确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数，称为外方位元素。一张像片的外方位元素包括六个参数，其中有三个是直线元素，用于描述摄影中心的空间坐标值；另外三个是角元素，用于表达像片面的空间姿态。12、像点在像空间坐标系和像空间辅助坐标系坐标之间的变换关系式（22页2-2）13、航摄像片是地面景物的中心投影构像，地图在小范围内可以认为是地面景物的正射投影，这是两种不同性质的投影。14、中心投影构像的基本公式，即共线方程，它是摄影测量中最基本最重要的公式（26页2-112-12）线性化后dXs，dYs，dZs，舛，如，dK为6个外方位元素改正数，因此需要3个控制点列6个方程解算，为提高精度，常有多余观测量，因此最少为4个点。15、若已知像片的内方位元素以及至少3个地面点坐标，并测量出相应的像点坐标，则可根据公式列出至少6个方程式，解求出像片6个外方位元素，称为空间后方交会。中心投影平面变换的一般公式（28页2-13）16、摄影测量中将任意倾角的像片变为规定比例尺的水平像片（即规定比例尺的影像地图）称为像片纠正。17、当航摄像片有倾角或地面有高差时，所摄得的像片与上述理想情况有差异。这种差异反映为一个地面点在地面水平的水平像片上的构像与地面有起伏时或倾斜像片上构像的点位不同，这种点位的差异称为像点位移，它包括像片倾斜引起的位移和地形起伏引起的位移，其结果是使像片上的几何图形与地面上的几何图形产生变形以及像片上以及像片上影像比例尺处处不等。18、在倾斜像片上由等角点出发，引向任意像点的方向线，其方向角与水平像片上相应方向线的方向角恒等。19、获取像片的外方位元素的方法有：利用雷达、全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）以及星象摄影机来获取像片的外方位元素。也可利用一定数量的地面控制点，根据共线方程，反求像片的外方位元素，这种方法称为单张像片的空间后方交会。20、空间后方交会的求解过程：（1）获取已知数据；（2）量测控制点的像点坐标；（3）确定未知数的初始值；（4）计算旋转矩阵R；（5）逐点计算像点坐标的近似值；（6）组成误差方程式；（7）组成法方程式；（8）解求外方位元素；（9）检查计算是否收敛。第三章双像解析摄影测量1、根据单张像片只能确定地面某个点的方向，不能确定地面点的三维空间位置，而有了立体像对（即在两个摄站对同一地面摄取相互重叠的两张像片）则可构成与地面相似的立体模型，解求地面点的空间位置。2、单眼观察景物时，人们感觉到的仅是景物的透视像，就像只有一张像片，不能正确判断景物的远近。只有用双眼观察景物，才能判断景物的远近，得到景物的立体效应，这种现象称为人眼的立体视觉。3、当我们用双眼观察空间远近不同的景物A,B两点时，两眼内产生生理视察，得到立体视觉，可以判断景物的远近。4、空间景物在感光材料上构像，再用人眼观察构象的像片产生生理视差，重建空间景物的立体视觉，所看到的空间景物称为立体影像，产生的立体视觉称为人造立体视觉。人造立体视觉必须符合自然界立体观察的四个条件：（1）两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对；（2）每只眼睛必须只能观察像对的一张像片；（3）两像片上的相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行；（4）两像片的比例尺相近（差别小于15%），否则需用ZOOM系统等进行调节。5、常用的立体观察方式有立体镜式、叠映式和双目观测光路式。6、立体量测可借助立体观察装置与测量的测标和量测计量工具来进行。7、量测像点坐标的仪器：HOT-1型立体坐标量测仪、精密立体坐标量测仪。8、用解析的方法处理立体像对常用的方法有三种：（1）利用像片的空间后方交会与前方交会来解求地面目标的空间坐标。（2）利用立体像对的内在几何关系，进行相对定向，建立与地面相似的立体模型计算出模型点的空间坐标。再通过绝对定向，将模型进行平移、旋转、缩放，把模型纳入到规定的地面坐标系之中，解求出地面目标的绝对空间坐标。（3）利用光束法双像解析摄影测量解求地面目标的空间坐标9、由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法，称为空间前方交会。10、立体像对的空间前方交会公式（45页3-53-6）11、空间前方交会的计算步骤：由已知的外方位元素及像点坐标，计算像空间辅助坐标；由外方位线元素，计算摄影基线分量Bx，By，Bz；计算投影系数N「N2；最后计算地面点的地面摄影测量坐标。由于N1和N2系由第一、三两式求出，所以计算地面坐标时Ya应取平也佶inV—rrvj-NTvrvj-ntvm/?平均i值，即y—［（y十卜y）十（i十卜y）」/2Asi11s222ya坐标取平均值是为了消除相对定向中存在的残差的影响。12、空间后交前交方法的联合计算步骤：（1）野外像片控制测量；（2）用立体坐标量测仪量测像点的坐标；（3）空间后方交会计算像片外方位元素；（4）空间前方交会计算未知点地面坐标。13、首先暂不考虑像片的绝对位置和姿态，而只恢复两张像片之间的相对位置和姿态，这样建立的立体模型称为相对立体模型，其比例尺和方位均是任意的；然后在此基础上，将两张像片作为一个整体进行平移、旋转和缩放，达到绝对位置。这种方法称为相对定向——绝对定向。14、用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素。用解析计算的方法解求相对定向元素的过程，称为解析法相对定向。15、坐标系的选择通常有两种形式：连续像对相对定向坐标系和单独像对相对定向坐标系，相应的相对定向元素分为连续像对相对定向元素和单独像对相对定位元素。16、连续像对相对定向元素：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只影响相对定向后建立的模型大小，而不影响模型的建立，因此，相对定向需要解求的元素只有5个，即by，bz，小，w，k，称为连续像对相对定向元素。单独像对相对定向元素：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同样，b只涉及模型比例尺，不影响模型建立，因此，单独像对相对定向元素有5个：小1，k1，小2，w2，k217、同名射线对对相交是相对定向的理论基础。18、根据矢量代数，三矢量共面，它们的混合积等于零，B・（S1a1XS2a2）=0，共面条件方程。19、解析法连续像对相对定向的解算公式（50页3-15）在立体像对中每量测一对同名像点的像点坐标，就可以列出一个Q方程。由于有5个未知数dbdw，dK，dg，dy，因此，至少需要量测5对同名像点。当有多余观测值时，将Q视为观测值，列出误差方程式。对每一对同名像点，根据定向元素的近似值及像点坐标，按公式可列出一个误差方程，因次相对定向至少需要量测5对同名像点的像点坐标。有多余观测值时，按最小二乘原理求解。求解过程需要反复趋近，直到满足精度要求为止。（51页3-18）20、选取摄影测量坐标系作为相对定向元素计算出的模型点坐标的基础坐标系。21、要确定立体模型在地面测量坐标系中的正确位置，则需要把模型点的摄影测量坐标转化为地面测量坐标，这一工作需要借助与地面测量坐标为已知值的地面控制点来进行，称为立体模型的绝对定向。解析法绝对定向的目的就是将相对定向后求出的摄影测量坐标变换为地面测量坐标。22、解析法绝对定向的基本关系式7个参数AX，AY，AZ，入，饥sk称为绝对定向元素。若将已知平面坐标（Xtp，Ytp）和高程（Ztp）的地面控制点称为平高控制点，仅已知高程的控制点称为高程控制点：PP有7个未知数，至少需要列7个方程，则至少需要两个平高控制点和一个高程控制点，而且3个控制点不能在一条直线上，又因为需要多余观测量，验证最终结果，因此至少需要4个控制点。23、实际绝对定向计算中，为了便于计算，常选用模型的重心为坐标系的原点，用g表示，以重心为原点的坐标称为重心化坐标。重心的坐标是对参加解求绝对定向元素的控制点取其算术平均值求出的。24、光束发双像解析摄影测量：用已知的少数控制点以及待求的地面点，在像对内，同时解求两张像片的外方位元素与待定点的坐标。第四章立体测图的原理和方法1、航测立体测图的方法：模拟法立体测图；解析法立体测图；数字化测图2、地面点反射出的光线，通过摄影物镜记录在感光材料上，经摄影处理得至摄影底片。3、模拟法测图：应用光学投影或机械投影的方法来模拟像对的摄影反转过程，建立测图所需的立体模型。4、模拟测图仪组成部分：投影系统、观测系统、绘图系统5、解析测图仪组成部分：一台精密立体坐标量测仪、一台电子计算机、数控绘图桌、相应的接口设备以及软件系统。6、解析测图仪特点：精度高；功能强；效率高；具有机助绘图功能；便于实现测图自动化;便于建立地图数据库。7、解析测图仪结构：硬件：精密立体坐标量测仪；接口设备；计算机软件：计算机操作系统；摄影测量软件；第五章数字摄影测量1、数字摄影测量：利用数字灰度信号，采用数字相关技术量测同名像点，在此基础上通过解析计算，进行相对定向和绝对定向，建立数字立体模型，从而建立数字高程模型、绘制等高线、制作正射影像图以及为地理信息系统提供基础信息等。2、数字影像可以直接用数字式传感器得到，也可以利用影像数字化器对摄取的像片通过影像数字化过程获得。3、将透明正片（或负片）放在影像数字化器上，把像片上像点的灰度值用数字形式记录下来，此过程称为影像数字化。4、影像的灰度又称为光学密度。5、透光的能力：透明像片（正片或负片）上影像的灰度值，反映了它透明的程度。6、影响像数字化：将透明正片（或负片）放在影像数字化仪器上，把像片的灰度值用数字形式记录下来的过程。7、影像数字化过程包括采样与量化。8、基于灰度的影像相关方法：相关系数法；协方差法；高精度最小二乘相关9、基于特征的影像匹配的基本思想：首先用某种特征提取算子提取影像中的特征（点、线、面），然后对提取的特征进行参数描述；最后以特征的参数值为依据进行同名特征的搜索，继而获得同名像点。第六章数字高程模型及其应用1、数字地面模型（DTM）：一个表示地面特征的空间分布的数据阵列，最常用的是用一系列地面点的平面坐标X,Y以及该地面点的高程Z或属性（如道路，房屋等）组成的数据阵列。2、数字高程模型（DEM）：若地面按一定格网形式有规则的排列，点的平面坐标X,Y可由起始原点推算而无需记录，这样地表面形态只用点的高程Z来表述。3、数据点的获取方式：野外实测获取；从现有地图上获取高程数据与地物；4、曲面内插和逼近的方法：线性内插；双线性多项式内插；分块双三次多项式（样条函数）；移动拟合法；多面叠加内插法（多面函数）；有限元内插法。第七章像片纠正的概念与分类1、像片纠正类型：一次纠正；分带纠正；微分纠正（光学微分纠正和数字微分纠正）。光学微分纠正：利用计算机控制的正射投影仪来进行数字微分纠正：直接利用计算机对数字影像进行逐个像元的微分纠正2、像片纠正：将竖直摄影的航摄像片通过投影变换，获得相当于航摄像机物镜主光轴在铅垂位置摄影的水平像片，同时改化规定的比例尺的作业过程。摄影基线：两摄影中心间的连线。像主点：过摄影中心作像平面的垂线，则与像片的交点。主光轴：过摄影中心，作像平面的垂线。核线：核面与像平面的交线。同名像点一定在同名核线上。核面：摄影基线与像主点所构成的平面。像底点：过摄影中心且垂直于地面的垂线与像片的交点。像空间坐标系：为便于进行空间坐标变换，建立的描述像点在像空间位置的坐标系，则称该坐标系为像空间坐标系。像空间辅助坐标系：为便于计算像点的像空间坐标相对统一的坐标系。相对定位：恢复摄影对象相对空间位置姿态，建立相对立体模型的过程。绝对定位：将相对立体模型转换到地面坐标的过程。正摄影像：投影光束相互平行且