整理版摄影测量学txt

摄影测量学txt摄影测量学txt.txt摄影测量期末复习绪论1、传统地理信息获取－野外实地测量，平板仪/经纬仪/全站仪/GPS。缺点：工作量大、效率低，受条件限制多，境外无法测量2、遥感影像是目前获取全要素地理空间信息最重要、最快捷、使用最广泛的手段3、摄影测量学是利用摄影机或其它传感器采集被测对象的图像信息，经过加工处理和分析，获取有价值的可靠信息的理论和技术的一门学科。摄影测量是利用摄影机或其他的遥感器采集被测对象的图像信息，经过加工处理和分析，获取有价值的可靠信息的理论和技术。4、1837年，法国人尼普斯Niépce和达盖尔(JacquesDaguerre)发明了摄影术。为摄影测量提供了基本手段。1851，法国陆军上校劳赛达特提出的交会摄影测量并发明了测量仪器，被称为摄影测量的起点。（处理地面摄影，建筑物摄影测量）.摄影测量已有近160年历史。1858：法国摄影师纳达尔乘坐气球在巴黎郊外80m上空拍摄了世界上第一张航空影像。二十世纪初，发明了立体观察方法。1901年，Carl和Henry独立发明了立体坐标量测仪（stereocomparator）。由于飞机尚未发明，主要用于地面摄影测量。1906，美国人劳伦仕用17只风筝吊着巨型相机拍摄了旧金山地震。1903，WrightBrothers发明了飞机，并迅速用于航空摄影测量。第一次世界大战中，航空摄影机问世，1909年，获取第一张从飞机上拍摄的照片，1318立体测图仪问世。1915年，获得第一张专用的航摄像片。真正开始了摄影测量学。随着飞机的发明、立体像对和立体测图仪器的广泛使用，摄影测量理论与技术的逐步成熟，进入模拟摄影测量时代。1957年，海拉瓦博士提出解析测图仪的思想，标志着解析摄影测量（AnalyticalPhotogrammetry）（1950－1980）的开始。20世纪70年代末至90年代初，解析摄影测量发展的鼎盛时期。5、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。进入数字摄影测量时代6、分类原则与方法的基本要素:目标、图像、信息①按用途分：地形摄影测量、非地形摄影测量②按距离分：航天摄影测量、航空摄影测量、近景摄影测量、地面摄影测量、显微摄影测量③按技术手段分：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量④特种摄影测量：雷达摄影测量、双介质摄影测量、X射线摄影测量7、摄影测量的主要阶段与特点模拟摄影测量是用光学机械的方法模拟摄影时的几何模式，通过摄影过程的几何反转，由像片重建所摄物体的缩小了的几何模型，对该几何模型进行量测即可得到所需的图件，如地形原图。这一时期的特点：（1）使用的影像资料为硬拷贝像片。（2）利用光学机械模拟装置,实现了复杂的摄影测量解算。（3）得到的是（或说主要是）模拟产品。（4）摄影测量科技的发展可以说基本上是围绕着十分昂贵的立体测图仪进行的。（5）利用几何反转原理，建立缩小模型。（6）最直观，好理解。析摄影测量是依据像点与相应地面点间的数学关系，用计算机解算像点与相应地面点的坐标并进行测图解算的技术。在解析摄影测量中利用少量的野外控制点加密测图用的控制点或其它用途的更加密集的控制点的工作，叫做解析空中三角测量，也称电算加密。由计算机实施解算和控制并进行测图则称之为解析测图，相应的仪器系统称为解析测图仪。这一时期的特点：（1）使用的影像资料为硬拷贝像片。（2）使用的是数字投影方式,用精确的数字解算代替了精度较低的模拟解算。（3）得到的是模拟产品和数字产品。（4）引入了半自动化的机助作业,因此,免除了定向的繁琐过程及测图过程中的许多手工作业方式。但需要人用手去操纵(或指挥)仪器,同时用眼进行观测。数字摄影测量是以数字影像为基础，用计算机进行分析和处理，确定被摄物体的形状、大小、空间位置及性质的技术。数字影象可描述为一个二维的灰度矩阵，每个矩阵元素的行列序号代表它在像片上的位置，元素的值是它的灰度。这一时期的特点：（1）使用的影像资料为数字影像或数字化影像（2）使用的是数字投影方式,用精确的数字解算代替了精度较低的模拟解算。（3）得到的是数字产品和模拟产品。（4）最终是以计算机视觉代替人眼的立体观测,因而它所使用的仪器最终将只是通用计算机及其相应外部设备。8、摄影测量各阶段的比较阶段 原始资料 投影方式 仪器 操作方式 产品模拟 像片 机械 模拟测图仪 手工 模拟解析 像片 数字 解析测图仪 半自动 模拟/数字数字 数字影像 数字 摄影测量工作站 全自动 数字/模拟9、现代的航空摄影测量学和航天遥感资料是编制现势性强的地图的主要方法。10、摄影测量与其他测绘学科的关系①与大地测量学的关系：大地测量学的主要任务：确定国家大地原点与水准点，建立国家和地区大地和高程控制网，以满足测图控制的需要。摄影测量是测绘地形图的主要方法，为了满足测图的需要，除国家级控制网外，还需要一些测图必需的控制点，以满足空三加密中控制点的要求。②与地图制图学的关系：摄影测量已从目视产品向数字化产品过渡，而地图制图也从传统的手工作业变成一门空间信息图形传输的学科，两者已无明显的界限与分工，其共同的目的是建立地图数据库，建立各种地理信息系统，为国民经济服务。③与工程测量学的关系：摄影测量是测绘方法中的一种先进技术。各种竣工检测，变形观测，是非地形摄影测量的主要任务。摄影测量是工程摄影测量学的主要技术基础课。其数字化产品可用于工程设计优化方案的选择和工程规划设计的自动化。④与地籍测量学的关系：地籍测量是为了合理开发利用土地资源，了解土地资源现状，进行土地管理、评价、开发，建立土地信息系统，为规划、决策、管理服务的理论、技术和方法。全国性大面积的地籍测量工作，应该以摄影测量方法为主。⑤与海洋、军事测绘的关系：以海洋和军事为研究目标的测绘工作，需要用到测绘学各分支学科的基本知识，作为测绘学科分支之一的摄影测量学，无疑是这些学科的技术基础课或专业课。11、摄影测量现状的发展特点以数字摄影测量为主，解析与数字作业模式并存。以航空摄影测量为主，航天摄影测量为补充，并逐步向航天遥感过渡。以制作数字地图为主，逐步向多样化的地理信息产品发展。以单系统生产模式为主，逐步网络数字化生产过渡。第一章数字测图概述1、比例尺：图上长度与相应的实地水平长度之比，称为该图的比例尺。白纸测图：传统的地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内的各种地物、地貌（总称地形）的空间位置和几何形状进行测定，以一定的比例尺并按图式符号绘制在图纸上，即通常所称的白纸测图。数字测图：广义地讲，生产数字地图的方法和过程就是数字测图。数字测图实质上是一种全解析机助测图方法。它以计算机为核心，在相关输入输出设备的支持下，对地形空间数据进行采集、存贮、处理、输出和管理。2、比例尺的分类：①小比例尺：1:25万、1:50万、1:100万；②中比例尺：1:2.5万、1:5万、1:10万；③大比例尺：1:500、1:1000、1:2000、1:5000、1:1万3、白纸测图——图解地图：①平板仪测图、②经纬仪测图数字测图——数字地图：①测量仪器；②计算机等硬件系统；③自动化成图软件系统大比例尺数字地图：贮存在数据载体(磁带、磁盘或光盘)上的数字形式的大比例尺地图。4、数字地图是以数字的形式表达地形特征点的集合形态，数字测图实质是一种全解析机助测图的方法。与模拟测图相比，具有显而易见的优势和广阔的发展前景，是地形测绘发展的技术前沿。数字测图的优点：（1.数字测图使大比例尺测图走向自动化；（2.数字测图使大比例尺测图走向数字化；（3.数字测图使大比例尺测图实现了高精度；（4.数字测图使大比例尺测图进入了新时期。5、数字测图技术特点：①精度高；②自动化程度高、劳动强度小；③更新方便、快捷；④便于保存与管理；⑤便于应用；⑥易于发布和实现远程传输。6、数字化测图的发展历程（1、50年代初期，机助成图技术蓬勃发展；（2、50年代到60年代中期，图数转换装置和数控绘图机问世；（3、70年代，计算机地图制图系统迅猛发展及电子速测仪面世；（4、80年代后，计算机技术和信息技术迅速发展，地图数据库和地理信息系统相继建立，全数字化测图系统面世，遥感（RS）和全球定位系统（GPS）广泛应用，数字化测图必将朝自动化、数字化、智能化和信息化方向发展。7、综观国际、国内地面数字测图技术，其发展的进程大体是“两模式”、“三阶段”。（1）数字测记模式：野外测记，室内成图。第一阶段（20世纪70年代末至80年代初）；第二阶段（80年代中后期）（2）电子平板测绘模式：内外业一体化，所显即所测，实时成图。（第三阶段）8、数字测图技术的发展趋势①全站仪自动跟踪测量模式：徕卡TPS1100系列全站仪：马达驱动与自动目标识别。自动跟踪。镜站遥控测量。无反射棱镜测量。支持用户自编应用程序。②GPS测量模式：GPS(globalpositioningsystem)是全球定位系统的简称。它是美国国防部于1973年组织研制的军用导航定位系统，80年代商品化并推广到民用，引起各界广泛的注意。GPS定位方法精度高，方便灵活。GPS定位技术在测绘中的应用和普及，是测绘科技的一个重大的突破性进展。20世纪90年代出现了载波相位差分技术，又称RTK（RealTimeKinematic）实时动态定位技术，能够实时提供测点（用户站）在指定坐标系的三维坐标成果，在20km测程内可以达到厘米级的精度。RTK作业模式的测程（基准点与流动站的距离）可以达到10-20km，适用于视野开阔的区域。③数字摄影测量模式：利用全站仪进行数据采集时，每次只能测定一个点，而利用摄影测量的方法则可同时测定多个点，这是摄影测量方法的最大优点。9、大比例尺数字地图的特点①大比例尺数字地图以数字形式表示地图的内容。②大比例尺数字地图具有良好的现势性。③大比例尺数字地图是以数字形式贮存的1:1的数字地图，不受比例尺和图幅的限制。④大比例尺数字地图具有较高的位置精度且精度均匀。⑤大比例尺数字地图为与空间位置有关的信息系统提供基础数据。⑥大比例尺数字地图的建立需要较大的费用和较长的时间。⑦大比例尺数字地图的读写需要相应的软硬件的支持。第二章摄影的基本知识1、摄影技术的起源与发展暗箱——摄影机的祖先；“针孔”成像。1839年——摄影术诞生，达盖尔摄影法。1851年，“湿版火棉胶法”出现。1891年，胶卷的出现，使得摄影技术进入实用化、普及的阶段。20世纪80年代，磁录相机—现代数字摄影的先驱。2、 相机基本成像原理：透镜成像和针孔成像。镜头的组成：透镜片组、光圈、镜头筒。3、航测成图的简要过程一、航空摄影：航空摄影就是利用装在飞机底部的航摄机，在空中按一定高度沿预定的航线，对地面进行连续摄影，如图10-1。所用感光软片需严格压平，像片的像幅（影像范围的大小）一般为为23cm×23cm，并要求四个边框的四角及四边框的中央各有一框标，左右边框中央框标的连线为像片坐标系的x轴、上下边中央框标的连线为Y轨交点口为坐标系原点，如图（10-2）所示。另外像幅外有圆水准器，说明摄影时光轴倾斜情况，还有摄影瞬时的时刻，日期及摄影次序号码等记录。二、外业控制测量：在像片上选取合乎要求的少数明显地物点作为测图控制点，其实地相应的点用前、后方交会、导线测量、三角测量、水准测量和三角高程测量的方法，与国家控制点连测，以求得其平面位置及高程。三、像片的调绘：利用像片进行判读、调查和绘注等工作的总称。它是持像片到现场进行实地调查，查明像片上地物的名称（如河流名称）及行政区划界线等，并补测像片上未显示出的地物，描绘和注记在像片上。四、室内加密控制：加密控制点是在野外少量实测控制点的基础上，为了满足每张航摄像片上必须有一定数量的控制点（一般要求有4一6个点），而进行的，目前都采用电算加密的方法。五、测制成图：航测成图的方法，通常有：（1.综合法：是摄影测量与地形测量相结合的一种方法。它是由单张像片或像片平面图确定地物的平面位置，在野外用一般地形测量方法在像片上测绘等高线，并进行调绘，最后制作成地形图。它适用于平坦地区。（2.全能法：目前常用的内业测图方法。它是将航摄像对（互有重叠的两相邻像片）装在立体测图仪上，建立与地面相似而缩小的立体地面模型，而后对模型进行量测，同时确定地面点的平面位置和高程，测绘地形图。4、航摄像片是航摄仪在空中对地面根据中心投影原理摄成的像片。所谓中心投影就是空间任一点（物点）与一固定点（投影中心）联成一直线，被一平面（投影面）所截。5、航摄像片与地形图的差别：航摄像片是地面的中心投影，地形图则是地面在水平面上的垂直投影，因而两者产生了差异。航空摄影测量测制地形图的主要任务就是将中心投影的航摄像片转化为垂直投影的地形图。了解中心投影的特征和两种投影造成的差异，是学习航测原理的基础。6、像点位移（1）投影误差：由于地面起伏引起像点在像片上的位移所产生的误差，称为投影误差。地面点A、B在水平像片上的中心投影为a,b，而A、B的垂直投影Ao、Bo在像片上的中心投影则为a。、b。，其差值口aa。、bb。即为地面起伏引起的像点位移，也即投影误差，可由下式求得：δh＝rh／H（二）倾料误差：由于像片倾斜引起像点位移所产生的误差，称为倾斜误差。如图10-6，设在同一摄影站对同一地面摄取一张水平像片P1及一张倾斜像片P2，倾斜像片的倾角a是主垂线Sn与主光轴SO2的夹角，SC为a的角等分线，它与像平面的交点C称为等比点；过主光轴SO2与主垂线Sn的垂直面与像片的交线。V1v1、v2v2称为主纵线，过c点垂直于主纵线的直线hchc称为等比线，即两像片的交线。显然，在等比线上的像点既在倾斜像片上又在水平像片上，不产生位移。地面上A点在水平像片Pl及倾斜像片P2上的像点分别为a1及a2，即像点由a1,位移到a2,可以用它们到等比点c的距离来计量倾斜误差。令a1c＝rc，a2c=r，则倾斜误差δa。为δa＝r--rc由图10-6，可知倾斜误差的规律。（1）等比线上的像点，没有倾斜误差。（2）倾斜误差产生在以等角点为辐射中心的辐射线上，离等角点愈远误差愈大。（3）倾斜像片在水平像片上面部分,δa为负（因为rc＞r），即像点向辐射中心位移，反之，在水平像片下面部分，δa为正(rc＜r），像点向边缘位移对称于等角点的像点，其倾斜误差的大小相等，符号相反。（4）地面上的图形在水平像片上所得的影像与地面图形完全相似，而在倾斜像片上则会变形。如图10-7,a1b1c1d1为地面正方形ABCD在水平像片上的图像，是一缩小了的正方形。若将倾斜像片（参见图10-6)绕hchc转a角使与水平像片迭置，则在倾斜像片上的图形a2b2C2d2变为梯形。因此，即使在同一张倾斜像片上各处比例尺都不一致。倾斜误差可以通过纠正的方法予以消除，而投影误差不会因像片纠正而消除，只能采取限制的办法，即规定投影误差不超过某一限值，如超过限值则需采取分带投影的办法，以保证整个地区所有点在图上的投影误差不超过限值。将某一区域内的纠正像片，切去航向和旁向重叠，依次拼接在一图板上得到整幅的平面图，就是像片平面图。图上均为地面的影像，也称为影像图。7、航摄像片的判读航摄像片的判读就是识别像片上的影像在实地上究竟属于何种地物、地貌。判读是根据地面物体的成像规律和判读特征进行的，因此，要做到准确迅速地进行像片判读，就要了解地物、地貌的成像规律和判读特征。一、地面物体的成像规律由于航测像片是地面的中心投影，所以地面物体和影像之间的关系是透视关系。即即使同一地物，由于所处地面的高低起伏及相对于摄影机镜头的相对位置不同，其在像片上影像的形状、大小、色调和阴影也各不相同。突出地面的物体和不突出地面的物体的成像情况也不一样。（一）不突出地面物体的成像情况：处在水平位置的地物影像与实地形状基本相似，例如运动场、广场、水平梯田等；而处在倾斜位置的地物影像会受到中心投影和地面起伏的影响产生变形，例如斜坡上的正方形早田会变成长方形、菱形或梯形。（二）突出地面物体的成像情况：突出地面的物体，如高山、烟囱、水塔、独立树、高大建筑物等，同一物体在相邻两张像片上的影像不一样。这是由于存在投影误差而产生像点位移。离像底点愈远，这种变形就愈大；物体愈高，变形也愈大。如图10-9所示，地面上三个同高的烟囱，在像片影像的形状和大小各不相同，如(1)、（2),(3)三个位置。另外，太阳光的照射所产生的物体影子也反映到像片上，叫做阴影。此阴影与物体的高矮成比例，且与阳光照射的角度以及地面坡度的大小密切相关。为了分析地物情况，像片上应记录摄像时刻及天气情况，以便判断阳光照射情况。二、航摄像片的特征航摄像片上的各种地面物体的构像，有许多几何的、物理的征。例如各种物体的形状、大小、颜色、阴影以及它们之间的相互关系，我们就运用这些特征进行判读。（一）影像的形状（图形）：地面物体在水平航摄像片上所显示的形状是该图10-9突出的地物对成像变形的关系体的平面图，在平坦地区与物体本身相似，有均匀的比例尺，可从像片上量取距离和方向。高于地面的物体由于投影误差影响，往往不存在相似关系。（二）影像的大小：地面物体显示在航摄像片上的影像，其大小因像片比例尺而定。因此，可以根据航摄像片比例尺来推求地面物体的大小。（三）阴影：物体的阴影，其形状和长短是各不相同的，因此，它们显示在像片上的影像也不一致。高物体摄影时太阳愈低，阴影愈长，根据这些特征，可以判断物体的高度和性质。当判读时，应使阴影投向判读者一方，而令光源来自左上方，以便和习惯一致，以避免产生高低与实际相反的错觉。（四）色调：地面上各种不同颜色的物体，在像片上显示为各种不同的色调。影像的色调与物体受光的多寡、物体表面反射的能力有关。地面物体受光愈多，表面愈光滑或反射光线愈强，则在像片上影像的颜色就愈淡。同时影像色调也受摄影季节、时间以及底片感光性能的影响。（五）相关位置：地面物体之间常有一定的相关关系，如道路在河流两岸中断，可以判定有桥或其他渡河设备等。所以利用相关位置可以判读一些细小而影像不清的地物。三、地形的判读，地形判读可以从比较容易识别的地物开始。（1.居民点：居民点的房屋显示为四边形、院落整齐，界线分明，其数量可以计算，其大小可以依据比例尺确定，房屋周围通常有花园、菜圃、篱笆、栅舍以及鱼塘等。篱笆、围墙、木栅等显示为灰色的细线，并有色调较深的阴影。工厂地区的房屋整齐、烟囱高大，并有堆积原料或成品的仓库以及输送原料或成品的交通路径。烟囱的影像，一般显示为中间有黑斑点的浅灰色环，同时又有很长的阴影。（2.道路网：铁路在航摄像片上显示为转弯均匀且成弧状的浅灰色的线条。在较大比例尺的像片上能看到铁轨，它的特征是和其他道路往往成直角相交。公路一般为白色带状，如在山区，表现为迁回曲折的形状，边缘显著，且有暗灰色的沟渠，但除其有柏油路面者较之灰暗外，其他路面则难以确定。乡村土路显示为弯曲而宽度不等的浅灰色或白色线条，边缘不甚清晰，有时且有部分为树木所遮蔽，在山区多沿山麓迁回，因此又成锯齿的形状。（3.水系：根据像片上的影像形状，可以辨认出河流、小溪、湖泊和池塘。但这类地物由于水面反射光线的不同，其影像色调极不一致，一般说来，色调呈现黑色。水愈深色调愈黑，浅滩呈淡灰色，沙滩呈白色。河流显示为不同宽度的带状，小溪显示为弯曲的线条，湖泊或池塘的水边线，显示为封闭的曲线，水面色调大致相同。河流和小溪上的桥梁，显示为道路与河流的交叉。（4.植物和地类：森林和灌木显示为轮廓比较显著的暗灰色图形，色调不均匀，影像类似颗粒状。耕地有直线的界线，作物的种类各有不同，故色调也有所差别。（5.地貌：地貌显示在像片上的影像，与用晕渲法表示地貌相类似；其阴影狭窄而暗黑的，表示险峻的山区，阴影宽阔而灰色的表示谷地或山脊；判读地貌最好采用立体观察法。四、像片的立体观察：为了提高判读像片的效果，并利用像片在室内进行测定地面点的高程及测绘等高线，需要对像片进行立体观察。（一）立体观察的原理：当人们用两眼睛去看物体时，不但能感觉物体的存在，而且能区别物体的远近，判别地面的高低起伏。这是由于双眼观察同一物体时，在左右两眼的视网膜上的成像位置不同。如图10-10所示，远近不同的两点A、B，在左右视网膜上的像分别为a1b1与a2b2，在视网膜上构成的弧长a1b1与a2b2（称生理视差）不相等，两者之间的差称为生理视差较。这种生理视差较传达到大脑皮层的视觉中心，便产生物体远近高低的立体感觉。从这一原理出发，若在双眼前放一对玻璃片Pl和P2,透过它们去看物体，并在其上留下影像a1′b1′与a2′b2′（相当于用摄影机摄取的一对重叠像片）然后拿走物体A、B，只观察其留在玻璃上的影像，仍然可得到与观察原物体一样的立体感觉，这就是人工立体效应。像片的立体观察，就是人工立体效应的具体应用。像片立体观察必须满足以下三个条件：（1）必须在两地对同一物体摄取两张互有一定重叠的像片（即立体像对）。（2）两眼要同时各看一张像片上的同一地物图10-10（或同一具有明显特征的像点），即左眼只看左像片上的某一像点，像点（称为同名点）。（3）像片安放时，要使两张像片上相应像点的联线平行于眼基线（即两眼联线），即两张像片的同名像点不能错开太大。凭两眼直接观察像对可以得到立体效应，但这对初学者来说是有困难的。通常可借助助反光立体镜来满足像对立体观察的条件。8、航空摄影的基本要求：比例尺、像片重叠度、航带弯曲度、像片旋偏角。第三章单张航摄影片的解析1、一个空间点按一定方式在一个平面上的构像，叫做该空间点的投影。投射线互相平行的投影，叫做平行投影。所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，叫做中心投影。阴位：投影中心位于物和像之间。阳位：投影中心位于物和像同侧。航摄仪焦距(FocusLength)：物镜节点到焦点的距离。像片主距（Principaldistance）：物镜节点到像平面的距离。地形图在局部范围内是地面的正射投影。2、航片是地面的中心投影，如何将中心投影的航摄像片转化为垂直投影的地形图，就成为了航空摄影测量学的主要任务之一。3、中心投影的主要特征①点的中心投影一般是点（特例）；②线段的中心投影一般是线段（特例）；③相交线段的中心投影一般是相交线段（特例）；④空间一组不与承影面平行的平行直