摄影测量课件

第一章 绪 论本章主要内容一、摄影测量学的定义与任务二、摄影测量学的发展三、本课程的主要内容传统摄影测量学定义摄影测量学是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科摄影测量与遥感定义1988年ISPRS第16届大会上定义：摄影测量与遥感是对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术各种类型传感器被摄物体影 像通过量测和解译过程自然物体及其环境的可靠信息DEMDLGDRGDOMRC30光学航摄仪DMC数字相机ADS40数字传感器ADS40机载数字传感器RC30光学航空相机列宽

2.4

kmCCD

象元尺寸6.5

x

6.5

m地面象元尺寸

20x20cm地面采样间隔,

GSD

20

cm覆盖范围2.4kmx2.4

km像片比例尺

1

:

10,500范例影像大小

228

mm

x

228mm焦距

153mm视角对角线

90°范例视角FoV

64°BergheimMay05,2000DMC

原型相机重叠度

=

66%高度

=

4000

ft.,

速度

=

70

m/sec.过片速度

=

2

sec./image地面分辨率

=

30

cm数字航空相机系统

DMC

2001Photoflight

kindlysupported

byDMC

2001数字航飞ADS40数字航空影像正射影像图三峡正射影象图：三条航带

、175张航空影像三峡景观图：三条航带

、175张航空影像三维景观图摄影测量分类航天摄影测量航空摄影测量近景摄影测量显微摄影测量地 形摄影测量非地形摄影测量模拟摄影测量解析摄影测量数字摄影测量按距离远近按用途按处理手段摄影测量与遥感平台中、低高度飞机：航空摄影测量人造卫星航天飞机无人驾驶飞机摄影测量特点无需接触物体本身获得被摄物体信息由二维影象重建三维目标同时提取物体的几何与物理特性摄影测量：任务之一地形测量领域各种比例尺的地形图、专题图、特种地图正射影像地图、景观图建立各种数据库提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据摄影测量：任务之二非地形测量领域生物医学公安侦破古文物、古建筑建筑物变形监测摄影测量学的三个发展阶段模拟摄影测量阶段

(1851-1970)解析摄影测量阶段

(1950-1980)数字摄影测量阶段

(1970-现在）模拟摄影测量光

学像

片光学机械测图仪器人工建立立体模型人工量测和解译机械绘图图解线划地图像片影像地图利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图•单片测图•分工法测图•综合法测图单片测图分工法测图综合法测图WildA10 模拟立体测图仪解析摄影测量1954年，第一台电子计算机问世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解析摄影测量光

学像

片解 析测图仪器计算机建立立体模型人工量测和解译自动记录数字线划地图数字高程模型像片影像地图以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学•解析空三•解析测图仪•数控正射仪解析空三解析测图仪数控正射仪德国Zeiss厂C-100型解析测图仪瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪瑞士WILD厂OR-1型数控正射投影仪德国Zeiss厂Z-2型数控正射投影仪数字摄影测量--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数字摄影测量数

字影

像数字测量摄影系统自动建立立体模型自动量测和解译自动记录数字线划地图数字高程模型数字影像地图数据

库基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品•计算机技术•数字图像处理•影像匹配•模式识别•DPW计算机技术数字图像处理影像匹配模式识别•DPWCrystal

eyes3-D

mouseVirtuoZo

数字摄影测量系统JX-4A数字摄影测量工作站发展阶段原始资料投影方式仪器操作方式产品模拟摄影测量像片物理投影模拟测图仪手工操作模拟产品解析摄影测量像片数字投影解析测图仪机助作业员操作模拟产品数字产品数字摄影测量数字化影像数字影像数字投影计算机自动化操作+作业员干预数字产品4D摄影测量三个发展阶段的特点本课程的主要内容单张像片解析立体像对解析数字影像相关数字高程模型数字微分纠正第二章

单张航片解析第一节

航摄基础利用安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面主距：物镜中心至像底片面垂直距离像幅：23X23

cm、18X18cm较好的光学性能、高度自动化、像移补偿、压平装置框标：机械框标、光学框标－建立像平面坐标系一、航空摄影机f二、摄影比例尺aAS

EPfH航摄像片上的一线段l与地面上相应线段L之比。航片倾斜、地形起伏时m不为常数。fHlL

1mf为摄影机主距，H为航高视摄影像片水平、地面取平均高程时，像片上的线段 l

与地面上相应的水平距L

之比为摄影比例尺二、空中摄影航摄计划编制竖直摄影：摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于3度。像片SA摄影机主光轴铅垂线像片二、空中摄影重叠度123Lxpx

100%xxxp

Lp%

航向重叠度二、空中摄影重叠度旁向重叠度

100

%yyyp

Lp %

Ⅱ-1І-1Lypy二、空中摄影空间摄影基线航向相邻两个摄影站间的距离P1S1P2S2BE第二节

航摄像片上特殊的点、线、面航摄像片是地面景物的中心投影构像ETTvVV hi PhiWS

ho hohcEs

vJiNnhc CcOo第二节

航摄像片上特殊的点、线、面面：地面E像片面P主垂面W真水平面Es线：迹线TT主光线SoO主垂线SnN摄影方向线VV主纵线vv等角线ScC主合线hihi主横线hoho等比线hchc重要的点线面点：摄影中心S像主点o地主点O像底点n地底点N等角点c地面等角点C主合点i主遁点J第三节

摄影测量常用坐标系摄影测量几何处理任务：像点坐标地面点空间位置1、建立适当坐标系2、定量描述P点、E点坐标系：描述像点位置：像方空间坐标系描述地面点位置：物方空间坐标系一、像方空间坐标系像平面坐标系xypo xxyyoa(x,y)一、像方空间坐标系像空间坐标系yzxsyxa(x,y,-f)o每张像片的像空间坐标系各自独立一、像方空间坐标系像空间辅助坐标系由于像空间坐标系不统一，计算不方便原点：摄影中心S。坐标轴选择：三种情况。A、每条航线第一张像片像空间坐标系。B、Z轴铅垂，X轴航向 右手系。C、基线坐标系：摄影基线为X轴，基线与左片主光轴构成XZ平面，右手系。一、像方空间坐标系A、每条航线第一张像片像空间坐标系。syxa(x,y,-f)oy (Y)x

(X)(Z)

z一、像方空间坐标系B、Z轴铅垂，X轴航向 右手系o一、像方空间坐标系C、基线坐标系o二、物方空间坐标系1.摄影测量坐标系：像空间辅助坐标系原点平移至地面点P2.地面测量坐标系：地面测量坐标系为国家统一坐标系，平面坐标系为高斯-克吕格三度带或六度带1980西安坐标系，高程坐标系为1985黄海高程系3.地面摄影测量坐标系：原点为地面某一控制点， Ztp轴与地面测量坐标系的Zt轴平行， Xtp轴与航线一致二、物方空间坐标系地面测量坐标系二、物方空间坐标系地面摄影测量坐标系第四节

航摄像片内、外方位元素确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相互位置关系的参数。恢复内方位元素后，可得到与摄影时完全相似的摄影光束。一、航摄像片内方位元素一般已知、鉴定得到恢复内方位元素、可得到与摄影时完全相似的投影光束S二、航摄像片外方位元素三个直线元素摄影中心的坐标三个角元素摄影机主光轴从起始位置（铅垂方向）绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转形成。旋转顺序不同、形成不同的转角系统。Y轴为主轴的

-

-

转角系统；X轴为主轴的

’-

’-

’转角系统的坐标变换；Z轴为主轴的A-

-

v系统的坐标变换。注意角元素方向的定义确定像片摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数(恢复摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态)。二、航摄像片外方位元素第五节、空间直角坐标变换由像点坐标计算地面点坐标 须引入坐标变换像点空间直角坐标变换方向余弦确定一、像点空间直角坐标变换R为正交矩阵R中9个元素可分别表示为坐标轴间夹角和余弦，称为方向余弦S-XYZ为像空间辅助坐标系；S-xyz为像空间坐标系；a(x,y)像点为像片上任一点二、方向余弦确定像空间坐标系可看作是：像空间辅助坐标系绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转形成以

-

-

为例,推导变换公式二、方向余弦确定1.

S-XYZ坐标系绕Y轴旋转

角到S-X

Y

Z

二、方向余弦确定2.

S-X

Y

Z

坐标系绕X

轴旋转

角到S-X

Y

Z

二、方向余弦确定3.

S-X

Y

Z

坐标系绕Z

轴旋转

角到S-xyz二、方向余弦确定上述三式依次回代同一像片在特定坐标系中：不同的转角系统：方向余弦的表达式不同但是R唯一；R中有且只有三个独立参数第六节

共线条件方程航片：中心投影构像地图：地面景物的正射投影摄影测量的任务： 中心投影的像片－>正射投影的地图摄影测量中，摄影中心、像点及对应的地面点应满足直线条件。由此得到的方程－共线条件方程。第六节

共线条件方程第六节

共线条件方程第六节

共线条件方程第六节

共线条件方程应用：求像底点坐标单像空间后方交会和多像空间前方交会摄影测量中的数字投影基础航空影像模拟光束法平差的基本数学模型利用DEM制作数字正射影像图利用DEM进行单张像片测图思考题：已知像片内、外方位元素、像点坐标。能否计算得到地面点坐标？第六节

共线条件方程像片仿真已知1、内、外方位元素2、地面点空间坐标3、DEM4、DOMXYZa

(x,y)xyzS(Xs,Ys,

Zs)A(X,Y,Z)y

f

a2

(X

Xs

)

b2

(Y

Ys

)

c2

(Z

Zs

)a3

(X

Xs

)

b3

(Y

Ys

)

c3

(Z

Zs

)a3

(X

Xs

)

b3

(Y

Ys

)

c3

(Z

Zs

)x

f a1

(X

Xs

)

b1

(Y

Ys

)

c1

(Z

Zs

)第七节

航片像点位移航摄像片：投影射线会聚于一点的投影称为中心投影。地 形 图：投影射线与投影平面正交称为正射投影。SBbAaCc中心投影Aa bCBc正射投影第七节

航片像点位移当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称像点位移地形起伏引起的像点位移sca bpA B像片倾斜引起的像点位移CB0BAA0sEpa b0a0 b第八节

空间后方交会一、定义：根据影像覆盖范围内一定数量的分布合理的地面控制点（已知其像点和地面点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素第八节

空间后方交会二、共线条件方程线性化已知值观测值未知数x0 , y0 , f , m, X, Y, Zx,yXs, Ys, Zs,

,

,

,泰勒级数展开ssssssssssss

Z

Y

y

Y

y

Z

X

Z

Y

x

Y

x

Z

X

y

y0

y

y

y

y

X

x

x0

x

x

x

x

X第八节

空间后方交会三、误差方程

y0

y

x0

xssss

Z

Y

y

Y

y

Zssy

Xv

y

y

y

y

Xssss

Z

Y

x

Y

x

Zssx

Xv

x

x

x

x

X

ssss0vy

a21

X

a22

Ys

a23

Z

a24

a25

a26

y

y0vx

a11

X

a12

Ys

a13

Z

a14

a15

a16

x

x第八节

空间后方交会XZYZ

fa3

(

X

X

s

)

b3

(Y

Ys)

c3

(Z

Zs

)a2

(

X

X

s

)

b2

(Y

Ys

)

c2

(Z

Zs

)y

y

f

fa3

(

X

X

s

)

b3

(Y

Ys

)

c3

(Z

Zs

)a1

(

X

X

s

)

b1

(Y

Ys

)

c1

(Z

Zs

)x

x

f00

X

a1

Z

Y

a

a3

ss

Z

Zs

Y

Y

X

Xs

1

c3

Z

Zs

2

2b3b1 c1

X

Xs

b cY

Y

R21 3 1 3 01 3Z

2Z

2Z Z Z

1(af

f Xa)

1

af

a(x

x

)

x

f

Xs s

X

X(

X Z

Z X)

f (

aZ

aX

)s第八节

空间后方交会XZYZ

fa3

(

X

X

s

)

b3

(Y

Ys)

c3

(Z

Zs

)a2

(

X

X

s

)

b2

(Y

Ys

)

c2

(Z

Zs

)y

y

f

fa3

(

X

X

s

)

b3

(Y

Ys

)

c3

(Z

Zs

)a1

(

X

X

s

)

b1

(Y

Ys

)

c1

(Z

Zs

)x

x

f00

X

a1

Z

Y

a

a3

ss

Z

Zs

Y

Y

X

Xs

1

c3

Z

Zs

2

2b3b1 c1

X

Xs

b cY

Y

R21 3 1 3 01 3Z

2Z

2Z Z Z

1(af

f Xa)

1

af

a(x

x

)

x

f

Xs s

X

X(

X Z

Z X)

f (

aZ

aX

)s第八节

空间后方交会(

X Z

Z X

)

x

fZ

221322132X

)ZYZZf YZZbf X (b

b f

b

Z

f

b Z

b

Y

X (b

Y

b X)

Z

)

f (

X

XZ

Z

x

cos

cos

0 000000

0

cos

sin

f

cos

cos

(

x

x

)

cos

(

y

y

)

sin

f

(y

y)sin

(x

x)f(x

x

)f(y

y

)

fcos

cos

(y

y)sin

(x

x)

x

第八节

空间后方交会

R

1

R

1

R

R

1

R

1

R

1

R

1

R

1

R

1R

1

R

(

R

1

R

1

R

1

)

R

1

0

0

00 0sin

cos

cos

0 1

sin

0

0 0 1

0 0

1 00

sin

sin

0

cos

00

cos

R

1R

ss

Zs

Zs

Z

X

Y

1 0 0

Z

0 0 0

Y

Y

0 0 1

X

Xs

1

1Y

Y

R

R

1

X

Xs

R

R

Z

第八节

空间后方交会四、外方位元素计算V

Ax

l当一张像片上至少有三个控制点时，误差方程矩阵形式

,

a

21a

15 a

16a

25 a26

a

12 a

13 a

14a

22 a

23 a

24y

x

x

0ss

y

vx

A

a

11l

y

0V

v

,

x

Z

Y

s

Xx

(ATA)

1(ATl

)02n

6T

VV

xxiQ

ii0m

Q

(

A

T

A

)

1xx第八节

空间后方交会五、计算过程Xs0,Ys0,Zs0,

0,

0,

0获取已知数据

m,

x0

,

y0

,

f

,

Xtp,

Ytp,Ztp量测控制点像点坐标

x,y确定未知数初值组成误差方程式并法化解求外方位元素改正数检查迭代是否收敛补充：

间接法平差测量平差处理的误差：粗差、系统误差、偶然误差设平差问题有n个观测值

L

，协因数阵

Q

P

1可列n个平差值方程：LiL

V

AX

d

Vi

ai1

X1

ai

2

X

2

ai3

X

3

ait

Xt

dil

L

(

AX

0

d

)n

1V

Ax

ln

1必要观测数为t。选取t个独立量X为参数，其估值为

X

X

0

x多余观测个数为：r

n

t观测值L的改正数V。A

TPV

0A

T

PAx

AT

Plx

(ATPA)

1AT

PlV PVrT0

Q

(

AT

PA

)

1xxxxiQ

ii0m

误差方程式为：第三章

立体像对解析单张像片：不能确定地面点三维空间坐标立体像对：构成立体模型解算空间三维坐标用数学方法，重建地面立体模型，获得地面点的空间坐标，称为双像解析摄影测量。第三章

立体像对解析第一节、立体视觉原理单眼观察景物，不能正确判断景物的远近；只有双眼观察景物，才能判断景物的远近，得到景物的立体效应，这种现像称为人眼得立体视觉。一、人眼的立体视觉生理视差＝ab

a

b

第一节、立体视觉原理摄影测量中，利用相邻像片组成像对，左眼看左片，右眼看右片，可获得地面的立体模型，进行量测。二、人造立体视觉PP’aba’ b’AB左眼右眼第一节、立体视觉原理三、观察人造立体的条件立体像对分像条件两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行像片间距离应与双眼的交会角相适应第一节、立体视觉原理四、立体效应P1S1S2b1a1b2 a2BAP2正立体2P1S1S2b2Pa2b1a1AB立体模型与实物相反(正立体效应基础上左右像片旋转180°)反立体S1P1P2S2b2a1 b1

a2AB起伏的视模型变平(正立体效应基础上左右像片旋转90°)零立体立体模型与实物相同第二节、立体观察与量测一、立体观察的方法立体镜观察重叠影式的立体观察互补色法光闸法偏振光法双目镜观测光路的立体观察－立体坐标量测仪第二节、立体观察与量测二、立体量测原理aa’S1S2A’AA”左右像片同名像点的坐标量测值为(xa1,

ya1)，(

xa2,

ya2

)上下视差

＝

xa1

–

xa2 左右视差

=

ya1

–

ya2第三节、立体像对的前方交会一、定义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在物方空间坐标系中坐标的方法。第三节、立体像对的前方交会二、基本方法1、严密解法已知值 x0,y0,f,m,Xs,Ys,Zs,

,

,

观测值 x,y未知数 X,Y,

Z泰勒级数展开yx

X

Y

Z

X

Y

Zv

y

X

y

Y

y

Z

y0

yv

x

X

x

Y

x

Z

x0

x第三节、立体像对的前方交会二、基本方法2、点投影系数法第三节、立体像对的前方交会摄影基线BBX=Xs2

–Xs1BY=Ys2

–Ys1s2BZ=Zs2

–Zs1s1第三节、立体像对的前方交会11 1 1 1 1Sa

X

Y

Z

S1A

XA

Xs1

YA

Ys1

ZA

Zs1

N2S2a2

X2

Y2

Z2S2

A

XA

Xs2

YA

Ys2

ZA

Zs2

NZA-Zs1Z1AX1s1a1Y1YA-Ys1XA-Xs1左投影光线右投影光线第三节、立体像对的前方交会XA

Xs1

N1X1

Xs2

N2

X2YA

Ys1

N1Y1

Ys2

N2Y2ZA

Zs1

N1Z1

Zs2

N2Z2BX

Xs2

Xs1

N1X1

N2

X2BY

Ys2

Ys1

N1Y1

N2Y2BZ

Zs2

Zs1

N1Z1

N2Z221X1Z2

X2Z1

BXZ1

BZ

X1N

X1Z2

X2Z1N

BXZ2

BZ

X22A s1 1

1 s2 22Y

1[(Y

NY)

(Y

NY

)]第三节、立体像对的前方交会获取已知数据x0

,y0

,

f

,XS1,YS1,ZS1,

1,

1,

1

,

XS2,YS2,ZS2,

2,

2,

2量测像点坐标

x1,y1,

x2,y2由外方位线元素计算基线分量

BX,BY,

BZ由外方位角元素计算像空间辅助坐标

X1,

Y1,

Z1

,

X2,

Y2,Z2计算点投影系数

N1,

N2计算地面坐标

XA,

YA,

ZA计算过程：第四节、双像解析的三种方法像片空间后交、前交解求地面目标空间坐标利用立体像对内在几何关系：相对定向→模型点坐标→绝对定向→地面点坐标光束法求解地面目标的空间坐标－待定点、已知控制点列误差方程，整体平差，理论上最严密第四节、立体像对的后交－前交法一、空间后方交会野外像片控制测量(四个地面控制点)立体坐标量测仪量测像点坐标空间后交计算每张像片的外方位元素空间前交计算待定点地面坐标二、空间前方交会1、构造旋转矩阵2、确定基线分量3、计算像点的像空间辅助坐标4、计算点投影系数5、计算待定点的地面摄测坐标第五节、解析法相对定向不涉及地面控制点，只需利用立体像对的内在几何关系不考虑像片的绝对位置及姿态，只恢复立体像对两张像片的相对位置和姿态关系相对立体模型的比例尺、方位任意描述立体像对两张像片相对位置和姿态关系的参数－相对定向元素第五节、解析法相对定向一、相对定向元素描述立体像对两张像片相对位置和姿态关系的参数第五节、解析法相对定向连续法相对定向元素-以左像空间坐标系为基础

X1x1Y1Z1S1y1Y2Z2S2y2X2x2BBzBxBy

连续法相对定向元素：

By

，

Bz

，

，

，

第五节、解析法相对定向单独法相对定向元素-以基线坐标系为基础单独法相对定向元素：

1

，

1

，

2，

2，

2X1x1Y1Z1S1y1Y2Z2S2y2X2x2B

1

1

2

2

2第五节、解析法相对定向二、解析相对定向原理同名光线对对相交于核面内S1

S

2

(

S1

a1

S

2

a

2

)

0XZA(X,Y,Z)Yx1y1z1S1a1(x1,y1)z2y2x2S2a2(x2,y2)第五节、解析法相对定向1.

连续法相对定向X1x1Y1Z1S1y1Y2Z2S2y2X2x2BBzBxByAa1(X1,Y1

,Z1)a2(X2,Y2

,Z2)Bx By BzX1 Y1 Z1

0X2 Y2 Z2第五节、解析法相对定向B

x B

y B

zX

1

Y1

Z

1

0X

2

Y2

Z

2

f

Z

Y

y

x1

1

1 1

X

1

f

Z

Y2

x

2

2

2

X2

R

yxzxyB

tg

B

xB

xcos

B

B

tg

B

Bs1BzBy

Bxs2第五节、解析法相对定向1

F

Bx X1 Y1 Z1

0X2 Y2 Z2F

F0

F

F

F

F

F

0

第五节、解析法相对定向2 2X Zx0 1 0Bx

X1

Y1

Z1X

2

Y2

Z2Z1

Bx

(X

2

Z1

X1Z2

)

B

X1

F

x 1 2 2 1

F

B(

X

Y

X Y

)

偏导数

1第五节、解析法相对定向偏导数

2

111

X

2

Y2

Z

2

Z1

YX

F

Bx

BxY1X

2Bx

By

BzX

1

Y1

Z1

Z

2 0 X

2

F

Bx

(Y1Y2

Z1

Z

2

)Bx

By

BzY1

Z10

Z

2

Y2

F

X

1Bx

By

BzX

1

Y1

Z1

Bx

X

2

Z1

Y2

X

2

0

F

第五节、解析法相对定向偏导数

2-1R RR R R R

1

1

R

R

(R

R

R

)

R

0

10

0 0

1

0 00000 0 0

1cos

0

sin

sin

cos

sin

0

cos

cos

0 sin

10

R

R

2

222

10

0

0 00

1 0

X

2

Z

0

Z2

20

Y

1

X

f

x

Z2

Y

X

2

R R y

R

2

第五节、解析法相对定向偏导数

2-1

2

2

2

2000 0

YZ

X

Z2

Y

X

2

2

cos

Y

Z

0

sin

2

sin

0cos

00022

2

2

Y

Z

X

Z2

Y

X

2

sin

2sin

cos

Y

X

2

cos

cos

sin

cos

cos

0sin

cos

第五节、解析法相对定向误差方程及法方程的建立ZZZY X

Yxv

B

Q x2Y

2

2

2 2

2 2

2 2

2

)N

X N

Q2 2 2B

N

(Z

量测

5

个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素x

(

ATPA)

1

(

ATPl

)V

Ax

l, P0VT

PVn

5

Q

(

A

T

PA

)

1xxxxiQ

ii0m

o231

o15246第五节、解析法相对定向连续法相对定向中常数项的几何意义X2Y2Z2Aa1X1Y1Z1s1Y1X1Z1a2s2N1Y1N2Y2Q为定向点的模型上下视差当一个立体像对完成相对定向，Q＝0当一个立体像对未完成相对定向，即同名光线不相交，

Q＝0Q为定向点的模型上下视差当一个立体像对完成相对定向，Q＝0当一个立体像对未完成相对定向，即同名光线不相交，Q＝0第五节、解析法相对定向2.

单独法相对定向B 0 0X

1 Y1 Z

1

0X

2 Y2 Z

2X1Y1S1y1Y2Z1 Z2S2y2X2x2BAa1(X1,Y1

,Z1)x1a2(X2,Y2

,Z2)

f

x11

1

Z1

1

X

1

Y

R

y

f

Z

Y2

x

22

2

2

X2

R

y第五节、解析法相对定向

0Z

1Y2

Z

2F

B

Y122222211110

0

F

F

F

F

FF

F

第五节、解析法相对定向误差方程及法方程的建立量测

5

个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素x

(

ATPA)

1

(

AT

Pl

)V

Ax

l, PT0V PVn

5

Q

(

A

T

PA

)

1xxxxiQ

ii0m

ZY

YZZvq22211 22 112 11111

X

1Y2

X

Y

(Z

)

X

q

X

o231

o15246第五节、解析法相对定向相对定向元素计算获取已知数据

x0

,

y0,

f确定相对定向元素的初值

＝

＝

＝

＝

＝0由相对定向元素计算像空间辅助坐标

X1,

Y1,

Z1,

X2,

Y2,Z2计算误差方程式的系数和常数项解法方程，求相对定向元素改正数计算相对定向元素的新值判断迭代是否收敛第六节、模型点坐标计算X1Y1Z1X2Y2Z2Aa1s1a2s2PZpYpXp第六节、模型点坐标计算

x

X

x

X

f

Z

Z

f

2

2

2

1

2

1

1

1

Y

R

y

Y

R

y

,2211X1Z2

X

2Z1X 2X1Z2

X

2Z1B Z

BZX

21B Z

B

XN2

X 1 Z 1N

S1

X1Y1Z12 21

1X

N1X

12Y

1(N

YZ

N1Z1XA

mN1X

1yN

Y

B

)22 2 yA 1

1ZA

mf

mN1Z1Y

1

m(N

Y

N

Y

B

)第七节、解析法绝对定向一、绝对定向元素描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数。通过将相对定向模型进行缩放、平移和旋转，使其达到绝对位置第七节、解析法绝对定向Y1Z1PZpYpXpX2X1Y2Z2Aa1s1a2s2MZtpYtpXtpX0Y0Z0绝对定向元素：

，X0

，

Y0，

Z0

，

，

，

第七节、解析法绝对定向二、三维相似变换公式

p

tp

Zp

Xp

Ztp

Y

X

tp

Z0

0

X

0

Y

R

YX0Y0Z0PZpYpXpAYtpMZtpXtp绝对定向元素：

，X0

，

Y0

，

Z0，

，

，

第七节、解析法绝对定向三、绝对定向误差方程

pp

tp

Zp

Z

tp

X

tp

X

Z0

0

X0

F

Y

Y

R

Y000 000

Z

Y

F

Y

F

Z

X

F

F0

F

F

F

F

F

X第七节、解析法绝对定向

YpppppppY

lZ

YXZY

p

vX

l

Yp

Z

0

l

X0

X0

0

0Z000 0 X

0 1 0 Y0 1 Z

v

X

1

v

Z

pp

ptptp

tpZ

Y

X

Z

Y

X

ZY

Z

X

l

l

Y

l

0 0000

X

0

00l

F

F0

R第七节、解析法绝对定向四、法方程解算量测

2

个平高和

1

个高程以上的控制点可以按最小二乘平差法求绝对定向元素x

(

ATPA)

1

(

ATPl

)V

Ax

l, PT03n

7V PV

Q

(

A

T

PA

)

1xxxxiQ

ii0m

第八节、光束法双像解析摄影测量以共线条件方程为基础，未知点、控制点同时列误差方程，整体解算两张像片的外方位元素及待定点坐标。x

f a1

(

X

X

s

)

b1

(Y

Ys

)

c1

(Z

Zs

)a3

(

X

X

s

)

b3

(Y

Ys

)

c3

(Z

Zs

)y

f a2

(

X

X

s

)

b2

(Y

Ys

)

c2

(Z

Zs

)a3

(

X

X

s

)

b3

(Y

Ys)

c3

(Z

Zs

)第八节、光束法双像解析摄影测量像片作为平差单元。每条光线按共线条件列误差方程第八节、光束法双像解析摄影测量Ys s sy s s s

y

y

y

Z

Y

XZ

y0

y

y

X

Y

X

Y

Zv

y

X

y

Y

y

Z

y

y

s s sx s s s

x

x

Z

Y

XZ

x0

xv

x

X

x

Y

x

Z

x

x

x

x X

Y

Z

X

v

a

dX

a

dY

a

dZ

a

dv

a

dX

adY

a

dZ

a

d021 22 232625y 21 S 22 S 23 S 24

a dX

a dY

a dZ

y

y

a

d

a

d011 12 1315 16x 11 S 12 S 13 S 14

adX

adY

adZ

x

x

ad

a

d

B

PlxB

PA B

PBTT TV

At

Bx

l

AT

PA AT

PB

t

AT

Pl

[AT

PA

(AT

PB)(BT

PB)

1

(BT

PA)]t

AT

Pl

(AT

PB)(BT

PB)

1

(BT

Pl)第八节、光束法双像解析摄影测量以像片作为平差单元，每个控制点、待定点分别对左片、右片列误差方程控制点:dX

dY

dZ

0Sa22dYS

a23dZSvy

a21dXSa12dYS

a13dZSvx

a11dX0

a24d

a25d

a26d

y

y0

a14d

a15d

a16d

x

x第八节、光束法双像解析摄影测量待定点:a dX

a dY

a dZ

x0

xvx

a11dX

S

a12dYS

a13dZS

a14d

a15d

a16d

11 12 13vy

a21dX

S

a22dYS

a23dZS

a24d

a25d

a26d

a21dX

a22dY

a23dZ

y

y0第八节、光束法双像解析摄影测量观测值：像点坐标－n=?未知数：两张航片外方位元素－t=6X2多余观测：

r=n-t=?双像解析摄影测量三种方法比较前交－后交法相对定向－绝对定向立体像对光束法第四章

数字影像相关第一节

概述模拟摄影测量、解析摄影测量：量测工作人工进行，即需人眼在立体观察情况下，使左、右测标对准左、右同名像点。第一节

概述数字摄影测量：用计算机视觉代替人眼的立体观察完成摄影测量任务，如：同名像点的量测。具体讲：利用相关技术，实现真正的自动化测图。基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何、物理信息的摄影测量学的分支学科。第一节

概述数字摄影测量核心－影像匹配第一节

概述模拟、解析、数字摄影测量比较原始资料投影方式仪器操作方式产品模拟像片物理投影模拟测图仪手工模拟产品解析像片数字投影解析测图仪机助模拟、数字数字数字影像数字投影计算机自动＋干预数字4D第二节

影像数字化及重采样一、影像数字化器电子光学扫描器固体阵列数字化器核心部件：CCD面阵列－DMC、UCD线阵列－ADS40、SPOT(HRG、HRS)第二节

影像数字化及重采样二、影像数字化1、影像灰度灰度又称光学密度，在摄影底片上反映的是底片的透明程度。F

0FT

TD

lg

1第二节

影像数字化及重采样2、采样与量化采样：对实际连续函数模型离散化的量测过程。像片上的像点是连续分布的，每隔一定间隔读取一个点的灰度。A.间隔的选择：数据量、影像分解力。B.应符合影像采样定理。量化：将采样点的灰度数值转化成某种等距的灰度级。

2m第二节

影像数字化及重采样3、数字影像

1,0m

1,1g

m

1,n

1

g

ggg0,n

11,n

1g

g

m

1,0灰度阵列：

g0,0 g0,1

1,1

gi

,j－灰度级扫描坐标系：(i

0,1,

n

1)(j

0,1,

m

1)x

x0

i

xy

y0

j

y第二节

影像数字化及重采样三、数字影像内定向确定扫描坐标系与像平面坐标系关系，并顾及数字影像可能存在的变形。通常选取像片的四个框标点，组成误差方程、平差求解。x

h0

h1x

h2yy

k0

k1x

k2

y仿射变换第二节

影像数字化及重采样四、数字影像重采样计算不位于象素中心点位置的灰度的过程－重采样。最邻近像元法双线性内插法双三次卷积法第二节

影像数字化及重采样最邻近像元法P直接取与P(x,y)点位置最邻近像元N的灰度值作为P点的灰度。G(P)

G(N

)xN

INT(x

0.5)yN

INT(

y

0.5)第二节

影像数字化及重采样双线性内插法4

x

yg

321

2g

1

x

y

g

x

y

g

x

yg利用周围四个像元内插灰度值。g1g2g3g4g

x

y第三节

基于灰度的影像相关摄影测量中，立体像对的量测是提取物体三维信息的基础。数字摄影测量中，以影像匹配的方法代替传统的人工观测，实现数字影像中寻找左、右同名像点的目的。早期：相关技术发展：多种影像匹配技术第三节

基于灰度的影像相关影像匹配包括：（1）基于待相关点的小区域内影像灰度—区域相关（2）基于特征的影像匹配影像相关：电子、光学、数字三种方式。解决在数字影像中寻找左、右同名像点问题。原理：影像相关是利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点

。数字相关:

利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像相关。第三节

基于灰度的影像相关相关系数法nn目标区（左片）搜索区（右片）ml第三节

基于灰度的影像相关以目标点为中心，建立目标区

n

n根据目标点的坐标(

x,

y)

，在右片上预测同名点近似点位。以近似点位为中心建立l

m

搜索区窗口。相关窗口个数为(l

n

1)

(m

n

1)(3）搜索区内,沿两个方向依次取n

n

的灰度阵列，计算其与目标区的相似性测度

ij最大者对应的相关窗口中心点即为待定点的同名像点。

2

j

j0

0 0m

2 2k2

,

,

i0

2 2k m2 2

l

n

i

i

l

n

,

,

iijc

,r

max

第四节

核线相关二维窗口相关：计算工作量大。核面：摄影基线与同名光线构成的平面。即过摄影基线所作的任意一个与像片面相交的平面核线：核面与像片面的交线。同名像点位于同名核线上。二维相关→一维核线相关。两种方法－基于影像几何纠正、基于共面条件方程第四节

核线相关第四节

核线相关一、核线几何解析－基于数字影像几何纠正“相对水平”像对上－核线互相平行，同名核线的纵坐标相等。Paa0S1S2yxvaa0u第四节

核线相关设a(x,

y)a0(u,

v)y

f

a2u

b2v

c2

fa3u

b3v

c3

fa3u

b3v

c3

fa

u

b

v

c

fx

f

1 1 1 显然，在“相对水平”像片上，v

C时，即得到一条核线。e3u

1d3u

1y

f

e1u

e2x

f

d1u

d

2第四节

核线相关“水平像片”v

C倾斜像片a(x,

y)

a0(u,v)G(a0

)

G(a)第四节

核线相关倾斜影像4框标点投影到“水平像片”，计算“水平像片”范围在相对水平的像片上，令

v=C，等间隔取

uk

，(k

1)

，(k

2)

倾斜像片上得到一系列像点坐标（核线）(x1

,

y1

),

(x2

,

y2

),

(x3

,

y3

)

灰度赋值得到核线影像。G(k

,

C

)

G(

x1,

y1

)G((k

1)

,

C

)

G(

x2

,

y2

)G((k

2)

,

C

)

G(

x3

,

y3

)第四节

核线相关核线重采样格网点坐标

a0

(u,

v)倾斜像片点坐标a(

x,y)不一定位于原始像片上像元素的中心，必须重采样。通常用双线性多项式内插得到。第四节

核线相关二、核线几何解析－投影轨迹法直接在倾斜像片上获取核线影像第四节

核线相关三、核线几何解析－基于共面条件方程直接在倾斜像片上获取核线影像已知左片上点确定左片上过该点的核线

l确定右片上同名核线

l'B

(Sp

Sq)

0p(

xp

,

yp

)q(

x,y)

f

0BX BY BZxp ypx y

fy

kx

b左核线方程第四节

核线相关三、核线几何解析－基于共面条件方程q'(u',

v')p

'u

' v ' w '

0p pv'

fpu'ws

'设右片上点us

'

vs'v'

k'

u'

b'右核线方程BZ

M2121

us

'p p pppvs

' ws

'

BX

BYy

f

M

u

' v ' w '

x第五章

数字高程模型第一节

概述第一节

概述数字地面模型DTM（Digital

Terrain

Model）Miller教授1956年为高速公路设计提出来。此后，用于各种线路的设计、各种工程面积、体积、坡度的计算，任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。应用广泛1、在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图与地图的修测；2、在军事上可用于导航及导弹制导；3、地理信息系统的基础数据；4、在工业上可利用DSM绘制出表面结构复杂的物体的形状；第一节

概述地形表面形态等多种信息的一个数字表示。DTM是定义在某一区域D上的m维向量有限序列：数字地面模型DTM向量Vi=（Vi1，Vi2，…，Vin）的分量为地形Xi，Yi，Zi（（Xi，Yi）∈

D）、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息的定量或定性描述。

Vi |

i

1,

n

第一节

概述数字高程模型DEM表示区域D上地形的三维向量有限序列：｛Vi=（Xi，Yi，Zi），i=1，2，…n｝其中：（Xi，Yi）∈D是平面坐标，Zi是（Xi，Yi）对应的高程。是一个用于表示地面特征的空间分布的数据阵列。通常用一系列地面点的平面坐标X、Y及其高程Z组成的数据阵列。第一节

概述数字高程模型表示1、规则格网（GRID）利用一系列在X，Y方向上都是等间隔排列的地形点的高程Z表示地形，形成一个矩形格网DEM。存贮量最小、便于使用管理。缺点是有时不能准确表示地形的结构与细部第一节

概述

Xi

X

0

i

Yi

Y0

j

(

X

0

,Y0

)(i,

j)第一节

概述数字高程模型表示2、不规则三角网(TIN)将按地形特征采集的点按一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形，构成一个不规则三角网TIN表示的DEM,通常称为三角网DEM或TIN。能较好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地形表面比矩形格网精确。缺点是数据量较大，数据结构较复杂，使用与管理也较复杂。第一节

概述第一节

概述数字高程模型表示3、Grid-TIN混合网德国Ebner教授等提出了Grid-TIN混合形式的DEM。一般地区使用矩形网数据结构，沿地形特征则附加三角网数据结构。第一节

概述第二节

数据点获取为了建立DEM，必需量测一些点的三维坐标，被量测的点称为数据点。１、地面实测２、现有地图数字化３、摄影测量数据采集沿等高线采样、规则格网采样、沿断面扫描、渐进采样等等。４、新型传感器直接获取POS+

Lidar第二节

数据点获取第三节