摄影测量重点

第一章

1 摄影测量学定义：

摄影测量是从非接触成像系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体几何、属性等可靠信息的工艺、科学和技术。

2 摄影测量分类：

按距离远近：航空、航天、近景、显微摄影测量；

按用途：地形、非地形摄影测量；

按处理手段：模拟、解析、数字摄影测量。

摄影机平台：航天摄影测量，航空摄影测量，地面摄影测量，水下摄影测量。

3 摄影测量任务：

地形测量领域：各种比例尺的地形图、各部门专题图，建立地形数据库，提供地理信息系统所需要的基础数据；

非地形测量领域：生物、医学、公安侦破、考古、建筑物变形监测。

4 物理投影：光学的、机械的或光学-机械的模拟投影。数字投影：利用计算机实时地进行投影光线（共线方程）的解算，从而交会被摄物体的位置。

第二章

1 基础知识：

1 摄影机主距：航空摄影机物镜中心至底片面的距离是固定值，称为航空摄影机主距（f），也叫像片主距，与物镜焦距基本一致。

2 框标：设置在摄影机焦平面上位置固定的光学机械标志，用于在焦平面（即像片）上建立像方坐标系。

3 摄影比例尺：航摄影像上线段l与相应地面线段L的水平距之比。1/m=l/L=f/H

4 航高：摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的高度。分为相对和绝对，用H表示。

5 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°，夹角为像片倾角。

6 航向重叠：同一条航线内相邻像片之间的影像重叠。Px%=px/lx*100% 要求60% 最小53%旁向重叠：相邻航线间的影像重叠。Py%=py/ly*100% 要求30% 最小15%

飞行航线一般为东西方向，要求航线相邻两张像片应有60%左右的航向重叠度，相邻航线的像片应有30%左右的旁向重叠度。

7 摄影基线：航向相邻两个摄影站间的距离（两次曝光的时间间隔内飞机飞过的距离）。

8 航线弯曲：把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各张像片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称为航线弯曲。

9 像片旋角：一张像片上相邻主点连线与同方向框标连线间的夹角，要求不得大于6°。

10 像对：航向相邻两张像片组成一个像对。

2 透视变换中重要点线P21

特征：

底点的特性：铅垂线在像面上的构像位于以点n为辐射中心的相应辐射线上。

等角点的特性：在倾斜像片和水平地面上，由等角点c 和C所引出的一对透视对应线无方向偏差，保持着方向角相等。

等比线的特性：等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，不受像片倾斜影像。

3 共线方程：P26

坐标系6个：像平面坐标系(p-xy)，像空间坐标系(S-xyz)，像空间辅助坐标系(S-XYZ)，摄影测量坐标系(p-XpYpZp)，地面测量坐标系(t-XtYtZt)，地面摄影测量坐标系(A-XtpYtpZtp)。

内方位元素：摄影机的物镜中心与像片之间相互位置的参数。3个参数，主距像主点在框标坐标系中坐标（x0，y0）

外方位元素：已建立的摄影光束，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。三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值(Xs、Ys、Zs)。三个角元素(φ、ω、κ)，表示摄影光束空间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）

公式、字母意义P30

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。

4 像点位移的规律P33-34 详见作业本

5 内定向：传统摄影测量中：利用平面相似变换等公式，将所量测的影像架坐标或仪器坐标（像点坐标）变换为以影像上像主点为原点的像坐标系中的坐标，该变换为影像内定向。数字化影像：由于在影像扫描数字化过程中，影像在扫描仪上的位置通常也是任意放置的，因此所量测的像点坐标也存在着从扫描坐标到像坐标的转换。

共线方程的主要应用p30

6 后方交会：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，这种方法叫做后方交会。

后方交会计算过程P41：

（1）获取已知数据m, x0 , y0 , f , Xt, Yt, Zt

（2）量测控制点像点坐标并进行必要的误差改正x,y （3）确定未知数初值Xs0，Ys0，Zs0，φ0，ω0，κ0

（4）计算旋转矩阵R

（5）逐点计算像点坐标近似值。利用未知数的近似值按共线方程计算控制点像点坐标的近似值

（6）逐点计算误差方程式的系数和常数项，组成误差方程式

（7）计算法方程的系数阵与常数项，组成法方程式（8）解求外方位元素改正数

（9）检查迭代是否收敛

第三章

1 相对定向元素：用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数。

元素和观测值具体P54。观测值：量测6个定向点像点坐标。

2 核线与核面：

通过摄影基线与地面所作的平面称为核面。核面与影像面交线称为核线。同名像点必定在同名核线上。

怎样找同名核线（第一种方法）P61-62：基于数字影像几何纠正的核线解析关系：

设倾斜影像坐标系为x，y；水平影像坐标系为u，v。

由共线方程……

在“水平”影像上获取核线影像：v=某常数即表示某

一核线，u=k采样间隔……核线的重排列（重采

样）……

同名核线的确定：同名核线的v坐标值相等，v'=c代入

右影像共线方程，即能获得右影像上的同名核线。

实质：是一个数字纠正，将倾斜影像上的核线投影（纠

正）到水平影像对上，求得水平影像对上的同名核线。

3 空间前方交会：有两种方法：利用点投影系数的空间

前方交会法，利用共线方程的严格解法。

点投影系数P64：N和N'表示将左像点和右像点投影到

地面上的点投影系数。P64

4 绝对定向：

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。λ,x0,y0,z0,Φ,Ω,Κ。.

已知数据：量测2个平高和1个高程以上的控制点。

解算过程P70：

（1）获取控制点的两套坐标Xp , Yp , Zp , Xtp , Ytp ,

Ztp

（2）给定绝对定向元素的初值λ＝1,Φ＝Ω＝Κ＝0,

X0=Y0=Z0=0

（3）计算重心化坐标

（4）计算误差方程式的系数和常数项

（5）解法方程，求绝对定向元素改正数

（6）计算绝对定向元素的新值

（7）判断迭代是否收敛

5 三种解法的比较：后交前交解法，相对定向绝对定向

解法，一步定向法。

（1）空间后方交会-前方交会方法：先用后方交会求出

像片外方位元素，再用前方交会求出像点对应地面点坐

标。

（2）相对定向-绝对定向法：先进行立体像对的相对定

向，求出模型点的摄影测量坐标，再用地面控制点将模

型纳入测量坐标系求出地面点坐标。

（3）立体影像对光束法严密解法（一步定向法）：以共

线方程为基础，未知点、控制点同时列误差方程，将像

片外方位元素和待定点坐标在平差过程中整体解求。

第四章：

1 解析空中三角测量：

分类：按数学模型：航带法，独立模型法，光线束法。

按平差范围：单模型法，航带法，区域网法。

所必需的信息：摄影测量信息：像片上量测的像点坐标，

立体模型上量测的模型坐标。

非摄影测量信息：大地测量观测值，像片外方位元素，

相对控制条件。

2 影像连接点类型有哪些：人工转刺点，仪器转刺点，

标志点，明显地物点，数字影像相关转点。

3 像点坐标量测与系统误差预改正有哪些：像点坐标量

测，摄影材料变形改正，摄影机物镜畸变差改正，大气

折光差改正，地球曲率改正。

4 航带法空三测量：

工作流程：

（1）像点坐标量测与系统误差预改正

（2）立体像对相对定向

（3）模型连接构建自由航带网

（4）航带模型绝对定向

（5）航带模型非线性改正

（6）加密点坐标计算

模型连接的实质：求出相邻模型间的比例尺规划系数

k。

计算过程：建立自由比例尺的航带网，建立松散的区域

网，区域网整体平差。

5 独立模型法区域网空三测量：

主要内容：

（1）求出各单元模型中模型点的坐标；

（2）利用公共点和控制点，对每个模型进行空间相似

变换，列出误差方程及法方程式；

（3）建立改化法方程式，按循环分块法，求得每个模

型的7个参数；

（4）计算每个模型中待定点平差后的坐标。若为相邻

模型的公共点，则取其平均值作为最后结果。

6 光束法区域网空三测量：

基本内容（流程）：

（1）像片外方位元素和地面点坐标近似值的确定

（2）逐点建立误差方程式

（3）逐点法化并建立改化法方程式，循环分块法解求

改化法方程式，通常先求外方位元素。

（4）加密点坐标计算

7 三种区域网平差方法比较P90、作业：

（1）航带法

数学模型：航带坐标的非线性多项式改正公式；

观测值：自由航带中各点的摄影测量坐标；

平差单元：航带；

整体平差未知数：各航带的多项式改正系数。

特点：未知数少，解算方便和快速，但精度不高。所谓

的观测值，自由航带坐标并不是真正的观测值，彼此不

独立，所以不是严密的平差方法。主要用于为严密平差

提供初始值和小比例尺低精度点位加密。

（2）独立模型法

数学模型：单元模型的空间相似变换公式；

观测值：计算的或量测的模型坐标；

平差单元：独立模型；

平差未知数：各模型空间相似变换的7个参数、加密点

的地面坐标。

特点：整个区域的未知数比航带法区域网平差多，但若

采用平高分求，解算所占用的内存和计算时间比光束法

区域网平差少。相当严密的平差方法。若顾及到模型坐

标间的相关特性，理论上与光束法同样严密。

（3）光束法

数学模型：共线条件方程；

观测值：每幅影像的像点坐标；

平差单元：单个光束；

平差未知数：各影像的外方位元素和所有待求点地面坐

标。

特点：最严密的一步解法，误差方程式直接对原始观测

值列出，能最方便地顾及影像系统误差的影响，最便于

引入非摄影测量附加观测值（导航数据和地面测量观测

值），可严密地处理非常规摄影以及非量测相机的影像

数据。广泛应用于各种高精度的解析空中三角测量和点

位测定实际生产中。相较于前两种方法的缺点：1）共

线方程所描述的像点坐标与各未知参数的关系是非线

性的；2）光束法区域网平差未知数多、计算量大，计

算速度相对较慢；3）不可平高分开处理，只能是三维

网平差。

8 区域网平差的精度分布规律P92：

1）区域网空中三角测量的精度最弱点位于区域四周，

不在区域的中央。平面控制点应布设在区域四周。

2）密集周边布点时，区域网的理论精度对航带法而言

小于一条航带的测点精度；独立模型法则相当于一个单

元模型的测点精度；光束法，理论精度不随区域大小而

改变，是一常数。

3）控制点稀疏分布，区域网的理论精度随着区域的增

大而降低。但若增大旁向重叠，则可提高区域网平面坐

标的理论精度。

4）区域网平差的高程理论精度取决于控制点间的跨度

而与区域大小无关。

理论上，光束法平差最符合最小二乘法原理，精度最好。

但如果系统误差没有得到很好的补偿，光束法的优点无

法反映，三种方法的精度则没有显著差异。

9 系统误差的特性：

系统误差既具有系统特性，同时也有随机性（随着外界

条件的变化，像点坐标系统误差存在着随机变化的特性

（1）许多影像系统误差是在实验室中测定的，是在静

止状态下进行的。（2）实际数据获取过程是一个动态过

程。

10 补偿系统误差的方法：试验场检校法，验后补偿法，

自检校法，自抵消法。

11 利用附加参数的自检校法：利用若干附加参数来描

述系统误差模型，在区域网平差的同时解求这些附加参

数，以自动测定和消除系统误差。

12 联合平差：所谓的摄影测量与非摄影测量观测值的

联合平差，指的是在摄影测量平差中使用了更一般的原

始的非摄影测量观测值或条件。

13 GPS辅助空三测量：利用安装于飞机上与航摄仪相

连接的和设在地面一个或多个基准站上的至少两台

GPS信号接收机同步而连续地观测GPS卫星信号、同

时获取航空摄影瞬间航摄仪快门开启脉冲，经过GPS

载波相位测量差分定位技术的离线数据后处理获取航

摄仪曝光时刻摄站的三维坐标，然后将其视为附加观测

值引入摄影测量区域网平差中，以取代地面控制，经采

用统一的数学模型和算法来整体确定目标点位和像片

方位元素，并对其质量进行评定的理论、技术和方法。

14 POS：是基于GPS和IMU（惯性测量装置）的直接

测定影像外方位元素的现代航空摄影导航系统，可用于

在无地面控制或仅有少量地面控制点情况下的航空遥

感对地定位和影像获取。

第五章

1 采样：对实际连续函数模型离散化的量测过程。

采样定理：公式P122，当采样间隔能使在函数g(x)中

存在的最高频率中每周期取有两个样本时，则根据采样

数据可以完全恢复原函数g(x)。

2 点特征提取算法

Moravec算子步骤：（1）计算各像元的兴趣值IV

（2）给定一经验阈值，将兴趣值大于阈值的点作为候

选点。

（3）选取候选点中的极值点作为特征点。

语言描述公式P128

3 线特征提取算子

线和边缘有何区别：“边缘”可定义为影像局部区域特

征不相同的那些区域间的分界线，而“线”则可以认为

是具有很小宽度的其中间区域具有相同的影像特征的

边缘对。

常用算子有哪些：常用方法有：差分算子、拉普拉斯算

子、LOG算子等。

特征分割法有哪些参数：影像段有三个特征点组成：一

个灰度梯度最大点和两个突出点。三个特征点的像素号

与两突出点的灰度差为描述此特征的四个特征参数。

第六章

1 影响相关：是利用互相关函数，评价两块影像的相似

性以确定同名点。

2 维纳-辛钦定理：随机信号的相关函数与其功率谱是

一傅立叶变换对，即相关函数的傅立叶变换即功率谱，

而功率谱的逆傅立叶变换即相关函数：

3 金字塔影像结构：对于二维影像逐次进行低通滤波，

并增大采样间隔，得到一个像元素总数逐渐变小的影像

序列，将这些影像叠置起来颇像一座金字塔，因而称之

为金字塔影像结构。

金字塔影像的层数确定方法P152：

（1）由影像匹配窗口w大小确定金字塔影像层数。当

影像的先验视差未知时，可建立较完整金字塔，最上层

的像元素个数在列方向上介于匹配窗口像素列数的1

与L倍之间。层数k：w＜INT（n/L k＋0.5）＜l·w。

（2）由先验视差确定金字塔影像层数。若已知影像最

大视差为P，可人工量测一个点算出视差并估计其最大

左右视差。

4 影像匹配：影像匹配实质上是在两幅（或多幅）影像

之间识别同名点。同名点确定以匹配精度为基础。

影像匹配五种基本算法：相关函数，协方差函数，相关

系数，差平方和，差绝对值和。

前三种优缺点：P153-156

5 铅垂线轨迹法VLL步骤P158：（1）给定地面点的平

面坐标（X，Y）与近似最低高程Zmin。

（2）Zi＝Zmin＋i·ΔZ高程搜索步距ΔZ可由所要求

的高程精度确定

（3）计算左右像坐标（xi′, yi′）与（xi〞，yi〞）

（4）分别以（xi′, yi′）与（xi〞，yi〞）为中心在

左右影像上取影像窗口，计算其匹配测度，如相关系数

pi。

（5）将i的值增加1，重复2，3两步，得到ρ0，ρ1，

ρ2，ρn取其最大者ρk＝max{ρ0，ρ1，ρ2，ρn}

（6）还可以利用ρk及其相邻的几个相关系数拟合一

抛物线，以其极值对应的高程作为A点的高程。

6 最小二乘影像匹配

优点：

（1）影像匹配可以达到1/10甚至1/100像素的高精度。

（2）最小二乘影像匹配中可以非常灵活地引入各种已

知参数和条件，从而可以进行整体平差。

（3）解决“单点”的影像匹配问题，以求其“视差”；

也可以直接解求其空间坐标。

（4）同时解求待定点的坐标与影像的外方位元素。

（5）同时解决“多点”影像匹配或“多片”影像匹配。

（6）引入“粗差检测”，从而大大地提高影像匹配的可

靠性。

灵活，可靠和高精度是优点，缺点是，如当初始值不太

准时，系统的收敛性等问题有待解决。

影像匹配迭代过程的具体步骤：

（1）几何变形改正。

（2）重采样。

（3）辐射畸变改正。

（4）判断是否需要继续迭代。若相关系数小于前一次

迭代后所求得的相关系数，则可认为迭代结束。也可以

根据几何变形参数是否小于某个预定的阈值。

（5）采用最小二乘影像匹配，解求变形参数的改正值

dh0,dh1, da0,…。

（6）计算变形参数。

（7）计算最佳匹配的点位。可用梯度的平方为权，在

左方影像窗口内对坐标作加权平均。

影像匹配的精度与相关系数和信噪比的关系：影像匹配

的精度与相关系数有关，相关系数愈大则精度愈高。它

与影像窗口的“信噪比”有关，信噪比愈大，则匹配的

精度愈高。影像匹配的精度还与影像的纹理结构有关，

越大精度越高。

7 特征匹配：步骤分为三步：①特征提取；②利用一组

参数对特征作描述；③利用参数进行特征匹配。

特征提取：根据各特征点的兴趣值将特征点分成几个等

级。

特征点的分布方式：

（1）随机分布。按顺序进行特征提取，但控制特征的

密度。选取的点集中在信息丰富区域。

（2）均匀分布。将影像划分成规则矩形格网，每一格

网内提取一个或若干个特征点。

匹配的备选点选择方法：

对右影像也进行相应特征提取，挑选预测区内的特征点

作为可能的匹配点；

右影像不进行特征提取，将预测区内的每一点都作为可

能的匹配点；

右影像不进行特征提取，但也不将所有的点作为可能的

匹配点，而用爬山法搜索，动态地确定各选点。

跨接法影像匹配步骤（过程）：1.特征提取 2.构成跨接

法匹配窗口 3.跨接法影像匹配

特征点的匹配p169

跨接法原理与过程图p171

第八章

1 数字纠正：将影像化为很多微小的区域逐一纠正，且

使用数字方式处理，从原始非正射投影的数字影像获取

正射影像的过程。

分类：依据被纠正最小单元分为：点元素纠正和线元素

纠正。面元素纠正实质是点元素纠正。

方法：反解法（间接）数字微分纠正步骤P213：计算

地面点坐标，计算像点坐标，灰度内插，灰度赋值。

正解法（直接）数字微分纠正。

2 立体正射影像对的制作方法：斜平行投影法和对数投

影法。P224

立体正射影像对的高程量测精度与DEM精度的关系：

立体正射影像对的高程量测精度通常要高于用来制作

正射影像和立体匹配片的数字高程模型DEM精度。高

3倍左右。

立体正摄影象对量测碎步高度存在的问题p226

3 真正射影像：

概念：所谓真正射影像，就是在数字微分纠正过程中，

要以数字表面模型DSM为基础进行数字微分纠正。

4 正射影像几何精度检查方法：正射影像的精度检查主

要是指几何精度检查。

方法：（1）利用已知点检测：用于检查正射影像绝对精

度。

（2）与等高线图或线画地图套合后进行目视检查。

（3）对每个立体相对分别由左影像和右影像制作同一

地区的两幅正射影像，然后量测两幅正射影像上同名点

的视差进行检查。