摄影测量学 学习

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摄影测量学学习

绪论

第一章 航空摄影

1.1 传感器

1.2 影像获取

1.2.1 航空摄影的基本要素：

（1）比例尺与航高

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（2）航摄重叠度

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航向：传感器前进的方向
旁向：传感器前进方向的两侧
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基-高比：指航空摄影时，摄影基线 B 与相对航高 H 的比值

（3）相片倾角

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（4）. 航线弯曲度

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（5）. 相片旋角

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（6）. 小结上述内容

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1.3 航空摄影技术设计

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
Px 是传感器前进方向的航向重叠度
Py 是旁向重叠度
l 是相片大小

1.3.1 航摄参数的计算示例

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1.3.1 后续 （计算 ）重叠度航片数目航线数目

在线这里插入图片描述
（1）题目中显然是数码相机 所以使用 GSD 来进行计算行高
先选择成图比例尺 1：500（随意选）对应的GSD是 5 cm
代入公式： H = f * GSD / a
a ： 像元尺寸

（2）B = m * (1 - Px) * l
l ：像元个数 * 像元尺寸 Px Py : 对应的航向和旁向重叠度
D = m * (1 - Py) * l

（3）
航线数目：测区宽度 / 航线间距
每条航线的航片数目 ： int（测区长度 / 基线长度 + 1）+ 1 （估算 不准确）
总相片数目 = 航线数目 / 每条航线上面的航片数目：

答案解析

1.3.2 小结

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1.4 低空航空摄影

1.4.1 图像传感器（航空摄影的主要器件）

（1）图像传感器类型

材质分类：CCD CMOS
感光元件
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（2）图像传感器尺寸

各种尺寸对比：
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（3）图像传感器与画质的关系

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看出来航摄的传感器明显由于所谓的 1 亿像素

（4）航摄中主要关注的相机参数

相机焦距
像素大小
行列数
畸变系数

1.4.2低空航摄中的问题

（1）确定航高

使用胶片航摄仪器时，先确定摄影比例尺，从而确定成图比例尺，最后确定航高
下图中：由 1 推出 3 确定航高（航高还有分类）
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使用数码相机时：
使用下面的公式确定航高
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(2) 航飞以及航飞设计

在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述
不同的落差时，重叠度的变化
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
部分软件推荐
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第二章 单张相片解析基础

2.1 中心投影的基本知识

（1）投影

一个空间点按照一定的方式在一个平面上的构像，叫做空间点的投影
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（1.1）平行投影

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（2）中心投影

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真实的摄影测量的投影中心与影像与地物的关系和上图中的中间部分相同
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将中心投影的航摄像片转换为垂直投影的地形图的过程是摄影测量学中的主要内容

（2.1）航摄像片是地面的中心投影

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（2.2）点、线、相交线段的中心投影的结果

在这里插入图片描述半直线也叫做射线
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在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述
合点的概念
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2.2 中心投影中特殊的点、线、面

（1）透视变换的概念

对应的投影关系叫做透视变换
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

（2）摄影测量中各种重要的点、线、面

投影中心、像平面、地平面、像主点、地主点概念

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Notes:
主点的产生是投影中心像像平面做垂线所得到的交点
底点的产生是投影中心向地平面作垂线所得到的交点

像底点、地底点概念

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像等角点、地等角点的概念

so 合 no 的角平分线与像片与地片的交点
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主垂面

过摄影中心垂直于地平面的平面
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基本方向线（VV）

主垂面与地平面的交线
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主纵线

在像平面中过像主点和像底点的直线
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主迹点

主纵线与 TT 的交点
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合面

垂直于像平面的平面，与像平面相交的直线为合线
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主合点

合线与主纵线的交点 i 紫色
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主横线

过像主点平行于合线的直线
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等比线

过像等角点平行于主横线的直线
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主灭点

基本方向线（VV）与在像平面过摄影中心(S)平行于主纵线（vv）的交点（k）
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通面、灭线

通面：过 SK 平行于像平面的平面
灭线：kk 连线
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（3）小结：（重要）

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灭点

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合点：过投影中心与空间直线平行的直线相平行的投射线与承影面的交点
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（4）所有点线面产生的过程 通过画图产生

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2.3 像点位移与方向偏差

航飞的瞬间：摄影中心、物点、像点、不可能三点保持在同一条直线，引出像点位移和方向偏差
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（1）主要内容

像点位移的概念
像片倾斜引起的像点位移
地形起伏引起的像点位移

航空摄影时，像片与地面之间的关系

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像点位移的概念

由于像片的倾角，使得地面点在理想的像中的位置与实际的相片中的位置发生了差异
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水平像片与倾斜像片之间相应的像点之间的关系

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共线条件方程

（x0，y0）是水平相片的坐标
（x，y） 是倾斜相片中的额坐标
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（重要）水平像片与倾斜像片相应像点之间的坐标关系

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推导水平像片与倾斜像片相应点之间的坐标关系式的原因？

（1）推导因像片倾斜引起的像点位移表达式
（2）因像片倾斜引起的像点位移

（2）因像片倾斜引起的像点位移

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（2.1）因像片倾斜引起的像点位移公式（重要）：

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（2.2）像点位移的四个特点

红框表示像点位移值
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像点位移实际中可以引起的变化

正方形畸变为梯形
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小结因像片倾斜引起的像点位移

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（3）因地面起伏引起的像点位移

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（3.1）推出的像点位移公式：

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（3.2）因地面起伏引起的像点位移的特点

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小结因地形引起的像点位移

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（4）如果两种像点位移的误差同时存在，怎么处理？

数学模型改正
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（5）引起像点位移的因素？

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（6）本小节重要知识思考

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2.4 摄影测量常用坐标系

1. 前面的一道作业题目

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下面是答案：
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都采用定焦摄像头，方便后期的数据处理
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数码像片没有框标标志
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短焦镜头覆盖地面面积的范围大，长焦镜头覆盖的地面面积小

为了保证测区的精度，航摄应该采用短焦镜头
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2. 为什么数码相机的摄影比例尺不符合成图比例尺与摄影比例尺的关系？

对于胶片式航摄仪，它的焦距比较长，航高比较高，所以适用
对于数码相机，属于低空摄影飞行，航高比较低，焦距比较短，所以不适用

摄影测量常用的坐标系的引出

建立像点与地面点之间的关系
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3. 常用的坐标系统

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（1）像平面坐标系

表示像点在像平面内的位置的坐标系
图例：包括框标坐标系与像平面坐标系的对比以及相互之间的坐标转换
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（2）像空间坐标系

表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系
是右手坐标系
图示：

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（3）像空间辅助坐标系（辅助坐标系）根据情况而定

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（4）地面摄影测量坐标系

以控制点为原点， X 轴大致与航线一致的方向 右手系
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（5）地面测量坐标系

左手空间系，摄影测量的成果最终转换到该坐标系中
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4. 坐标系之间的关系 （小结）

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2.5航片内外方位元素

方位元素的概述

描述航空摄影瞬间的摄影中心与像片面在地面设定的空间直角坐标系中的位置与姿态，描述位置和姿态的参数叫做像片的方位元素
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（1）内方位元素

摄影中心对航片的相对位置叫做像片的内方位（x0,y0,f）
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内方位元素确定了光束的形状
通过相机的检校获得
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（2）外方位元素

概念：摄影瞬间的摄影中心以及其像片在物方坐标系中的位置和方向的元素
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注意线元素和角元素的理解

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寻找角元素确定光轴方向以及像片的空间方位
外方位元素：实际是像空间辅助坐标系到地面摄影测量坐标系的转换，可以通过三次旋转来完成，分别环绕（X,Y,Z）三个轴来旋转，得到三个角元素，确定摄影中心在物方坐标系中的位置是三个线元素
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主轴的确定，选取不同的转角系统，较多采用 以 Y 轴先旋转的转角系统

小结：内外方位元素之间的转换

内方位元素三个（x0,y0,f）
外方位元素 6 个 三个线元素，三个角元素
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内外方位元素的理解补充

内外方位元素是摄影机的参数，角元素是摄影机的姿态
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主轴和副轴理解

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三种转角系统的用途

单像测图：Z 轴在（像空间辅助坐标系三轴与地面摄影测量坐标系的三轴平行）
立体测图：Y 或者 X
解析以及数字： Y (常用的转角系统)
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2.6 坐标系以及内外方位元素的理解

（1）作业回顾

作业 1

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像底点：过摄影中心作地平面的垂线与像平面的交点
题解的时候，使用楼角以及高楼侧面，中心相聚的点就是像底点
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作业 2

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（2）角元素的理解

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（3）角元素的其他表述方法

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2.7 共线条件方程以及它的应用

（1）引出问题

像方空间坐标到物方空间坐标的映射关系
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（2）共线条件方程的定义

在理想的情况下，像点、投影中心以及物点位于同一条直线上面，以此建立的数学关系叫做共线条件方程
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（3）条件方程推导的过程

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（4）推导得到的一般形式

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具体的字母的含义
x y ：表示像点在以像主点 o 所在的像平面坐标系中的坐标
X,Y，Z: 对应的物点在物方坐标系中三维坐标，地面摄影测量坐标系中的三维坐标
f 相机的主距（一般为定值）
Xs Ys Zs :表示摄影中心 S 在地面摄影测量坐标系中的坐标
A1 a2 c3:外方位元素的角元素

（5）共线条件方程的应用

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（6）像点的空间坐标变换的小结

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第三章 立体观察与量测

3.1 立体视觉的原理

1. 人体的视觉原理

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2. 视差

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2.1 人造立体观察的条件

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正立体、反立体、零立体
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3. 立体观测的方法

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4. 小结

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3.2 像点的坐标量测

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1. 双测标量测

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2. 单测标量测

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3. 小结

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4. 立体观察

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5. 立体观察方法

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3.3 立体像对中的点、线、面以及方位元素

1. 建立地面地物模型的好处

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2. 立体像对

由相邻摄站摄取的，具有一定影像重叠度的两张像片

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3. 摄影基线、同名像点、同名射线概念

同名指的是同一个地面点 A
同名像点：地面点 A 在左右像片上的构像
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4. 核面、核线、同名核线、核点

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5. 主核面、垂核面概念

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6. 小结

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7. 同名核线的特点

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8. 了解立体像对上的点、线、面的目的是什么？

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9. 通过立体像对的方位元素来重建立体模型

由于外方位元素未知所以通过相对定向和绝对定向来恢复像对的外方位元素

10. 相对定向和绝对定向的概念

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11. 立体像对的外方位元素

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12. 摄影测量的三大定向及其作用

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13. 小结

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3.4 立体像对中的绝对定向

1. 为什么进行绝对定向？（绝对定向的目的）

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2. 绝对定向概念

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3. 绝对定向模型（建立地面立体模型的过程）

相似立体模型 经过 旋转、缩放、平移 得到的地面立体模型

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4. 空间相似变换以及相关的参数的介绍

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5. 绝对定向元素的求解需要的坐标

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通过不同的坐标的选择来进行求解 7 个绝对定向元素

6. 恢复立体像对的外方位元素（5相对定向元素 + 7绝对定向元素）

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一张像片：外方位元素：三个线元素和三个角元素 ；一个立体像对 = 两张像片 ，共 12 和外方位元素

7. 小结

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第五章 双像解析摄影测量基础

5.1 像片内定向

具体需要掌握：
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1. 内定向的概念

概念：将影像的设备坐标（包括影响架坐标以及框标坐标）转换为像平面坐标，同时控制影像变形的过程
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1.1 框标坐标系以及像平面坐标系再次介绍

对角框标的角平分线上
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2. 影像内定向的方法

（1）量测框标在量测坐标系中的坐标
（2）进行相应的解析计算
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3. 内定向可以采用的数学模型（解析计算）

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小结

内定向的主要目的在于坐标的转化以及部分正底片变形误差以及光学畸变差；
内定向的下一步进行相对定向；
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5.2 空间后方交会

1. 为什么使用空间后方交会（单像空间后方交会）什么时候使用空间前方交会

为了求解摄影瞬间的外方位元素（每张影像都不同）采用单像空间后方交会求解外方位元素
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2. 单像空间后方交会的概念（与地面的后方交会不同）

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3. 对控制点的要求

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4. 使用共线条件方程求解外方位元素

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已知的参数以及需要求解的外方位元素
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需要注意：
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空间后方交会的解算过程：
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5. 空间后方交会的精度

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6. 小结

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5.3 立体像对前方交会

1. 概念

利用立体像对中两张像片中的内、外方位元素和像点坐标，计算对应地面三维坐标的方法
两对像点坐标 计算对应的地面点的坐标
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2. 立体像对的空间前方交会公式的推导

已知左右片的外方位元素以及两个像点坐标；
求解地面点的三维坐标
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3. 计算步骤

（1）像片的质量控制，已知的地面的控制点，必须已知 4 个以及 4 个以上的控制点
（2）像点的坐标的量测，在左右两个像片上得到两个像点坐标
（3）空间后方交会求得外方位元素
（4）空间前方交会求出地面点的三维坐标
在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述
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4. 立体像对空间前方交会计算地面点的公式以及参数的含义（重要）

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X Y Z 求得地面点的三维坐标
Xs1 （包含 s 的都是外方位元素的线元素)
U 像空间辅助坐标系中的坐标

5. 小结

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5.4 解析相对定向

1. 写在前面

如何恢复立体像对的固有的几何关系？
恢复像对的内方位元素：内定向
恢复像对的外方位元素：进行像对定向以及绝对定向
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2. 相对定向的概念

确定一个立体像对中，两张像片之间的相对方位的参数，叫做像对的相对定向元素
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3. 相对定向的过程：

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3.1 相对定向的过程

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改变两个相片之间位置做到同名像片之间对对相交，上下视察为 0 ；

4. 相对定向不需要控制点的信息

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5. 是否存在上下视察是相对定向的标准

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6. 立体像对（航片）转换为实际的地面模型需要做的工作如下

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7. 共面条件方程

一对同名光线以及与摄影基线位于同一个核面中，三线共面
核面:摄影基线与某一个地面点位于同一个平面中
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8. 怎么描述相对方位

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9. 相对定向系统

9.1 连续像对的像对定向及其特点

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10. 相对定向的最终目的

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7 个绝对方位元素 旋转平移以及缩放

11. 对定向点的要求

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12.小结

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12.1 共面条件的作用

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5.5 绝对定向

对于立体模型，相对定向建立的模型大小不一、坐标原点任意、模型坐标系与地面坐标系不同，所以需要控制点进行立体模型的额绝对定向

1. 绝对定向的定义：

对相对定向的模型进行平移、旋转以及缩放
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2. 绝对定向的坐标变换公式以及公式的含义

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3. 绝对定向七个元素的理解（不同的点的搭配）

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5.6 立体模型的解析法绝对定向

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绝对定向：将相对定向建立的地面实体模型，做三维的平移、旋转、缩放、确定立体模型在大地坐标系中的方位和大小的过程；绝对定向需要地面的控制点。

1. 解析法绝对定向的含义

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2. 解析法绝对定向的流程

首先进行定向参数的求解，然后将待定点的空间辅助坐标换算为地面摄影测量坐标系
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3. 空间相似变换公式的线性化以及迭代过程（求解参数的过程）

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4. 绝对定向元素解算的过程总结

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5. 坐标的重心化

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6. 小结

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第六章 解析空中三角测量

6.1 概述

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平高点的概念：在摄影测量过程中，既可以做平面控制，又可以做高程控制的像片控制点。

1. 解析空中三角测量的目的

加密控制点
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2. 解析空中三角测量分类

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3. 解析空中三角测量方法

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4. 解析空三的特点

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6.2 单航带解析空中三角测量

处理的范围仅仅为一个航带
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1. 单行带解析空中三角测量的基本思想

研究的对象将整个航带看作是一个模型，看成一个平差对象
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2. 单行带解析空中三角测量分类

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3. 单航带解析空中三角测量的基本过程

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4. 连续像对单航带解析空中三角测量详解

1. 单模型的建立

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一个单模型是一个立体像对 可以有很多的单模型
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2. 统一帮比例尺以及统一坐标系，建立航带模型

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3. 航带模型的绝对定向

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4. 小结 连续像对单航带解析空中三角测量

基本过程
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5. 课后思考

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6.3 解析空中三角测量

6.3.1 区域网空中三角测量

1. 区域网平差的基本思想

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2. 区域网平差的分类（由平差的单元不同而进行的分类）

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3. 上述三类平差网的分类的特点

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6.3.2 航带法区域网空中三角测量

1. 航带法区域空中三角测量的基本思想

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1. 如何建立航线模型

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2. 如何平差

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3. 平差目的

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4. 平差单元以及平差条件

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6.3.3

1. 光束法区域网空中三角测量

1.基本思想

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2.原始误差方程式

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3.平差计算

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6.3.4 三种区域网平差方法的比较

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6.4 复习提纲

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第七章 数字摄影测量基础

7.1 概述

7.2 基于灰度的影像匹配

7.3 最小二乘匹配

1. 概述与回顾

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同名像点的自动的获取采用的是影像匹配的技术
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2. 最小二乘影像匹配的概念

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3. 单点最小二乘影像匹配的灰度特性

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1. 上述考虑因素对匹配的结果的影像

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4. 理想情况下的影像匹配的数字模型

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5. 单点最小二乘影像匹配的数字模型

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6. 单点最小二乘影像匹配的优点和缺点

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7. 对于最小二乘法进行的影像匹配的总结

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7.4 影像特征提取与匹配

7.4.1 影像特征提取

影像匹配的方法

1. 基于灰度的匹配

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2. 基于特征匹配的思路

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3. 基于特征匹配的流程

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2. 影像特征

1. 什么式影像特征

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2. 影像特征的分类

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3. 影像特征的特点

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3. 点特征的提取

1. 点特征的提取算法

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Moravec算子

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选择具有最大------，最小灰度方向的点作为特征点
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3. Harris算子

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4. Harris 算子的算法步骤

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7.4.2 影像特征提取与匹配

1. harris 特征提取

1. 特点

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2. 特征提取与匹配- SIFT

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1. SIFT 算法的实现步骤

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2.尺度空间的定义

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3. 高斯金字塔

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4. 高斯差分金字塔

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4. 检测DOG(高斯差分金字塔)尺度空间极值点

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5. 描述方向

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6. 关键点描述

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7. 关键点匹配

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7.5 核线影像生成

1. 问题的提出

1. 核线（部分的概念的回顾）

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2. 二维匹配转变为一维匹配

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2. 确定同名核线

1 核线性质

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2. 确定同名核线的方法

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3. 基于影像几何纠正的方法

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第八章 DEM 和 DOM 的生成以及应用

8.1 DEM 的概念

问题导入

DEM 数字高程模型
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数字地面模型与数字高程模型的概念概述

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Dem 是 DTM 的一个地形分量
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数字高程模型的形式

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规则格网 Grid

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不规则三角网 TIN

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Grid - TIN 混合网

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数字高程模型建立的过程

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解析摄影测量生产 DEM 的工作流程

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8.2 DEM 内插以及存储

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1. DEM 数据内插的方法

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1. 整体函数内插法

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2. 局部函数内插法

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1. 线性内插

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2. 双线性多项式内插

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4. 双三次多项式（样条函数 - 三次曲面）内插

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5. 多面函数法

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3. 逐点内插法

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1. 移动拟合法

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2. 加权平均法

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4. Dem内插以及存储小结

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8.2.2 不规则三角网数字地面模型的存储

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1. 常用的 TIN 模型存储结构

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2. 直接表示网点邻接关系的结构

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3. 直接表示三角形以及邻接关系的解后

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4. 混合三角网以及三角形邻接关系的结构

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5. 小结

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8.2.3 三角形数字地面模型（TIN）的建立

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1. 构建三角网数字地面模型的基本要求

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2. 角度判读法

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3. 基于角度判读法构建 TIN 的步骤

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4. 泰森多边形以及三角网

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5. 小结 （TIN）建立

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8.3.1 DEM 算法应用

1. 数字高程模型应用算法（1）

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2. 主要的应用方面

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3. 检索格网法

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4. 小结 TIN 内插出 P 点的具体步骤

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8.3.2 规则格网的 DEM 自动绘制等高线 应用算法 （2）

基于规则格网自动绘制等高线的主要步骤

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8.3.3 DEM 生成以及应用

1. DEM 概念

1. DEM / DTM 的概念

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2. DSM 数字表面模型

建筑物 桥梁 数目等高程信息
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3. DEM 与DSM 的区别对比

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2. DEM 获取

1. 地面测量

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2. 现有地图数字化

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3. 空间传感器

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4. DEM获取的主要技术方法（GPS 激光雷达等）

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摄影测量获取DEM的主要技术流程

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DEM 的应用

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8.5 DOM 生成以及应用

8.5.1 DOM 生成以及应用

1. DOM 的概念

1. 问题提出

航片是否可以作为地图 / 地图影像？
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2. DOM 的概念（正射影像）

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2. 像片纠正

1. 像片纠正的方法分类

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3. 直接法数字微分纠正

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4. 间接法数字微分纠正

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3. DOM 的应用

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4. True DOM

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真正射获取

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第九章 低空摄影测量

9.1 无人机摄影测量

1. 测绘遥感无人机平台

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测绘摄影测量无人机航飞的特点

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无人机航飞对空三影像

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无人机空三处理流程

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9.2 倾斜摄影测量

9.3 贴近摄影测量

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