攝影測量課間實驗

1、重 慶 交 通 大 學學生實驗報告實驗課程名稱 攝影測量課間實驗 開課實驗室 測量與空間信息處理實驗室 學 院 土木工程 年級 2013 專業(yè)班 測繪1班 學 生 姓 名 劉 文 洋 學 號 631301040126 開 課 時 間 2015 至 2016 學年第 1 學期總 成 績教師簽名目 錄實驗1  相片的立體觀察3實驗二 攝影測量儀器的參觀4實驗三 立體坐標量測儀量測像點坐標6實驗四 單像空間后方交會8實驗五 VirtuoZoNT系統(tǒng)認識11實驗六 解析空中三角測量12實驗七 DEM產(chǎn)品的生成15實驗1  相片的立體觀察一、實驗目的 理解人造立體觀察的原理

2、和方法，了解人造立體視覺的條件，學會使用立體鏡觀察立體像對。 二、實驗儀器與材料 橋式立體鏡 ，兩對立體像片。三、實驗原理 用雙眼觀察空間物體時，可以容易地判定物體的遠近，這種現(xiàn)象叫做天然立體觀察。借助空間物體的構像信息而在視覺上感受出空間物體的存在，稱為人造立體視覺。人造立體視覺的過程：空間景物在感光材料上構像，人眼觀察構像的像 片而產(chǎn)生生理視差，重建空間景物立體視覺。人造立體視覺的條件： 1.兩張像片必須是在兩個不同位置對同一景物的立體像對； 2.每只眼睛必須只能觀察像對的一張像片（分像條件）； 3.兩像片上的

3、相同景物（同名像點）的連線與眼睛基線大致平行； 4.兩像片的比例尺相近。四、實驗步驟1、取一對航片像對，分別找出像主點；2、將像片按左右放置，使影像的重疊部分向內，使像對像主點連線置于平行于眼基線的直線上。移動立體鏡，使立體鏡的基線平行于像主點連線；3、在立體鏡下移動像片間的距離，使相應視線的交角與雙眼的交會角相適應，保證左眼看左像，右眼看右像，直到觀測到相應的像點融合為一體而獲得立體感覺，且觀察時沒有不適的感覺。五、實驗結果六、實驗總結立體觀察也可看作是一種影像三維增強的過程。航空像片、側視雷達影像、SPOT衛(wèi)星影像以及高緯度地區(qū)陸地衛(wèi)星MSS影像，均可用來進行立體觀察，以獲得地物

4、三維影像，提高判讀效果。通過此次實驗我了解了立體觀測的方法，原理和實驗步驟，進一步提高了自己的動手能力和觀察能力。在實現(xiàn)過程中，我們對立體像對有了更深的認識，可以通過立體鏡觀察像對，得到立體效果。實驗二 攝影測量儀器的參觀 一.、實驗目的 1、了解攝影測量及儀器發(fā)展歷史 。2、參觀模擬及數(shù)字攝影測量儀器 。3、理解模擬測圖原理及方法。二、 實驗器材 1、多倍儀；2、1818立體坐標量測儀。三、實驗原理 航空測量指從指從空中由飛機等航空器拍攝地面像片。為使取得的航空像片能用于在專門的儀器上建立立體模型進行量測，攝影時飛機應按設

5、計的航線往返平行飛行進行拍攝，以取得具有一定重疊度的航空像片。按攝影機物鏡主光軸相對于地表的垂直度，可分為近似垂直航空攝影和傾斜航空攝影。近似垂直航空攝影主要用于攝影測量目的。關鍵問題是如何恢復或確定航攝像片與地面之間的幾何關系。航空攝影瞬間，由于飛行姿態(tài)不同，每張像片與地面之間的幾何關系也是不同的。對于單張像片來說，像點的空間位置和它相應的地面點的關系可以用一些特定的參數(shù)建立起來，確定這些參數(shù)就能恢復相互的幾何關系，這些參數(shù)稱為像片的方位元素。其中，確定攝影物鏡（后節(jié)點）與像片關系位置的參數(shù)稱為內方位元素，恢復內方位元素的目的在于恢復攝影光束；確定攝影中心與地面相互關系的參數(shù)稱為外方位元素，

6、外方位元素有六個：其中三個是攝影中心在地面輔助坐標系中的坐標，是直線元素；另外三個是航攝像片（或攝像光束）在地面輔助坐標系中的姿態(tài)，是角元素。確定外方位元素的目的在于恢復攝影像片與地面的幾何關系。當這些元素都恢復后，航攝像片與地面之間的固定的幾何關系也就恢復了。對于由多張像片構成的立體模型來說，恢復或確定其與地面的幾何關系，一般分為兩步：相對定向和絕對定向。相對定向是在儀器上恢復攝影瞬間構成像對的像片間的相對位置關系，即恢復兩個攝影光束的相對位置，使同名投影光線成對相交。相對定向后，就能夠觀察到立體了。兩張像片構成的單獨像對，只要轉動左右兩個光束，就能完成相對定向；連續(xù)立體模型的相對走向則要保

7、持左光束不動，依次旋轉右光束即可。相對定向后，就建立了自由比例尺的、方位任意的立體模型。把模型按著確定的比例尺和實際方位放置到大地坐標系當中，這個過程就是絕對定向。四、 實驗步驟 1、在老師的帶領下進入實驗室，根據(jù)書上的介紹描述，自行認識觀看各儀器，觀察其特點猜測其使用方法。2、由老師向我們詳細地介紹了各個儀器的結構特點、主要功能、使用條件、工作原理以及儀器使用方法。3、互相討論、自行觀看各個儀器并向老師提出不明白的地方，由老師詳細解答講述。五、實驗總結在完成這次實驗后，我們熟悉了1818立體坐標量測儀，多倍儀的工作原理，操作過程，同時豐富了我們的測繪知識，對攝影測量儀器發(fā)

8、展有了更一步的了解。雖然這一次沒有利用儀器進行操作，但是當我們知道了各個儀器的結構特點、主要功能，使用條件、工作原理以及儀器的使用方法，這對我們在以后的學習中有更多的幫助。實驗三 立體坐標量測儀量測像點坐標一、實驗目的 1、了解立體坐標量測儀的基本構造。2、理解立體坐標量測儀量測像片像點坐標的基本原理。3、學會使用立體坐標量測儀及操作步驟 。二、實驗器材 1、立體像對；2、1818立體坐標量測儀。三、實驗原理 立體坐標儀的定義：用于立體觀察和量測立體像對同名點像平面直角坐標和坐標差的儀器。主要部分有：觀測系統(tǒng)，像片盤，量測裝置等。左右視差：同名像點a1、

9、a2在左右像片上的橫坐標x1、x2之差。上下視差：同名像點a1、a2在左右像片上的縱坐標y1、y2之差。左右視差的幾何意義：Pa為攝影基線B按對該地面點A的航高所。決定的比例尺縮小后的構像長度。左右視差校：兩個點左右視差的差值。四、實驗內容 主要是觀察淘汰的攝影測量儀器，了解它的發(fā)展史，為進一步的實驗做準備；將立體像對置于像片盤上，從觀測系統(tǒng)進行立體觀測，量測像點的坐標和視差，供航空攝影測量內業(yè)加密控制點用；反光立體鏡，在左右光路中個加入一對反光鏡擴大像片的間距，可觀察大像幅的像片；用立體鏡觀察立體時，看的立體模型與實物不一樣，在豎向方向進行夸大，以利于高程的量測。 五、實

10、驗步驟1、準備工作。2、置像片和歸心。3、像片定向和歸心。4、儀器零位置的確定。5、同名像點量測。六、實驗總結我們在老師的帶領下，在周五上午 進行了這次立體量測儀的參觀，我們一邊觀察一邊聽老師講解測量儀的來歷和如何使用，受益匪淺。這些儀器大多是過時的儀器，但通過此次實驗我們還是學到不少東西，我們知道了它是如何找到了同名像點等。 通過實習認識了立體坐標儀，這些儀器代表攝影測量發(fā)展的階段。測量技術發(fā)展迅速，時至今日更高的技術代替了舊的技術。實驗四 單像空間后方交會一、實驗目的理解單像空間后方交會原理，用程序設計語言（MATLAB語言）編寫一個完整的單像空間后方交會程序，通過對提

11、供的試驗數(shù)據(jù)進行計算，輸出像片的外方位元素。二、實驗儀器1、計算機。2、航片坐標量測數(shù)據(jù)、控制點成果、航片攝影參數(shù)等。3、原始數(shù)據(jù)：已知航攝儀的內方位元素：f=153.24mm，x0=y0=0.0mm，攝影比例尺為1:50000。4 個地面控制點的地面坐標及其對應像點的像片坐標。三、實驗代碼clc;clear all;close all;x=-86.15 -53.40 -14.78 10.46;y=-68.99 82.21 -76.63 64.43;X=36589.41 37631.08

12、0;39100.97 40426.54;Y=25273.32 31324.51 24934.98 30319.81;Z=2195.17 728.69 2386.50 757.31;f=153.24;m=50000; %讀取已知數(shù)據(jù)（控制點地面坐標及比例尺等）Xs0=0.0;Ys0=0.0;for k=1:4;Xs0=Xs0+X(k);Ys0=Ys0+Y(k);endXs0=Xs0/4; %求Xs的平均值作為外方位線元素X的初值XsoYs0=Ys0/4; %求Ys的平均值作為外方位線元素Y的初值YsoZs0=m*f;

13、 %以平均航高作為外方位線元素Z的初值Zsog0=0; w0=0; k0=0;for u=1:+inf;a1=cos(g0)*cos(k0)-sin(g0)*sin(w0)*sin(k0);a2=-cos(g0)*sin(k0)-sin(g0)*sin(w0)*cos(k0);a3=-sin(g0)*cos(w0); b1=cos(w0)*sin(k0);b2=cos(w0)*cos(k0); b3=-sin(w0);c1=sin(g0)*cos(k0)+cos(g0)*sin(w0)*sin(k0);c2=-sin(g0)*sin(k0)+c

14、os(g0)*sin(w0)*cos(k0); c3=cos(g0)*cos(w0);R=a1,a2,a3,;b1,b2,b3;c1,c2,c3; %計算旋轉矩陣 L=;%建立空矩陣L，用來放誤差方程的常數(shù)項 A=;%建立空矩陣A，用來放誤差方程的系數(shù)for h=1:4;O=a1*(X(h)-Xs0)+b1*(Y(h)-Ys0)+c1*(Z(h)-Zs0);P=a2*(X(h)-Xs0)+b2*(Y(h)-Ys0)+c2*(Z(h)-Zs0);Q=a3*(X(h)-Xs0)+b3*(Y(h)-Ys0)+c3*(Z(h)-Zs0);x1h=-f*O/Q;&

15、#160;y1h=-f*P/Q;a11h=(a1*f+a3*x(h)/Q;a12h=(b1*f+b3*x(h)/Q;a13h=(c1*f+c3*x(h)/Q;a14h=y(h)*sin(w0)-(x(h)/f*(x(h)*cos(k0)-y(h)*sin(k0)+f*cos(k0)*cos(w0);a15h=-f*sin(k0)-x(h)/f*(x(h)*sin(k0)+y(h)*cos(k0);a16h=y(h);a21h=(a2*f+a3*y(h)/Q;a22h=(b2*f+b3*y(h)/Q;a23h=(c2*f+c3*y(h)/Q;a24h=-x(h)*sin(w0)-(y(h)/f*

16、(x(h)*cos(k0)-y(h)*sin(k0)-f*sin(k0)*cos(w0);a25h=-f*cos(k0)-y(h)/f*(x(h)*sin(k0)+y(h)*cos(k0);a26h=-x(h);lxh=x(h)-x1h;lyh=y(h)-y1h;lh=lxh lyh'Ah=a11h,a12h,a13h,a14h,a15h,a16h;a21h,a22h,a23h,a24h,a25h,a26h;A=A;Ah;L=L;lh;endXX=inv(A'*A)*A'*L; %計算外方位元素近似值的改正數(shù)矩陣Xs0=XX(1)+Xs0;Ys0=XX(2)+

17、Ys0;Zs0=Zs0+XX(3);g0=g0+XX(4); w0=w0+XX(5);k0=k0+XX(6);ifabs(XX(4)<0.0000291 & abs(XX(5)<0.0000291 & abs(XX(6)<0.0000291break endend   %判斷所求改正數(shù)是否符合要求的精度Xs=Xs0 Ys=Ys0 Zs=Zs0 g=g0  w=w0 k=k0四、實驗總結這次實驗的難點就在于怎樣去理解書本上對

18、單像空間后方交會求解的過程描述，以及各個公式的計算。最后在編寫matlab程序時也遇到了很多問題，由于對公式的不熟悉，對解算過程的不熟悉，以及在使用matlab程序時的不熟悉，使得在編寫程序過程中問題不斷，而且程序實在太多過于復雜，使得在編寫時更緩慢。但最后還是把程序寫出來了。實驗五 VirtuoZoNT系統(tǒng)認識一、 實驗目的 1、理解數(shù)字攝影測量原理 2、了解數(shù)字攝影測量儀器發(fā)展歷史3、熟悉數(shù)字攝影測量工作站VirtuoZoNT 二、實驗器材攝影測量工作站VirtuoZoNT三、 實驗原理 1、數(shù)字攝影測量原理數(shù)字攝影測量是基于攝影

19、測量的基本原理，應用計算機技術，從影像（包括數(shù)字影像或數(shù)字化影像）提取所攝對象用數(shù)字方式表達的幾何與物理信息。2、數(shù)字攝影測量發(fā)展歷史計算機硬、軟件技術的飛速發(fā)展，使功能增強，成本降低，并為編制大型軟件提供平臺。20世紀70年代：數(shù)字攝影測量萌芽階段；20世紀80年代：數(shù)字攝影測量原型研究階段；20世紀90年代：真正推出可用于生產(chǎn)的數(shù)字攝影測量系統(tǒng)。3、數(shù)字攝影測量工作站硬件組成計算機。外部設備：立體觀測裝置；操作控制設備。輸入設備：影像掃描數(shù)字化儀。輸出設備：繪圖儀。4、全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)-VirtuoZoNT的特點利用全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的工作原理,經(jīng)過內定向、相對定向、核線重采樣、絕對定向

20、等操作,實現(xiàn)地形要素采集,但只能生產(chǎn)全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)內部固有的數(shù)據(jù)格式(*vtr或*xyz)的產(chǎn)品，有效地提高了工作效率,降低內耗,減少了作業(yè)中間數(shù)據(jù)的相互轉換,避免了有效數(shù)據(jù)的丟失,很好地保證了產(chǎn)品的質量。四、 實驗步驟 1、用空中三角測量軟件VirtuoZo AAT進行自由網(wǎng)平差。2、調繪和量測，在VirtuoZo S/M模塊中進行矢量采集。3、平差解算，在VirtuoZo AAT中進行迭代計算。4、坐標轉換。5、其他后續(xù)操作，3D產(chǎn)品生產(chǎn)。實驗六 解析空中三角測量一、實驗目的 1掌握空中三角測量原理2熟悉VirtuoZoAAT

21、操作二、實驗器材1、VirtuoZo AAT 2、數(shù)字影像三、 實驗原理利用已知空間坐標的若干地面控制點及其在影像上的構像，根據(jù)攝影中心、構像點和地面三點共線原理，可以求解像片的外方位元素，進而可以確定出影像上任一目標的空中位置，利用控制點的地面坐標及其在影像上的構像同時求解外方位元素和未知像點的地面坐標，稱為整體一步求解或解析空中三角測量。VirtuoZo全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的影像配準算法具有可靠、快速和精確的優(yōu)點。AAT（自動空三）：模塊除半自動量測控制點之外，其它所有作業(yè)（包括內定向、選取加密點、轉刺加密點、相對定向、模型連接和生成整個測區(qū)像點網(wǎng)）都可以自動完

22、成。PATB：光束法區(qū)域網(wǎng)平差程序具有高性能的粗差檢測功能和高精度的平差計算功能。所以將上述兩件的優(yōu)點結合在一起，即VirtuoZo的AATM和PATB集成后就成為功能強大的自動空三軟件。 內定向:建立影像掃描坐標與像點坐標的轉換關系，求取轉換參數(shù)；相對定向：通過量取模型的同名像點，解算兩相鄰影像的相對位置關系；絕對定向：通過量取地面控制點對應的像點坐標，解算模型的外方位元素，將模型納入到大地坐標系中。四、實驗步驟第一步：新建一個測區(qū)，設置測區(qū)參數(shù)第二步：設置相機參數(shù)第三步：輸入控制點第四步：導入影像（注意像素大小，改變輸出路徑，相機是否旋轉）第五步：建立影像列表（注意：分帶，影像索

23、引號的建立）第六步：內定向第七步：添加航帶偏移點第八步：連接點提取第九步：自動挑點第十步：交互編輯（編輯連接點、刺控制點、編輯控制點）第10-1步：顯示連接點分布，看連接點是否均勻（局部缺點，需要補點）第10-2步：加控制點（注意：一般加四個邊控制點，調PATB計算，預測其余控制點）第10-3步：顯示預測控制點圖標第10-4步：按照預測的控制點位，將所有控制點全部加完 第10-5步：調用PATB計算，（注意第一次計算時，記住像點的觀測精度，后面需要賦值給Accuracy第10-6步：將像點的觀測精度賦給Accuracy，同時改變權值，再計算 第10-7步：出現(xiàn)了“粗差點”-

24、這些不是同名像點，需要重新調整第10-8步：調整編輯完一個點后，再調用PATB進行計算 第10-9步：這樣反復進行，將所有的點全部調整之后，再賦像點的觀測精度，同時加大權值第10-10步：當權給定合適的值之后，檢驗一下相對定向的上下視差第10-11步：設置上下視差值。對超限的點位進行調整第10-12步：當相對定向得上下視差在限差以內，最后需要反復計算，直到像點觀測精度穩(wěn)定為止第10-13步：當像點觀測精度穩(wěn)定后，需要將自動調整粗差了，需要將驗后方差輸出來第10-14步：調用PATB計算第10-15步：查看加密成果報告第10-16步：退出“交互式編輯狀態(tài)”第十一步：在主界面中創(chuàng)建“加密

25、點文件五、實驗結果六、實驗結論總的來說，這次的實驗過程很復雜，再按照老師給的步驟一步一步的做的時候都時常會出現(xiàn)問題，因為對軟件以及實驗過程的不熟悉，使得使得實驗進度比較慢，而且有時候計算得出的數(shù)據(jù)不是很完美。雖然在過程中遇見很多困難，但是在組員的幫組下還是完成了實驗。我覺得我們需要改進的地方就是加強對數(shù)據(jù)處理軟件的熟悉度，多學習理論知識。實驗七 DEM產(chǎn)品的生成一、實驗目的1、掌握DEM產(chǎn)品生產(chǎn)流程2、熟悉DEMMaker二、實驗器材VirtuoZo NT、VirtuoZo AAT、DEMMaker三、實驗原理DEM的生成有多種途徑與方式，主要依據(jù)工作目的及信息源和數(shù)據(jù)采集

26、的硬件及軟件設備來決定采用的方式，一般有三種方法：一是利用航空或航天遙感圖像通過攝影測量途徑獲取建立DEM的數(shù)據(jù)源；其二是使用地面測量數(shù)據(jù)源,如用GPS、全站儀、野外測量等；第三種方法是用地形圖生產(chǎn)DEM數(shù)據(jù)即用現(xiàn)有地形圖矢量化。（1）攝影測量：是DEM數(shù)據(jù)采集最常用的方法之一。它是以數(shù)字影像為基礎,通過計算機進行影像匹配,自動相關運算識別同名象點得其象點坐標,并根據(jù)少量的野外像控點進行空三加密,建立各像對的立體模型。（2）地面測量：利用GPS、全站儀、RTK等儀器在野外實地測量,并自動記錄測量數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)通過串行通訊,輸入計算機中進行處理,直接獲取各測量點的三維坐標。當點數(shù)達到一定密度后,即可生成一定精度的DEM。（3）地形圖矢量化：利用手扶跟蹤數(shù)字化儀或掃數(shù)字化儀,對已有地形圖上的信息如等高線、高程點進行采集,然后通過內插的方法生成DEM。目前常用的算法是通過等高線和高程點建立不規(guī)則的三角網(wǎng)(簡稱TIN)。然后在TIN基礎上通過線性和雙線性內插建立DEM。前兩種方法雖然效果好，精度高，但是成本太大，對硬件要求也太高，效率卻不高。而利用地形圖生產(chǎn)DEM 數(shù)據(jù)具有如下的優(yōu)點：第一、地形圖相對較偏宜，也容易得到，地形圖上的等高線含有豐富的高程信息，利用這些高程信息生產(chǎn)DEM數(shù)據(jù)，可以極大的發(fā)揮地形圖的作用，而地表的地形變化一般都是比較小的