攝影測量基礎(chǔ)知識講座

攝影測量基礎(chǔ)知識講座目錄攝影測量流程認識可量測影像1、影像數(shù)字化利用高精度的影像數(shù)字化儀（掃描儀）將像片轉(zhuǎn)化為數(shù)字影像2、影像處理使影像的亮度與反差合適、色彩適度、方位正確。3、影像量測

?單像量測：特征提取與定位

?雙像量測：影像匹配及交互立體量測

?多像量測：多影像間的匹配4、影像定向

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內(nèi)定向：在框標的自動與半自動識別與定位的基礎(chǔ)上利用框標的檢校坐標與定位坐標，計算掃描坐標系與像片坐標系間的變換參數(shù)。

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相對定向：提取影像中的特征點，利用二維相關(guān)提取同名點，計算相對定向參數(shù)。傳統(tǒng)的攝影測量一般只在標準點位量測6對同名點，數(shù)字攝影測量則采用影像匹配的方法（通常匹配數(shù)百對同名點）

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絕對定向：通過影像匹配確定控制點所對應(yīng)的同名點（目前主要是人工操作）

少量的已知大地點大量的代求坐標點目的：根據(jù)少量的已知點解求大量的未知點坐標5、自動空中三角測量6、核線影像生成按照核線關(guān)系，將影像的灰度沿核線方向予以重新排列（核線重排列）構(gòu)成核線影像對，方便立體觀測及將二維影像匹配化為一維影像匹配。7、影像匹配進行密集點的影像匹配，以便建立數(shù)字地面模型（DTM）。8、數(shù)字地面模型的建立由密集點影像匹配的結(jié)果與定向參數(shù)計算同名點的地面坐標，然后內(nèi)插DEM9、自動繪制等高線10、制作正射影像11、正射影像鑲嵌與修補12、數(shù)字測圖13、制作透視圖和景觀圖

14、制作立體匹配片根據(jù)DEM引入視差，由正射影像制作立體匹配片。準備工作：參數(shù)文件的建立及數(shù)據(jù)輸入自動空中三角測量?

自動內(nèi)定向、相對定向模型連接、構(gòu)網(wǎng)?區(qū)域網(wǎng)平差計算影像定向?

自動內(nèi)定向、自動相對定向?半自動絕對定向影像匹配及編輯核線重采樣數(shù)字測圖：矢量提取、編輯、符號化注記DEM生成及拼接正射影像生成（鑲嵌、修復(fù)）等高線生成與注記正射影像等高線數(shù)據(jù)矢量數(shù)據(jù)景觀圖、立體匹配片地圖整飾/GIS已有地形信息輸入三、作業(yè)過程認識可量測影像1、無人飛艇低空航測系統(tǒng)—性能1/2野外布控作業(yè)時間可控，可以飛行前也可以飛行后；突破傳統(tǒng)1:500航測全野外布控規(guī)范，實現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)布控，滿足航測內(nèi)業(yè)“空三”要求；突破傳統(tǒng)航測立體模型高程精度限制，實現(xiàn)了航測內(nèi)業(yè)直接采集1:500地形高程點目標；解決了低空航測DLG生產(chǎn)效率問題，達到了與傳統(tǒng)大航空攝影測量DLG生產(chǎn)同等效率；

完成了大比例尺航測生產(chǎn)工藝設(shè)計，實現(xiàn)了航測作業(yè)全程可控載組合寬角四相機執(zhí)行城市1:500航測任務(wù)，每架次可完成10~15平方公里，每天可完成1~3架次；1、無人飛艇低空航測系統(tǒng)—性能2/2提高了城市數(shù)據(jù)獲取效率:精確獲取建筑物側(cè)面紋理，紋理影像姿態(tài)精度與地形圖數(shù)據(jù)精度完全一致，有利于加快城市三維模型生產(chǎn)速度。載組合寬角五相機執(zhí)行城市1:500航測和建筑物側(cè)面紋理獲取，每架次可完成5~10平方公里一次飛行=大比例尺測圖+智慧城市景觀建模1、無人飛艇低空航測系統(tǒng)—組成框圖低空飛艇平臺組合寬角相機立體測圖工作站影像處理工作站飛艇平臺飛行保障系統(tǒng)成像光學(xué)系統(tǒng)測姿定位系統(tǒng)穩(wěn)定平臺系統(tǒng)高速網(wǎng)絡(luò)大容量存儲大內(nèi)存PC機立體顯示設(shè)備立體采集設(shè)備PC計算機飛控導(dǎo)航軟件飛行安全控制軟件航線規(guī)劃軟件相機檢校軟件二次計算成像GPS差分解算軟件慣導(dǎo)與測量設(shè)備時統(tǒng)軟件勻光、金字塔創(chuàng)建等影像預(yù)處理低空影像姿態(tài)高精度解算軟件DEM/DSM生產(chǎn)DOM生產(chǎn)實時核線自動模型切換與CAD無縫聯(lián)機測圖支持LiDAR、線陣、衛(wèi)星影像測圖1、無人飛艇低空航測系統(tǒng)—運行現(xiàn)場1、無人飛艇低空航測系統(tǒng)—地面設(shè)備飛艇是城市最安全的飛行器以無人飛艇為遙感平臺成功構(gòu)建1:500大比例尺測圖系統(tǒng)無人飛艇平臺—地面保障車無人飛艇平臺—氦氣保障車無人飛艇平臺—氦氣保障車無人飛艇平臺—移動艇庫低空組合寬角相機系統(tǒng)CK-LAC組合寬角相機系統(tǒng)光學(xué)機械系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)測姿定位系統(tǒng)自檢校組合二次計算成像測姿定位系統(tǒng)組成2424自穩(wěn)定成像控制設(shè)備測姿陀螺高精度定位雙頻GPS板成像時序控制板低空組合寬角相機系統(tǒng)20公斤25五傾斜影像轉(zhuǎn)換成單中心投影影像（世界尚無先例）一次飛行=大比例尺測圖+智慧城市景觀建模2低空組合寬角相機技術(shù)為什么測科低空飛艇航測系統(tǒng)能突破傳統(tǒng)攝影測量規(guī)范實現(xiàn)1:500航測成圖？為什么測科組合寬角影像模型的高程精度高于UCX、DMC、ADS40等國際品牌相機，實現(xiàn)1:500航測內(nèi)業(yè)采集地形高程數(shù)據(jù)的目標？從相機設(shè)計、多測量設(shè)備綜合數(shù)據(jù)獲取、生產(chǎn)工藝、數(shù)據(jù)處理方法等四個方面講起。2.1低空組合寬角相機測繪精度航測規(guī)范：B/H=0.75單反相機：B/H=0.202.2相機相機的檢校地面靜態(tài)檢校飛行動態(tài)檢校多相機聯(lián)合自檢校1/3)地面靜態(tài)檢校模型：dx=x*(A1*r^2+A2*r^4+A3*r^6)+P1*(r^2+2*x^2)+2*P2*X*Y+C1*X+C2*Ydy=y*(A1*r^2+A2*r^4+A3*r^6)+2*P1*X*Y+P2*(r^2+2*y^2)

曝光時間：0.001秒302/3)簾幕快門動態(tài)影像變形簾幕快門成像時間：0.01秒動態(tài)變形六自由度運動2/3)飛行動態(tài)檢校相機曝光不同步瞬間飛機運動（6個自由度）引起重疊影像視差TA=TC+ΔT動態(tài)模型ds=∫v*dt8ms簾幕快門曝光延遲⊿t=相機間距/航速T2=T1+⊿tT1時刻左傾成像T2時刻右傾成像飛行航線323/3)相機間曝光時間差——動態(tài)形變獨特的組合構(gòu)像設(shè)計YABCDX將機械形變轉(zhuǎn)換為重疊區(qū)影像視差用攝影測量方法實現(xiàn)自檢校DMCUCX3/3)自檢校輕薄機械產(chǎn)生的影像變形國際品牌航空相機組合構(gòu)像3低空航攝低空攝影測量的主戰(zhàn)場在我國星羅棋布城鎮(zhèn)人口密集區(qū)域，小到幾公里平方大到幾百平方公里。依據(jù)這些特點低空航攝需要解決以下技術(shù)問題：1）150米~500米的低空航線規(guī)劃必須考慮地形高的變化；需要比大航空攝影測量更加嚴格的航線規(guī)劃；2）零碎、密集的航攝任務(wù)要求有快速、準確的航線規(guī)劃軟件；3）低空寬角攝影比高空攝影需要更加準確的控制影像曝光量，以確保影像總體色調(diào)；4）低空航攝應(yīng)該充分考慮利用GPS、慣導(dǎo)、自駕儀、先進導(dǎo)航儀等現(xiàn)代測繪技術(shù)和手段。3.1低空航線規(guī)劃軟件低空航線規(guī)劃與導(dǎo)航軟件（NavGT)特點組合全國DEM數(shù)據(jù)、只要給定測區(qū)范圍就可以設(shè)計精細低空飛行計劃；有人機和無人機低空航攝飛行精細導(dǎo)航經(jīng)過了生產(chǎn)檢驗；3.1低空航線規(guī)劃軟件3.3GPS動態(tài)差分解算

單點PPP解算利用GPSCS站解算20公里范圍地面基站解算解決相機曝光時刻攝站點地理坐標問題解決GPS與IMU組合姿態(tài)測量問題相機控制系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)、位姿測量系統(tǒng)同步問題4.1:500航測野外布控4.1:500航測野外布控4.1:500航測野外布控4.山東濟南小清河飛行布控方案>60°5低空1:500航測空三技術(shù)高精度空三主要解決如下幾個問題：1）大旋偏角影像高可靠性匹配2）GPS、DEM約束的相對定向3）絕對定向問題4）精度評判問題5.MAP-ATM現(xiàn)代空中三角測量軟件專門針對低空無人機復(fù)雜姿態(tài)設(shè)計；基于GPS數(shù)據(jù)的快速航線編排；測區(qū)自動挑片和快速組網(wǎng)；自動相對定向和自動組網(wǎng)平差；獨特的全局影像和分級局部精確匹配；引入RANSAC分組選優(yōu)和粗差剔除算法；支持GPS和IMU聯(lián)合區(qū)域網(wǎng)平差；基于網(wǎng)絡(luò)SQL數(shù)據(jù)庫的空三成果管理；全面引入GPU計算技術(shù)，實現(xiàn)影像處理和同名點快速匹配；高精度區(qū)域網(wǎng)平差；簡單便捷的圖形操作界面。5.1絕對定向問題大地測量中的7參數(shù)簡化模型=攝影測量中的絕對定向簡單模型5.1絕對定向問題大地測量中的7參數(shù)簡化模型=攝影測量中的絕對定向簡單模型5.1絕對定向直接解5.1絕對定向穩(wěn)健估計5.2空三精度的評判問題現(xiàn)象1：相對定向中誤差，僅僅表明所使用的匹配同名點一致性是否符合要求，相對定向中誤差小于0.3像素，而模型間可能還存在大誤差的情況是存在的；現(xiàn)象2：參與平差的控制點誤差小，不一定意味著絕對定向精度很好。5.2空三精度的評判問題辦法1：嚴格按區(qū)域網(wǎng)布控；辦法2：考慮飛構(gòu)架航線；辦法3：不能隨意省棄控制點或其多度重疊點；辦法4：檢查連接點的數(shù)量和分布；辦法5：引入GPS和IMU約束的聯(lián)合空三求解。6小相幅測圖技術(shù)立體模型的清晰度立體模型的精度自動切換立體模型自動核線1:500航測生產(chǎn)實踐6.1ＵＡＶ影像立體測圖系統(tǒng)軟件小像幅立體采集模塊線陣影像立體采集模塊衛(wèi)星影像立體采集模塊激光點云測圖模塊DEM采集與編輯模塊與CAD聯(lián)機測編一體化模塊地籍數(shù)據(jù)處理模塊工程計算模塊地圖管理模塊數(shù)據(jù)庫聯(lián)機存儲管理模塊多源數(shù)據(jù)接口模塊國標20081:500至1:5萬符號庫產(chǎn)品模塊6.2ＵＡＶ影像立體測圖系統(tǒng)軟件功能多源數(shù)據(jù)接口:能接收幾乎所有傳統(tǒng)航空攝影測量空三成果，如MAP-AT、VirtuoZoAAT、Jx4、PATB、MATCH-AT、BAESocetSet、SSK等；提供包括自動核線、自動立體模型切換在內(nèi)的大量地理三維數(shù)據(jù)采集工具；可接收LiDAR激光點云數(shù)據(jù)，實現(xiàn)三維地理信息數(shù)據(jù)采集；高清晰立體模型和自動模型切換極大地提高了作業(yè)員工作效率建立了我國2008年版標準的1:500至1:5萬地形圖符號庫；地籍資料處理，工程計算，地圖自動分幅管理；可建立衛(wèi)星/航空/低空影像，正射影像，LiDAR點云，SAR影像等數(shù)據(jù)的立體測圖環(huán)境；實現(xiàn)了三維地形數(shù)據(jù)的參數(shù)化管理和測編一體功能；強大的原始影像數(shù)據(jù)管理和可視化能力；依據(jù)作業(yè)員習(xí)慣定義自己數(shù)據(jù)采集的工作環(huán)境，極大的減少培訓(xùn)成本。5.1絕對定向穩(wěn)健估計布朗模型和埃布納模型6.3MAP-LCS滿足最新測繪規(guī)范要求

支持我國2008版1:5百到1:5萬的測圖符號庫6.4LandScap點云工作站6.5MAP-LCS線陣和小像幅影像立體測圖設(shè)備

引入多種輸入設(shè)備，兼容國內(nèi)所有手輪角盤和國外多種流行的3D鼠標以及游戲操縱桿立體量測輸入；6.6

DEM生產(chǎn)軟件MAP-DSM自動匹配模塊:利用空三結(jié)果全自動完成密集點匹配，得到密集點云數(shù)據(jù)；MAP-DSMEDIT濾波分類模塊：提供自動和人工交互的方式進行點云數(shù)據(jù)濾波分類，全面支持激光雷達點云數(shù)據(jù)，軟件使用智能算法對地物復(fù)雜區(qū)域進行處理，能有效的從數(shù)據(jù)從識別地形點；MAP-LCS立體采集模塊：提供立體環(huán)境進行地形點、特征線的采集，并用特征點和線作為約束條件進行三角網(wǎng)的構(gòu)建，得到測區(qū)準確DEM數(shù)據(jù)。DEM生產(chǎn)軟件包括如下三種解決方案6.7MAP-DSM自動生成DEM軟件軟件功能測區(qū)整體密集點云匹配；DSM的切割與合并；不同地形數(shù)據(jù)自動濾波；離散點構(gòu)三角網(wǎng)功能；離散點內(nèi)插DEM、TIN；定向點批量生成DEM由TIN或離散點內(nèi)插DEM離散點構(gòu)建三角網(wǎng)6.8DSM編輯模塊的主要功能兼容各種格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入；提供數(shù)據(jù)的3D漫游和2D顯示功能；提供2D和3D交互式的編輯界面；提供不同類型的數(shù)據(jù)濾波算法；提供豐富的數(shù)據(jù)可視化方案；提供數(shù)據(jù)合并和分割功能；提供三角網(wǎng)顯示功能；提供不同類型DEM插值擬合算法；提供三維交互編輯功能；提供豐富的三維和二維操作工具；DSM與DOM交互式編輯工具；6.9MAP-DOM自動生成模塊功能由DEM生成單幅正射影像TIN生成單幅正射影像DEM批量生成正射影像等功能航空影像腳印圖顯示；測區(qū)海量DOM影像一體化顯示，漫游功能；拼接線自動生成功能；拼接線編輯調(diào)整功能；影像自動勻光功能；控制點最優(yōu)DOM選片功能；DOM多重疊加分析功能（透明和分層）；超大圖像一次輸出功能(超4G影像）；DOM與DEM交互式編輯功能，修補DOM變形扭曲問題

71:500航測生產(chǎn)實踐飛艇1:500測圖與傾斜紋理采集生產(chǎn)實例山東微山島1:500飛艇航測工程

采用技術(shù)手段：飛艇航空攝影飛行和數(shù)據(jù)處理；生產(chǎn)目標：航測內(nèi)業(yè)DLG生產(chǎn)平面和高程精度全部達到1:500測圖測繪規(guī)范要求。保障低空航測精度

符合測繪精度要求的三大要素1.相機：視場角、能否低空飛行、檢校2.地面布控方案：控制點的測量精度、控制點的成像分辨率3.飛行方式：高度是否合適、航線布設(shè)是否合適、曝光重疊度是否合適、GPS基站架設(shè)是否合適64高質(zhì)量航攝影像65666768平差總體精度位置中誤差:x=0.008[m]y=0.008[m]z=0.013[m]方向中誤差:

omega=1.9[mdeg]phi=2.4[mdeg]kapp=0.7[mdeg]相對定向中誤差：x=0.011[m]y=0.009[m]z=0.004[m]自動量測點殘差：x=3.604[micron]y=3.110[micron]手工量測點殘差:x=6.081[micron]y=5.292[micron](PixelSize=6.35)絕對定向中誤差

x=0.010[m]y=0.007[m]z=0.008[m]控制點最大誤差

x=-0.171[m]y=-0.177[m]z=0.109[m]69707172濟南市小清河1:500飛艇測圖—山東

飛行高：200米地面平均高25米建筑物高80米測區(qū)四相機影像1439幅地面控制點144個濟南市小清河1:500飛艇測圖—山東

飛行高：200米地面平均高25米建筑物高80米測區(qū)四相機影像1439幅地面控制點144個濟南市小清河1:500飛艇測圖—山東

濟南市小清河1:500飛艇測圖—山東

濟南市小清河1:500飛艇測圖—山東

濟南市小清河1:500飛艇測圖—山東

中誤差X=3.76cmY=3.94cmZ=6.39cm最大絕對誤差X=14.9cmY=10.35cmZ=14.487980812013年

飛艇1:500大比例尺測圖生產(chǎn)情況

山西運城五相機航測方法完成三維數(shù)字城市60平方公里；運城地區(qū)、呂梁地區(qū)