教案
2013~2014学年度第一学期
授课教师：课程名称：摄影测量基础
授课班级：12测量
授课周数：9
周学时：2
总学时：18
教案
班级：12测量2013年9月6日
表1 摄影测量的发展历程
教案
班级：12测量2013年11月1日
航带弯曲度是指航带两端像片主点之间的直线距离L与偏离该直线最远的像主点到该直
教案
班级：12测量2013年11月8日
教案
班级：12测量2013年11月15日
一、名词解释 1摄影测量学 2航向重叠 3单像空间后方交会 4相对航高 5解析空中三角测量 6外方位元素 7核面 8绝对定向元素 二、问答题 1.写出中心投影的共线方程式并说明式中各参数的含义。 2.指出采用“后方交会+前方交会”和“相对定向+绝对定向”两种方法计算地面点坐标的基本步骤。 3.简述利用光束法（一步定向法）求解物点坐标的基本思想。 4.简述解析绝对定向的基本过程。 5.简述相对定向的基本过程。
6.试述航带网法解析空中三角测量的基本步骤。 二、填空 1摄影测量的基本问题，就是将_________转换为__________。 2人眼产生天然立体视觉的原因是由于_________的存在。 3相对定向完成的标志是__________。 三、简答题 1两种常用的相对定向元素系统的特点及相对定向元素。 2倾斜位移的特性。 3单航带法相对定向后，为何要进行比例尺归化？怎样进行？ 4独立模型法区域网平差基本思想。 5何谓正形变换？有何特点？ 四、论述题 1空间后方交会的计算步骤。 2有三条航线，每条航线六张像片组成一个区域，
采用光束法区域网平差。 （1）写出整体平差的误差方程式的一般式。（2）将像片进行合理编号，并计算带宽，内存容量。 （3）请画出改化法方程系数阵结构简图。 参考答案： 一、 1是对研究的对象进行摄影，根据所获得的构想信 息，从几何方面和物理方面加以 分析研究，从而对所摄影的对象 本质提供各种资料的一门学科。2供测图用的航测相片沿飞行方向上相邻像片的重叠。 3知道像片的内方位元素，以及三个地面点坐标和量测出的相应像点的坐标，就可以根据共线方程求出六个外方位元素的方法。
对摄影测量基本原理的认识 宋剑虹 （贵州大学矿业学院测绘工程 09级2班） 内容摘要 摄影测量【photogrammetry】有二百多年的历史了。通过对摄影测量的学习和认识。本文从摄影测量最基本的原理出发，简单回顾了它的发展历程，本文立足于对武汉大学第二版《摄影测量》教程的学习以及对摄影测量基础知识的了解和认识后，阐述了摄影测量的一些基本知识。着重阐述了当代摄影测量技术最新理论的发展。尤其是对摄影测量的分类，分别阐述大地摄影测量、航空摄影测量、航天摄影测量的一些基本原理后相关技术要点。对大地摄影测量、航空摄影测量的内外业的有关步骤和相应技术作了一定的论述。最后，总结出自己的在学习过程中的对摄影测量的认识，作为测绘专业学生，我更看到新的希望。 关键词：摄影测量测量技术基本原理航天技术
目录 一、引言 (3) 二、摄影测量概述 (3) （一）关于摄影测量 (3) 1.摄影测量学的定义和任务 (3) 2.摄影测量的特点 (3) （二）摄影测量的发展阶段 (4) 三、摄影测量学的分类 (4) （一）地面摄影测量 (4) 1.地面摄影测量的基本原理 (4) 2.地面立体摄影测量的摄影方式 (4) 3.地面摄影测量分为外业工作和内业工作 (5) （二）航空摄影测量 (5) 1.航空摄影测量的基本原理 (5) 2.航空摄影测量的测图方法 (6) 3.航空摄影测量的作业分外业和内业 (7) （三）航天摄影测量 (7) 1.航天摄影测量的基本原理 (8) 2.航天摄影测量的特点 (8) 3.航天摄影测量的应用前景 (8) 四、结语 (8)
一、引言 摄影测量学有二百多年的历史了。最初叫图形量学（据 Iconometry 而来，或译作量影术）。1837年，发明摄影技术后，才叫摄影测量学。数学家勃兰特早在18世纪就论述了摄影测量学的基础——透视几何理论。1839年，法国报到了摄影像片的产生后，摄影测量学开始了它的发展历程。19世纪中叶，法国陆军上校劳塞达利用所谓“明箱”装置，测制了万森城堡图。劳塞达被公认为“摄影测量之父”。航空技术发达以后，摄影测量学被称为航空摄影测量学。1975年，卫星上天后，航空测量发展到了航天摄影测量。 通过上世纪八九十年代对数字摄影测量的研究、开发与推广，进入21世纪，我国数字摄影测量以世人难以想象的速度发展，数字摄影测量工作站在中国的摄影测量生产中获得了普遍的应用与推广，摄影测量的教学也由过去只有少数院校才能进行的“贵族”式的教学得到了极大的普及。目前，全国至少有40多所大专院校的测绘工程专业开设摄影测量课程，这极大地拓宽了摄影测量所需人才的培养渠道。 二、摄影测量概述 （一）关于摄影测量 1.摄影测量学的定义和任务 摄影测量【photogrammetry】指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。传统摄影测量学定义：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。摄影测量学是测绘学的分支学科，它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。摄影测量学要解决的两大问题是几何定位和影像解译。几何定位就是确定被摄物体的大小、形状和空间位置。几何定位的基本原理源于测量学的前方交会方法，它是根据两个已知的摄影站点和两条已知的摄影方向线，交会出构成这两条摄影光线的待定地面点的三维坐标。影像解译就是确定影像对应地物的性质。 2.摄影测量的特点 在影像上进行量测和解译，主要工作在室内进行，无需接触物体本身，因而很少受气候、地理等条件的限制；所摄影像是客观物体或目标的真实反映，信息丰富、形象直观，人们可以从中获得所研究物体的大量几何信息和物理信息；可以拍摄动态物体的瞬间影像，完成常规方法难以实现的测量工作；适用于大范围地形测绘，成图快、效率高；产品形式多样，可以生产纸质地形图、数字线划图、数字高程模型、数字正摄影像等。
一.测绘基本概念 Ⅰ. 一些常用术语 1.误差error a.系统误差systematic error 测量的误差在大小和符号上趋于一致,或按一定规律变化,或保持为常数. b.偶然误差random error 偶然误差也叫随机误差.其误差量值和符号的变化是没有规律的. c.粗差Gross error or blunder 粗差也称错误,一般大于5倍的中误差. 2.精度(精确度) accuracy 评定测量成果质量的数量指标. a.平均误差average error Mav = ∑Δ/n; b.中误差RMSE(Root Mean Square Error) M = sqrt(∑ΔΔ/n ); c.极限误差Limit error 2M d.相对误差relative error 中误差与观测值之比叫做相对中误差. 航测中常用航高的几千分之一来表示高程精度,例如H/8000. e.标准偏差standard deviation 与中误差类似,欧美国家常用的评定精度指标. 3.测量平差Survey adjustment 对一组观测值的误差进行合理配赋, 求出最可靠的计算值作为终值, 并对结果的精度进行评定。 最小二乘法（Least Square Method）是测量平差的基础。其基本原理是： ∑PVV = minimum; 4.三角测量Triangulation 通过观测三角网内各三角点上所有三角形的内角，并测定三角网的一些边，由某一三角点的已知坐标及一边的方位角，根据三角形的几何关系，推算其他点的坐标, 这些测量与计算工作叫做三角测量。 5. 4D产品4D products a. DEM ( DTM )―Digital Elevation Model ( Digital Terrai n Model ) 数字高程模型（数字地面模型） b. DOM ( Digital Orthophoto Map )数字正射影像图 c. DLG（Digital Line Graph ）or DTI ( Digital Thematic Information )数字线划图或数字专题信息 d. DRG ( Digital Raster Graph ) 数字栅格图
一、名词解释 1、解析相对定向：根据同名光线对对相交这一立体相对内在的几何关系，通过量测的像点坐标，用解析计算方法解求相对定向元素，建立与地面相似的立体模型，确定模型点的三维坐标。 2、GPS辅助空中三角测量：将基于载波相位观测量的动态 GPS 定位技术获取的摄影中心曝光时刻的三维坐标作为带权观测值，引入光束法区域网平差中，整体求解影像外方位元素和加密点的地面坐标，并对其质量进行评定的理论和方法。 3、主合点：地面上一组平行于摄影方向线的光束在像片上的构像 4、核线：立体像对中，同名光线与摄影基线所组成核面与左右像片的交线。 5、航向重叠：同一条航线上相邻两张像片的重叠度。 6、旁向重叠：两相邻航带摄区之间的重叠。 7、影像匹配：利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点 8、影像的内方元素：是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数。 9、影像的外方元素：描述像片在物方坐标的位置和姿态的参数。 10、景深：远景与近景之间的纵深距离称为景深 11、空间前方交会：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的地面坐标的方法，称为空间前方交会。 12、空间后方交会：利用一定数量的地面控制点，根据共线条件方程或反求像片的外方位元素这种方法称为单张像片的空间后方交会。 13、摄影基线：相邻两摄站点之间的连线。 14、像主点：像片主光轴与像平面的交点。 15、立体像对：相邻摄站获取的具有一定重叠度的两张影像。 16、数字影像重采样：当欲知不位于采样点上的像素值时，需进行灰度重采样。 17、核面：过摄影基线与物方任意一点组成的平面。 18、中心投影：所有投影光线均经过同一个投影中心。 19、单模型绝对定向：相对定向所构建的立体模型经平移、缩放、旋转后纳入到地面坐标系中的过程相对定向：根据立体像对内在的几何关系恢复两张像片之间的相对位置和姿态，使同名光线对对相交，建立与地面相似的立体模型。即确定一个立体像对两像片的相对位置。 20、数字影像内定向：同一像点的像平面坐标与其扫描坐标不相等，需要加以换算，这种换算称为数字影像内定向。 21、像主点：摄影机主光轴在框标平面上的垂足 22、内部可靠性：一定假设条件下，平差系统所能发现的模型误差的下界值 22、外部可靠性：一定显著性水平和检验功效下，平差系统不能发现的模型误差对平差结果的影响。 23、摄影学：利用光学摄影机摄取相片，通过相片来研究和确定被摄物体的形状，大小，位置和相互关系的一门学科技术。 24、影像信息学：是一门记录、储存、传输、量测、处理、解译、分析和显示由非接触传感器影响获得的目标及其环境信息的科学技术和经济实体。
《摄影测量学》课程教学大纲 适用专业测绘工程 学时48 学分 预修课程测量学、控制测量学、测量平差、计算机程序设计 制订日期２００4年9月 一、编写说明 (一) 本课程的性质、地位和作用 该课程属于技术性、实用性特强的测绘工程专业的一门专业课。摄影测量技术作为现代测绘技术体系的重要分支，是一门在多种学科基础上发展起来的新的综合探测技术。 其目的是讲述摄影测量的基本原理与方法，利用摄影测量这一技术手段测制各种基本图件的过程与步骤，以及了解国内外最新发展动态。了解测绘科学中大地、航测、制图三者的关系与联系，并掌握与大地测量有密切关系的摄影测量和遥感有关部分。在数字测图普及时期，摄影测量技术作为快速、精确、经济、实用的外业数据采集最佳方法应用越来越广，越来越深入，在各生产单位正逐步得到推广。也是进行“数字城市”建设的基础地理信息数据采集的重要手段和方法，在推进测绘成果数字化、集约化、信息化和智能化发挥着重要作用。通过本课程的讲授，让学生们深刻理解测绘的深邃内涵，进一步增强适应社会发展的能力，更好地为生产、生活服务。为学生参加摄影测量生产、规划设计和科研打好基础。 (二) 本大纲制订的依据 测绘科学和相关学科的迅猛发展，导致“数字测图”已成为国民经济各行业对测绘产品需求的首选。而摄影测量无疑是数字测图外业数据采集最佳方法，在各级生产部门正逐步得到普及和推广，作为培养新型复合测绘专门人才的高校，旨在对摄影测量的理论、技术、工艺进行系统全面的阐述，同时对其国内外发展动态进行介绍。近年来实验室建设有了很大进展，实验与实习条件大大改善，现有软硬件环境基本可以满足摄影测量实验与实习要求。因此，本大纲制订始终以测绘技术的发展、市场需求、人才培养计划和实验室条件为依据。 (三)大纲内容选编原则和要求 考虑本课程的性质、特点以及实际情况，在教学内容选编时遵循以下原则： 1．以摄影测量的基本概念、基本原理、基本理论和基本方法为重点，来构架学生的知识体系； 2．以实验室的软硬件环境为依托，以培养学生实践和创新能力为核心来开展理论教学与实践教学； 3．内容选编上力求系统、科学与实用，摒弃陈旧、过时的课程内容； 要求学生掌握摄影测量的基本概念、基本原理和基本方法，熟练掌握全数字化摄影测量系统软件的操作与应用，具备数字测图、综合探测和数据处理的实践能力。 (四)实践环节 《摄影测量学》是一门理论性、实践性极强而又非常抽象难理解的课程，对先期储备知识要求很高。为了帮助学生更好的掌握有关知识，增强学生的实践创新能力，结合实际情况，具体安排了如下实验：
对摄影测量基本原理的认识 （贵州大学矿业学院测绘工程 09级2班） 内容摘要 摄影测量【photogrammetry】有二百多年的历史了。通过对摄影测量的学习和认识。本文从摄影测量最基本的原理出发，简单回顾了它的发展历程，本文立足于对武汉大学第二版《摄影测量》教程的学习以及对摄影测量基础知识的了解和认识后，阐述了摄影测量的一些基本知识。着重阐述了当代摄影测量技术最新理论的发展。尤其是对摄影测量的分类，分别阐述大地摄影测量、航空摄影测量、航天摄影测量的一些基本原理后相关技术要点。对大地摄影测量、航空摄影测量的内外业的有关步骤和相应技术作了一定的论述。最后，总结出自己的在学习过程中的对摄影测量的认识，作为测绘专业学生，我更看到新的希望。 关键词：摄影测量测量技术基本原理航天技术
目录 一、引言 (3) 二、摄影测量概述 (3) （一）关于摄影测量 (3) 1.摄影测量学的定义和任务 (3) 2.摄影测量的特点 (4) （二）摄影测量的发展阶段 (4) 三、摄影测量学的分类 (4) （一）地面摄影测量 (5) 1.地面摄影测量的基本原理 (5) 2.地面立体摄影测量的摄影方式 (5) 3.地面摄影测量分为外业工作和内业工作 (5) （二）航空摄影测量 (6) 1.航空摄影测量的基本原理 (7) 2.航空摄影测量的测图方法 (7) 3.航空摄影测量的作业分外业和内业 (9) （三）航天摄影测量 (9) 1.航天摄影测量的基本原理 (10) 2.航天摄影测量的特点 (10) 3.航天摄影测量的应用前景 (10) 四、结语 (10)
一、引言 摄影测量学有二百多年的历史了。最初叫图形量学（据 Iconometry 而来，或译作量影术）。1837年，发明摄影技术后，才叫摄影测量学。数学家勃兰特早在18世纪就论述了摄影测量学的基础——透视几何理论。1839年，法国报到了摄影像片的产生后，摄影测量学开始了它的发展历程。19世纪中叶，法国陆军上校劳塞达利用所谓“明箱”装置，测制了万森城堡图。劳塞达被公认为“摄影测量之父”。航空技术发达以后，摄影测量学被称为航空摄影测量学。1975年，卫星上天后，航空测量发展到了航天摄影测量。 通过上世纪八九十年代对数字摄影测量的研究、开发与推广，进入21世纪，我国数字摄影测量以世人难以想象的速度发展，数字摄影测量工作站在中国的摄影测量生产中获得了普遍的应用与推广，摄影测量的教学也由过去只有少数院校才能进行的“贵族”式的教学得到了极大的普及。目前，全国至少有40多所大专院校的测绘工程专业开设摄影测量课程，这极大地拓宽了摄影测量所需人才的培养渠道。 二、摄影测量概述 （一）关于摄影测量 1.摄影测量学的定义和任务 摄影测量【photogrammetry】指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。传统摄影测量学定义：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。摄影测量学是测绘学的分支学科，它的主要任务是用于测绘各种比例尺的地形图、建立数字地面模型，为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。摄影测量学要解决的两大问题是几何定位和影像解译。几何定位就是确定被摄物体的大小、形状和空间位置。几何定位的基本原理源于测量学的前方交会方法，它是根据两个已知的摄影站点和两条已知的摄影方向线，交会
填空题: 摄影测量: 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,经过了模拟,解析,数字摄影测量阶段. 像片重叠:航向60%,旁向30%. 摄影测量常用的坐标系：(像框标坐标系)/像平面坐标系、像空间坐标系、像空间辅助坐标系、地面摄影测量坐标系、地面测量坐标系。 摄影测量加密按平差范围可分为单模型、单航带和区域网三种方法。按数学模型可分为航带法、独立模型法和光束法三种方法。 摄影测量的发展经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量三个阶段。 GPS 辅助空中三角测量的作用是:大量减少甚至完全免除地面控制点，缩短成图周期，提高生产效率，降低生产成本。 坐标重心化目的：减少模型点坐标在计算过程中的有效位数，以保证计算的精度;采用了重心化坐标之后，可使法方程式的系数简化，个别的数值变成零，部分未知数可以分开求解，从而提高计算速度; 双眼观察立体像对所构成的立体模型称为立体视模型。 航带法区域网平差的观测值为重心化摄测坐标，平差单元为航带模型；光束法区域网平差的观测值为像点坐标，平差单元为单张像片。 表示航摄像片的外方位角元素可以采用以Y轴为主轴的?? ω ? κ 、以X轴为主轴的 ω ‘-?’–κ’?和以Z轴为主轴的A -α–kα三种转角系统。 从航摄像片上量测的像点坐标可能带有摄影材料变形、摄影机物镜畸变、大气折光误差和地球曲率误差四种系统误差。 要将地物点在摄影测量坐标系中的模型坐标转换到地面摄影测量坐标系，最少需要2个平高点和1个高程地面控制点。 人眼观察两幅影像能产生立体视觉的基本条件是：在不同摄站获取的具有一定重叠的两幅影像、观察时每只眼睛只能看一张像片、两幅影像的摄影比例尺尽量一致和两幅影像上相同地物的连线与眼基线尽量平行。 GPS 辅助空中三角测量的目的是大大减少摄影测量加密所需的地面控制点数。 中心投影共线条件方程表达了摄影中心、像点和对应地物点三点位于同一直线的几何关系。摄影测量中，为了恢复立体像对两张像片之间的相互位置关系，可以根据左右像片上的同名像点位于同一核面的几何条件，采用相对定向方法来实现，最少需要量测5对同名像点。矩阵Q vv P主要用于研究观测值的可靠性，其秩等于平差系统的多余观测数。 空间坐标变换中的正交变换矩阵的9个元素中只有3个独立元素。 航摄像片为中心投影，地形图是正射投影。 摄影测量中，恢复影像空中姿态的方法有单片空间后方交会、先相对定向再绝对定向、POS 系统直接获取外方位元素。 摄影基线与任一物方点所作的平面称为核面。 解析相对定向依据的数学方程是共面条件方程。相对定向完成的标志是上下视差为0，最少需要5对同名点。 POS系统可用于直接测定动态目标的位置和姿态。若将POS数据用于直接传感器定位，除需测定GPS天线相位中心与相机投影中心三个偏心分量外，还必须对IMU与相机坐标轴之间的视准轴误差进行校正。 带模型连接条件的连续法相对定向元素有6个。分别为u, v, ?，ω，κ，λ 粗差是人为等因素引起的误差，它具有偶然性，但在数值上比偶然误差大得多。 习惯上称由大地测量坐标系到地面摄影测量坐标系的变换为正变换。
第7 次课首页
教案正文
变形的规律。 格网法：在航摄软片曝光时，标准方格网同时构像在软片上，通过检查 航摄像片上格网点的移位来检查像片的变形情况。 4、改正航摄像片系统变形的方法 A、当框标位于四角时 适用于检测均匀伸缩，仿射变形和扭曲变形。 均匀伸缩改正方法 仿射变形改正方法 y b x b b y y a x a a x 2 1 2 1 + + =' + + =' 双线性变换公式 xy b y b x b b y xy a y a x a a x 4 3 2 1 4 3 2 1 + + + =' + + + =' 线性正形变换公式 y a x a a y y a x a a x 2 3 4 3 2 1 + + =' - + =' y b x b b y y a x a a x 2 1 2 1 + + =' + + =' 投影变换公式 物点三者共线。 基准面的选取是 否一致，不一致带 来的误差满足什 么规律。 量测系统有没有 系统误差存在。 这些问题最终体 现为像点的系统 误差。 强调！ 启发： 如何利用标准改
1 1 2 1 3 2 1 2 1 3 2 1 + + + + =' + + + + =' y c x c b y b x b y y c x c a y a x a x 投影变换线性化公式 xy a y a y a x a a y x a xy a y a x a a x 5 2 4 2 7 6 2 5 4 3 2 1 + + + + =' + + + + =' B、当框标位于四边中央时 适用于均匀伸缩，不均匀伸缩和仿射变形 仿射变形改正方法 y b x b b y y a x a a x 2 1 2 1 + + =' + + =' 均匀伸缩或不均匀伸缩改正方法 利用框标改正像点坐标过程： ●量测框标样片上框标坐标） （y x' ',； 框标和格网分别 讨论。 注意： 介绍思路为主。
《航空摄影测量学》教学大纲 一、说明 1.课程的性质和内容 本课程较全面、系统地讲述了航空摄影测量作业的全过程。以航测的基本理论为基础，以航测内、外业的作业技能为重点。学生修完本课程，能够应用所学知识解决与摄影测量及基础信息获取有关的实际问题。 2.课程的任务和要求 开设本课程的目的在于：学生通过本课程的学习，了解航空摄影测量的一些基本知识和基本方法，掌握航测像片的外业调绘方法，了解内业成图的基本知识，为今后的航测工作打下一定的基础。本课程是一门实践性很强的专业课，主要采用课堂讲授与实习相结合的方法教学，结合教材有关内容并及时安排课堂实习，才能使学生对理论知识加以理解和掌握。 3.教学中应注意的问题 理论教学：灵活处理教学内容，删除部分实例，补充部分基础知识。教法上多采用实例分析，激励学生的学习积极性；教学手段上多使用多媒体教学，把难以表达的理论知识展示给学生，加强直观教学。 实践教学：多加强与相关行业的生成厂家和专业教师的联系，讲述无人机的航拍测量的实训知识。加强学生的实验实训。该课程是实验性较强的课程，要通过学生进行实训项目的训练才能真正领悟体会。 二、学时分配表
三、课程内容和要求 第一章绪论 教学重难点： 摄影测量的定义、任务及分类及航空摄影测量的过程。教学内容： 第一节摄影测量概述 第二节影像信息科学的形成 第三节航空摄影测量的简要过程 第二章航空摄影 教学重难点： 重点：航空摄影的要求 难点：航空摄影的设置 教学内容： 第一节航空摄影的基本概念 第二节航摄资料的质量要求 第三节数码航空摄影 第三章航空摄影测量的理论基础教学重难点： 重点： 1、摄影测量对摄影的基本要求； 2、航摄像片上的点、线、面； 3、常用坐标轴系的定义； 4、像片内、外方位元素的含义； 5、三种角元素的表达方式； 6、像点平面坐标变换与像点空间坐标变换； 7、旋转矩阵的构成方法； 8、共线条件方程推导过程，共线条件方程应用 难点： 1、航摄像片上的点、线、面及其性质；
《摄影测量》教学大纲 英文课程名称：Photogrammetry 课程代码：a041300420 课程类别：专业基础课 学时：24 学分：1.5 开课学期：第五学期 适用专业：测绘工程 考核方式：考试 先修课程：高等数学、现代测量学、控制测量学、遥感概论、误差理论与测量平差基础 开课单位：地理信息与旅游学院 一、课程简介 摄影测量是测绘工程专业的核心专业课程，是一门理论性、科学性和实践性很强的课程。自摄影技术一经问世，便应用于测量，摄影测量学也就诞生了。摄影测量技术作为现代测绘技术体系的重要分支，是一门在多种学科基础上发展起来的新的综合探测技术。摄影测量从模拟摄影测量开始，经过解析摄影测量阶段，现已进入数字摄影测量阶段，实现了摄影测量从人工操作到半自动化、自动化处理的过渡。本课程主要内容包括：摄影测量的基本概念、航摄像片的基本知识、单张像片和立体相对的解析方法、解析空中三角测量以及摄影测量的外业工作概述。 二、教学基本要求与内容安排 （一）教学目的与要求 教学目的：通过本课程教学，使学生掌握地学信息调查的重要载体和手段——航摄像片及其解析的知识，掌握摄影测量过程中影像信息识别、提取、处理和应用的知识和技能。 教学要求：学生在具备先修课程知识的基础上，通过本课程的学习掌握图像立体观察判译和立体量测的原理和方法；重点掌握单像、双像解析摄影测量的基本理论、方法。
（二）教学内容安排 教学内容主要由三部分构成。一是摄影测量学的基本理论，主要包括摄影测量基础概念以及航摄像片知识；二是航摄像片的量测与解析，主要包括单张像片解析双像的解析；三是数字摄影测量的介绍，主要包括数字摄影测量的发展趋势，数字影像的匹配以及数字影像纠正。
第 18 次课首页 解析测图仪 . . . . .
教案正文 . . . . .
. . . . . JX-1，90年代初，APS-P ，JX-3。目前部队配备的大都为APS 系列。模拟仪器的改造系列也是一个特点。单片仪器有AT-1，AT-2解析转绘仪。图1为我国测绘研究所研制的APS －P 型解析测图仪。 图1 分类：解析测图仪以共线方程为基础，在外方位元素已知的情况下，可以由像坐标求得物点坐标，反之，可以由物点坐标求得像坐标。这样在仪器的设计中，存在输入什么坐标的问题，依据这点，可以将解析测图仪分为物方型和像方型解析测图仪。 物方型解析测图仪又分为：模型坐标系、地面坐标系和地理坐标系等。 ● 模型坐标系（X ，Y ，Z ） ● 地面坐标系（平面E ，N ，高程H ） ● 地理坐标系（经纬度H ,,ΦΛ） 像方型的输入量：双像时，一般为x p y x ,,，y p 由计算得到。 优点：（与模拟测图仪相比） ● 精度高 （误差源少，机械传动少） ● 功能强 （画幅式，CCD ，多介质等，不受主距、外方位元素的限制，可以 采集DEM 等等） ● 机助程度高 （定向自动驱动；图廓整饰；符号设计；DEM 采集驱动多样 化，可以及时计算和质量控制） ● 便于实现数字测图和摄影测量自动化（数字结果、方便编辑、产品形式多 样、可以作为GIS 、MIS 的数据采集工作站） 四、解析测图仪的硬件 1、立体坐标量测仪 主要组成部分，物方型解析测图仪通常是通过（A/D ）转换，将手轮和脚盘的机械运动的模拟量转化为数字信息送入计算机，计算机解算得到新的移动量，再经过（D/A ）转换为新的物理量，完成对像片盘或光学系统的驱动。反馈比较，检核正确性。 与常规的立坐比较有如下特点： ⑴和计算机有接口； 一般了解
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教 案 正 文 第五讲 航摄像片的比例尺 备注 一、上讲内容回顾与复习 ● 角元素表达方向余弦的共线条件方程[重点] ● 倾斜像片和水平像片相应像点的变换关系[难点] ● 简化的共线条件方程[难点] ● 共线条件的一次项公式[重点] 二、本讲内容的引出、内容安排、难点重点介绍 ● 像比例尺定义[重点] ● 像点比例尺一般公式[难点] ● 特殊点、线比例尺[重点] 三、像比例尺定义 1、点的坐标变换 一般地说，像片比例尺也可象地图比例尺一样定义为像片上的线段与地面上相应水平线段之比。 图中，影像线段ab 的比例尺为A H f /，cd 的比例尺为D H f /。这说明对于水平像片而言，随着地面高度的不同，它的比例尺也不同。当像片有倾斜时，即使地面水平时也不存在整张像片的统一比例尺。 比例尺是航摄像片重要几何特征之一，影响像比例尺变化的因素，基本上是地形起伏和像片倾斜。地形起伏的影响由相对航高的变化来体现，可不再讨论。下面假定地面水平，只讨论像片倾斜的像比例尺的影响。 上讲内容非常重要，花较多时间回顾。实用形式是根据不同实际情况出发的，关键是掌握其基本思路。 启发引出问题： 地图有同一比例尺，航片情况如何？ 一般情况
四、像点比例尺一般公式 鉴于像比例尺的复杂性我们引入点比例尺的概念。点比例尺定义为像片 上某点在某一方向上的无穷小线段与地面上相应线段长度比的极限。即定义 点比例尺m /1为： dS ds S s m s = ? ? = → ?0 lim 1 ds和dS为像片上和地面上某点在某个方向上的微分线段。 在像面和地面上可分别写出： 2 2dy dx ds+ ＝ 2 2dY dX dS+ ＝ 像点坐标与相应的地面坐标之间的关系可概括为： ) , , ( 1 Z y x f X= ) , , ( 2 Z y x f Y= 而 dy y X dx x X dX ? ? + ? ? = dy y Y dx x Y dY ? ? + ? ? = 因此， 2 2dY dX dS+ ＝变换为 2 2 2 2 2 2] ) ( ) [( ] [2 ] ) ( ) [(dy y Y y X dxdy y Y x Y y X x X dx x Y x X ? ? + ? ? + ? ? ? ? + ? ? ? ? + ? ? + ? ? 结合图分析几种 不同情况下可能 的结果。 由于不同情况下
摄影测量基本公式 1) 空间直角坐标变换 用像片上的点坐标解求相应地面点坐标时，在建立起各种空间直角坐标系的基础上，需要在两两不同的坐标系中进行坐标变换，由高等数学可知，空间直角坐标的变换是正交变换，一个坐标系按三个角元素顺次旋转即可变换为另一个同原点的坐标系。 设像点a 在像空间坐标系中的坐标为(x ，y ，-f )，而在像空间辅助坐标系中的坐标为(X ，Y ，Z )，两者之间的正交变换关系可以用下式表示： ???? ??????-??????????=??????????-=??????????f y x c c c b b b a a a f y x R Z Y X 32 1 32 1321 R 是一个3?3的正交矩阵，由九个方向余弦组成。 1) 2) 像点与相应地面点之间的坐标关系 如图（8-7）O-XYZ 为选定的地面右手坐标系，地面 点A 与投影中心S 在此坐标系中的坐标分别为X, Y, Z 和X S , Y S , Z S ；A 在像片的构像a ，在像空间坐标系与像空间辅助坐标系中的坐标分别为(x, y, -f )和(X ’, Y ’, Z ’)，其中像空间辅助坐标系s-xyz 与地面坐标系O-XYZ 的相应坐标轴分别平行，由于s, a, A 三点位于一直线上，由图中各相似三角形关系可得 λ1 '''=-=-=-s s s Z Z Z Y Y Y X X X 以矩阵表示为???? ??????=??????????---'''Z Y X Z Z Y Y X X s s s λ 有由～式可得像点的像空间坐标系与像空间辅助坐标系的关系为 ???? ??????-??????????=??????????---f y x c c c b b b a a a Z Z Y Y X X s s s 32 1 32 1 321 λ 上式的逆变换为
一、名词解释 1、像片比例尺：航测相片上某一段影像的长度与地面上相应线段的水平长度之比。 2、相对定向：（只根据立体像对内在的几何关系恢复两张像片之间的相对位置和姿态，建立与实际地面几何相似的相对立体模型。）恢复摄影时相邻两影像光束的相互关系。 3、相对定向元素：恢复相邻像片间摄影光束相互位置关系的参数。 4、绝对定向：借助物空间坐标为已知的控制点来确定空间辅助坐标系与实际物空间坐标系之间的变换关系。 5、内定向：根据像片的框架和相应的摄影机检定参数，恢复像片与摄影机的位置，即建立像片坐标系。 6、像主点：由投影中心作像平面的垂线，交像面于o，称为像主点。 7、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。 8、中心投影：用一组假象的直线将物体向几何平面投射称为投影，投射线会聚于一点的投影称为中心投影。 9、单片空间后方交会：利用航摄像片上三个以上的像点坐标和其对应的地面点坐标，根据共线条件方程求解像片外方位元素的工作，称为单张像片的空间后方交会。 10、立体像对的空间前方交会：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，称为立体像对的空间前方交会。 11、核面：通过摄影基线与地面点所作的平面称为核面。 12、核线：核面与影像面的交线称为核线。 13、主合点：地面上一组平行于摄影方向线的直线在像片上的构像。 14、中心投影变换：对于平坦地区(地面起伏引起的投影差小于规定限差)而言，要将中心投影的像片变为正射投影的地图，就要将具有倾角的像片变为水平的像片，这种变换称为中心投影的变换。 9、解析空中三角测量：按航线或区域网将空中摄站及像片的空间位置和姿态放到整个网中，采用严密的数学模型，用少量的地面控制点为平差条件，按最小二乘法原理，统一解算测图所需控制点的地面三维坐标，称之为空中三角测量，亦称解析空三加密。 10、理想像片：对于水平的平坦地区，若能摄取一张水平像片，由于像片与地面平行，则像片上任意两像点间的距离与相应地面点间的水平距离之比为一常数，即摄影比例尺 f/H ，且在此像片上任一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角，则这样的像片可作为地形图使用，称为理想像片。 11、解析相对定向：根据摄影时同名光线位于一个核面的条件，利用共面条件方程解算立体像对中两张像片的相互关系参数，使同名光线对对相交。 13、单模型绝对定向：相对定向所构建的立体模型经平移、缩放、旋转后纳入到地面坐标系中的过程。
《摄影测量与遥感》实训指导书 一、实验内容 利用所提供影像数据，根据遥感图像处理中监督分类的原理以及相关的数量标准对地物进行分类，之后再利用几何校正的相关知识对监督分类的结果进行校正。 二、实验目的 1.进一步强化图像处理的基本理论和知识，并应用于实践； 2．熟悉ENVI4.7软件，熟悉简单的图像处理功能和原理。 3、在掌握图像监督分类的理论知识基础上，更加深入学习监督分类的原则和方法，能够正确地处理各种地物之间的相互关系；通过遥感影像的识别对比实际地物和遥感图像的关系，对图像进行几何校正； 三、实验数据与软件 软件：ENVI4.7 数据：广东省部分地区的TM影像 (7个波段) 四、实验步骤 一）、准备 1.
2、加载图像：打开软件ENVI4.7，加载7个波段的广东省部分地区的TM影像，添加7个DAT文件
3、图像的预处理：将图像的7个波段合成一副影像，具体操作：菜单栏文件→另存为→ENVI标准格式→Import File，选择7个波段，并且对图像波段顺序重新排列
4、赋予图像标准假彩色并裁剪：将合成的图像进行标准假彩色合成，既赋予 band4红色，band3绿色，band2蓝色，开始进行裁剪，选择所要进行监督分类和几何校正的区域，前面步骤和图像的合成一样，操作为文件→另存为→ENVI 标准格式→Import File→Spatial Subset,修改研究区域范围为1000*1000，选择实验区域。
二）、监督分类 5、监督分类：进入监督分类界面之后可在ROI Type的下拉菜单中选择点、线、 面等工具进行选训练区，并对训练区进行颜色的调整，具体操作步骤为：在ENVI主窗体的基本工具→感兴趣区→感兴趣区（ROI工具）。
测绘工程专业课程教学大纲 【课程名称】摄影测量学（Photogrammetry） 【课程编码】A 【课程类别】专业必修课 【课时】56学时 【学分】3.0学分 【课程性质、目标和要求】 课程性质：本课程是测绘工程专业本科学生必修的一门的专业基础课，是一门理论性、科学性和实践性很强的课程。 教学目标：1、通过本专业课系统学习，掌握摄影测量的基本原理、方法与内涵，学习地学信息调查的重要载体和手段——航摄像片及其解析的知识，具备影像信息获取及其信息识别、处理、提取、和表达的知识和技能；2、掌握数字摄影测量的基本知识，了解从影像获取到最终成图的全过程。为学生学习后续专业课程以及毕业后运用所学知识进行实际航测生产或从事相关的科学研究和教学工作打下坚实基础；3、本课程有很强的理论性，应先修理论课程有《误差理论与平差基础》、《大地测量学》、《GPS原理与应用》课程为本课程学习奠定理论基础。 教学要求：摄影测量作为测绘技术的一种手段，要求从基本理论与基本技能两个方面培养学生的专业技能。 基本理论方面：要求透彻理解单张像片和立体像对的点定位基本理论，掌握解析测图仪的结构和在该仪器上测制数字地形图的原理与方法。了解航测成图的全过程。 基本技能方面：要求能够从理论上对航测成图作业过程进行分析和解释，为解决实际作业问题提供理论基础。 【教学时间安排】 本课程计3.0学分，56学时, 学时分配如下： 章次课程内容课时教学形式
1 摄影测量学的定义、任务和发展 4 讲授 2 摄影测量解析基础 6 讲授 3 双像立体测图7 讲授 4 解析空中三角测量8 讲授 5 数字影像与特征提取 6 讲授+讨论 6 影像匹配基础理论与算法 7 讲授 7 数字地面模型的建立与应用 5 讲授 8 数字微分纠正7 讲授+讨论 9 计算机辅助测图 3 讲授 10 数字摄影测量系统 3 讲授 合计56 【教学内容要点】 第一章 一、学习目的要求 通过本章的学习，掌握摄影测量学的概念及其分类和用途，了解摄影测量学发展历程及各阶段的特点。 二、主要教学内容 1、摄影测量学的定义与任务 2、摄影测量学三个发展阶段 3、当代数字摄影测量的若干典型问题 第二章 一、学习目的要求 通过本章的学习，掌握摄影比例尺、影像重叠度、中心投影、共线方程单幅影像空间后方交会的概念，理解透视变换中特殊点线面的关系，熟悉中心投影构像方程式的一般形式，了解摄影测量常用坐标系统及航摄像片上的像点位移规律。 二、主要教学内容 1、航空摄影的基本知识 2、中心投影与透视变换 3、共线方程 （1）摄影测量常用坐标系 （2）影像的内外方位元素 （3）共线方程 4、航摄像片的像点位移与比例尺 5、单幅影像解析基础 （1）影像内定向
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教案正文 第十讲立体像对的观察和量测备注一、上讲内容回顾与复习 ●立体像对角元素之间的关系[重点] ●标准式立体像对基本概念[重点] ●标准式立体像对的几何关系[重点、难点] 二、本讲内容的引出、内容安排、难点重点介绍 ●像对的立体观察 ●立体像对的量测 三、立体像对的立体观察 1、视差理论 人眼的结构 单眼观察 人眼视角：左右 1600 上下 1200 清晰视角：左右 1.50 人眼视轴活动范围： 左右±450 上下 +300，-500 第一类单眼视力：上讲重点探讨标准式立体像对的几何特性。 启发引出问题：如何进行像对的量测？ 需要什么条件？需要什么设备？ 结合图，介绍人眼的结构。
概念：值 45秒 第二类单眼视力： 概念：值 20秒 利用单眼观察去决定物体的远近是比较困难的。 双眼观察 双眼观察特点 交会作用 交会作用与调节作用的一致性 空间影像的形成 能够估计景深 对称点： 生理视差： R R L L C A C A- = η 生理视差是产生立体感觉的生理基础。 2、立体观察条件 双眼观察的特点
①两张像片必须是从不同摄影站摄取的。 ②两眼各看一张像片，即必须分像。 ③必须使同名像点的连线与眼基线平行，以保证两视线在同一个视平 面内。 ④比例尺基本一致（比例尺的差异小于比例尺的16%） 3、立体观察效果 ①正立体如何获得？？ ②反立体 ③零立体 4、立体观察工具 ①袖珍立体镜 是重点。
②反光立体镜 ③立体量测观察系统 讨论： 视模型与几何模型关系？？ 5、分像方法 直接对像对进行目视观察时，立体观察条件中，最难满足的是？？？ ①互补色法 ②偏振光法 ③交替光阑法（闪闭法、光闸法） ④观察工具与立体量测观察设备 四、立体像对的量测 量测的内容：像点坐标量测、左右视差量测、左右视察较量测、上下视 察量测。 生理视差的概念。 只要能产生生理 视差，人就产生立 体感。 从自然观察的角 度分析像对立体
1遥感系统的组成：空间信息采集了系统地血接收与处理了系统地面实况调查了系统信息提取应用子系统 2 3S 技术：GPS GIS RS 4D:DLG （数字线划地图）DOM （数字正射影像图）DEM （数字高程模型）DRG （数字栅格地图） 3摄影测量的内容：获取被摄物体的影像，研究单张和多张像片处理的理论，方法设备和技术以及如何将所测得成果以图解形式和数字形式表示出来 任务：测制衿种比例尺地形图，建立地形数据库，并为备种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据 4特点：在像片上进行量测和解译，无需接触被摄物体木身，因而很少受自然地理条件的限制5摄影测量与遥感：是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、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。 6分类：按距离远近航天航空地面近景显微 按用途地形摄影测量非地形 按技术处理手段模拟解析数字 7获得数字化图形的方法：是在计算机辅助和计算机控制的摄影测量工作站上借助机助制图软件完成的也可以育接在更高级的数据库系统下进行数据采集。对采集的数据一般要经过图形编辑工作站的编辑加工和质量检杏 8获得数字影像方法：1食用数字摄影机和各种数字式扫描仪获得称为数字影像2使用备种数字扫描仪对已得到的像片煤像进行扫描，称为数字化煤像 9我国白行研制的全数字摄影测量系统VirtuoZo（原武汉测绘科技大学）与JX-4A （屮国测绘研究院）已在我国大规模用于摄彩测量生产作业 10模拟摄影测量：原始资料像片；摄影方式物理投影；仪器模拟测图仪；操作方式作业员手工；产品模拟产品 解析摄影测量：像片数字投煤解析测图仪机助作业员操作模拟数字产品 数字摄影测量：像片、数字影像、数字化影像数字投影计算机白动化+作业员 干预数字、模拟 11摄影测量原理：小孔成像 12快门：控制曝光时间。光圈作用：控制和调节进入物镜的光量，并限制物镜成像质量较差的边缘部分的入射光 13在视场面积内获得清晰影像的区域称为像场物镜像方主点与像方直径所张的角称像场角 14量测用摄影机的特征：像距是一个固定的已知值；摄影机像曲框架上有框标标志：内方位元素的数值是已知的 15 航摄机分类：按航摄片像幅18cm X 18cm 23cm X 23crn 30cm X 30cm 16航摄技术的外业准备工作：1搜集航摄地区已有的地形图，控制测量成果，气象等有关资料2划分航摄分区3确定航摄方向和敷设航线4计算航摄所需的飞行数据和航摄数据5编制领航图6确定航摄日期和时间 17相对航高：航摄仪物镜屮心S在摄影瞬间相对于某一基准面（通常是摄影区域地面平均高稈基准面）的高度。绝对航高：航摄仪物镜屮心S在摄影瞬间相对于大地水准面的高度 18摄影测最对空屮摄影的要求：像片倾角应小于2度到3度；航向重吾度保持在60%-65% 最小