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    从今天开始,我们一起进入摄影测量的世界! 第一节 摄影测量学的定义、任务 第二节 摄影测量与遥感的分类 第三节 摄影测量与遥感的发展历程 第四节 遥感主要应用领域及3S技术 第一节 摄影测量学的定义、任务 ...

    从今天开始,我们一起进入摄影测量的世界!

    • 第一节  摄影测量学的定义、任务
    • 第二节  摄影测量与遥感的分类
    • 第三节  摄影测量与遥感的发展历程
    • 第四节  遥感主要应用领域及3S技术

    第一节  摄影测量学的定义、任务


        先来看一下例子:

     

    思考:

    1、摄影测量去常规测量的相同点与不同点?

    2、摄影测量有哪些优点?

    3、摄影测量有什么缺点?

    1.1.1 传统摄影测量学定义

    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。

    1.1.2 遥感

    遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息,判认地球环境和资源的技术。它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征,并将特征记录下来,供识别和判断。把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感,称为航空遥感。

    把遥感器装在航天器上进行遥感,称为航天遥感。完成遥感任务的整套仪器设备称为遥感系统。 航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测,获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用。例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。

    遥感原理如下图所示:

    遥感原理图

    电磁波谱

    1.1.3 摄影测量VS遥感

    1.1.4 摄影测量与遥感

    1988年国际摄影测量与遥感协会(ISPRS)在日本京都第16届大会上定义:摄影测量与遥感是对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译,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。

    1.1.5 摄影测量的任务

     

    第二节 摄影测量与遥感的分类


    1.2.1 摄影测量的分类

    1.2.2 遥感的分类

    遥感技术的类型往往从以下方面对其进行划分:

    • 根据工作平台区分:地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感
    • 根据记录方式区分:成像遥感、非成像遥感;
    • 根据应用领域区分:环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感等;
    • 按传感器的探测范围波段分:紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感;
    • 按工作方式分为:主动遥感、被动遥感。

     

    第三节  摄影测量与遥感的发展历程


    (1)模拟摄影测量

    利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转,用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型,通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图

     

    (2)解析摄影测量

    • 1954年,第一台电子计算机问世
    • 1957年,海拉瓦博士提出解析测图仪的思想,标志着解析摄影测量的开始
    • 20世纪70年代末至90年代初,解析摄影测量发展的鼎盛时期

    以电子计算机为主要手段,通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系,并提供各种摄影测量产品的一门科学

     

    (3)数字摄影测量

    • 计算机硬、软件技术的飞速发展,使功能增强,成本降低,并为编制大型软件提供平台
    • 20世纪70年代:数字摄影测量萌芽阶段
    • 20世纪80年代:数字摄影测量原型研究阶段
    • 20世纪90年代:真正推出可用于生产的数字摄影测量系统

    基于摄影测量的基本原理,通过对所获取的数字/数字化影像进行处理,自动(半自动)提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息,从而获得各种形式的数字产品和目视化产品

    VirtuoZo 数字摄影测量系统

     

    VirtuoZo NT 系统是适普软件有限公司与武汉大学遥感学院共同研制的全数字摄影测量系统,属世界同类产品的五大名牌之一。此系统是基于WindowsNT的全数字摄影测量系统,利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。由计算机视觉(其核心是影像匹配与影像识别)代替人眼的立体量测与识别,不再需要传统的光机仪器。

    JX-4A数字摄影测量工作站

    像素工厂

     

    1.3.2 遥感技术的发展历程

    • 最初,照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。
    • 遥感的发展是伴随传感器的发展而发展的。
    • 目前广泛使用的数据源有:SPOT、Landsat、IKONOS、QuickBird、ALOS等等。

     

    第四节  主要应用领域及3S技术


    1.4.1 遥感主要应用领域

    • 外层空间
    • 大气遥感
    • 海洋遥感
    • 陆地遥感
    • 军事遥感

    1.4.2 3S技术及其应用

    3S:

    • GIS
    • RS
    • GNSS

    综合应用:

    • 精准农业
    • 城市规划

    ADS40数字航空影像

    航空光学影像

    三维景观图

    正射影像

     

    本章结束!

    刘一哥GIS:专注测绘地理信息教育,探索地理奥秘,分享GIS价值!

     

     

    展开全文
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    摄影测量学的中心问题:从影像来得到影像中成像像素在世界坐标系下的三维坐标。 为了达到这一目标,需要解决的几个问题是: 1、如何建立相机和外部世界坐标之间的关系 在介绍摄影测量常用坐标系之前,首先要了解透视...

    摄影测量学的中心问题:从影像来得到影像中成像像素在世界坐标系下的三维坐标。

    为了达到这一目标,需要解决的几个问题是:

    1、如何建立相机和外部世界坐标之间的关系

    在介绍摄影测量常用坐标系之前,首先要了解透视变换中重要的点、线、面。

    在这里插入图片描述

    其次,要了解摄影测量中常用的坐标系以及坐标系之间的转换。

    一、像方坐标系

    像平面坐标系:

    ​ 框标坐标系:框标连线为x,y轴,交点为原点,与航向方向相近的连线为x轴构成右手系。

    ​ 像平面坐标系:与框标坐标系的唯一区别是,交点为像主点

    注:当像主点S在框标坐标系中的坐标为(x0,y0)(x_0,y_0),则框标坐标系下像点坐标(x,y)(x,y)化算到 像平面坐标系中的坐标为(xx0,yy0)(x-x_0,y-y_0)

    像空间坐标系:SxyzS-xyz

    ​ 以摄影中心S为坐标原点,x,y轴与像平面坐标系的x,y轴平行,z轴与主光轴重合构成右手直角坐标系。

    因此,若某一像点的像平面坐标为(x,y)(x,y),则该像点在像空间坐标系中坐标(x,y,f)(x,y,-f)

    像空间辅助坐标系:SXYZS-XYZ

    坐标轴通常有三种取法:
    (1)原点在中心投影SS,以铅锤方向为ZZ轴,航向为XX轴,构成右手直角坐标系(如图a);
    (2)以每条航线内第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系(如图b);
    (3)暂不述

    二、物方坐标系

    摄影测量坐标系:PXpYpZpP-X_pY_pZ_p

    像空间辅助坐标系SXYZS-XYZ沿着Z轴反向平移至地面点P,得到的坐标系称为摄影测量坐标系。

    地面测量坐标系:TXtYtZtT-X_tY_tZ_t

    指地图投影坐标系,即高斯克吕格3°3^°带或6°带投影的平面直角坐标系和高程系,两者组成的空间直角坐标系是左手系

    地面摄影测量坐标系:DXtpYtpZtpD-X_{tp}Y_{tp}Z_{tp}

    由于摄影测量坐标系采用的是右手系,而地面测量坐标系采用的是左手系,因此,要将摄影测量坐标系转到地面测量坐标系较为困难。引入地面摄影测量坐标系,其原点在测区的某一地面上,XTPX_{TP}轴与XpX_p轴方向大致一致,单位水平,ZtpZ_{tp}轴铅锤,构成右手直角坐标系。

    有了以上这些坐标系,则可以像平面坐标转为地面测量坐标,关系如下:

    (x,y)(x,y,f)(X,Y,Z)(Xp,Yp,Zp)(Xtp,Ytp,Ztp)(Xt,Yt,Zt)(x,y) - (x,y,-f)-(X,Y,Z)-(X_p,Y_p,Z_p)-(X_{tp},Y_{tp},Z_{tp})-(X_t,Y_t,Z_t)

    像平面坐标—像空间坐标—像空间辅助坐标—摄影测量坐标—地面摄影测量坐标—地面测量坐标

    在摄影测量过程中,想要确定像片面与地面之间的几何关系,则需要定量描述摄影机的姿态和空间位置。这里需要两步,(1)确定内方位元素 ; (2)确定外方位元素。

    内方位元素用于确定摄影中心对像片的相对位置,(f,x0,y0)(f,x_0,y_0)

    ff:像片主距

    x0,y0x_0,y_0:像主点在像片框标坐标系中的坐标

    外方位元素用于确定像片以及摄影中心在地面坐标系(常为地面摄影测量坐标系)中的位置。

    外方位线元素:(Xs,Ys,Zs)(X_s,Y_s,Z_s),描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的位置

    外方位角元素:常有3种表示,YY轴为主轴的φωK\varphi-\omega-K转角系统为例说明,如图,SxyzS-xyz为像空间坐标系,OXTYTZTO-X_TY_TZ_T为地面辅助坐标系。摄影测量坐标系SXYZS-XYZ,使其轴与地面辅助坐标各轴平行,则三个角元素定义如下:

    航向倾角φ\varphi:主光轴S0S_0XZXZ坐标面内的投影与过投影中心的铅垂线之间的夹角,逆时针方向为正。

    旁向倾角ω\omega:主光轴S0S_0与其在XZXZ坐标面内的投影之间的夹角,逆时针方向为正 。

    像片旋角KKYY轴沿主光轴S0S_0的方向在像平面上的投影与像平面坐标的yy轴之间的夹角,逆时针方向为正 。

    三、坐标变换

    空间直角坐标变换的一般表达式为:
    [XYZ]=[a1a2a3b1b2b3c1c2c3][xyz]=R[xyz] \begin{bmatrix}X \\Y \\Z \\\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}a_1 &a_2&a_3\\b_1&b_2&b_3\\c_1&c_2&c_3 \\\end{bmatrix}\begin{bmatrix}x\\y\\z\end{bmatrix}=R\begin{bmatrix} x \\y\\z\\\end{bmatrix}
    其中,九个系数为两轴间的方向余弦
    [a1a2a3b1b2b3c1c2c3]=[cosXxcosXycosXzcosYxcosYycosYzcosZxcosZycosZz] \begin{bmatrix}a_1 &a_2&a_3\\b_1&b_2&b_3\\c_1&c_2&c_3 \\\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}cosXx& cosXy&cosXz\\cosYx&cosYy&cosYz\\cosZx&cosZy&cosZz \\\end{bmatrix}
    如何确定方向余弦,现在以YY轴为主轴的φωK\varphi-\omega-K转角系统下,像空间坐标系与像空间辅助坐标系的转换为例。

    SXYZS-XYZSxyzS-xyz

    展开全文
  • 传统摄影测量在解决深度计算和影像匹配的过程中,存在交会角大,匹配精度底,深度误差小问题,为了解决这个问题,文中提出多基线摄影方法,在此基础上出现旋转多基线摄影测量,为近景摄影测量的发展提供了很大的帮助。
  • 摄影测量笔记

    2017-08-04 14:57:09
    本文用来记录平日学习摄影测量过程中的一些知识点:关键词 摄影测量 近景摄影测量 计算机视觉 知识点 航空摄影测量和近景摄影测量的相同点:二者的相同点主要在于基本的原理相同,数据处理的方法基本相同; 不同点...

    本文用来记录平日学习摄影测量过程中的一些知识点:

    关键词

    • 摄影测量
    • 近景摄影测量
    • 计算机视觉

    知识点

    1. 航空摄影测量和近景摄影测量的相同点:二者的相同点主要在于基本的原理相同,数据处理的方法基本相同;

    2. 不同点主要是在目的,航空摄影测量最主要的目的是获取地形图,必须获取影像像素点对应的空间坐标;近景摄影测量的主要目的是测定目标物的外在形态,大小和运动状态,获取的一般是相对的空间位置,不注重目标点的绝对位置。

    3. 航空摄影测量的控制方式以控制点为主,多为明显的地面店;近景摄影测量除了控制点方式之外,还有相对控制方式,且常常使用人工标志。

    4. 现有的测绘方式: 1.基于测角、测距的工程测量;2. 三坐标测量仪;3. 基于光干涉原理的测量;4. 全息技术;5. 光截面摄影测量技术;6. 基于磁力场的三维坐标测量技术;7. 基于三维激光扫描的测量技术;8. 基于GNSS的测量技术;9.摄影测量技术。

    5. 我这次关于摄影测量的任务(已知内方位元素和外方位元素)与传统的摄影测量的任务是不一样的,所以采用的平差方法也不一样。我准备采用经典的最小二乘法来做平差,但是这个会涉及到测绘领域中几个比较难解决的问题:1. 如何判断数据中是否存在粗差;2. 如果判断出数据中存在粗差,如何去定位粗差,从而删除对应的观测值。对于第一个问题,我想粗差的存在与否只能通过平差估计之后,利用估计的结果才能判断(能否在平差之前判断呢?应该是不能的,因为既然是粗差,那我们应该就是不知道它到底存不存在)。

    6. 先从我熟悉的GNSS领域来回答这个问题。 在RTKLib处理GNSS数据时,它解决第一个问题的方法是提出了两个限制条件,一个是chi‐squared 测试,一个是DOP阈值,也就是说如果没通过chi-squared test或者DOP超过了阈值,那么判断估计失效,数据中存在粗差。解决第二个问题,即定位粗差的方法是RAIM FDE,它通过循环估计的方法来判断失效的数据,但是它只适用于有一颗卫星失效时的情况,而且需要至少有两个多余观测。

    7. 有必要分析一下我这次摄影测量的任务与传统的摄影测量任务,以及GNSS测量任务中使用最小二乘法的相同点与不同点。

    8. 传统的摄影测量会使用的估计方法也是基于最小二乘法的,但是其中最常用的光束法平差是将一对像对中所有光线的共线方程组合起来,一起进行平差,而不是对单个光线进行平差。GNSS测量任务中,在进行单点定位时,每个观测值只提供一个公式,而在我这次的任务中,一个观测值可以提供三个公式,它们观测值与未知数之间的数量关系不一样。

    9. 综合上述分析,找出适合这次任务的粗差检验和探测方法

    10. 因为使用的是最小二乘法平差,所以我认为粗差的检验方法同样可以使用chi-squared test方法,至于DOP阈值,因为拍照时照片的数量一般会比较少,而且会尽量选择比较好的位置,这个问题可以先不考虑

    11. 检测出平差结果有错该如何解决呢?目前的测量是,如果只有两张照片,那么就直接抛弃这个点的估计;如果有三张或者四张,则用RAIM方法。

    12. RAIM方法虽然只能剔除只存在一个观测值有粗差的情况,但是它仍然能判断估计结果是否有误。

    13. RAIM(Receiver Autonomous Integrity Monitoring),即用户自主完备性监测,是接收机本身利用多余观测值来判断定位结果是否可靠的一种方法。需要注意的是,这里的完备性直接指的是定位结果的可用性,间接是针对卫星观测值来说的,因为定位结果是由观测数据决定的。。卫星的健康状态只能表示卫星信号的可用性,不能表明接收机接收到数据的可用性,想要判断用户接收数据的可用性,还需要其他的步骤,比如进行系统误差的修正,粗差的探测等。RAIM一般包括结果检验、粗差探测和剔除等步骤。

    14. 除了在接收机端进行完备性的检验,还有另外一种完备性监测,比如sbas卫星通过处理可以获取某些数据的完备性,然后发送给用户,用户可以根据这个完备性进行相应的处理。但是用户端的自主完备性监测是不能忽略的,因为sbas只知道一些改正数的完备性,不能保证其他数据的完备性。

    15. RAIM方法中,第一步是基于卡方检验来判断平差的结果是否正确,我们现在来对卡方检验进行学习。首先我们需要明白一点,什么是假设检验? 很明显,但是很容易忽视,假设检验就是先定一个假设,然后来验证它

    16. 卡方检验是一种验证假设是否正确的方法,比如我们假设观测值没有粗差,那么residual的值应该符合某个条件,

    17. 只有两幅图像的时候,能判断粗差存在与否吗?三幅图像时,能判断粗差的位置吗?

    18. 使用最小二乘估计是有一个前提的,就是一组观测值只存在着正态分布的偶然误差

    19. 进行最小二乘法平差以后,观测值残差和观测值误差之间的关系。

    20. 粗差不可发现测量最核心的问题就是平差,也就是利用观测值估计出待估参数,平差的本身不复杂,复杂的是怎么处理观测值中带有的种种误差,比如说系统误差,粗差。测绘的核心问题其实就是处理误差,最小二乘法的实质是处理偶然误差。

    21. 我的任务中存在哪些系统误差? 存在哪些可能的粗差?是非常重要的问题。

    22. 类似与DOP的概念,摄影测量中两条光线最好的角度是90度

    23. 需要注意的是,如果只有两幅图像时,有多余观测,可以检测出粗差吗?答案是可以的。那我们是不是不需要做额外的粗差检测了?

    24. 多余观测值越多时越容易发现观测值中的粗差。

    25. 给用户的测量结果需要有三个,一个是测量结果,二是测量精度,三是可靠性

    26. 精度和可靠性统称平差的质量。
    27. 精度有内符合精度、外符合精度;可靠性也有内部可靠性和外部可靠性的分别。
    28. 精度评定有单位权中误差。未知数的理论精度,实际精度。实际精度是与其他方式比较的结果。
    29. 极限误差、最大误差。
    30. 基于假设检验的思想,误差不超过一定量时,是不可发现的。一个平差系统所能发现误差的最小值是3.29倍的中误差。
    31. 可靠性研究的三个任务:1. 从理论上来评定一个平差系统所能发现系统误差的最小值;2. 估计不可发现的模型误差对平差结果的影响(观测值误差与残差之间的关系);3. 从实用上找到一种自动处理模型误差的方法。前两个是理论成果,最后一个才是实际成果。
    32. 不能简单的用残差来判断粗差。如何用残差来判断粗差?
    33. 精度矩阵、可靠性矩阵。
    34. 3.29倍的中误差
    35. 数据探测法的前提条件:一组观测值只有一组粗差,已知观测值的先验精度。
    36. 当正确的观测值个数大于或等于未知数个数的时候,是可以将粗差判断出来的
    37. 所以说如果一个同名点只在两幅图像上时,是不能判断他平差结果的可靠性的。但是又有另外一个问题,只有两幅图像时,平差能不能够收敛呢
      问题:有多少多余观测的时候,可以把粗差剔除出来?
    展开全文
  • 倾斜摄影测量关键技术,作为倾斜摄影的入门,以及提升使用
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    2018-05-11 20:19:21
    摄影测量相对定向,本人能力一般,通过自己的实验数据进行分析,进行MATLAB编程,最后得到结果,符合精度要求,但是具体细节有待提高,希望个人同仁能不吝赐教给与批评指正

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