1、航片立體觀察一、實驗目的 1.了解航片的航向重疊率和旁向重疊率； 2. 掌握用立體鏡進行像片立體觀察的方法（雙眼生理視差的存在） 3.正確使用立體視鏡，通過立體鏡觀察航片成立體模型。二、實驗器材1.反光立體鏡（或橋式立體鏡）如下圖圖1-1：反光立體鏡圖1-2：左航片圖1-3：右航片三、實驗原理兩個像機從相距一定距離的兩點對同一目標進行攝影，產生的重疊圖像，稱立體像對，成為 立體像對的必要條件是像片的重疊度大于 53。 將成為像對的兩張遙感影像并排排列， 如果左眼 看左邊的圖像，右眼看右邊的圖像，就可以產生目標物的立體視覺效果，這稱為立體觀察。人眼能夠觀察到具有立體感的客觀世界，其原理是一對眼睛

2、在觀察物體時，物體在兩眼的視 網膜上產生的影像之間存在生理視差。同理，像對是從不同角度攝制的同一地物的一對影像，因此存在類似生理視差的影像視差，叫做左右視差。當雙眼分別觀察這一對像片時，存在左右視差的像片會反映到眼睛的視網膜上，構成生理視差，由此便產生了與觀察實物時一樣的立體視覺效果。通常稱這種人為條件下，對立體像對進行觀察，而獲取立體感覺為人造立體觀察。空間景物在感光材料上構像，再用人眼觀察構像的像片產生生理視差，重建空間景物的立體視覺，所看到的空間景物稱為立體影像，產生的立體視覺稱為人造立體視覺。在攝影測量中，為了獲得所攝地面的立體模型并進行量測，就要求用攝影機攝得同一景物的兩張像片（稱之

3、為立體像對，保持像片的重疊度在60%以上），并進行立體觀察，則可得立體模型。這就是利用航片像對進行立體觀察的基本原理。四、實驗內容及步驟1.架好儀器，把立體像對（具有一定重疊度的像片）放在立體鏡下方，按順序放好像片并調整重疊部分；2.通過立體鏡觀察立體像對，對于兩張像片上的同一個重疊部分，若從立體鏡中觀測為重合在一起，則立體觀察的初步條件形成。本質是調節同名像點的連線和眼基線，使得二者大致水平；3.觀察像對，左眼看左片，右眼看右片，兩眼注意力集中一段時間，可見立體景物。利用航片進行人造立體觀察的條件： 1.必須是航攝立體像對(即不同攝影站對同一地區所攝的兩張像片)； 2.像對的比例尺差不得超過

4、 16%(或 15%)； 3.兩眼必須分別看兩張像片上的相應影像，即左眼看左像，右眼看右像（通常稱之為 “分像”；） 4.同名地物點的連線與眼基線平行，且兩像片的距離需要調整，應與雙眼的交會角相適應。五、實驗效果可以看到各種地物的立體效果，有在高空俯視地面的感覺。圖1-4：實驗結果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 立體坐標量測儀圖2-1 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

5、坐標差的儀器。主要部分有：1.觀測系統 2.像片盤 3.量測裝置等圖2-2 左右視差示意圖左右視差：同名像點a1、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。圖2-3左右視差校地面點的像點的左右視差的差值能反映地面高低的差別高差，左右視差校是產生立體的根源。四、實驗內容及步驟內容：主要是觀察淘汰的攝影測量儀器，了解它的發展史，為進一步的實驗做準備；將立體像對置于像片盤上，從觀測系統進行立體觀測，量測像點的坐標和視

6、差，供航空攝影測量內業加密控制點用；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。步驟：1.準備工作2.安置像片和歸心3.像片定向和歸心4.儀器零位置的確定5.同名像點量測五、實驗成果六：總結本次實驗的收獲、體會、經驗、問題和教訓：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。我們知道了他是如何找到了同名象點，一起的功能。通過實習認識了立體坐標儀，

7、這些儀器代表攝影測量發展的階段。測量技術發展迅速，時至今日更高的技術代替了舊的技術。實驗三單像空間后方交會程序1. 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，通過對提供的試驗數據進行計算，輸出像片的外方位元素。2實驗器材（1）計算機（2）航片坐標量測數據、控制點成果、航片攝影參數等。實例數據如下：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圖3-1：原始數據計算近似垂直攝影情況下空間后方交會的解。3. 實驗原理算法流程：否是否是輸

8、入原始數據像點坐標計算，系統誤差改正確定外方位元素初始值組成旋轉矩陣R逐點組成誤差方程式并法化所有像點完否計算改正后的外方位元素計算中誤差，輸出成果，結束解法方程，求外方位元素改正數外方位元素改正數是否小于限差是結束并提示錯誤信息迭代次數小于n計算步驟：1.根據影像覆蓋范圍內一定數量的分布合理的地面控制點（已知其像點和地面點的坐標），獲取已知數據。從航攝資料中查取平均航高與攝影機主距；獲取控制點的地面測量坐標并轉換為地面攝測坐標。測量控制點的像點坐標并作系統誤差改正。確定未知數的初始值。在豎直攝影且地面控制點大體對稱分布的情況下，按如下方法確定初始值，即式中：為攝影比例尺分母；為控制點個數 用

9、三個角元素的初始值按下式計算各方向余弦值，組成旋轉矩陣矩陣中各元素的計算公式如下：1. 逐點計算像點坐標的近似值。利用未知數的近似值和控制點的地面坐標，帶入以下共線方程式， 逐點計算像點坐標的近似值、逐點計算誤差方程式的系數和常數項，組成誤差方程式。由常數項計算公式：得到常數項矩陣計算式為：計算法方程的是系數矩陣和常數項，組成法方程式。解法方程，求得外方位元素的改正數。用前次迭代取得的近似值，加本次迭代的改正數，計算外方位元素的新值。式中：代表迭代次數。將求得的外方位元素改正數與規定的限差比較，若小于限差，則迭代結束。否則用新的近似值重復49滿足要求為止。四、實驗代碼clc;clear all

10、;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 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;%讀取已知數據（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);end Xs0=Xs0/4;%求Xs的平均值作為外方位線元素X

11、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;%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);c

12、2=-sin(g0)*sin(k0)+cos(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項A=;%建立空矩陣A，用來放誤差方程的系數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;y

13、1h=-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*(x

14、(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;end XX=inv(A'*A)*A'*L;%計算外方位元素近似值的改正數矩陣Xs0=XX(1)+Xs0;Ys0=XX(2)+Ys0;Zs

15、0=Zs0+XX(3);g0=g0+XX(4); w0=w0+XX(5);k0=k0+XX(6); if abs(XX(4)<0.0000291 & abs(XX(5)<0.0000291 & abs(XX(6)<0.0000291 breakendend %判斷所求改正數是否符合要求的精度Xs=Xs0Ys=Ys0Zs=Zs0g=g0 w=w0k=k0R五、實驗成果Xs =39795；Ys =27476；Zs =7572.7;g =-0.0040;w =0.0021;k =-0.0676;R = 0.9977 0.0675 0.0040 -0.0675 0.9

16、977 -0.0021 -0.0041 0.0018 1.0000實驗四攝影測量儀器的參觀1. 目的1）了解攝影測量及儀器發展歷史2）參觀模擬及數字攝影測量儀器3）理解模擬測圖原理及方法2. 實驗器材1）多倍儀(如圖4-1)2）攝影測量工作站VirtuoZoNT(如圖4-2)圖 4-1 多倍儀圖 4-2 攝影測量工作站 VirtuoZoNT3. 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

17、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。科學考察和軍事偵察有時采用傾斜航空攝影。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，由于飛行姿態不同，每張像片與地面之間的幾何關系也是不同的。利用航空像片測制一定比例尺的地圖，首先要恢復這種幾何關系。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建立起來，確定這些參數就能恢復相互的幾何關系，這些參數稱為像片的方位元素。其中，確定攝影物鏡（后節點）與像片關系位置的參數稱為內方位元素，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稱為外方位元素，外方位元素有六個：其中

18、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，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；連續立體模型的相對走向則要保持左光束不動，依次旋轉

19、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。但是，我們建立立體模型的目的是為了測繪與實地相似的地圖，這就要求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。經過相對定向和絕對定向后，就可以在立體模型上測繪等高線了。上述過程稱為航攝過程中的幾何反轉，利用傳統的攝影測量儀器，就可以實現攝影過程的幾何反轉。一般在室內,把立體像對的兩張透明像片分別裝入內方位元素與攝影機相同的兩個投影器中，把兩個投影器中心距離縮短，把兩片的外方位元素恢復兩片攝影時的絕對位置，再用兩個聚光燈分別照兩個像片得到的兩投影光束中同名光線對對相交，建立起與地面全方位相似的光學立體

20、模型。4 實驗步驟1.在老師的帶領下進入實驗室，根據書上的介紹描述，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。實驗五VirtuoZoNT系統認識1. 實驗目的1）理解數字攝影測量原理2）了解數字攝影測量儀器發展歷史3）熟悉數字攝影測量工作站VirtuoZoNT2. 實驗器材攝影測量工作站VirtuoZoNT3. 實驗原理1）數字攝影測量原理數字攝影測量是基于攝影測量的基本原理，應用計算機技術，從影像（包括數字影像或數字化影

21、像）提取所攝對象用數字方式表達的幾何與物理信息。2）數字攝影測量發展歷史計算機硬、軟件技術的飛速發展，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：數字攝影測量萌芽階段；20世紀80年代：數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的數字攝影測量系統。3）數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：影像掃描數字化儀輸出設備：繪圖儀4）全數字攝影測量系統-VirtuoZoNT的特點利用全數字攝影測量系統的工作原理,經過內定向、相對定向、核線重采樣、絕對定向等操作,實現地形要素采集,但只能生產全數字攝影測量系統內部固有的數據格

22、式(*vtr或*xyz)的產品，有效地提高了工作效率,降低內耗,減少了作業中間數據的相互轉換,避免了有效數據的丟失,很好地保證了產品的質量。4 實驗步驟1）用空中三角測量軟件VirtuoZo AAT進行自由網平差。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）其他后續操作，4D產品生產。圖5-1：作業流程實驗六解析空中三角測量1. 實驗目的1）掌握空中三角測量原理2）熟悉VirtuoZoAAT操作2. 實驗器材1）VirtuoZo AAT2）數字影像3. 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

23、上的構像，根據攝影中心、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全數字攝影測量系統的影像配準算法具有可靠、快速和精確的優點。AAT（自動空三）模塊除半自動量測控制點之外，其它所有作業（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像點網）都可以自動完成。PATB 光束法區域網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，將上述兩件的優點結合在一起，即VirtuoZo的 AATM

24、 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；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。4. 實驗步驟第一步：新建一個測區，設置測區參數第二步：設置相機參數第三步：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

25、 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：出現了“粗差點”-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

26、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定為止第 10-13 步：當像點觀測精度穩定后，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”第十一步：在主界面中創建“加密點文件”5撰寫實驗報告實驗七 4D 產品生成1.實驗目的1）掌握 4D 產品生產流程2）熟悉DE

27、MMaker2. 實驗器材VirtuoZo NT 、VirtuoZo AAT、DEMMaker3. 實驗原理DEM 的生成有多種途徑與方式，主要依據工作目的及信息源和數據采集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 的數據源；其二是使用地面測量數據源,如用 GPS、全站儀、野外測量等；第三種方法是用地形圖生產 DEM 數據，即用現有地形圖矢量化。（1）攝影測量：是 DEM 數據采集最常用的方法之一。它是以數字影像為基礎,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,并自動記錄測量數據,將這些數據通過串行通訊,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：利用手扶跟蹤數字化儀或掃描數字化儀, 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