武大版摄影测量学重点.docx

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武大版摄影测量学重点

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第一章绪论

1、基础地理信息类型传统的4D数据摄影测量学

DLG－DigitalLineGraphic，数字线化图

DEM－DigitalElevationModel，数字高程模型

DOM－DigitalOrthophotoMap，数字正射影像

DRG－DigitalRasterGraphic，数字栅格地图2、

传统的摄影测量学

是利用光学摄影机获取的像片，通过像片来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系的一门科学技术。

3、摄影测量与遥感

是对非接触传感器系统获得的影像进行记录、量测、分析和表达，从而获得地球及其环境和其它物体的可靠信息的一门工艺、科学和技术。

4、摄影测量是影像信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。

5、摄影测量的任务：

（1）地形测量领域：

各种比例尺的地形图、专题图、特种地图、正射影像地图、景观图；建立各种数据库；提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据

（2）非地形测量领域生物医学、公安侦破、交通事故、勘察古文物、古建筑建筑物、变形监测、工业摄影测量、环境监测

6、摄影测量的特点

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无需接触物体本身获得被摄物体信息

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由二维影象获取对象的空间三维信息

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面采集数据方式，信息丰富逼真

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同时提取物体的几何与物理信息

7、摄影测量学的三个发展阶段

（1）模拟摄影测量阶段（1851-1970）

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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）解析摄影测量阶段（1950-1980）

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）数字摄影测量阶段（1970-现在）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

8、摄影测量三个发展阶段的特点

9、影像信息学影像信息学是一门记录、存储、传输、量测、处理、解译、分析和显示由非

接触传感器影像获得的目标及其环境信息的科学、技术和经济实体。

10、影像的获取航空影像的获取：

航空摄影测量主要使用专用

的量测航空摄影机航天影像的获取：

各种遥感影像卫星近

景影像的获取：

各种量测及非量测相机

第二章摄影测量基础知识

1、建立摄影测量坐标系的目的

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摄影测量学的基本任务是根据像点的位置确定地面得点位置

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像点和地面点需要在不同的坐标系下定量描述其位置

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通过坐标变换式，建立像点坐标到地面点坐标的映射关系

2、摄影测量使用两类坐标系

（1）像方坐标系：

用于描述像点的平面或空间位置

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1、像平面上的直角坐标系

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2、像空间直角坐标系（S-xyz）

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3、像空间辅助坐标系（S-uvw）目的：

像空间坐标系是从像平面坐标系得到

的，造成各像片的像空间坐标系不统一，给计算带来困难；为了统一不同

像片的像空间坐标系，建立一种相对统一的坐标系S-uvw

（2）物方坐标系：

用于描述地面点的平面或空间位置

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1、地面测量坐标系（T-XtYtZt）地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐

标系为高斯-克吕格三度带或六度带1980西安坐标系、或1954北京坐标系，

高程坐标系为1956黄海高程系或1985黄海高程系

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2、地面摄影测量坐标系（D-XYZ）像空间直角坐标系是右手坐标系，地面测

量坐标系是左手坐标系，为了坐标转换的方便，在两者之间建立一种过渡

性的坐标系。

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3、摄影测量坐标系（p-XpYpZp）将像空间直角坐标系沿w轴反向平移到

地面上某一点p上所构成的地面直角坐标系

3、像片的方位元素

–描述航空摄影瞬间摄影中心和像片在地面设定的空间坐标系中的位置和姿态

参数；

–方位元素有内方位元素、外方位元素

像片的内方位元素：

描述摄影物镜后节点（摄影中心）与像片之间相互位置的参数，内方位元素包括三个参数：

摄影中心S到像片的垂距（主距）f，及像主点o在像片框标坐标系中的坐标x0,y0

像片外方位元素：

在恢复内方位元素的基础上，确定摄影光束在地面直

角坐标系（一般为地面摄影测量坐标系）中空间位置

和姿态的参数。

4、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。

5、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

6、像点位移规律

7、航空摄影与航空摄影机

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航空摄影的航摄仪主要选用量测摄影机，量测摄影机与普通摄影机相比，具有如下

三个特征：

（1）像距是一个固定的已知值，且等于摄影机的主距f

（2）摄影机获取的像片上有框标标志

（3）摄影机的内方位元素（x0,y0,f）是已知的

8、摄像机的参数航摄机主距：

物镜中心到像片平面（位于焦点处）的距离，也叫做像片主距像片框标：

像框平面上的框标标志在像片上的成像，在框架中点的机械标志叫机械框标，在框架的四个角偶上的记号叫光学框标内方位元素：

摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点。

由于制造技术上的误差，导致像片主点与框标坐标系原点（框标连线的交点）不重合。

像片主点在框标坐标系中的坐标值（x0,y0）与像片主距f，被称为摄影机的内方位元素，或像片的内方位元素

像场角视场：

光线通过物镜后，成像平面上照度不均匀的光

亮圆像场：

视场内物镜焦面上中央成像清晰的光亮圆视场角：

由物镜后节点向视场边缘射出的光线所张开的角－2a像场角：

由物镜后节点向像场边缘射出的光线所张开的角－2b常

角：

（像场角<70。

）

宽角：

（像场角＝70。

~100。

）

特宽角：

（像场角>100。

）

像幅：

摄影机最大成像胶片大小，一般有18cm×18cm,23cm×23cm，30cm×30cm三种，在四边或四角有框标

9、摄影成果的质量要求

像片的色调：

色调一致、反差适中，没有影响测图的阴影像片重叠度：

沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠航向重叠：

同一条航线上，相邻两像片应有一定范围的影像重叠；沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，最小不能小于53％旁向重叠：

相邻航线的像片之间也应有一定范围的影像重叠；相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠，最小不能小于15％像片倾角：

摄影瞬间摄影机的主光轴发生了倾斜，主光轴与铅垂线的夹角，称为像片倾角；一般要求像片倾角不大于20，最大不能超过30航线弯曲：

把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各张像片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称为航线弯曲；航线弯曲度：

航线最大弯曲矢量与航线长度l/L之比的百分数。

要求航线弯曲度<3%像片旋角：

相邻像片上主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线之间的夹角，称为像片旋角；要求像片旋角<60，最大不超过80

10、航摄像片和地图的对比

地形图的特点1、图上任意两点间的距离与相应地面点的水平距离之比为一常数，等于图比例尺

2、图上任意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

航摄像片的特点

比例尺：

地图有统一比例尺，航片无统一比例尺；表示方法：

地图为线划图（含符号、注记），航片为影像图；表示内容：

地图需要综合取舍，航片表示全部地物；几何差异：

航摄像

片可组成像对立体观察，地图不能；11、空间对象的透视变

换作图的基本准则

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找迹点：

物面上直线与透视轴的交点

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找合点：

过投影中心作物面上直线的平行线与合线的交点

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找线段端点的中心投影：

迹点、合点连线与线段端点、投影中心连线的交点

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找线段的中心投影：

连接线段端点的中心投影，其连线即为物面上线段的中心投影

第四章摄影测量解析基础

1、立体坐标量测步骤

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仪器归零：

各个手轮应放在零读数（x0，y0，p0，q0）位置上，左、右测标分别对准左、

右像片盘的中心，再使左、右像片框标连线的交点分别与左、右测标重合，即像片归心——仪器

坐标系原点与像片坐标系原点重合

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像片定向：

使仪器坐标轴系与像平面坐标轴系平行。

移动X手轮，单眼观察测标的

移动看是否沿像片上的x轴向运动，若测标不在x轴向上，则需要用κ螺旋旋转像片，

使测标保持在x轴上移动

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像点量测：

移动X，Y，p，q手轮，使测标立体切准量测像点，并记下相应读数鼓

上的读数x，y，p，q

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坐标计算：

xa=x-x0,ya=y-y0;xa’=xa-（p-p0）,ya’=ya-（q-q0）2、单张像片的空间后

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。

3、双像解析摄影测量根据获取的立体像对的内在几何特性，按照物点、摄影中心与像点构成的几何关系，用解析计算方法获取地面的基础地理信息（点的三维空间位置、几何信息）。

4、双像解析摄影测量的方法及比较

5、

5、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。

6、解析相对定向的概念确定一个立体像对两像片的相对位置，称为相对定向。

相对定向的目的：

确定立体像对

两张像片相对位置和姿态，建立一个与拍摄物体相似的立体模型，以确定模型点的三维坐

标。

相对定向元素：

确定立体像对两张像片相对位置和姿态关系的参数。

利用立体像对中摄影时存在的同名光线对应相交的几何关系，通过量测像点坐标，以解

析计算的方法（此时不需要野外控制点），解求两像片的相对定向元素值的过程，称之为解

析相对定向。

6、绝对定向元素描述相对定向所建立的立体模型的比例尺和空间方位（绝对位置和姿态）的参数称作绝

对定向元素

通过将相对定向模型进行缩放、平移和旋转，使其达到绝对位置原理：

绝对定向是利用已知的地面控制点，对立体模型进行空间相似变换，解求7个绝对定向元素

7、双像解析的相对定向－绝对定向解析方法步骤综合立体像对的相对定向和绝对定向过程，可得到双像解析的相对定向－绝对定向解析方法步骤：

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采用连续像对或单独像对的相对定向元素的误差方程式解算相对定向元素；

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由相对定向元素组成左、右像片的旋转矩阵R1、R2，并利用前方交会式求出模型点

在像空间辅助坐标系中的坐标；

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根据已知地面控制点，按绝对定向元素的误差方程式解算该立体模型的绝对定向元

素；

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按绝对定向公式，将所有待求点的坐标纳入到地面摄影测量坐标系中；

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?

将待求点的地面摄影测量坐标系下的坐标改化到地面测量坐标系下，提交成果。

第五章解析空中三角测量

1、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。

2、解析空中三角测量的意义

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不触及被量测目标即可测定其位置和几何形状

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可快速地在大范围内同时进行点位测定，以节省野外测量工作量

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不受通视条件限制

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区域内部精度均匀，且不受区域大小限制除为双像测图工序提供大量的控制点坐标外，还可提供内业测图工序所需的各种数据和一系列副产品，如每张像片的绝对倾角、摄站点坐标、相对定向元素、绝对定向元素等。

3、解析空中三角测量的应用

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为立体测绘地形图、制作影像平面图和正射影像图提供定向控制点和像片定向参数

（内、外方位元素）

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取代大地测量的方法，进行三、四等或等外三角测量的点位测定（要求精度厘米级）?

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地籍测量中测定大范围内界址点的国家统一坐标，以建立坐标地籍（要求精度厘米

级）

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单元模型中大量地面点坐标的解析计算

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解析近景摄影测量，如建筑物变形测量、工业测量及用影像重建物方目标等。

4、航带网法区域网平差步骤

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按单航带模型法分别建立航带模型，并计算各航带模型点在本航带统一的辅助坐标

系中的坐标；

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各航带模型的绝对定向

–从第一航带开始，利用本航带的已知控制点和相邻航带的公共点进行绝对定

向，将各航带网纳入到统一的坐标系中，并求出区域内各航带模型点在全区

域统一的地面摄影测量坐标系下的概略坐标。

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计算航带的重心坐标及重心化坐标；

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以模型中控制点的加密坐标应与实测坐标相等，相邻航带间公共连接点坐标相等为条件，

列出误差方程式，求解各航带的非线性改正；

用平差计算得到的多项式系数，计算各模型点改正后的坐标值。

5、光束法区域网空中三角测量实现步骤

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获取每张像片的外方位元素和待定点坐标的近似值；

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从每张像片上控制点、待定点的像点坐标出发，按共线方程，逐点建立误差方程式并法

化；

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逐点建立改化法方程式；

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边法化边消元循环分块解求改化法方程式，先求取一类未知数（一般为每张像片的外方

位元素）；

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按前方交会求加密点/待定点的地面坐标，对于模型间的公共点，取其平均值作为最终结

果。

6、三种空中三角测量方法的比较

7、自动空中三角测量（AAT）与传统作业方式的对比传统的：

需手工进行像片定向并选择、转刺加密点，量测加密点和控制点的像片坐标，进行区域网平差，检测并剔除粗差。

AAT:

除半自动量测控制点之外，其它所有作业都可以自动完成；与PATB强强联手，具有高性能的粗差检测功能和高精度的平差计算功能。

8、AAT的特点自动化程度高，作业速度快，作业效率高。

高效、可靠的粗差检测功能和自动剔除粗差功能。

加

密精度高。

对各种复杂地形诸如大面积落水和大面积森林覆盖等具有高度自适应性。

可以自动处理包含交叉航线和分断航线的复杂测区。

可以方便的引入GPS和IMU参数并进行GPS联合平差。

可以方便的实现测区之间的接边和分割合并。

第6章数字摄影测量基础

1、数字摄影测量：

利用数字灰度（彩色）信号，采用数字相关技术量测同名像点，在此基

础上通过解析计算，进行相对定向和绝对定向，建立数字立体模型，从而建立DEM、绘制等高线、制作正射影像图，采集道路、房屋等地物要素，为GIS提供基础信息。

由于整个过程是以数字形式在计算机中完成，又称为全数字摄影测量。

2、数字摄影测量系统（DigitalPhotogrammetricSystem简称DPS或数字摄影测量工作站，DigitalPhotogrammetricWorkstation,DPW）实质上是以工作站或微机作为主机的计算机影像处理系统（配置影像数字化装置）和专用影像解析软件，来完成各种数字摄影测量处理工作。

3、影像灰度

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影像的灰度（greyscale）又称光学密度（opticaldensity），指影像（正片或

负片）的透明程度，即透光能力。

透光率T=F/F0

阻光率O=F0/F

其中F0为投射到透明像片上的光通量；

F为穿过透明像片后的光通量。

透光率和阻光率都能说明影像的黑白程度，但为了适应人眼的视觉（呈对数关系变化），采用对阻光率的对数表示：

D＝lgO＝lg（1/T）

把D称为影像的灰度。

显然：

当光线全部通过，影像的灰

度D=0；

当光通过率为1%时，即不透过率为100，则D=2；

实际获得的航空摄影底片（负片）的灰度为0.3～1.8之间。

4、影

像数字化过程

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将透明像片（正片或负片）放在影像数字化器上，通过采样和量化把像片上

像点的灰度值用数字形式记录下来。

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采样

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在像片上每隔一个间隔（Δ）读一个点的灰度值的过程，称为采样；

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采样间隔取决于扫描仪的影像分辨率和应用要求；

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量化

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将读取的灰度值转化为一定量级范围内的整数的过程，称为量化。

灰度的量化级一般为2m（如m＝1,为二值图像，m＝8灰度图像，

每个像元8bit，灰度范围为0-255）

5、数字影像的内定向内定向的目的是要确定扫描坐标系与像平面坐标系之间的关系以及数字影像可能存在的变形，数字影像变形主要是仿射变形

6、重采样数字影像是个规则排列的灰度格网序列，但当对数字影像进行几何处理时，如对核线的排列、数字纠正等，由于所求得的像点不一定恰好落在原始像片上像素的中心，要获得该像?

点的灰度值，就要在原采样的基础上再一次采样，这称为重采样。

重采样的过程就是灰度

值内插的过程，即利用不落在影像矩阵规则采样点上的像点周

围的若干个原始影像上像点的灰度值，来内插出所求像点的灰度值。

灰度内插的方法有：

双三次卷积法、最临近像元法和双线性内插法。

7、基于灰度的影像匹配同名像点的确定以影像的灰度分布为基础，通过在两影像上一定尺寸的窗口中比较灰度分布的相似程度，利用相似性测度作为同名点判别的依据，在灰度层次上进行匹配。

影像匹配具有两个重要步骤：

相似性测度的计算和同名像点搜索范围的确定。

根据影像匹配时同名像点搜索过程的不同，数字影像匹配可分为：

二维影像匹配和一维影像匹配。

二维影像匹配的搜索范围沿着两个方向确定，搜索区域为一个k×l的二维区域。

一维影像匹配的搜索范围只是沿着一个方向搜索（通常是核线），搜索区域为1×l的一维区域

7、核线的概念通过摄影基线与地面点所作的

平面称为核面核面与影像面交线称为核线

同名像点必定在同名核线上。

第七章像片纠正与正射影像图1、像片平面图（或正射影像图）：

是地图的一种形式，用相当于正射投影的像片上的影像表示地物的形状和平面位置。

2、像片纠正：

将倾斜摄影的航摄像片通过投影变换，获得相当于航摄像机物镜主光轴在铅垂位置摄影的水平像片，并归化至规定的比例尺，或应用计算机按相应的数学关系式进行解算，从原始非正射的数字影像获取数字正射影像的作业过程。

像片纠正的实质是要将像片的中心投影变换为成图比例尺的正射投影，实现这一变换的关键是要建立像点与相应图点之间的对应关系。

这种关系可以按投影变换用中心投影方法建立，也可按数学解析方法用函数式确定。

3、数字微分纠正：

根据影像的内方位元素、外方位元素以及DEM，利用构像方程式，或按一定的数学模型（如高次多项式）用控制点解算，将影像化为很多微小的区域逐一进行纠正，从原始非正射投影的数字影像获取正射影像的过程。

4、两种数字纠正方法的比较（反解法和正解法）

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反解法（间接法）比较适合制作正射影像图，因为它是在规则排列的灰度量测值中

进行灰度内插重采样，不会出现像素内灰度值的空白与重复；同时其重采样的结果可以直接赋给正射影像，计算机不需要大块的存贮空间；

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反解法求解时，在数字高程模型上可以由地面点坐标（X,Y）直接内插出其高程值Z，

无需迭代求解；

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正解法（直接法）纠正后的图像上的纠正点是非规则排列的，有的像素内可内出现

空白，而有的像素可能会出现重复（多个像点），很难获得规则排列的数字影像；而且需要迭代运算，过程比反解法复杂；

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正解法在对航摄像片上的某些特征地物如道路、地类界、房屋轮廓、水涯线等目标

进行纠正时，比较方便。

5、数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap,DOM）：

–一种以航摄像片或遥感影像（灰度/彩色）为基础，经扫描处理并经辐射纠

正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪而成的影像数据，并将地形要素的

信息以符号、线划、注记、管理网格、图廓整饰等形式添加到该影像平面上，所

形成的以栅格数据形式存储的空间数据。

–该数据同时兼具地形图的几何精度和影像特征。

6、数字正射影像图的特征和用途

–数字正射影像图同时兼具地形图的几何精度和影像特征；

–数字正射影像图具有精度高、信息丰富、直观逼真、现实性强等优点；

–数字正射影像图可作为背景控制信息评价其它数据的精度、现实性和完整

性；

–可从数字正射影像图中提取自然信息和人文信息，并派生出其它新的信息和

产品，为地形图的修测和更新提供良好的数据和更新手段。

7、数字正射影像图的生成方法：

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全数字摄影测量方法

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单片数字微分纠正

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正射影像扫描

8、三维景观图的生成

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景观图生成的方法主要有两类：

–模拟灰度景观图:

一种是用一定的光照模型模拟光线照射到地面时所产生的

视觉效果，经明暗处理产生具有深度感的灰度浓淡图像，并用纯数学的方法

（如分形几何方法）模拟地形表面的各种微起伏特征和颜色纹理，这种方法一

般用于显示DEM；

–真实景观图（Landscape）:

另一种是将航空或航天遥感图像数据影射到DEM

上，建立实际地形的逼真显示，这种方法可以逼真地显示地面各种地物和人工

建筑的颜色和纹理特征。

第八章摄影测量的外业工作

1、摄影测量外业工作任务及作业流程在已有大地测量成果和航摄资料的基础上，需要在野外测定一定数量的控制点，这项工作就是摄影测量外业控制测量。

其意义在于把航摄资料与大地测量成果联系起来，使像片量测具有与地面测量相同的数学关系。

2、摄影测量成图的外业工作内容：

–像控点联测：

外业实际测定像片控制点并在像片上标定像控点的工作，方法：

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全野外布点（目前这一方法使用较少）

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空中三角测量（也需要部分像控点）

–像片调绘：

在对像片进行准确的判别后，将地貌要素经过综合取舍并按地形

图图示的规定与要求，通过绘图和各种注记将其位置、数量、性质、质量以

及分布，准确合理地描绘、注记在像片上。

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调绘片：

记载调绘内容的像片。

–像片补测：

对于那些影像上未显示或不清晰（如比例尺过小而未显示的地物、

云影或阴影遮挡地物）但在地形图上必须表示的地貌和地物要素，或摄影后

又新出现的地物，还需要按其形状和位置补绘到像片上的工作。

3、流程

4、像片控制点的布设根据已知的大地点、水准点，借助于测量仪器实际测定像控点的坐标，并正确标识出像控点的像点位置。

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像控点分类：

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平面控制点（仅测定平面坐标）

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高程控制点（仅测定高程值）

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平高控制点（既测定平面坐标又测定高程）

5、像控