攝影測量解析基礎(chǔ)學(xué)習(xí)總結(jié)-2019-08-04

前言

學(xué)習(xí)了一周的攝影測量解析基礎(chǔ)方面的知識葫慎,重新將學(xué)過的知識又重新學(xué)習(xí)了一邊,深有所感女坑。學(xué)習(xí)知識還是踏實些好填具,只有自己掌握才是學(xué)到了,不能眼高手低堂飞。在次特別銘記灌旧。接下來總結(jié)一下最近學(xué)習(xí)到的攝影測量相關(guān)的知識。

攝影測量影像坐標(biāo)的內(nèi)定向

1.內(nèi)定向是求解像片的像素坐標(biāo)(I绰筛,J)向框標(biāo)轉(zhuǎn)換的(x,y)關(guān)系的過程描融,確定像素坐標(biāo)與框標(biāo)之間的關(guān)系铝噩,然后將影像的像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為框標(biāo)坐標(biāo)。
2.以前的實體像片由于在數(shù)字化過程中和存放的原因會存在變形窿克,其中最要是存在仿射變形骏庸,因此我進(jìn)行學(xué)習(xí)的內(nèi)容是獲得像素坐標(biāo)和框標(biāo)坐標(biāo)之間的仿射變形關(guān)系。他們之間的關(guān)系如下所示(6參數(shù)):

6參數(shù)

6參數(shù)中x年叮,y方向是獨立的具被,所以可以分開求解,在實際求解過程中將框標(biāo)坐標(biāo)進(jìn)行重心化處理(求其框標(biāo)坐標(biāo)的平均值)只损,然后即可使用下面公式進(jìn)行求解(4參數(shù)):


4參數(shù)

3.在進(jìn)行求解的過程中一姿,主要右6參數(shù)法和4參數(shù)法,其中兩種方法求解出的系數(shù)參數(shù)相同跃惫。使用最小二乘法叮叹,利用簡介平差即可求出系數(shù)值,然后求出中誤差進(jìn)行精度評估爆存。

單像空間后方交會

從題目中我們可以看出一些東西蛉顽。首先,單像指的就是一張招片先较,所以這部分內(nèi)容是在一張照片上進(jìn)行的携冤,空間后方交會指的是求出影像的外方位元素,所以這部分的內(nèi)容連起來就是求解單張像片的外方位元素闲勺。

-外方位元素

外方位元素有六個曾棕,分別是三個坐標(biāo)元素和三個角元素。三個坐標(biāo)元素是攝影中心S在攝影測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(Xs,Ys,Zs)霉翔,三個角元素是像空間坐標(biāo)系與攝影測量坐標(biāo)系之間的三個旋轉(zhuǎn)角度
三個角元素

-使用的原理
求解六個元素使用的原理公式為共線條件方程如下所示:


共線條件方程
旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)

將共線方程使用泰勒公式進(jìn)行展開并只保留一次小項睁蕾,得


泰勒一次展開式

其中(x)是將外方位元素的初始值帶入共線方程求出的值,x是觀測值,在進(jìn)行計算時子眶,我們把控制點的攝影測量坐標(biāo)當(dāng)作真值瀑凝,像空系坐標(biāo)當(dāng)作觀測值,得到每個點的誤差方程為(其中Xi0即為(xi)):


誤差方程

矩陣形式為:


矩陣形式

矩陣A中的元素均為偏導(dǎo)數(shù)臭杰,我們想要求出這些偏導(dǎo)數(shù)粤咪,可以引入以下記號:


引入記號

直接推到得出偏導(dǎo)數(shù)的計算公式為:


偏導(dǎo)數(shù)計算公式

求出每個控制點的誤差方程之后,將他們連接起來得:


image.png

即渴杆,


image.png

使用間接平差的發(fā)放成即可寥枝,得


法方程

-精度評定
按照上述方法求得的外方位元素值,其精度評定可以使用方程


精度評定方程(協(xié)因數(shù)矩陣)

當(dāng)參加求解的控制點個數(shù)為n時磁奖,其中誤差為:


中誤差公式

每個點的中誤差為:


某點中誤差方程

-求解步驟
1.獲取已知數(shù)據(jù):從攝影資料中查取像片的比例尺1/m囊拜,平均行高,內(nèi)方位元素比搭,從外業(yè)測量成果中冠跷,獲取控制點的地面測量坐標(biāo)并轉(zhuǎn)化為攝影測量坐標(biāo)。
2.量測像點的像點坐標(biāo)身诺,將控制點坐標(biāo)刺在像片上蜜托,利用立體坐標(biāo)量測儀量測控制點的像框標(biāo)坐標(biāo),并經(jīng)坐標(biāo)像點改增得到像點坐標(biāo)(x霉赡,y)橄务。
3.確定六個外方位元素的初始值,三個角元素均為0穴亏,三個坐標(biāo)元素為Zs0 = H = mf蜂挪,Xs0,Ys0可用四個控制點的平均坐標(biāo)迫肖。
4.計算旋轉(zhuǎn)矩陣R锅劝。
5.利用旋轉(zhuǎn)矩陣和未知數(shù)近似值計算控制點像點坐標(biāo)的近似值。
6.將所有控制點的偏導(dǎo)數(shù)矩陣A和常數(shù)項L計算出來蟆湖。
7.利用所有控制點的偏導(dǎo)數(shù)矩陣和常數(shù)項組成法方程故爵,計算出六個未知數(shù)的改正數(shù)。
8.利用改正數(shù)和舊值求出新值隅津。
9.判斷改正數(shù)是否符合限差诬垂,符合則計算完成,不符合則重復(fù)4--8伦仍,指導(dǎo)符合為止结窘。

-計算流程圖


程序流程圖

(公式和流程圖來自百度)

立體像對的前方交會

首先從這個題目開頭,立體像對說明有兩張影像充蓝,前方交會就是求出像點的地面點坐標(biāo)隧枫。所以喉磁,立體像對的前方交會就是已知兩張像片的外方位元素,利用兩張像片求出像片同名點的空間坐標(biāo)(攝影測量坐標(biāo))官脓。

-求解原理


空間模型

同名像點是兩張像片中相同的一點协怒,左右像片的像空間輔助坐標(biāo)系與攝影測量坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸平行(單位長度也相同),地物點在左右像輔系中的坐標(biāo)分別為(U1,V1,W1)卑笨,(U2,V2,W2)孕暇,在攝影測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(X,Y,Z)。相應(yīng)的像點在像輔系中的坐標(biāo)為(u1,v1,w1),(u2,v2,w2)赤兴。
像輔系坐標(biāo)求解:


image.png

左右像片的投影系數(shù)比為:


image.png

攝影基線B的三個分量為:


攝影基線分量

地面點在左右像輔系中的坐標(biāo)為:


image.png

地面點的計算公式為:

地面點計算公式

上式變形可得:


image.png

妖滔。
聯(lián)立1,3式可得


image.png

最后則可以利用地面地坐標(biāo)求解公式求出地面點坐標(biāo)桶良,但是一般在求解時使用平均值作為最后結(jié)果座舍,這樣可以減小誤差,如下式:
image.png

-求解過程
1.獲取兩張像片的外方位元素艺普、控制點的像點坐標(biāo)和地面點坐標(biāo)(攝影測量坐標(biāo))簸州;
2.求解旋轉(zhuǎn)矩陣求出同名像點在左右像輔系中的坐標(biāo);
3.求出攝影基線的分量歧譬;
4.求出左右像片的投影系數(shù):
5.求出地面點在左右像輔系中的坐標(biāo);
6.利用地面點求解公式求出地面點坐標(biāo)搏存。

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