《摄影测量学》模拟实验指导书(测绘14级)1218_课堂实验指导书测绘

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辽宁工程技术大学 测绘工程专业摄影测量学实验指导书 测绘工程教研室

《摄影测量学基础》

实验指导书

辽宁工大测绘学院测绘工程教研室

2016年9月

辽宁工程技术大学 测绘工程专业摄影测量学实验指导书 测绘工程教研室

实验

（一）virtuozo工作站认识

一.目的要求

1）了解数字摄影测量工作站软硬件环境； 2）熟悉软件界面及其基本功能。

二.实验地点：

数字摄影测量实验室，测绘楼203 三.仪器设备：

VirtuoZo数字摄影测量工作站 四.实验内容

数字摄影测量系统的任务是基于数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。VirtuoZo NT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。从原始资料、中间成果及最后产品等都是以数字形式，克服了传统摄影测量只能生产单一线划图的缺点，可生产出多种数字产品，如数字高程模型、数字正射影像、数字线划图、景观图等，并提供各种工程设计所需的三维信息、各种信息系统数据库所需的空间信息。VirtuoZo NT不仅在国内已成为各测绘部门从模拟摄影测量走向数字摄影测量更新换代的主要装备，而且也被世界诸多国家和地区所采用。

1）运行环境及配置

VirtuoZo NT基于WindowsNT（4.0以上版本）平台运行，基本配置为：Pentium Ⅱ300/128MB RAM/9GBHD/20×CDROM；17寸彩色显示器，1024×768分辨率，刷新频率大于100Hz。另外还应有数字化影像获取装置（例高精度扫描仪）、成果输出设备以及立体观察装置等附属配置。其中立体观察装置有偏振光、闪闭式、立体反光镜、互补色（红绿镜）等四种。

2）主要软件模块

解算定向参数、自动空中三角测量、核线影像重采样、影像匹配、生成数字高程模型、制作数字正射影像、生成等高线、制作景观图、DEM透视图、等高线叠加正射影像、基于数字影像的机助量测、文字注记、图廓整饰。

3）作业方式 辽宁工程技术大学 测绘工程专业摄影测量学实验指导书 测绘工程教研室

自动化与人工干预。系统在自动化作业状态下运行不须任何人工干预。人工干预是作为自动化系统的“预处理”与“后处理”，如必要的数据准备、必要的辅助量测等及自动化过尚无法解决的问题。人工干预不同于单的人工控制操作，而是尽可能达到了半自动化。

4）硬盘目录结构简图：

VirtuoZo bin SymLib Mask.dir Virlog 测区目录 Blocks Images 模型目录1（1157_1156）Product Tmp 模型目录2（1156_1155）Product Tmp

·系统目录说明：

Bin目录：执行程序目录，存放系统的所有可执行程序及框标模板文件。

Virlog目录：测区的路径文件(c:VirlogBlocks.blk)·测区目录说明：

某测区用户目录（在创建一个新Block时，系统以用户所给的测区名自动产生该测区目录），存放该测区所有参数文件及中间结果、成果等。

Images目录：影像目录，存放VirtuoZo 影像文件、影像参数文件、内定向文件、影像外方位元素文件。

模型目录：系统以所给的模型目录名自动建立(如37_38目录)，存放该模型所有信息。Product目录：产品目录，存放当前模型所有已生成的产品及输出文件。TMP目录：核线影像目录，存放当前单模型的核线影像文件。5）系统主界面 辽宁工程技术大学 测绘工程专业摄影测量学实验指导书 测绘工程教研室

图1 系统主界面

图2 航测生产流程

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图1所示界面上方是主菜单条，中央为用户区，下方一行显示测区名和模型名。6）航测生产流程 如图2所示。

五.实验成果

(1)实验报告；(2)心得体会。

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实验二 空间后方交会

一、目的要求

1、掌握单像空间后方交会的定义和实现算法

2、了解摄影测量平差的基本过程

3、通过调试程序加强动手能力的培养；

运用VC++、C#、MATLAB其中一种自己擅长的语言，实现单像空间前方交会算法，并对所得结果进行误差分析。画出实验流程图。

二、实验地点

测绘14-51班，测绘楼+玉龙校园。

三、仪器设备

全站仪，三脚架，棱镜，卷尺，电脑（内业处理）

四、原理与方法

单幅影像为基础，从该影像所覆盖地面范围内若干控制点的已知地面坐标和相应的像片坐标量测值出发，根据共线条件方程，求解该影像在航空摄影时刻的像片外方位元素Xs，Ys，Zs，ф，ω，κ。

空间后方交会的求解过程如下：

(1)获取已知数据。从摄影资料中查取影像比例尺1/m，平均摄影距离（航空摄影的航高）、内方位元素x0，y0，f；获取控制点的空间坐标Xt，Yt，Zt。

(2)量测控制点的像点坐标并进行必要的影像坐标系统误差改正，得到像点坐标。(3)确定未知数的初始值。单像空间后方交会必须给出待定参数的初始值，在竖直航空摄影且地面控制点大体对称分布的情况下，Xs0和Ys0为均值，Zs0为航高，φ、ω、κ的初值都设为0。或者κ的初值可在航迹图上找出或根据控制点坐标通过坐标正反变换求出。

(4)计算旋转矩阵R。利用角元素近似值计算方向余弦值，组成R阵。

(5)逐点计算像点坐标的近似值。利用未知数的近似值按共线条件式计算控制点像点坐标的近似值（x），(y)。辽宁工程技术大学 测绘工程专业摄影测量学实验指导书 测绘工程教研室

(6)逐点计算误差方程式的系数和常数项，组成误差方程式。(7)计算法方程的系数矩阵ATA与常数项ATL，组成法方程式。

(8)解求外方位元素。根据法方程，解求外方位元素改正数，并与相应的近似值求和，得到外方位元素新的近似值。

(9)检查计算是否收敛。将所求得的外方位元素的改正数与规定的限差比较，通常对φ，ω，κ的改正数△φ，△ω，△κ给予限差，通常为0.1′，当3个改正数均小于0.1′时，迭代结束。否则用新的近似值重复(4)～（8）步骤的计算，直到满足要求为止。

五、实验成果

1、电子成果

2、纸质报告

3、研讨

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实验三 空间前方交会

一、目的要求

空间后方交会求到影像的外方为元素，在此基础上欲求影像上的像点坐标对应地面点的空间坐标的时候可利用立体像对的空间前方交会法。此实验目的有二

1、将课堂上理论知识转化为实际生产力，并在实验中检验理论知识的正确性；

2、通过调试程序加强动手能力的培养；

要求学生运用MATLAB实现立体像对空间前方交会算法，并对所得结果进行误差分析。

二、实验地点

测绘14-51班，测绘楼+玉龙校园。

三、仪器设备

全站仪，三脚架，棱镜，卷尺，电脑（内业处理）

四、原理与方法

利用点投影系数法实现一对相片的空间前方交会。

NX1BXNX2NY1BYNY2

NZ1BZNZ2 其中：

NN'BXZ2BZX2X1Z2Z1X1BXZ1BZX1X1Z2Z1X1 N和N分别为左像点和右像点投影到地面的系数。在相对定向中的上式中元素都是根据像点坐和相对元素来计算，用左右影像的外方位元素来计算，则

BXXS2XS1BYYS2YS1BZZS2ZS1

由左右影像的外方位元素1,1,1和2,2,2计算相应的正交矩阵R1和R2，则

X1x1X2x2 Y1R1y1，Y2R2y2

ZzZz1122任一地面点坐标为： 辽宁工程技术大学 测绘工程专业摄影测量学实验指导书 测绘工程教研室

XXS1NX1XS1BXNX2YYS1NY1YS1BY1NY1NYBY 2ZZS1NZ1XS1BXNZ

2四、实验成果

1、电子成果

2、纸质报告

3、研讨

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实验四 影像匹配

一、目的要求

理解影像匹配的意义、用途；掌握常用的四种基本匹配测度的计算，包括：相关函数、协方差函数、相关系数、差绝对值和四种匹配测度，并了解各匹配测度相对应的几何意义。

运用VC++、C#、MATLAB其中一种自己擅长的语言，实现运用上述四种匹配测度的影像匹配算法，并对不同算法得到的提取结果进行对比分析。画出实验流程图。

二、方法与步骤

不同匹配测度寻找匹配点的流程：

a.读取左右灰度影像，得到影像对应的灰度矩阵；

b.确定左影像中待匹配的目标像素及其匹配窗口大小，如3*

3、11*11等； c.根据相应的离散化匹配测度计算公式始在右影像中的各像素进行匹配测度计算； d.前三种匹配测度计算结果中，如果R(c0,r0)R(c,r)(rr0,cc0)，则(c0,r0)为搜索区影像相对于目标区影像的位移行、列参数，即得到右影像中匹配点的位置；差绝对值和匹配测度对应的计算结果中，S(c0, r0)

e.对匹配点对在影像中进行标记，并对匹配结果进行保存。相关函数匹配测度计算公式：

R(c,r)gi,jgir,jc

i1j1mn协方差函数匹配测度计算公式：

C(p,q)(x,y)D{g(x,y)E[g(x,y)]}{g(xp,yq)E[g(xp,yq)]}dxdy

其中：E[g(x.y)]1D(x,y)Dg(x,y)dxdy 1DE[g(xp,yq)](x,y)Dg(xp,yq)]dxdy

相关系数匹配测度计算公式： 辽宁工程技术大学 测绘工程专业摄影测量学实验指导书 测绘工程教研室

(c,r)mnmn1(gi,jgir,jc)(gi,j)(gir,jc)mni1j1i1j1i1j1mn[g2i,ji1j1mn1122(gi,j)2][g(giir,jc,jrc)]mni1j1mni1j1i1j1mnmnmn 差绝对值和匹配测度计算公式：

S(c,r)gi,jgir,jc

mni1j

1三、实验成果

(1)部分程序源代码；(2)原始灰度影像；

(3)不同匹配测度函数的程序运行结果；(4)程序运行结果分析。

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