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《数字摄影测量》实验指导书

说明 (3)

实验一摄影坐标系变换 (4)

一、目的 (4)

二、要求 (4)

三、方法与步骤 (4)

四、实验成果 (4)

实验二单幅影像空间后方交会 (4)

一、目的 (4)

二、要求 (4)

三、方法与步骤 (4)

四、测试数据 (5)

五、实验成果 (6)

实验三立体像对空间前方交会 (6)

一、目的 (6)

二、要求 (6)

三、方法与步骤 (6)

四、测试数据 (6)

五、实验成果 (7)

实验四点特征提取算法 (7)

一、目的 (7)

二、要求 (7)

三、方法与步骤 (7)

四、实验成果 (9)

实验五线特征提取算法 (9)

一、目的 (9)

二、要求 (9)

三、方法与步骤 (9)

四、实验成果 (9)

实验六影像匹配算法 (10)

一、目的 (10)

二、要求 (10)

三、方法与步骤 (10)

四、实验成果 (10)

实验七数字微分纠正 (10)

一、目的 (10)

二、要求 (10)

三、方法与步骤 (10)

四、实验成果 (11)

实验八参数设置与模型定向 (11)

一、目的 (11)

二、要求 (11)

三、方法与步骤 (11)

四、实验成果 (13)

实验九各类产品的生成 (14)

一、目的 (14)

二、要求 (14)

三、方法与步骤 (14)

四、实验成果 (14)

实验十影像镶嵌和DEM拼接 (14)

一、目的 (14)

二、要求 (14)

三、方法与步骤 (14)

四、实验成果 (14)

实验十一综合测区练习 (15)

一、目的 (15)

二、要求 (15)

三、方法与步骤 (15)

四、实验成果 (15)

实验十二 IGS数字化测图 (15)

一、目的 (15)

二、要求 (15)

三、方法与步骤 (15)

四、实验成果 (16)

说明

1、本实验指导书为《数字摄影测量》课程实验的指导书,能帮助学生更好的完成相关实验,并辅助学生完成实验报告。

2、学生根据本指导书完成实验报告,报告内容要求手工填写,“目的”,“要求”,尤其是“方法及步骤”要书写详细,不能与本实验指导书一样简洁。

3、“实验成果”以图表的形式粘贴入实验报告。

4、相关编程代码根据老师要求上传到指定机器。

实验一摄影坐标系变换

一、目的

实现摄影测量常用坐标系之间的变换

二、要求

用VB进行编程,主要实现像空间坐标系与像空间辅助坐标系之间的变换

三、方法与步骤

1、界面输入像空间坐标

2、输入三个旋转角度(度分秒形式)

3、计算旋转变换矩阵

4、得到该点在像空间辅助坐标系中的坐标

四、实验成果

1、VB原始代码

2、程序运行结果图

实验二单幅影像空间后方交会

一、目的

掌握单幅影像的空间后方交会方法

二、要求

用VB进行编程,利用像片上三个以上控制点的像点坐标及相应的物方坐标,反算像片外方位元素,实现单幅影像的空间后方交会

三、方法与步骤

1、输入原始数据

2、计算和确定初值

3、组成旋转矩阵R

4、计算(x),(y)和lx,ly

5、逐点组成误差方程式并法化

()()x

s s s s s s

y

s s s s s s x x x x x x v x x dX dY dZ d d d X Y Z y y y y y y v y y dX dY dZ d d d X Y Z ?ωκφωκ?ωκφωκ???????

=?++++++?????????

???????=?++++++????????

当有n 个控制点时,总误差方程为

1111(21)

111213141516212223242526(21),1(21),2(21),3(21),4(21),5(21),62,12,2n

n n

x s s s x y s s s y x n s n s n s n n n x y n s n v a dX a dY a dZ a d a d a d l v a dX a dY a dZ a d a d a d l v a

dX a dY a dZ a d a d a d l v a dX a dY ?ωκ?ωκ?ωκ???????=+++++?=+++++?=+++++?=+

22,32,42,52,6n s n s n n n y

a dZ a d a d a d l ?ωκ??

??

????++++?? 总误差方程的矩阵形式为:

121

6621

2××××?=n n n L

X A V

6、 解法方程,求未知数改正数

根据最小二乘间接平差原理,可列出法方程式:

0=?L A AX A T T

求解:

L A A A X T T 1)(?=

7、 计算改正后的外方位元素

8、 检查未知数改正数是否小于限差 9、 输出最终结果

四、测试数据

(1) 影像坐标

地面坐标

X (mm )

Y (mm ) X (m ) Y (m ) Z (m ) 1 -86.15 -68.99 36589.41 25273.32 2195.17 2 -53.40 82.21 37631.08 31324.51 728.69 3 -14.78 -76.63 39100.97 24934.98 2386.50 4 10.46

64.43

40426.54

30319.81

757.31

(2)

左片(1504)

像平面坐标地面摄测坐标

x y Xtp Ytp Ztp

-2.81673.965501286.070543471.38014.250

-6.459-87.783501261.140542778.330 5.580

-76.415-46.343500966.380542964.980 5.430

-30.041-40.404501163.290542986.8008.810

-65.89075.337501019.750543480.230 5.760

右片(1505)

像平面坐标地面摄测坐标

x y Xtp Ytp Ztp

72.50774.412501286.070543471.38014.250

73.384-85.905501261.140542778.330 5.580

3.767-47.117500966.38054296

4.980

5.430

49.064-39.709501163.290542986.8008.810

10.24473.307501019.750543480.230 5.760

五、实验成果

1、VB原始代码

2、程序运行结果图

实验三立体像对空间前方交会一、目的

掌握立体像对空间前方交会方法

二、要求

用VB进行编程,实现立体像对空间前方交会

三、方法与步骤

1、确定初始值

2、计算右影像的方向余弦

3、逐点组成误差方程式并法化

4、解法方程,求未知数改正数

5、计算相对定向元素新值

6、检查未知数改正数是否小于限差

7、输出最终结果

四、测试数据

相机主距f=152.72mm

影像名称 Xs (m ) Ys (m ) Zs (m )φ(弧度)ω(弧度)κ(弧度) 01-156(左片) 14920 11527 3229 -0.001 -0.001 -0.002 01-155(右片) 16294 11521 3242 0.001

-0.002

-0.003

点号

左片像点坐标(mm ) 右片像点坐

标(mm )

地面X 坐标

地面Y 坐标

地面Z 坐标

1156 0.3673

59.2342 -84.3436

60.5542 14925.4016067438 12485.3827339806 750.668617282613 1155 85.7393

69.7054 0.6564 70.1542 16310.6302105674 12652.4891470371 749.0793******** 2156 -2.1655

-15.0309 -96.8436 -13.5458 14885.9994750485 11307.2192911791 1018.01539250389 2155 83.8826

-1.8521 -3.2436 -1.2458 16244.7464220408 11492.6245475022 811.309075819511 6156 2.5110

-67.5189 -82.8436 -65.6458 14955.7117894072 10439.9474522053 776.985699576778 6155 88.3330

-73.6531 2.75640 -72.4458

16337.6194135718 10335.6404748178 769.474629798308

五、实验成果

1、VB 原始代码

2、程序运行结果图

实验四 点特征提取算法

一、目的

掌握点特征提取算法

二、要求

用VB 进行编程,实现点特征提取算法

三、方法与步骤

1、 Moravec 算子

(1)计算各像元的兴趣值IV (Interest Value )。在以像素(,)c r 为中心的w w ×的影像窗口中,计算四个方向相邻像素灰度差的平方和

1

《数字摄影测量》实验指导书

21,1,1

22,1,11

23,,1124,1,1()

()()()k c i r c i r i k

k c i r i c i r i i k

k c r i c r i i k k c i r i c i r i i k V g g V g g V g g V g g ?+++=??++++++=??+++=??+?++??=??=???

?=?????=????=???

∑∑∑∑ 其中int(/2)k w =。取其中最小者作为该像素(,)c r 的兴趣值:{},1234min ,,,c r IV V V V V = (2)给定一经验值,将兴趣值大于该阈值的点作为候选点。

(3)选取候选点中的极值点作为特征点。在一定大小的窗口内,将候选点中兴趣值不是最大者均去掉,仅留下一具兴趣值最大者,该像素即为一个特征点(抑制局部非最大)。

2、 Forstner 算子

通过计算各像素的Robert 梯度和像素(,)c r 为中心的一个窗口的灰度协方差矩阵,在影像中寻找具有尽可能小而接近圆的误差椭圆的点作为特征点。步骤为:

(1)计算各像素的Robert 梯度

1,1,,11,u i j i j v

i j i j g g g g u

g g g g v ++++??==?????

??==????

(2)l l ×(如55×或更大)计算窗口中灰度的协方差矩阵

1

2

1

2u u v v u

v g g g Q N g g g ????

==?

?

??

∑∑∑∑ 其中:

1122

1,1,1122

,11,111,1,,11,()

()()()c k r k u i j i j i c k j r k c k r k v i j i j i c k j r k c k r k u v i j i j i j i j i c k j r k g g g g g g g g g g g g +?+?++=?=?+?+?++=?=?+?+?++++=?=??=???

??=???

?

=?????

∑∑∑∑∑∑∑∑∑

(3)计算兴趣值

222

2221()1()DetN w trQ trN a b q a b ?==??

???=??+?

其中DetN 代表矩阵N 的行列式;trN 代表矩阵N 的迹;q 即像素(,)c r 对应误差椭圆的圆度

(4)确定待定点

如果兴趣值大于给定的阈值(q q T >,w w T >)

,则该像元为待选点。 (5)选取极值点

在一个适当窗口中选择最大的待选点,而去掉其余的点。

四、实验成果

1、VB 原始代码

2、程序运行结果图

实验五 线特征提取算法

一、目的

掌握线特征提取算法

二、要求

用VB 进行编程,实现线特征提取算法

三、方法与步骤

边缘检测主要包括以下四个步骤:

(1) 图像滤波

边缘检测算法主要是基于图像亮度的一阶和二阶导数,但是导数的计算对噪声很敏感,因此必须使用滤波器来改善与噪声有关的边缘检测器的性能。

(2) 图形增强

增强边缘的基础是确定图像各点邻域强度的变化值。增强算法可以将邻域强度值有显著变化的点突出显示。

(3) 图像检测

在图像中有许多点的梯度幅值比较大,而这些点在特定的应用领域中并不都是边缘,应该用某些方法来确定那些是边缘点。最简单的边缘检测判据是梯度幅值阈值判据。

(4) 图像定位

如果某一应用场合要求确定边缘位置,则边缘的位置可以在子像素分辨率上来估计,边缘的方位也可以被估计出来。

1、 梯度算子

2、 Roberts 梯度算子

3、 Sobel 算子

4、 拉普拉斯算子

5、 Hough 变换

四、实验成果

1、VB原始代码

2、程序运行结果图

实验六影像匹配算法一、目的

掌握影像匹配基本算法

二、要求

用VB进行编程,实现影像匹配基本算法

三、方法与步骤

1、相关函数法

2、协方差函数法

3、相关系数法

(1) 在目标影像中定出目标区,并取出每点的灰度值

(2) 在搜索影像中定出搜索区

(3) 使用相关系数逐点计算相关系数

(4) 取出相关系数最大的点作为同名匹配点

4、差平方和法

5、差绝对值和法

四、实验成果

1、VB原始代码

2、程序运行结果图

实验七数字微分纠正一、目的

掌握数字微分纠正原理

二、要求

用VB进行编程,实现数字微分纠正

三、方法与步骤

1、计算地面点坐标

00X X M X Y Y M Y ′

=+??

′=+?

i i 式中:(,)X Y ′′为正射影像上任意P 点的坐标;(,)X Y 为P 点对应的地面坐标;00(,)X Y 为正射影像左下角图廓点的地面坐标;M 为正射影像比例尺分母。

2、计算像点坐标

应用反解公式(共线方程)计算原始图像上相应的像点坐标P (,)x y 也可以直接解求扫描坐标行、列号(,)I J 。

12349101156789101111L X L Y L Z L I L X L Y L L X L Y L Z L J L X L Y L +++?=?+++?

?

+++?=?+++?

3、灰度内插

由于所求像点坐标不一定落在像元素中心,必须进行灰度内插,求得像点P 的灰度值(,)g x y 。 4、灰度赋值

将像点P 的灰度值赋给纠正后的像元素P ,即(,)(,)G X Y g x y =

四、实验成果

1、VB 原始代码

2、程序运行结果图

实验八 参数设置与模型定向

一、目的

掌握数字摄影测量系统的参数设置与模型定向

二、要求

掌握相关原理,并用VirtuoZo 软件实现相关操作

三、方法与步骤

1、 测区参数设置

在VirtuoZo 系统中,测区(Block )的概念可以理解为一个区域,也可以是一个图幅范围内的所有像对,甚至只是一个立体像对。测区参数文件为“<测区目录名>\<测区名>.dat ”。

单击设置/测区参数…菜单项,系统弹出设置测区对话框,如图所示。

《数字摄影测量》实验指导书

(1)测区目录和文件

A. 主目录

输入测区所在的目录。此项在测区建立后变灰,用户不能再进行修改。

B. 控制点文件

输入控制点文件名。可直接输入控制点文件名,或单击文本框右侧文件的查找按钮,选择已建立的当前测区的控制点文件。

注意:此文件仅用于空中三角测量的平差解算。

C. 加密点文件

输入模型控制点文件名。可直接输入模型控制点文件名,或单击文本框右侧的文件查找按钮,选择已建立的模型控制点文件。模型控制点通常就是空中三角测量平差解算出来的加密点。

D. 相机检校文件

输入相机检校文件名。建议根据使用的相机类型命名,如RC10.cmr。但对于RMK相机,其相机文件名必须以RMK 三个字母开头,如RMKtop 或rmktop.cmr。其他类型相机的命名可任意,如RC10.Wuhan 等。

(2)基本参数

A. 摄影比例:摄影比例尺分母。

B. 航带数:测区的航带数目。

C. 影像类型

原始的影像类型有六种。他们依次是量测相机、非量测相机、卫星影像、IKONOS 影像、QuickBird 影像和可量测数码相机。

2、模型参数设置

一个测区由多个模型组成,每个模型都要建立一个参数文件(在自动空中三角测量中系统会自动建立当前测区内所有模型的参数文件)。用户输入新模型名时,系统会自动建立该模型的参数文件<测区目录名>\<模型目录名>\<模型名>.dat。

在VirtuoZo 主界面上,单击设置/模型参数…菜单项,系统弹出设置模型参数对话框。

(1)模型工作目录和文件

A. 模型目录:输入模型所在的目录。

B. 左影像:输入或单击文件查找按钮确定左影像文件。

C. 右影像:输入或单击文件查找按钮确定右影像文件。

(2)影像匹配参数

A. 匹配窗口的宽度:设置匹配窗口的宽度,以像素为单位。

B. 匹配窗口的高度:设置匹配窗口的高度,以像素为单位。

C. 列间距:设置匹配格网x 方向的间隔,以像素为单位。

D. 行间距:设置匹配格网y 方向的间隔,以像素为单位。

E. 航向重叠度:以百分比表示。

3、影像参数设置

在VirtuoZo 主界面上单击设置/影像参数…菜单项,系统弹出设置影像对话框。

(1)界面说明

A. 影像文件:单击右边的文件查找按钮,指定影像文件。

B. 相机检校文件:指定相应的相机参数文件。

C. 行数:原始影像的行数。

D. 列数:原始影像的列数。

E. 像素大小:原始影像的像素大小(单位:毫米)。

F. 影像类型:

量测相机量测相机影像,如航摄像片。

非量测相机非量测相机影像,如普通相机的近景影像。

4、相机参数设置

在VirtuoZo 主界面上单击设置/相机参数…菜单项,系统弹出相机检校参数对话框。

(1)界面说明

A. 像主点X0 (毫米):像主点的x坐标,单位为毫米。

B. 像主点Y0 (毫米):像主点的y坐标,单位为毫米。

C. 焦距(毫米):航摄相机的主距,单位为毫米。

D. 框标参数:No. 为框标序号。x、y为框标的坐标,单位为毫米。

E. 畸变检校参数

5、地面控制点

在VirtuoZo 主界面上单击设置地面控制点…菜单项,系统弹出控制点数据对话框,在此输入或修改地面控制点数据

6、内定向

7、相对定向

(1)进入相对定向界面。

(2)量测同名点(一般在对非量测相机获取的影像进行相对定向时进行此项操作)。

(3)自动相对定向。

(4)检查与调整。

8、绝对定向

(1)半自动或人工量测控制点。

(2)进行绝对定向计算。

(3)检查与调整绝对定向结果。

(4)普通方式绝对定向操作说明

(5)量测控制点。

四、实验成果

软件运行结果图

实验九各类产品的生成

一、目的

掌握影像匹配原理和实现过程;掌握DEM数据及其它产品生成的原理和实现过程

二、要求

掌握相关原理,并用VirtuoZo软件实现相关操作

三、方法与步骤

1、影像匹配

2、匹配结果的编辑

3、生成DEM

4、生成正射影像图

5、生成等高线图

6、生成叠合图

四、实验成果

各类产品生成结果图

实验十影像镶嵌和DEM拼接

一、目的

掌握影像镶嵌和DEM拼接的原理

二、要求

掌握相关原理,并用VirtuoZo软件实现相关操作

三、方法与步骤

1、生成各模型的DEM数据

2、生成各模型的正射影像图

3、选定拼接范围

4、进行拼接

四、实验成果

DEM拼接成果图

实验十一综合测区练习

一、目的

加深对VirtuoZo软件整体运用的熟练程度

二、要求

使用VirtuoZo软件的各个模块,完成一个大测区的所有工作

三、方法与步骤

1、选定测区范围

2、参数设置

3、模型定向

4、产品生成

5、模型拼接

6、数字化测图

四、实验成果

测区各类成果图

实验十二 IGS数字化测图

一、目的

掌握软件相关测图方法

二、要求

使用IGS数字化测图模块,测出数字化矢量图

三、方法与步骤

1、新建或打开测图文件

测图前首先要创建或打开一个测图矢量文件***.xyz,在测图界面的菜单栏中选择File项,新建或打开测图文件。

新建一个测图文件:选择File→New Xyz File项,屏幕弹出文件查找对话框,输入一个新的Xyz文件名<***>,程序弹出测图参数对话框。

2、参数设置对话框

《数字摄影测量》实验指导书

《数字摄影测量》实验指导书

3、装入立体模型

当打开测图文件后可打开立体模型或正射影像。

在菜单栏中选择Load→Stereo Model项,在文件查找对话框中,选择一个模型文件,打开后,屏幕弹出影像窗显示立体影像(分屏显示或立体显示),。如果要选择一幅正射影像,可选择Load→Ortho Image 项选择*.orl或*.orr文件,打开后,屏幕弹出影像窗显示正射影像。

当我们掌握了以上的基本操作后,就可进行具体的测图工作。测图工作主要包括地物量测、地物编辑、文字注记等。

在数字测图中,地物量测就是对目标进行数据采集的过程,获得目标的三维坐标XYZ,并实时记录保存在测图文件(***.xyz)中。

4、地物量测的基本步骤

(1)输入地物属性码

(2)进入量测状态

(3)根据需要选择线型或辅助测图功能

(4)根据需要打开/关闭地物吻合功能

(5)对地物进行量测

5、地物编辑的基本步骤

·首先进入编辑状态

·选择将要编辑的某个地物及某个点

·选择所需的编辑命令

·进行具体的修测修改等

四、实验成果

数字化矢量图