航空摄影测量课程设计.doc

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1、航空摄影测量课程设计 华东交通大学 航空摄影测量学 课程设计 学校：华东交通大学 班级：12级测绘（2）班 2015年6月9日 1 华东交通大学 目录 目录 . 2 第一章：课设准备工作 . 3 1.课设目的. 3 2.课设的要求. 3 3.课设中的精度要求 . 3 4.课设内容和原理 . 4 第二章：MapMatrix课设操作步骤 . 7 1.新建工程以及添加测区参数和影像 . 7 2.内定向 . 13 3.相对定向. 15 3.绝对定向. 20 4.核线、匹配采样 . 22 5.生成DEM . 25 6.创建DOM . 29 第三章：VirtuoZo课设操作步骤 . 32 1.启动Virt

2、uoZo . 32 2.建立测区. 32 3.创建相机参数及外控点文件 . 33 4.引入影像. 35 5.创建模型. 37 6.模型定向. 40 7.量测控制点. 44 8.绝对定向计算 . 45 9.定义核线范围 . 47 10.生成核线影像. 48 11.DEM生产 . 49 12.DOM生产 . 57 13.DLG生产 . 65 第四章：课设感想 . 69 2 华东交通大学 第一章：课设准备工作 1.课设目的 （1）巩固这两个学期对摄影测量学和数字摄影测量学知识，进一步加深对摄影测量中内定向、相对定向、绝对定向、测标测图、生成、编辑DEM（数字高程模型）等方法的综合运用。 （2）通过该

3、实习，使学生掌握摄影测量最基本原理及用摄影测量手段进行测量的方法和步骤，熟悉数字摄影测量工作站应用软件，在 “数字摄影测量工作站” 网络版上练习内定向，相对定向、绝对定向、高程点和地物的测绘。 （3）加深对所学理论知识的理解，提高在摄影测量工作中的分析问题和解决问题的能力。 2.课设的要求 （1）正确引入数字影像、相机参数及控制点文件。 （2）进行内定向、相对定向、绝对定向并满足规范的要求。 （3）按地形图测绘的要求测得一像对的地物与高程点。 （4）进行影像匹配，生成编辑数字高程模型。 （5）生成正射影像。 3.课设中的精度要求 （1）内定向精度:中误差 0.005mm （2）相对定向精度:每

4、点残差 0.020mm ; 中误差 0.010mm （3）绝对定向精度:所有点平面及高程中误差小于 0.3m （4）匹配窗口及间隔为 9 （5）DEM格网间隔为10m （6）正射影像分辨率 0.5mm （7）等高线间隔 5m （8）模型拼接精度:中误差小于2.0m，大于三倍中误差的点不超过百分之一 （9）成图比例尺 1:5000 摄影测量过程应反复训练，达到软件使用熟练，操作合理，各种数据文件的查看和修改快捷等。 3 华东交通大学 4.课设内容和原理 （1）准备工作 阅读数字摄影测量工作站操作指南（网络版中“帮助”中的“教程”），熟悉操作的每一步骤和功能。 （2）内定向 概念： 在数字摄影测量

5、中，量测出数字化影像的像点（一般指框标点）的扫描坐标，然后根据量测相机的鉴定结果所提供的框标理论坐标，用解析计算的方法解算各点的影像坐标的过程称为内定向。 1、变换公式 1）线性正形变换公式(用于仅测3个框标) x?a0?a1x?a2y? y?b0?a2x?a1y? 2）仿射变换公式（用于量测4个框标） x?a0?a1x?a2y? ?y?b0?b1x?b2y 3）双线性变换公式（适用于量测了8个框标） x?ao?a1x?a2y?a3x?y? y?b0?b1x?b2y?b3x?y? 4）投影变换公式（适用于量测了8个框标） x?a0?a1x?a2y?a3x?2?b3x?y? y?b0?b1x?b

6、2y?a3x?y?b3y?2 （3）相对定向 1）概念： 是通过5个以上同名像点的像点坐标，利用共面条件方程，根据最小二乘原理解算5个相对定向元素，从而使同名射线对对相交，得到与地面相似的几何模型的过程。 共面方程 Bx F?X1 X2ByY1Y2BzZ1?0Z2 其中： 4 华东交通大学 X1x1 Y1?R1?y1 Z1z1 X2x2 Y2?R2?y2 Z2z2 a1 R?b1 c1a2b2c2a3c31?1? (当?很小时) 1b3? ? 2）模型点坐标 X=XS1+NX1= XS1+Bx+NX2 Y=YS1+NY1=YS1+BY+NY2 Z=ZS1+NZ1=ZS1+BZ+NZ2 其中：

7、X1、Y1、Z1左片像点坐标 X2、Y2、Z2右片像点坐标 XS1、YS1、ZS1左片投影中心坐标 （还有其他的相对定向的方法） （4）绝对定向 1）概念： 是将模型点在像空间辅助坐标系中的坐标，转换为地面坐标，即确定空间辅助坐标系与实际物空间坐标系之间的变换关系。 2）坐标变换步骤 （1）将控制点的地面坐标变换到摄影测量坐标系， （2）根据控制点的地面摄影测量坐标进行绝对定向， （3）将绝对定向后的所有点的模型地面摄影测量坐标反变换成地面坐标。 3）变换方程 ?Xtp?a1?Y?b?tp?1 ?ZTP?c1 其中： a2b2c2a3?X?x?Y?y?b3? c3?Z?z? ?XTPYTPZT

8、P?为地面摄影测量坐标 T ?X ?XY?YZ?为像空间辅助坐标 TT?Z?为坐标原点平移量 ? 为模型的缩放比例系数 5 华东交通大学 ?a1?b?1 ?c1a2b2c2a3?b3?（方向余弦?余弦） ?为正交变换系数矩阵，c3? ?x?y?z为方程中待定的7个空间相似变换参数 （每个控制点可建立三个方程，所以已知2个平高点和一个高程点即可解算7个变换参数。一般生产中一个像对应有45个平高点。）（在本课设中给出45个平高点。） （5）测图、编辑和拼接 熟悉测图中每个工具的功能和使用方法。 （6）进行影像匹配，生成数字高程模型，生成正射影像。 熟悉自动生成DEM和正射影像的过程，并进行编辑。

9、6 华东交通大学 第二章：MapMatrix课设操作步骤 1.新建工程以及添加测区参数和影像 （1）启动软件MapMatrix,主页如下： （2）在文件中选择新建工程，在指定的路径中新建文件夹（航天远景0221/例子文件）保存工程数据，工程名与文件夹名一致。 7 华东交通大学 （3）单击产品，在对象属性窗口中设置摄影比例尺为： 15000 8 华东交通大学 （4）新建航带，在每条航带上加载影像：第一条航带（strip0）加载影像：01-155_50mic.tif、01-156_50mic.tif、01-157_50mic.tif；第一条航带（strip1）加载影像：02-164_50mic.t

10、if、02-165_50mic.tif、02-166_50mic.tif。 9 华东交通大学 （5）对影像进行排序：第一条航带（strip0）按序号从大到小排列，第一条航带（strip1）按序号从小到大排列。 10 华东交通大学 （6）设置每条航带的扫描分辨率：单击影像，在对象属性窗口中设置扫描分辨率为：0.045000。 （7）选择工程名节点，单击编辑控制点和编辑相机参数文件，分别将控制点和相机参数添加到工程中。 11 华东交通大学 12 华东交通大学 2.内定向 （1）影像内定向处理，选择影像节点，单击按钮，软件就可以自动处理内定向，其内定向结果为： 13 华东交通大学 （2）人工内定向：

11、由于自动内定向处理的精度不是很高，需要自己人工内定向，在影像列表下点击需要内定向的影像，在点击内定向按钮。 （3）在人工内定向是，必要保证每个影像的X，Y中误差都要小于0.005000，即RMS X0.005，RMS Y0.005。六个影像的最后人工定向中误差分别如下： 14 华东交通大学 3.相对定向 （1）创建立体像对：选择工程名，点击右键选择创建立体像对，即可以生产立体像对 15 华东交通大学 （2）总体相对定向：选择需要处理的立体像对，单击相对定向按钮，就可以对立体相对进行自动处理。 16 华东交通大学 （4）单个影像相对定向：在整体相对定向完成后，选择单个影像打开，先进行全自动相对定

12、向，完成后会在属性窗口中出现每个影像点的中误差和整体的中误差，删除大于中误差的影像点，再次进行全自动相对定向，直到影像点中误差小于整体中误差的个数有200以上为止。 17 华东交通大学 18 华东交通大学 （3）相对定向完成，输出窗口会提示你相对定向完成。 19 华东交通大学 3.绝对定向 （1）添加控制点：在相对定向界面中，依据模型对应的控制片，在影像窗口汇总找到控制点的大致位置后，用鼠标左键单击该位置，然后在右边微调影像窗口调整测标至控制点的位置，接着在左微调影像窗口的编辑栏中输入相应的控制点名，单点按钮，将控制点添加到立体模型中。同样可添加其他控制点，可在立体模式下添加控制点。 单击左微

13、调影像窗口按钮 （2）当添加完三个控制点以后会弹出调整对话框，单击ok保存添加控制点的信息 20 华东交通大学 （3）添加预测点：在上面添加完三个控制点以后，在工程浏览窗口中选择 该模型，点击按钮就可以将预测点添加在影像中去。 （4）调整控制点的中误差：把三个控制点和三个预测点添加完成以后，在调整窗口中查询添加的控制点和预测点的中误差，当中误差大于0.3时，在窗口 21 华东交通大学 中通过（X+、Y+、Z+、X-、Y-、Z-）来调整添加控制点的中误差，使其每个中误差都小于0.3。下面是四个立体像对的绝对定向完后的中误差。 4.核线、匹配采样 （1）核线采样： 在相对定向界面中，单击全屏按钮，

14、然后单击定义核线范围按钮，在影像上用鼠标拉框定义核线影像的采集范围，若没有定义核线范围，程序会自动按照重叠区生成最大核线范围。定义完成后，存盘退出相对定向界面，在工程浏览窗口中选择相应模型，点击按钮，即可完成核线影像重采样。鼠标拉框定义核线范围如下图所示： 22 华东交通大学 （2）映像匹配： 23 华东交通大学 在工程浏览窗口中选择模型，并在对象属性窗口设定相关参数。点击按钮自动完成影像匹配。如下图所示： ，即可 24 华东交通大学 5.生成DEM （1）自动生成DEM：在工程视图的DEM节点下选择相应的DEM模型（在右侧属性窗口中可设定相关匹配参数），点击按钮，即可完成DEM的自动生成处理

15、。 （2）编辑DEM： 在工程视图的DEM节点下选择需要编辑的DEM，点击按钮 界面。 ，进入DEM,编辑 25 华东交通大学 （3）平滑功能：在面编辑状态下（利用回车键可以在线编辑与面编辑状态间切换），在属性窗口中设定平滑度为1-4间的任意值后，在立体窗口单击左键确认，然后用鼠标左键选择需要平滑处理的区域，按右键结束后，再按下快捷键“s”或按钮，即可对该区域作平滑处理。如下图所示： （4）点内插 匹配点内插功能：在面编辑状态下，点击鼠标左键选择需要内插的区域（Ctrl+鼠标左键可以拉矩形框选范围），按右键结束后，按下快捷键“o”或按钮，即可对该区 26 华东交通大学 域作匹配点内插处理。 （

16、5）DEM拼接 在工程视图的DEM节点下选择需要参与拼接的DEM，点击按钮示的对话框。 ，会弹出如下所 27 华东交通大学 设定名称后，选择打开按钮，用鼠标在视图区域内拉框设定坐标范围，或者在左边的编辑框中输入坐标，左上角编辑框可设定拼接限差，设定完成后，选择拼接按钮，如下： （6）显示DEM：选择生成的DEM，点击显示，如下： 28 华东交通大学 6.创建DOM 在MapMatrix窗口中找到产品，右击后选择创建DOM产品，然后会程序会自动生成正射影像图。 29 华东交通大学 30 华东交通大学 31 华东交通大学 第三章：VirtuoZo课设操作步骤 1.启动VirtuoZo 弹出的界面如

17、下： 2.建立测区 （1） 选择文件>新建/打开测区新建一个测区 （2） 在弹出的设置测区对话框中填入测区目录和文件信息，并保存 32 华东交通大学 3.创建相机参数及外控点文件 （1） 选择主界面下的设置>相机参数来设置相机参数。 （2） 在相机文件列表中选择相机文件，单击修改参数。 33 华东交通大学 （3）在弹出的相机检校参数对话框中选择左下方的输入按钮，点击确定按钮确认已引入的相机参数文件。 创建外控点文件： （1） 选择主界面下的设置> 地面控制点来设置外控点。 （2）在弹出的对话框中选择输入按钮，点击确定按钮确认已引入的外控点数据。 34 华东交通大学 4.引入影

18、像 （1） 选择主界面下的设置>引入影像来进行影像格式转换。 （1）选择样本数据目录下的images目录下的全部影像，按住鼠标左键直接拖入输入影像对话框中；或者用对话框上的增加按钮来添加影像。，设置像素大小（mm）为0.0445 35 华东交通大学 （2） 选择02-164、02-165、02-166，单击选项，设置旋转相机为是， （3）单击处理，完成后退出。 36 华东交通大学 5.创建模型 （1）选择主界面下的文件>新建/打开模型 （2）在打开或创建一个模型对话框的文件名一栏输入模型名称分别为：157-156、156-155、164-165、 165-166. 37 华东交通大

19、学 1). 在设置窗口中设置左右影像：四个像对左影像分别为：157、156、164、165，右影像分别为：155、156、166、165。按默认参数保存，完成模型创建。 38 华东交通大学 39 华东交通大学 6.模型定向 主要分为内定向和模型定向。 内定向 （1）在系统主菜单中，选择模型定向>影像内定向，程序读入左影像数据后，屏幕显示建立框标模板界面。 40 华东交通大学 （2）在影像弹出以后，在影像的四周有8个控制点，点击十字丝，让每个控制点的十字丝大概处于红色的圆圈内，然后选择接受就会对左影像进行内定向误差调节。 （3）点击选择下面的18中的控制点，点击手动分别调节上下左右四个方向

20、使其每个控制 41 华东交通大学 点的中误差最小，直到中误差小于0.003以内即可。左影像调节以后单机保存退出，则系统会自动弹出右影像，同理可以和左影像相同的方法对右影像进行模型内定向，误差满足以后保存退出就会可对一个立体像对进行模型内定向处理。 42 华东交通大学 模型定向 在系统主菜单中，选择模型定向>模型定向，系统读入当前模型的左右影像数据，屏幕显示相对定向界面，在影像中右击鼠标，选择全自动相对定向，这电脑就会自动对左右影像进行相对定向处理。在每一次相对定向处理完以后，对定向结果进行检查，删除误差大于0.02的点，或者对误差比较大的点进行调整，使得每次定向的点都符合要求，然后在进行

21、全自动定向一次，知道满足要求的点大于200以上即可结束。 43 华东交通大学 7.量测控制点 在进行相对定向处理完以后的影像中进行控制点的量测，根据测区上给出控制点的大概位置在左右影像上找到控制点，分别在右下角的小方框中将十字丝调节到控制点的中间（方法主要是选择左右影像，通过向上、向下、向左、向右调节使其红色十字丝调节至控制点的中心），然后在影像弹出的加点窗口中输入控制点的点名（例如1157.2264等），确定保存即可量测控制点。同理量测另外两个控制点，在量测完三个控制点以后会在影像中显示另外三个控制点（也就是MapMatrix中的预测点）。方法和控制点量测一样，直到将六个点都量测完即可结束。

22、 44 华东交通大学 8.绝对定向计算 量测完控制点以后，在影像的中右击鼠标，选择开始绝对定向，然后会弹出一个调制控制窗口，检查每个控制点在每个方向的中误差是否都小于0.3。如果有控制点的某一个坐标轴上的中误差超限，选择改点的通过调准控制窗口调节或者调节左右影像的四个方向使其误差满足要求，假设1157点中误差为0.4521，在调准控制窗口上点击步距+、步距-调节步距为0.10，然后点击GX-0.10让X轴方向的中误差小于0.3000。特别注意的是：在检查控制点的定向结果时，假设1157控制点的每个方向的中误差都很大，就就需要对1157进行重新量测，让其尽量小一些。 45 华东交通大学 46 华

23、东交通大学 9.定义核线范围 在模型定向界面，单击鼠标右键弹出菜单，选择全局显示，界面显示模型的整体影像，然后再弹出菜单，选择取最大核线范围；或者选择自定义核线范围，随之将光标移至右影像窗中，置于作业区左边一角点处，按下鼠标左键，然后拖动鼠标朝对角方向移动，当屏幕显示的绿色四边形框符合作业区范围时，停止拖动，松开鼠标左键，则作业区定义好，显示为绿色四边形框。 47 华东交通大学 10.生成核线影像 单击鼠标右键弹出菜单，选择生成核线影像，程序依次对左、右影像进行核线重采样，生成模型的核线影像。然后对生成的核线影像进行保存退出，继续对下一个像对进行内定向、相对定向、绝对定向、控制点量测、定义核线

24、、生成核线影像。 48 华东交通大学 保存退出 11.DEM生产 （1）影像匹配：选择系统菜单DEM生产>影像自动匹配，进度条结束后即完成。 49 华东交通大学 （2） 匹配结果编辑 （3） 匹配点生成DEM 50 华东交通大学 DEM输出 （1） DEM拼接检查：DEM生产 > DEM拼接检查， 在多模型拼接窗口中选择四个像对拼 接的范围并编辑一个拼接后生成的DEM文件名。然后点击开始拼接程序会自动的拼接DEM。 51 华东交通大学 开始拼接 52 华东交通大学 53 华东交通大学 DEM分幅输出 选择系统主菜单DEM生产>DEM拼接与裁剪 54 华东交通大学 选择文件新建

25、，打开工程目录，设置分幅方式 设置按块大小划分块大小。 55 华东交通大学 输出DEM保存，并关闭窗口 56 华东交通大学 12.DOM生产 DEM编辑合格后，选择主界面下的DOM生产>生成正射影像，进度条结束后即完成，结果存放在模型文件的产品目录下 DOM输出 57 华东交通大学 （1）单击DOM生产，选择正射影像拼接，在弹出的OrtoMzx窗口中，点击文件新建拼接DOM,在参数设置中保存工程路径。 （2）添加4个正摄影像图片 58 华东交通大学 （3）单击处理 > 生成拼接线 （4）单击处理 > 编辑拼接线菜单，鼠标在红色拼接线上单击，显示红色节点，可以移动节点或单击拼接

26、线移动鼠标增加节点。 59 华东交通大学 （5）单机处理拼接影像 60 华东交通大学 影像地图制作 选择系统主菜单DOM生产的影像地图制作，打开拼接好的正射影像 61 华东交通大学 （2） 单击设置 > 设置图廓参数 在弹出的图框设置窗口中，点击鼠标选择，然后在添加的DOM画一个矩形框（这个矩形框必须含有自己量测的DLG矢量图），则内图框中会显示出矩形框的区域坐标，点击确定保存轮廓参数。 62 华东交通大学 （3） 引入测图数据 打开自己量测的DLG文件（本次量测的的DLG矢量图为157-156），选择打开157-156，则添加的矢量数据就会叠加到DOM矩形框内的影像图中。 63 华东交

27、通大学 （4） 输出成果图 点击处理选择输出成果图，设置一个文件和在正射影像外保留边界的像素。 64 华东交通大学 13.DLG生产 （1） 选择系统主菜单DLG生产>IGS立体测图，启动测图程序。 65 华东交通大学 （2） 选择文件>新建xyz文件，选择存放路径，命名并保存。 （3）绘制地物 66 华东交通大学 （4）绘制等高线 67 华东交通大学 保存矢量数据到建立的文件中。 68 华东交通大学 第四章：课设感想 不知不觉为期2周的摄影测量实习就要了。本来这个感想我想放在课程设计书最后做一下总结的，但是由于这次实习使用两个不同的软件，对相同的六张航空影像进行处理生成所需要的成

28、果图，为了很好的说出自己对本次课设的感想，因此就单独的写了这个总结，希望能给老师分享一下自己对这次课设感受，以及这两个软件在航空摄影测量影像处理的的一些看法。 通过此次实习，我们对摄影测量更加深入的认识，它是对非接触传感器系统获得影像及非数字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术。在上学期，通过一个学期对摄影测量的学习，开始知道有内外方位元素、相对定向、绝对定向、相片匹配等一些基本的概念。这个学期的数字摄影测量中，虽然这门课是基于在摄影测量知识点的加深，但是这门本中的出现了很多的关于航摄影像处理的计算和理论。可以大胆的说，这学期的数字摄影测量学更本就没

29、有学到什么，大家在课堂上的激情也不是很高，可能是由于计算的公式太多了吧。经过大学这三年来和大家一起学习发现，老师在课堂上讲原理方面的知识时，同学们还是比较认识的听课的，但是只要讲到关于计算方面的知识点时，同学们的热情一下就没有了，都在各自玩自己的。 在这次实习以前，我个人感觉这门课的实习肯定很难，会有很多的计算，具体做什么，该怎么做，我全然不知道，在这次实习中，我不仅对它们有了更加多的认识，还学到了做事的严谨认真，真可谓是受益匪浅。 本次航测课设分别使用了航天远景公司的MapMatrix软件和适普公司VirtuoZo软件。这两个软件在航测的处理中各有各的特色，各有各的优点，相互弥补，具体见下面

30、详细说明： （1）在新建工程，添加测区信息（航空影像图，控制点坐标，照相机参数），设置参数等方面的操作步骤都还是比较方便，就是添加信息的方式不太一样不同，路径不同，原理都是一样的，没有很大的差异。 （2）在模型内定向时，VirtuoZo需要在影像中将8个红色的十字丝大致点击到圆形圈内，然后接受以后就可调节影像中8个方向的内定向中误差。虽然VirtuoZo内定向方法和MapMatrix方法一样，但是VirtuoZo不能同时对一个像对中左右两张航片的内定向。由于在影像的内定向处理中，要使得内定向的中误差小于0.003，通过对影像中8个方向的调节还是需要有一定的耐心的，在刚刚接触内定向时，还是感觉好

31、麻烦的。在MapMatrix中，内定向时是对一个像对进行内定向，使用MapMatrix做内定向处理会比较方便。VirtuoZo （3）在相对定向时，首先都是通过两个左右影像进行全自动相对定向，但是判断相对定向满足要求的不求不一样，MapMatrix主要是根据相对定向完成后的点小于中误差点数超过200就可满足相对定向的要求。而VirtuoZo是根据相对定向完成后的点残差值小于0.02的点数大于200个即可。如果在第一次相对定向完成后点的个数不满足要求，使用MapMatrix或者VirtuoZo在进行全自动相对定向一次，只要满足要求即可。 (4)在绝对定向中，对3个控制点量测方法都是一样的，但是在添加控制点的点名