测化绪论数码相机的简介数码相机又名数字式相机英文全称，简称，是种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。数码相机与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同，数字相机的传感器是种光感应式的电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体。在图像传输到计算机以前，通常会先储存在数码存储设备中通常是使用闪存软磁盘与可重复擦写光盘已很少用于数字相机。工作原理数码相机是集光学机械电子体化的产品。它集成了影像信息的转换存储和传输等部件，具有数字化存取模式，与电脑交互处理和实时拍摄等特点。光线通过镜头或者镜头组进入相机，通过数码相机成像元件转化为数字信号，数字信号通过影像运算芯片储存在存储设备中。数码相机的成像元件是或者，该成像元件的特点是光线通过时，能根据光线的不同转化为电子信号。数码相机最早出现在美国，多年前，美国曾利用它通过卫星向地面传送照片，后来数码摄影转为民用并不断拓展应用范围。数字摄影测量的发展现状数字摄影测量是基于数字影像和摄影测量的基本原理，应用计算机技术数字图像处理影像匹配模式识别等多学科的理论和方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学。利用数字摄影测量，高分辨率的遥感影像以及其定位参数文件的应用，只要极少量的外业控制点，就能迅速生成正射影像图，它已在城市土地的变迁规划中得到愈来愈广泛的应用。航空激光扫描雷达也愈来愈成熟。基于普通数码相机在摄影测量中的应用在数字摄影测量的信息获取手段中，最常用的设备就是量测摄影机了。它灵活轻便，操作简单。量测摄影机的内方位元素参数是已知的，其影像具有明确的几何位置关系。但量测摄影机价格昂贵，仪器第页共页笨重，进行外业测量时很不方便。与之相比，非量测数码相机作为影像获取装置有如下优点找出四个明显地物点，作为四个控制点。在野外判读出四个明显地物点的地面位置，做出地面标志，并在像片上准确刺出点位，背面加注说明。然后在野外用普通测量方法计算出四个控制点的地面测量坐标并转为地面摄影测量坐标编号南阳师范学院届毕业生毕业论文设计题目普通数码相机量测化方法研究完成人吴晶晶班级学制年专业测绘工程指导教师苏博完成日期目录摘要绪论数码相机的简介数字摄影测量的发展现状基于普通数码相机在摄影测量中的应用非量测数码影像的量测算法非量测数码影像的直接线性变换算法直接线性变换算法解析算法精度的影响因素室内三维控制场的建立控制点个数对算法精度的影响非量测数码相机的量测化方法畸变校正系数的确定大型平面控制场的建立透视变换系数的确定畸变系数的确定畸变系数与透视变换系数的交替解算内方位元素的检测第页共页普通数码相机的量测化方法研究作者吴晶晶指导教师苏博摘要随着计算机技术的进步和数字图像处理模式识别数字摄影测量等学科的进步发展，以及数码相机分辨率的不断提高，数码相机已经成为开展摄影测量重要的影像采集设备。所以对普通数码相机的量测化方法进行研究，以进步完善作业方法提高普通数码相机的实际应用精度显得尤为重要。数字摄影测量的首要任务是获取原始影像。影像获取装置般分为二种第种是由量测摄影机或普通相机拍摄获得纸质像片后，用扫描仪将像片完全数字化，再输入计算得到数字影像第二种是由数码相机直接获取数字影像，数字影像可直接输入计算机进行处理。显然第二种方法更简便，省去了像片扫描数字化的过程。虽然普通数码相机在图像获取方面有着很多优势，但它是非量测化相机，普通数码相机存在较大的镜头畸变，并且内方位元素主距和像主点，都是未知的，不能用普通数字摄影测量方法对其进行数字图像处理。由数码相机直接获取数字影像，数字影像可直接输入计算机进行处理。本文根据普通数码相机在获取图像过程中的优缺点，对普通数码相机的量测化方法进行研究，主要成果为提出了基于算法的非量测数码相机的可量测化思路。从空间射影变换理论出发，推导的基本公式，并对该算法的数码相机应用精度进行评价。实验表明，利用本文的算法对数码影像进行计算处理能用于中等精度的近景摄影测量应用。研究将数码相机当作非量测用摄影机的数码影像处理方法直接线性变换解法中的若干关键技术，如控制点布设条件构像畸变模型对直接线性变换算法的精度影响。试验得出了算法中有关控制点的优化布设方案畸变模型选择方案等。利用室内控制场对数码相机进行量测化改造，确定数码相机的构像畸变系数和内方位元素，并对量测化后的数码相机应用精度进行评价。探讨适用于量测化后的普通数码影像的量测处理算法及其特点，包括空间后方交会前方交会像对的相对定向绝对定向和光束法等。根据实际应用情况分析四种光束法的数学模型。结合算法评定了数码影像量测化应用的作业精度。实验表明，数码相机量测化内方位元素的测定内方位元素的解算精度内方位元素解算的稳定性畸变系数与内方位元素的交替解算非量测数码相机量测化精度的评价数字摄影测量的基本算法双像解析空间后方交会前方交会算法空间后方交会的基本原理空间前方交会的基本原理双像解析空间后交前交法的过程双像解析相对定向绝对定向算法解析法相对定向的基本原理解析法绝对定向的基本原理解析法相对定向绝对定向法的过程数码影像的光束法平差光束法平差的基本原理光束法平差的数学模型数码影像基本算法的精度比较总结和展望总结展望参考文献的内方位元素而畸变改正之前，还没有进行像片方位元素的解算，即，事先未知，我们可先取之为。在求出畸变系数和透视变换系数后，再计算方位元素，利用所求的，值代入畸变方程重新计算畸变系数。内方位元素与畸变系数的求解过程是个交替迭代过程，直至畸变系数的迭代值变化较小时为止。试验证明，内方位元素对解求畸变系数影响甚小。非量测数码相机量测化精度的评价利用格网点畸变校正残差评定精度。实验采用像素为的数码相机，对室内平面控制网进行拍摄。获取影像后，首先利用网格控制网中的个控制点的像片量测坐标与物方坐标计算透视变换系数初始值，将初始值代入透视变换公式，计算所有网格控制点的像片坐标理论值，理论值与实际像片量测差值即为各点残差。通过畸变校正前后各点的残差进行了比较，其结果表明。影像畸变校正前，影像残差基本上关于像片中心呈对称分布，并且离像片中心距离越远，残差越大，在像片外围，畸变差可达到像元。畸变校正后，影像残差显著减小，绝大多数残差在个像元以内，极个别残差为个像元。第页共页表检查点实际坐标及其实测坐标比较精度单位点号已知坐标已知坐标已知坐标采集坐标采集坐标采集坐标采用像素为的数码相机，在室内三维控制网摄影获得立体像对。在对获得立体像对经过畸变差改正后，利用个控制点完成像对的相对定向和绝对定向后，计算出个检查点的实测坐标，将其与实际坐标相比较，评定数码相机量测化应用的精度。比较结果如上表所示。根据表可得检查点三维坐标的精度分别为。由应用和其他试验情况来看，数码相机的可量测化改造是成功的，它得到的数字影像完全能满足般工程的需要。通过对普通数码相机畸变检校内方位元素检索，完成了对其可量测化改造，使数码相机方便地成为数字摄影的影像采集装置，有效提高了数字摄影数据采集的效率，为基于普通数字影像的摄影测量开拓了更大的应用前求得的外方位元素改正数是否小于规定的限差，否则重复第至第步骤计算，直到满足要求为止。空间前方交会的基本原理利用单像空间后方交会求得像片的外方位元素后，应使用立体像对上的同名点，进行前方交会，得出模型点的坐标。航片坐标中，空间前方交会如下进行。取左右片的像空间辅助坐标系分别为和，其坐标轴分别平行于物方坐标系，因两张像片外方位元素已知，如左片点的像点坐标为右片同名像点坐标为则相对应的像空间辅助坐标为，即，右摄站点在中的坐标即摄影基线的三个分量，可由外方位线元素计算因左右像空间辅助坐标系及相互平行，且摄站点像点地第页共页面三点共线，由此可得出式中，分别为左右像点的投影系数。，为地面点在和中的坐标，且，最后计算得出地面点坐标公式为由以上各式得投影系数的计算式为式和式是立体像对空间前方交会的基本公式。双像解析空间后交前交法的过程双像解析摄影测量，就是利用解析计算的方法处理个立体像对的影像信息从而获得地面点的空间信息。采用双像解析摄影计算的空间后交前交方法计算地面点的空间坐标，其步骤为野外像片控制量测在个立体像对重叠部分的四个角，景。量测化数码影像的基本算法及应用特点普通数码相机经量测化标定后即可作为量测用摄影机使用，量测化后的数码相机获取的影像可称为量测化影像。量测化影像的基本算法就是适合于量测摄影机的摄影测量的量测算法，包括空间后方交会前方交会像对的相对定向绝对定向和光第页共页束法等三种基本算法。双像解析空间后方交会前方交会算法空间后方交会的基本原理空间后方交会基本关系式为共线条件方程式利用角锥体方法解算外方位初始值后，以量测的控制点像片坐标作为观测值，为已知值。外方位元素为未知数，将共线条件方程式按泰勒公式展开，去掉次项，列出误差方程式矩阵形式表示为，若有个