1、数字摄影测量实数字摄影测量实习指导书数字摄影测量实习指导书（适用于测绘工程 15 级）测绘学院测绘工程系 2017 年 9 月 8 日、课程基本情况 周 数： 1 周学 分： 1 学分 实习时间： 第三学年上学期 二、课程目的通过本课程的学习，要求学生了解摄影测量技术的发展现状，理解航摄像片解析过程中 涉及到的基本元素，掌握空间后方交会、前方交会、相对定向、绝对定向、区域网平差等航 空影像处理的基本原理。促进人才培养目标中“1.掌握数字摄影测量、遥感、地形测绘及地 图制图*等方面的基本理论及其技能。2.掌握*熟悉地理信息系统(GIS)、遥感(RS)和惯 性导航(INS)等数据处理方法及常用软件
2、的应用与开发。6. 具有以“3S”技术为依据，地理 空间数据采集加工、处理、管理和更新的服务能力。”要求的实现。三、实习项目及时间安排实习项 目实习动 员、报告数据 准备摄影工作站上进行内定向、 像对相对定向 和绝对定向制作数 字高程 模型制作数字 正射影像制作数字线划地图总结，上 交实习报 告时间安排/天0.50.511112四、内容安排与组织4.1 摄影测量工作站的基本操作（1）目的:本单元实习是通过阅读实习指导书，了解 4d 的基本概念，了解 VirtuoZo NT 系统的运行环境及软件模块的操作特点，了解实习工作流程，从而能对 4d 产品 生产实习有个整体概念。（2）内容安排与组织1）
3、 4d 的基本概念数字高程模型（Digital Elevation Model，缩写 DEM）是在某一投影平面（如高斯投 影平面）上规则格网点的平面坐标（X，Y）及高程（Z）的数据集。DEM 的格网间隔应与其 高程精度相适配，并形成有规则的格网系列。根据不同的高程精度，可分为不同类型。为完 整反映地表形态，还可增加离散高程点数据。数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，缩写 DOM）是利用数字高程模型（DEM） 对经扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图 像
4、，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。数字线划地图（Digital Elevation Model，缩写 DLG）是现有地形图要素的矢量数据 集，保存各要素间的空间关系和相关的属性信息，全面地描述地表目标。数字栅格地图（Digital Raster Graphic，缩写 DRG）是现有纸质地形图经计算机处理 后得到的栅格数据文件。每一幅地形图在扫描数字化后，经几何纠正，并进行内容更新和数 据压缩处理，彩色地形图还应经色彩校正，使每幅图像的色彩基本一致。数字栅格地图在内 容上、几何精度和色彩上与国家基本比例尺地形图保持一致。2）了解 VirtuoZo NT 系统VirtuoZo NT 系统是武
5、汉大学遥感信息工程学院张祖勋院士研制的全数字摄影测量 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
6、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。下面简要介绍一下 VirtuoZo NT 的运行环境及软件模块等。（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 300/128MB RAM/9GBHD/20CDROM；17 寸彩色显示器，1024768 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
7、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。3） 了解系统目录硬盘目录结构简图：V i r t uZoo V ilrogb i n M a s k . d S y m L i bB l o c k测区目录 I m a g e 模型
8、目 录1（11 5_711 5）6Pr o d uT m p模型目 录2（11 5_611 5）5Pr o d uT m p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
9、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。4） 系统启动运行bin目录下的VirtuoZoNT.exe程序（或直接选择系统快捷图标），进入VirtuoZoNT 系统，屏幕显示本系统主界面，如图1.1 所示。图1.1 系统主界面 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。5） 4d 产品制作流程根据 VirtuoZo 制作 4d 产品的基本工作流程如下：4.2 数据准备1）目的掌握创建/打开测区及测区参数文件的设置、参数文件的数据录入，完成原始数字影像 格式的转换。2）内容安
10、排与组织1）测区资料准备实习的原始资料是某矿区，名为“hammer”测区，有两条航线，六张影像，可建四个模 型，具体如下：原始影像的分辨率：0.045mm；像片比例尺为 1：15000；全测区控制点分布（见hammerIndex主页）控制点数据（见hammerIndex主页）相机数据（见hammerIndex主页）2） 创建一个测区测区是待处理的航空影像所对应的地面范围（或区域）。 本次实习的测区名为【班级学号】，在 VirtuoZo NT 主菜单中，选择设置测区参数项，屏幕显示 打开或创建一个测区 文件对话框，输入测区名即【班级学号】，进入测区参数 界面，如图 2.1 所示。现以测区名为ha
11、mmertest为例。图 2.1 测区参数界面 测区参数输入操作方法如下：（1）测区目录和文件主目录行：输入测区路径和测区名，即 d:。本系统自动在 d 盘建立名为【班级学号】文件夹。控制点文件行：输入控制点文件名，即 d: hammer.grd加密点文件行：输入与上行相同，即 d: hammer. grd相机检校文件行：输入 d: Rc30.cmr注意：若以上文件已存在，可单击右边的文件查找按钮，查找当前文件。（2）基本参数摄影 比例分母：输入15000；航带数：输入2；影像类型：选择摄 影 测 量 ；成图比例尺：10000（3）缺省测区参数DEM 间隔：10m等高线间距：5m分辨率(DPI
12、)：254（即正射影像的输出分辨率）（4）选择【保存】按钮，将测区参数存盘。其参数文件存放在【班级学号】文件夹中。3） 录入相机参数相机检校数据用以做内定向计算。在 VirtuoZo NT 主菜单中，选择设置相机参数项， 屏幕弹出相机参数界面，如图 2.2 所示（注意：若新建时，界面中无参数，请输入）。相机检校文件名是在测区参数中生成的，即RC30.cmr。图 2.2 相机检校参数界面6, -110.001 0.0027, -0.004 110.0048, 109.997 0.0000本次实习的相机数据为：（见 hammerIndex 主页） 由上已知资料的相机数据，在输入处双击鼠标左键，将相
13、机数据对应填写到本界面中，如图 2.2 所示。选择【确定】按钮，将参数存盘。4） 录入控制点数据控制点参数用以绝对定向计算。在 VirtuoZo NT 主菜单中，选择设置地面控制点项， 屏幕显示当前控制点文件，如图 2.4 所示（注意：若新建时，界面中无参数，请输入）。控制点文件名是在测区参数中生成的，即 hammer.grd。图 2.4 控制点文件界面 控制点数据（见 hammerIndex 主页）由上已知资料控制点数据，在输入处双击鼠标左键，将控制点数据依次填写到本界中， 如图 2.4 所示。选择【确定】按钮，将控制点参数存盘。5） 原始影像的数据格式转换本次实习所采用的原始资料是由航片经
14、扫描而获得的数字化影像，为 tif 格式，要转换 为 vz 的格式。在 VirtuoZo NT 主菜单中，选择文件引入影像文件项，屏幕显示输入影 像对话窗（图 2.5）。图 2.5 输入影像对话窗界面参数输入说明： 像素大小：指定影像的像素大小，输入 0.0045mm。 相机文件：系统默认值与测区参数中设定的值相同。 旋转相机：输入否。(1)增加：添加待转换的文件，在 4d 实习数据/ Hammer/ Images-tif 目录中选择 01-155_50mic.tif 等 6 个文件添加到当前界面中如图 2.6。图 2.6(2)选项：设置影像转换参数。选中要转换的文件，单击选项按钮（若只需要修
15、改单个文件的转换参数，可直接在 文件列表中双击该文件），可进入转换选项对话框来修改输出文件的属性。第一条航带相机不旋转，选中列表中第一条航带的 3 个文件，单击选项按钮，单击图输出路径按钮，选择将选中的所有文件都输出到当前文件的输出路径上，如图 2.7 所示。图 2.7第二条航带相机旋转，选中列表中第二条航带的 3 个文件，单击选项按钮，输出文件的属性修改后如图 2.8 所示。图 2.8最后检查所有文件输出路径一定要在你测区的 Images 目录中。输入影像转换窗参数完 成后如图 2.9 所示。图 2.9处理：开始影像格式转换。系统将依次转换列表中的所有文件，并自动生成相应的影像参数 文件“.
16、spt”。该文件记录了影像的高、宽、扫描像素大小及相机文件名等信息， 次内容单击设置菜单项，系统弹出下拉菜单，单击影像参数项，可查看次信息。转后的*.vz 文件存放在你测区目录下的 images 分目录中。退出：退出输入影像对话框。4.3 制作数字高程模型（1）目的通过对模型定向的作业，了解数字影像立体模型的建立方法及全过程，并 能较熟练地应用定向模块进行作业，满足定向的基本精度要求；掌握核线影像重 采样，生成核线影像对；掌握匹配窗口及间隔的设置，运用匹配模块，完成影像 匹配；掌握匹配后的基本编辑，能根据等视差曲线（立体观察）发现粗差，并对 不可靠区域进行编辑，达到最基本的精度要求；掌握 DE
17、M 格网间隔的正确设置， 生成单模型的 DEM；通过 DEM 透视图的显示，检查是否有粗差。（2）内容安排与组织1） 模型定向与核线影像生成一个测区是由多个模型组成，模型定向要逐个进行。每个模型定向的作业流程为：创 建新模型-内定向-相对定向-绝对定向。下面以实习的实例1157-1156 模型，叙述其 整个过程。作业流程图如下：创建新模型内定向一、创建新模型新模型是指尚未在当前测区建立目录的模型，作业要从创建模型开始。在当前测区 shixi.blk下，创建1157-1156 模型。在系统主菜单中，选择文件打开模型项，屏幕显示打开或创建一个模型 文件对话 框，输入当前模型名即1157-1156，
18、进入模型参数界面，如图 3.1 所示。图 3.1-1 模型参数界面 其中模型目录、临时文件目录、产品目录均由程序自动产生，同学只需在左影像、右影像栏分别引入左影像名及右影像名。影像匹配窗口和间距一般相同（其参数为奇数，最小值 为 5）。模型参数填写好后，选择保存按钮即可。二、模型内定向【例 1】对某个测区的某个新模型进行内定向。=作业步骤对于一个单模型，内定向的步骤如下：进入某测区，选择该测区内需要定向的某个模型；建立框标模板（若模板已建立，则进入左影像的内定向）；左影像内定向；右影像内定向；退出内定向程序模块。=操作说明建立框标模板：当模型打开后，在系统主菜单中，选择处理定向 内定向项，程序
19、读 入左影像数据后，屏幕显示建立框标模板界面，如图 3.2-1 所示。图3.1-2 框标模板界面 界面右边小窗口为某个框标的放大影像，其框标中心点清晰可见。界面左窗口显示了当前模型的左影像，若影像的四角的每个框标都有红色的小框围住，框标近似定位成功。 若小红框没有围住框标，则需进行人工干预：移动鼠标将光标移到某框标中心，单击鼠标左键，使小红框围住框标。依次将每个小红框围住对应的框标后，框标近似定位成功。 选择界面左窗口下的接受按钮。左影像内定向：框标模板建立完成后，进入内定向界面，如图3.1-3所示。图 3.1-3 内定向界面 该界面显示了框标自动定位后的状况。可选择界面中间小方块按钮将其对应
20、的框标放大显示于右窗口内，观察小十字丝中心是否对准框标中心，若不满意可进行调整。 框标调整有自动或人工两种方式：自动方式：选择自动按钮后，移动鼠标在左窗口中的当前框标中心点附近单击鼠标左键，小 十字丝将自动精确对准框标中心。人工方式：若自动方式失败，则可选择人工按钮，移动鼠标在左窗口中的当前框标中心点附 近单击鼠标左键，再分别选择上、下、左、右按钮，微调小十字丝，使之精确 对准框标中心。=注意 调整中应参看界面右上方的误差显示，当达到精度要求后，选择保存退出按钮。右影像内定向：左影像内定向完成后，程序读入右影像数据，对右影像进行内定向。具体操作同 上。至此一个新模型的内定向完成。程序返回系统主
21、界面。紧接着可进行模型的相对定向。三、模型相对定向模型的相对定向主要通过找同名点，来确定两张影像之间的关系。模型的相对定向、 绝对定向和生成核线影像都可以在相对定向界面下完成【例 2】 模型的相对定向。=作业步骤进入相对定向界面；自动相对定向；检查与调整；=操作说明进入相对定向界面：在系统主菜单中，选择处理定向相对定向项，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，如图 3.2-1 所示。图 3.1-4 相对定向界面自动相对定向：单击鼠标右键，弹出菜单，选择自动相对定向，程序将自动寻找同名点，进 行相对定向。完成后，影像上显示相对定向点（红十字丝）。检查与调整：在界面的定向结果窗中
22、显示相对定向的中误差等。拉动定向结果窗的滚动条 可看到所有相对定向点的上下视差。如某点误差过大，可进行调整（删除或微调）。删除点：选中（将光标置于定向结果窗中该点的误差行再点击鼠标左键）要删除的点后，选择界 面上的删除点按钮，删除该点。微调点：选中（将光标置于定向结果窗中该点的误差行再击鼠标左键）要微调的点后，分别选择 界面右下方的左影像或右影像按钮，然后对应按钮上方的两个点位影像放大窗中的十字丝， 分别点击向上、向下、向左、向右按钮，使左、右影像的十字丝中心位于同一影像点上。=注意 调整中应参看定向结果窗中的误差显示，以保证精度要求。当达到精度要求后（10 的-3 次方），单击鼠标左键弹出菜
23、单，选择保存，则相对定向完成。四、模型绝对定向【例 3】 普通方式的模型绝对定向。 提示：普通方式是指控制点的量测在相对定向界面下进行。=作业步骤量测控制点绝对定向计算检查与调整=操作说明量测控制点：在 相 对 定 向 的 界 面 下 ， 按 照 控 制 点 的 真 实 地 面 位 置 （ 参 见control_point_image 目录中的图片点位），在影像上逐个量测。其量测方法一般采用 半自动量测，分述如下：半自动量测：1） 移动鼠标将光标对准左影像上的某个控制点的点位（图片中找到点位大概位置，图 象中可看到蓝圈包围着控制点），单击左键弹出该点位放大影像窗。2） 再将光标移至点位放大影像
24、窗，精确对准其点位单击鼠标左键，程序自动匹配到右 影像的同名点后，弹出该点位的右影像放大窗以及点位微调窗（如图 ）。3） 在点位微调窗中可以鼠标左键点击左或右影像的微调按钮，精确调整点位直至满意。4） 在点位微调窗中的点号栏中输入当前所测点的点号，然后选择确定按钮，则该点量 测完毕。此时该点在影像上显示黄色十字丝。按以上操作依次量测三个控制点后（三个控制点不能位于一条线上），可进行控制 点预测：即单击鼠标右键弹出菜单，选择预测控制点。随即影像上显示出几个蓝色小圈， 以表示待测控制点的近视位置。然后继续量测蓝圈所示的待测控制点。绝对定向计算：控制点量测完后，单击鼠标右键弹出菜单，选择绝对定向普通
25、方式，随即 在定向结果窗中显示绝对定向的中误差及每个控制点的定向误差。另弹出控制点微调窗（如图图 3.3-1），窗中显示当前控制点的坐标，且设置了立体下的微调按钮。图 3.1-5 绝对定向界面检查与调整： 根据误差显示可知绝对定向的精度如何，若某控制点误差过大，则可进行微调。其微调方法与步骤如下：1） 在定向结果窗中对某控制点误差行单击鼠标左键，选中该点，弹出该控制点的微调 窗。2） 立体影像微调=注意 在操作中随时参看定向结果窗中的误差变化，以确保控制点位和计算精度 要求。3） 选中另一个需调整的点，进行微调。4） 所需调整的点均完成后，选择控制点微调窗中的确定按钮，程序返回相对定向界面。至
26、此，绝对定向完成。五、生成核线影像【例 4】 按非水平核线的方式生成核线影像。 提示：非水平方式的核线重采样是基于模型相对定向结果，遵循核线原理对左右原始影像沿核线方向保持 X 不变在 Y 方向进行核线重采样，这样所生成的核线影像保持了原始影像 同样的信息量和属性。=作业步骤定义作业区；生成核线影像；退出；=操作说明定义作业区：在相对定向界面，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，选择定义作业区，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
27、，则作业区定义好，显示为绿色四边形框。如果在弹出的菜单中，选择自动定义最大作业区，程序将自动定义一个最大作业区。生成核线影像：单击鼠标右键弹出菜单，选择生成核线影像非水平核线，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。退出：击鼠标右键弹出菜单，选择保存，然后再弹出菜单，选择退出，然后回答 界面上的提示，程序退出相对定向的界面，回到系统主界面。以上的四个例子叙述了一个模型的定向与核线影像生成的最基本的作业与操作。 至此，该模型的内定向、相对定向、绝对定向及核线影像生成均已完成。同样，接着可以建立第二个、第三个第 n 个模型。当每个模型的核线影像生成后，则进行影像 匹配计算（见下章
28、节）。2） 影像匹配及匹配后的编辑以下将主要说明匹配编辑的操作方法。一、自动影像匹配在 VirtuoZo NT 主菜单中，选择菜单处理影像匹配项，出现影像匹配计算的进程显示 窗口，自动进行影像匹配。二、匹配结果的编辑（编辑的过程如图 3.2-1 所示）。调用匹配编辑模块存盘退出图 3.2-1 编辑作业基本流程图主要编辑过程：（1）进入编辑界面在 VirtuoZo NT 主菜单中，选择菜单处理匹配结果编辑项，进入匹配结果编辑界面， 如图 3.2-2 所示。屏幕显示立体影像。匹配编全局视图窗3.2-2 匹配编辑界面（立体显示）为三个窗口：全局视图：显示左核线影像全貌。作业编辑放大窗。编辑功能窗：显
29、示各编辑功能键。（2）选择显示方式检查匹配结果 将光标移至编辑功能键窗口选择相应的显示按钮，通过下列各按钮来检查立体影像的匹配结果。选择影像按钮为开状态，打开立体影像。选择等直线按钮为开状态，打开等视差曲线，检查不可靠的线。选择匹配点按钮为开，即打开格网匹配点，其中绿点为好、黄点为较好、红点为差点。在全局视图窗，将光标移到黄色框上，按住鼠标左键，拖动黄色框至要显示的区域。（3）调用编辑主菜单调整其参数 当显示比例、视差曲线间距等参数需要调整时，调用编辑主菜单调整其参数。在作业编辑放大窗，单击鼠标右键，屏幕弹出编辑主菜单。 选择缩放比例行，调整编辑窗口影像显示的比例。 选择匹配点设置行，调整匹配
30、点显示的大小和颜色。 选择等高线设置行，调整等视差线的显示颜色和间距等。可经常在主菜单中选择高程模式关闭开关，通过来回切换检查匹配结果。高程模式关闭（无）时，屏幕左上方显示当前光标点的 xyz 坐标；高程模式关闭（有）时，屏幕左上方显示当前光标点的视差值；（4）编辑范围的选择 方法一：选择矩形区域光标移至作业编辑放大窗内，按住鼠标左键拖动出一个矩形区域，松开左键即矩形 区域中的点变成白色点，即当前区域被选中。方法二：选择多边形区域在作业编辑放大窗，按鼠标右键弹出编辑主菜单，选择菜单开始定义作业目标 项。再用鼠标左键逐个点出多边形节点（圈出所要编辑或处理的区域）。在编辑主菜单，选择结束定义作业目标项，闭合多边形区域，区域中匹配点变成白色， 即当前区域被选中。注意：当你的区域超出作业编辑放大窗时，将光标至显示小窗口，移动黄色矩形， 继续选择你所需要的区域，直至沿着要选择的区域边界选中所有的多边形节 点，再闭合多边形。（5）对选中区域编辑运算 平滑算法
