三線陣CCD影像衛(wèi)星攝影測(cè)量原理

前言

“攝影測(cè)量學(xué)”有著悠久的歷史。1839年法國(guó)Daguerre報(bào)導(dǎo)了第一張攝影像片的產(chǎn)生，差不多同時(shí)就有“攝影測(cè)量學(xué)”這一學(xué)名首次見(jiàn)諸學(xué)術(shù)刊物。早在15世紀(jì)末葉起就有人利用中心投影的透視圖像，用手描繪下來(lái)進(jìn)行測(cè)量繪圖。并且在16世紀(jì)末葉出現(xiàn)這樣用手素描的立體圖像。那時(shí)候攝影還沒(méi)有發(fā)明，這種測(cè)繪技術(shù)還沒(méi)有叫“攝影測(cè)量學(xué)”，而稱(chēng)之為量影術(shù)（Iconometry）。名稱(chēng)不同而實(shí)質(zhì)相同，所以可以說(shuō)攝影測(cè)量的歷史已經(jīng)有500年了。攝影測(cè)量學(xué)在這500年的發(fā)展是比較緩慢的，封閉式的。直到最近30～40年間才有了急劇的變化。這主要是由于其他依托學(xué)科的出現(xiàn)和發(fā)展，主要是數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的技術(shù)和空間技術(shù)的發(fā)展。攝影測(cè)量本身的重大變化是走向了數(shù)字化的道路，使得攝影測(cè)量的應(yīng)用范圍擴(kuò)大，深入而且能夠逐漸走向自動(dòng)化。攝影測(cè)量學(xué)作為從事地學(xué)信息工程的一門(mén)學(xué)科，可以概括地說(shuō)：在1960年以前，稱(chēng)之為“攝影測(cè)量”學(xué)科，而在1960年以后，應(yīng)該與新興的遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)綜合到一起，改稱(chēng)為通過(guò)圖像獲?。◤V義的獲?。┑貙W(xué)信息的一門(mén)學(xué)科，實(shí)際上遙感技術(shù)就是攝影測(cè)量的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)字化攝影測(cè)量的必然成果。按照這種意義起一名字叫做“影像信息工程”（Iconic Informatics）也可以考慮，有的單位已經(jīng)正式改用類(lèi)似的名稱(chēng)了。但總的來(lái)說(shuō)，對(duì)這種名稱(chēng)方面的問(wèn)題到現(xiàn)在還缺乏統(tǒng)一的共識(shí)。從事攝影測(cè)量學(xué)科的科學(xué)工作者，一方面要注意前沿發(fā)展，也就是所謂“影像信息工程”方面發(fā)展的新課題；另一方面也要保存攝影測(cè)量學(xué)數(shù)百年的遺產(chǎn)，加以充分利用和作出有益的補(bǔ)充。欣聞西安測(cè)繪研究所將對(duì)資深中老年科學(xué)家王任享同志的著作選出20余篇準(zhǔn)備刊出，這是一件好事。王任享同志年過(guò)六旬，從事攝影測(cè)量科研工作35年，致力于攝影測(cè)量網(wǎng)平差，粗差定位，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量，微分糾正影像，衛(wèi)星攝影測(cè)量，以及三線陣CCD影像的利用等方面的研究工作，孜孜不倦，建樹(shù)甚多。王任享同志才華出眾，勤奮治學(xué)，為人謙虛謹(jǐn)慎，雖已進(jìn)入老年仍能堅(jiān)持科學(xué)研討，令人欽佩。樂(lè)于為其專(zhuān)著集作序。

內(nèi)容概要

本書(shū)比較系統(tǒng)地闡述了三線陣CCD影像衛(wèi)星攝影測(cè)量理論與模擬實(shí)驗(yàn)成果。內(nèi)容包括三線陣CCD影像的EFP光束法空中三角測(cè)量原理及誤差特性、三線陣CCD影像無(wú)扭曲立體模型的建立、三線陣+CCD小面陣混合配置的LMCCD攝影機(jī)設(shè)計(jì)思想及其影像空中三角測(cè)量特點(diǎn)、衛(wèi)星三線陣CCD攝影機(jī)內(nèi)方位元素在軌動(dòng)態(tài)檢測(cè)、無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量高程誤差估算、三線陣CCD影像短航線立體模型的建立以及三線陣CCD影像立體測(cè)圖等。各章都是作者的科研成果，并體現(xiàn)了作者的科研風(fēng)格，其中LMCCD攝影機(jī)及其EFP光束法空中三角測(cè)量是三線陣CCD影像攝影測(cè)量的一個(gè)新的構(gòu)思，頗有特色?！　”緯?shū)可供從事傳輸型衛(wèi)星攝影測(cè)量研究的工程技術(shù)人員及研究生參考。

作者簡(jiǎn)介

王任享，1933年10月出生于福建長(zhǎng)樂(lè)，1958年畢業(yè)于解放軍測(cè)繪學(xué)院，1980-1982年赴荷蘭航空航天測(cè)量與地球科學(xué)學(xué)院（ITC）進(jìn)修攝影測(cè)量與遙感特殊課程。曾任西安測(cè)繪研究所所長(zhǎng)，現(xiàn)任該所研究員，1997年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。長(zhǎng)期從事攝影測(cè)量與遙感科學(xué)研究，主要研究方向一衛(wèi)星攝影測(cè)量。曾獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇，個(gè)人論文選集一冊(cè)。

書(shū)籍目錄

第一章 概述　1.1 返回式衛(wèi)星攝影測(cè)量　1.2 傳輸型攝影測(cè)量衛(wèi)星第二章 三線陣CCD攝影機(jī)推掃式攝影測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)學(xué)關(guān)系　2.1 三線陣CCD攝影機(jī)　　2.1.1 單鏡頭三線陣CCD攝影機(jī)　　2.1.2 三鏡頭三線陣CCD攝影機(jī)　2.2 三線陣CCD攝影機(jī)推掃式衛(wèi)星攝影　2.3 三線陣CCD影像坐標(biāo)　2.4 三線陣CCD數(shù)字影像空間坐標(biāo)與地面坐標(biāo)關(guān)系數(shù)學(xué)模型　　2.4.1 框幅像坐標(biāo)　　2.4.2 推掃像坐標(biāo)第三章 三線陣COD影像EFP光束法空中三角測(cè)量原理及數(shù)學(xué)模型　3.1 EFP光束法空中三角測(cè)量原理　　3.1.1 地面點(diǎn)坐標(biāo)及(z)，(y)的計(jì)算　　3.1.2 EFP框幅像坐標(biāo)計(jì)算　3.2 EFP光束法空中三角測(cè)量的數(shù)學(xué)模型　　3.2.1 前方交會(huì)　　3.2.2 后方交會(huì)及附加條件方程　3.3 平差數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型第四章 三線陣CCD影像EFP光束法空中三角測(cè)量誤差特性實(shí)驗(yàn)研究　4.1 衛(wèi)星攝影測(cè)量的基本參數(shù)　4.2 EFP光束法空中三角測(cè)量幾何特性　　4.2.1 平差框圖　　4.2.2 平差實(shí)驗(yàn)　4.3 自由網(wǎng)+4控制點(diǎn)平差　　4.3.1 基線數(shù)、姿態(tài)變化率不同平差　　4.3.2 長(zhǎng)航線誤差特點(diǎn)　4.4 自由網(wǎng)+多控制點(diǎn)平差　4.5 外方位元素觀測(cè)值參與平差　4.6 外方位元素帶有常差的空中三角測(cè)量　4.7 區(qū)域平差　　4.7.1 區(qū)域平差策略與方法　　4.7.2 區(qū)域平差計(jì)算實(shí)例第五章 三線陣CCD影像無(wú)扭曲立體模型的建立　5.1 EFP時(shí)刻像點(diǎn)誤差方程式系數(shù)歸算比較　　5.1.1 定向片法歸算　　5.1.2 兩種歸算法實(shí)驗(yàn)　5.2 寬高比太小不是單航線4控點(diǎn)平差航線立體模型扭曲的主要原因　　5.2.1 定向片光束法平差實(shí)驗(yàn)結(jié)果摘要　　5.2.2 應(yīng)用EFP光束法空中三角測(cè)量計(jì)算寬高比對(duì)平差精度的關(guān)系　5.3 提高單航線4控點(diǎn)平差精度的措施　　5.3.1 空中三角鎖間連接條件的建立　　5.3.2 連接點(diǎn)影像投影方向控制原理　　5.3.3 分步聯(lián)合平差實(shí)驗(yàn)　5.4 單航線平差精度與攝影機(jī)焦距的關(guān)系　5.5 外方位元素觀測(cè)值參與平差計(jì)算第六章 LMCCD攝影機(jī)衛(wèi)星攝影測(cè)量　6.1 LMCCD攝影機(jī)　6.2 LMCCD影像自由網(wǎng)+4控點(diǎn)空中三角測(cè)量　　6.3 LMCCD攝影機(jī)推掃攝影的數(shù)字影像模擬　　6.3.1 數(shù)字模擬影像生成　　6.3.2 數(shù)字模擬數(shù)據(jù)光束法平差　6.4 具有框幅像片空中三角測(cè)量的特性　　6.4.1 自由網(wǎng)+4控點(diǎn)平差精度與衛(wèi)星姿態(tài)角變化關(guān)系　　6.4.2 外方位元素觀測(cè)值參與平差無(wú)地面控制點(diǎn))　　6.4.3 空中三角測(cè)量偶然誤差系統(tǒng)累積　6.5 衛(wèi)星三線陣CCD攝影測(cè)量系統(tǒng)預(yù)期精度與效能　6.6 無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量的思考第七章 利用地面控制點(diǎn)進(jìn)行衛(wèi)星攝影三線陣COD攝影機(jī)動(dòng)態(tài)檢測(cè)　7.1 動(dòng)態(tài)檢測(cè)內(nèi)方位元素的基本問(wèn)題　　7.1.1 攝影測(cè)量攝影機(jī)內(nèi)方位元素的規(guī)定　　7.1.2 攝影機(jī)內(nèi)方位元素發(fā)生變化后的規(guī)定　　7.1.3 攝影機(jī)內(nèi)方位元素檢定項(xiàng)目　7.2 EFP光束法空中三角測(cè)量反求內(nèi)方位元素改正數(shù)的解算　　7.2.1 前方交會(huì)第i片，地面點(diǎn)j的誤差方程　　7.2.2 后方交會(huì)數(shù)學(xué)模型　7.3 星地?cái)z影機(jī)夾角變化值的檢測(cè)　7.4 模擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)　　7.4.1 衛(wèi)星攝影參數(shù)　　7.4.2 控制數(shù)據(jù)精度　　7.4.3 平差計(jì)算第八章 無(wú)地面控制點(diǎn)衛(wèi)星攝影測(cè)量高程誤差估算　8.1 不同類(lèi)型的立體交會(huì)高程誤差估算　　8.1.1 框幅式影像立體模型高程誤差　　8.1.2 二線陣CCD影像空間交會(huì)高程誤差　　8.1.3 LMCCD攝影機(jī)推掃式攝影測(cè)量高程誤差估算　8.2 結(jié)論與后語(yǔ)第九章 三線陣GOD影像短航線立體模型的建立　9.1 相對(duì)定向及無(wú)y視差立體的建立　　9.1.1 自由外方位元素計(jì)算　　9.1.2 模型DEM的采集　9.2 模型絕對(duì)定向　　9.2.1 地面一模型坐標(biāo)變換參數(shù)計(jì)算　　9.2.2 生成地面坐標(biāo)系的DEM及正射影像　　9.2.3 外方位元素觀測(cè)值參與定向元素的計(jì)算——絕對(duì)定向元素　9.3 實(shí)驗(yàn)研究　　9.3.1 應(yīng)用數(shù)字模擬三線陣CCD影像坐標(biāo)實(shí)驗(yàn)　　9.3.2 數(shù)字模擬三線陣CCD影像的實(shí)驗(yàn)研究　　9.3.3 利用真實(shí)三線陣CCD影像實(shí)驗(yàn)第十章 三線陣CCD影像立體測(cè)圖　10.1 數(shù)學(xué)模擬三線陣CCD攝影機(jī)推掃攝影及三線陣CCD影像生成正射投影影像　　10.1.1 三線陣CCD攝影機(jī)推掃攝影　　10.1.2 正射影像生成　10.2 糾正為正射影像進(jìn)行影像匹配　10.3 斷面引導(dǎo)逼近影像匹配法采集DEM　　10.3.1 “斷面引導(dǎo)逼近”原理　　10.3.2 利用PGA原理將正射影像匹配的結(jié)果計(jì)算柵格點(diǎn)的高程　　10.3.3 物方多點(diǎn)匹配中PGA原理的應(yīng)用　10.4 柵格DEM生成柵格等高線　　10.4.1 直接計(jì)算柵格等高線原理及數(shù)學(xué)模型　　10.4.2 地形特征數(shù)據(jù)的應(yīng)用　10.5 實(shí)驗(yàn)研究　　10.5.1 數(shù)字模擬泰山地區(qū)三線陣CCD影像　　10.5.2 三線陣CCD影像生成DEM的策略及框圖　　10.5.3 應(yīng)用糾正為正射影像匹配的方法采集DEM參考文獻(xiàn)附錄致謝

章節(jié)摘錄

插圖：第九章 三線陣CCD影像短航線立體模型的建立三線陣CCD航線影像短于3條基線，LMCCD航線影像短于2條基線便不可能采用本書(shū)的EFP光束法空中三角測(cè)量的辦法重建外方位元素、構(gòu)建立體模型。而實(shí)際衛(wèi)星攝影中由于云影的關(guān)系，不少情況下會(huì)遇到此類(lèi)的短航線。另外，在某些情況下會(huì)遇到根本沒(méi)有外方位元素觀測(cè)值（如星相機(jī)失效時(shí)）的短航線，甚至只有兩個(gè)CCD線陣影像可資應(yīng)用；在一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)中還可能不但無(wú)外方位元素，還不可能有地面控制點(diǎn)。研究處理此類(lèi)攝影資料作出可能的測(cè)繪產(chǎn)品，供科學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，對(duì)諸如三線陣CCD攝影機(jī)衛(wèi)星對(duì)地?cái)z影測(cè)量初期實(shí)驗(yàn)，或是對(duì)外星球的攝影測(cè)量具有重要的應(yīng)用價(jià)值?？蚍Ⅲw像對(duì)攝影測(cè)量處理可分為相對(duì)定向和絕對(duì)定向兩個(gè)過(guò)程，相對(duì)定向中不需要任何外方位元素觀測(cè)值和地面控制點(diǎn)，只依靠一定數(shù)量的同名像點(diǎn)，便可建立“無(wú)y視差”立體模型。這里“無(wú)y視差”是指經(jīng)定向計(jì)算后，模型不存在上下視差（迭代收斂于上下視差之殘差在允許值之內(nèi)）。由于框幅影像的特點(diǎn)，相對(duì)定向的模型還可認(rèn)為沒(méi)有扭曲。即使沒(méi)有絕對(duì)定向，僅相對(duì)定向模型也能作出必要的測(cè)繪產(chǎn)品，如DEM的采集，正射影像的生成等，可供實(shí)驗(yàn)研究之用。本章將短航線影像攝影測(cè)量處理相似地分為相對(duì)定向和絕對(duì)定向。所謂相對(duì)定向是指在建立“無(wú)y視差”立體模型，由于不可能像框幅影像那樣得到無(wú)扭曲的模型，為區(qū)別起見(jiàn)，其相對(duì)定向計(jì)算的方位元素不叫作相對(duì)定向元素，而稱(chēng)作“自由外方位元素”。絕對(duì)定向則可采取適當(dāng)數(shù)量的控制點(diǎn)對(duì)模型進(jìn)行改正，如有外方位元素觀測(cè)值可資利用，則可在相對(duì)定向計(jì)算中增加EO觀測(cè)值以帶權(quán)觀測(cè)值參與平差計(jì)算。

編輯推薦

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