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摘 要

摄影测量是无需接触被摄物体本身，通过拍摄瞬间动态的物体影像并对之进行平差计算，求得被摄物体形状、大小、位置和相互关系的一门学科。其中相对定向是摄影测量作业流程的必要过程之一，对于恢复相机方位元素具有重要意义。空中三角测量中，最基础环节是像片连接点的提取与匹配的自动化，其自动化程度直接影响空中三角测量的自动化速度。常规的相对定向，其公式是建立在小旋转角度情况下，根据共面条件推导出的近似公式。本文提出了一种基于共线方程的严密相对定向方法，理论严密，求解精度高，充分利用所测像点进行最小二乘平差。主要做的研究工作如下：

（1）提出了一种基于共线方程的区域网严密相对定向解法，运用双向解析中光束法的思维，同时求解外方位元素与待定点坐标，不断提高精度直到满足要求为止，可以有效提高低空摄影测量大旋转角情况下的相对定向精度问题；

（2）提出了基于严密相对定向的模型连接方法，用前一个模型的公共点为已知点，这样在后一个模型进行相对定向的同时进行两个模型的连接，如此可建立严密航带模型。

（3）对严密相对定向和严密模型连接方法的区域大小进行分析，以航向重叠度60%、旁向重叠度30%的航摄影像数据进行了精度分析，结论如下：随航摄区域的增大、像片的增多，外方位元素中误差逐渐增大，各方向点位误差逐渐增大，因此作业时区域网不宜过大，像片重叠度应适当提高。

关键词：严密相对定向，共线方程，严密航带模型连接，最小二乘法

ABSTRACT

Photogrammetry is a subject that does not need to touch the subject itself, and captures the instantaneous dynamic image of the object and calculates the difference to obtain the shape, size, position and relationship of the object. The relative orientation is one of the necessary processes of the photogrammetric workflow, which is of great significance for restoring the camera orientation elements. In the aerial triangulation, the most basic part is the automation of the extraction and matching of the picture connection points, and the degree of automation directly affects the automation speed of the aerial triangulation. Conventional relative orientation, the formula is an approximate formula derived from coplanar conditions based on a small rotation angle. In this paper, a rigorous relative orientation method based on collinear equations is proposed. The theory is rigorous, the solution accuracy is high, and the measured image points are fully utilized for least squares adjustment. The main research work is as follows:

(1) A rigorous relative orientation solution based on the collinear equation is proposed. The thinking of the beam method in the bidirectional analysis is used to solve the coordinates of the outer orientation element and the point to be determined at the same time, and the accuracy is continuously improved until the requirements are met, which can effectively improve the low altitude. Photographic measurement of relative orientation accuracy in the case of large rotation angles;

(2) A model connection method based on strict relative orientation is proposed. The common point of the former model is a known point, so that the latter model can be connected at the same time as the relative orientation, so that a strict space model can be established. .

(3) Analyze the area size of the strict relative orientation and the strict model connection method, and analyze the accuracy of the aerial photography image with the heading overlap degree of 60% and the side overlap degree of 30%. The conclusion is as follows: When the size of the image is increased, the error in the outer orientation element is gradually increased, and the point error in each direction is gradually increased. Therefore, the area network should not be too large during operation, and the overlap of the image should be appropriately increased.

Keywords: rigorous relative orientation, collinear equation, tight space model connection, least squares

目 录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2 国内外研究情况 2

1.3 研究内容与技术路线 3

1.4 论文的组织结构 4

第二章 方法原理介绍 5

2.1 摄影测量相关坐标系 5

2.1.1 像空间坐标系 5

2.1.2 像空间辅助坐标系 5

2.1.3 地面摄影测量坐标系 6

2.2 像片方位元素 6

2.2.1 内方位元素 6

2.2.2 外方位元素 7

2.2.3 相对定向元素 7

2.3 共面条件 8

2.4 光束法严密相对定向 9

2.4.1 共线方程 9

2.4.2 光束法平差误差方程 10

2.5 绝对定向 11

2.5.1 绝对定向元素的解算 11

2.5.2 坐标重心化 12

2.6 精度评定 14

2.6.1 中误差 14

2.6.2 单位权中误差 14

第三章 严密相对定向 15

3.1 数据准备 15

3.2 严密相对定向原理与算例 16

3.2.1 连接点近似坐标计算 16

3.2.2 严密相对定向算例 17

3.3 跨航带的严密相对定向 19

第四章 严密模型连接 22

4.1 严密模型连接原理 22

4.2 模型连接算例及分析 23

4.2.1 算例数据 23

4.2.2 区域网严密相对定向成果分析 24

4.2.3 跨航带严密模型连接成果分析 26

第五章 结论与展望 28

5.1 结论 28

5.2 展望 29

参考文献 30

致 谢 31

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

摄影测量作业时无需接触被摄物体本身，仅通过拍摄瞬间的物体影像，通过对所得影像进行解析计算，就可以来得到被摄物体的形状、大小、位置和相互关系。20世纪80年代后期至今，由于数字传感器、计算机技术的飞速发展，更加自动化的数字摄影测量方法应运而生。所谓数字摄影测量，即对传统的摄影测量原理进行改进，使之与计算机视觉技术得到结合，充分利用数字影像中的有关信息，从而自动或半自动提取所需要的信息，并对几何信息进行数字方式的表达。它并没有改变传统摄影测量工作的基本原理，而是使用先进的传感器获取影像信息，对获取的影像进行加工、处理，对摄影测量的自动化或半自动化开辟了广阔前景^[1]。

数字摄影测量的主要研究内容有影像的获取与处理、定向理论、影像匹配技术技术空中三角测量、数字高程模型的建立及应用等。其中解析空中三角测量工作尤为重要，它仅仅利用航摄区域内外业实测的少量的控制点，在内业平差计算时，通过所摄像片的同名像点信息，就能解算出所需的全部加密点坐标，同时求解出每张像片的外方位元素。对于空中三角测量来说，最重要的环节是像片连接点的提取与匹配的自动化，这是后续其它工作的基础，其匹配的精度与速度高低直接影响空中三角测量成果的质量好坏。当外业测量时，摄影平台的航高小、深度变化不大时，那么地形可认为是“连续”“光滑”的。低空无人机近景影像具有成像幅面小、相邻图像重叠度不规则、旋角变化大等特点，这极大地增加了影像自动匹配的难度。因此稳健的、高精度的、适用性强的数字近景立体影像匹配方法迫切需要研究发展出来^[2]。

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