VirtuoZo 全数字摄影测量系统实习报告

一、 实习目的

通过本次实习，了解4D产品的生产过程，熟悉使用VirtuoZo 全数字摄影测量系统生产4D产品的过程，掌握生产过程中各步骤的原理，加深对有关理论知识的理解。

（1） 了解VirtuoZo数字摄影测量系统的功能；

（2） 掌握VirtuoZo数字摄影测量系统的作业流程；

（3） 加深对数字摄影测量基本理论、方法和过程的理解；

（4） 培养实际动手能力。

二、 实习过程

1、 了解VirtuoZo 系统

VirtuoZo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的主要软件模块包括：解算定向参数、自动空中三角测量、核线影像重采样、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。

VirtuoZo的作业方式为自动化与人工干预。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。

根据VirtuoZo制作4d产品的基本工作流程如下：

2、 数据准备

（1） 实习测区资料分析

根据给定的实习的原始资料，了解测区的航线数、影像数、原始影像的分辨率、像片比例尺、全测区控制点分布、控制点数据、相机数据。

（2） 建立测区

数据准备完善后，进入VIrtuoZo主界面，首先要新建一个测区，通过文件打开测区，新建一个测区名，系统默认后缀名为blk，默认保存在系统盘下的wxf文件夹里。*.blk文件其实只是个索引文件，它最终指向的是设置测区里的测区主目录文件夹。*.blk文件建立好之后，系统会自动弹出设置测区的对话框，按照原始数据提供的信息填写相应的内容，之后保存退出。

进入设置→相机文件，找到刚才在设置测区对话框中新建的相机检校文件，双击进入参数设置界面，相机参数可以直接通过输入按钮，输入原始数据里面已有的相机文件（一般格式为*.cmr）。

进入设置→地面控制点，可以逐点输入控制点文件，或者直接通过输入按钮，直接读取一个控制点文件。

参数设置完成之后，还需要对影像文件进行转换，将各种影像文件转换成VirtuoZo支持的影像格式（VirtuoZo系统有其自有的影像格式，文件格式为*.vz。进入文件_引入_影像文件，进入输入影像对话框，通过增加按钮，将所要处理的原始影像引入对话框，由于飞机是循环飞行进行拍摄的，第二条航带的影像的相机文件需要进行旋转：选中第二条航带的3张影像，点选项按钮，在弹出的对话框中将相机旋转后面的选项选择是，确认之后即可看到需要进行相机旋转的影像前有一个红色旋转的符号。然后填写正确的像素大小，该像素大小需要在原始数据里面给出，如果没有提供该数据，可以输入－1，系统会自动读取原始影像的头文件，然后给出一个像素大小。参数设置完成之后点处理，影像开始进行转换，转换成的VZ影像将放在测区主目录下的images文件夹里面，每生成一个VZ影像，程序还会为该影像对应一个影像参数文件，文件格式为*.spt。

（3） 建立模型

进行模型的设置，现以157和156两张影像为例，介绍模型的创建过程：通过文件→打开模型，可以建立一个新模型，命名为157-156，默认后缀名为mdl，建立好157-156模型后，程序自动弹出模型参数设置对话框，按照该模型的基本情况设置该对话框，主要设置左、右影像，其它可按程序默认参数设置，之后保存退出。同样的操作，可以把其他模型都创建好，完成所有模型的参数设置。

3、 模型定向

（1） 内定向

调用内定向程序（处理→定向→内定向），建立框标模板（若模板已建立，则进入左影像的内定向）。

为了从数字影像提取集合信息，必须建立数字影像中的像元素与所摄物体表面相应的点之间的数学关系。内定向的目的就是确定扫描坐标系与像片坐标系之间的关系以及数字影像可能存在的变形。

不同型号的相机有着不同的框标模板。一般一个测区使用同一相机摄影，所以只需在测区内选择一个模型建立框标模板并进行内定向，其他模型不再需要重新建立框标模板，即可直接进行内定向处理，在做内定向处理时，系统会自动建立多个框标模板。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白色的小框围住，框标近似定位成功。若小白框没有围住框标，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，使小白框围住框标。

依次将每个小白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：

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。

右影像内定向：

与左影像内定向相似，进行右影像的内定向。如果之前做过内定向的，系统会弹出一个对话框，显示左像片的内定向参数（系统在完成左像片的内定向后再启动右像片的内定向），并询问是否重新进行内定向。如果不想再进行内定向，选择否；退出内定向模块，进行相对定向。

（2） 相对定向

每张像片至少要有三个地面控制点，才能进行定向，但实际生产中，控制点数量不能满足定向要求。在内页求解定向所需控制点的过程叫空中三角测量，其本质就是用尽可能少量的地面控制点，在内页加密出每张像片或每个像对所需要的控制点。另一方面，为了获取更高精度的地面控制点，采用光束法定向，利用光束法平差未知参数的初值，从而进行高精度定向。在竖直航空摄影或已知倾角近似值的倾斜摄影时，相对定向一般采用迭代解法。但是当不知道倾斜摄影中的倾角近似值以及不知道影像的内方位元素时，则采用相对定向的直接解法。进行模型的相对定向，主要是通过找同名点，来确定两张影像之间的关系。

相对定向的目的是为了恢复构成立体像对的两张像片的相对方位，恢复摄影时相邻两影像光束的相互关系，从而使同名光线对对相交，建立被摄物体的几何模型。其数学模型是相应的摄影光线与基线应满足共面条件，观测值为上下视差。

步骤：

选择菜单 “处理→模型定向→相对定向”；

在影像显示窗口内点击右键，选择“自动相对定向”；

自动相对定向完成后，在定向结果窗口检查同名点的上下视差，如果比较大，则比较大，则把它删除或进行调整；编辑完成后，保存，退出。

（3） 绝对定向

相对定向建立的立体模型，是一个以相对定向中选定的像空间辅助坐标系为标准的模型，比例尺也是未知的。要确定立体模型在地面测量坐标系中的正确位置，则需要把模型点的摄影测量坐标转换为地面测量坐标，这一工作需要借助于地面测量坐标为已知值的地面控制点来进行，这个过程称为立体模型的绝对定向。所以绝对定向的目的就是将相对定西后求出的摄影测量坐标变换为地面测量坐标。

模型的绝对定向，要求变换前后的坐标系大致相同。而地面测量坐标是左手直角坐标系，摄影测量坐标系是右手直角坐标系。因此首先应将点名测量坐标系转换为地面摄影测量坐标系。绝对定向前，我们要以手工的方式在当前模型的左右影像上准确地定位一些控制点。

一个像对的两张像片有十二个外方位元素，相对定向求得五个相对定向元素后，要恢复像对的绝对位置还要解求七个绝对定向元素，包括模型的旋转、平移和缩放参数。它需要地面控制点来解求。这种坐标变换，在数学上成为三维空间相似变换。

步骤：

选择菜单“处理→模型定向→绝对定向”；

参照给出的控制点点位图，在相对定向界面中，寻找相应的控制点，对控制点的点位进行精确调整，输入控制点相应的点号，点击“确定”保存。

4、 生成核线影像

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。

步骤：

定义作业区；生成核线影→非水平核线；保存；退出；

按照同样的步骤，进行其他模型的内定向、相对定向、绝对定向、核线影像生成，当每个模型的核线影像生成后，则进行影像匹配计算。

5、 影像匹配及匹配后的编辑

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。

匹配结果的编辑：

6、 生成单模型的DEM

在系统主菜单中，选择“产品→生成DEM→生成DEM（M）”项，屏幕显示计算提示界面，计算完毕后，即建立了当前模型的DEM。

在系统主菜单中，选择“显示→立体显示→透示显示”项，进入显示界面，屏幕显示当前模型的DEM。

7、 多模型的DEM拼接

在系统主菜单中，选择菜单“镶嵌→设置”项，屏幕弹出拼接与镶嵌参数设置对话框。 在系统主菜单中，选择“镶嵌→DEM拼接”项，进入DEM的拼接计算，屏幕弹出拼接进展显示条。当拼接完成后，将显示拼接中误差、总点数、误差分布统计及误差分布图。

8、 生成正射影像

在主界面上，依次单击“产品→生成正射影像”项，系统自动生成正射，单击“显示” →“正射影像”。

三、 实习总结

通过此次实习，了解了使用VirtuoZo 全数字摄影测量系统生产4D产品的过程，熟悉了VirtuoZo 全数字摄影测量系统的使用，加深了对相关知识的理解。

4d产品生产实习是一个综合性很强的实习，它是对所学摄影测量及相关专业的综合应用。该实习在数字摄影测量实习的基础上进行。

通过本次实习，了解到了VirtuoZo 全数字摄影测量系统的功能强大，在4d产品生产实习的过程中自动与半自动的快速生成功能。

实习中需要注意：定义核线范围以将控制点划在作业区范围内为宜，但不能超控太多；其次应结合实际地形情况，如高山地或大比例城区，由于左右像片视差较大，就应适当将核线范围划大些。

 

第二篇：数字摄影测量系统实验报告

数字摄影测量系统实验报告

专业：测绘工程

姓名：刘吉羽

学号：20xx31080112

一．实验目的：

体会数字摄影测量系统进行立体测图的主要功能及主要作业步骤。从像对的内定向,相对定向,绝对定向到自动绘等高线,绘地形图等。

二．理论基础：

1．摄影测量系统的主要功能:

数字摄影测量系统是用来实现数字影像自动测图的系统。它除了可以胜任解析测图仪可完成的一切任务外，尚具有许多新的功能，如影相位移的去除，任意方式的纠正，反差的扩展，多幅影像的比较分析，图像识别，影像数字相关以及数据库的管理等等；通过显示器还可观察数字图像以及框标，控制点，DEM及其他所需特征；在空中三角测量中通过附加参数由自检校确定的系统误差的改正数可直接赋给图像，从而最终改善结果的精度；可转换成透视图像；可进行立体显示；可对图像自动进行所需要的特征提取，生成数字正射影像，数字高程模型或直接为机器人视觉系统服务等等。

2．VirtuoZo软件概况：

Virtuozo是武汉测绘科技大学全数字化自动测图系统WuDAMS的商品化名称，是国际同类五大著名软件系统之一。其核心技术处于国际领先水平。其主要功能为从输入的数字地面模型制作带高线的正射影像图与三维立体模型与交叉式全自动地物量测，可用于摄影测量、遥感与地理信息系统的数据采集与更新、测图与地图修测等。

三．实验步骤

1． 数字摄影测量数据准备

相机参数：应该提供相机主点理论坐标X0、Y0，相机焦距f0，框标距或框标点标 控制资料：外业控制点成果及相对应的控制点位图

航片扫描数据：符合VirtuoZo图像格式及成图要求扫描分辨率的扫描影像数据。VirtuoZo可接受多种图像格式：如TIFF、BMP、JPG等。一般选TIFF格式。

2． 建立测区与模型的参数设置

要建立测区与模型，VirtuoZo系统要设置很多参数，这些参数需要在参数设置界面上逐一设置。如测区（Block）参数、模型参数、影像参数、相机参数、控制点参数、地面高程模型(DEM)参数、正射影像参数和等高线参数等。其中有些参数在VirtuoZo系统中有其固有的数据格式，

需要按照VirtuoZo规定的格式进行填写，如相机参数、控制点参数等。

3． 航片的内定向、相对定向与绝对定向

内定向：建立影像扫描坐标与像点坐标的转换关系，求取转换参数；VirtuoZo可自动识别框标点，自动完成扫描坐标系与相片坐标系间变换参数的计算，自动完成相片内定向，并提供人机交互处理功能，方便人工调整光标切准框标。

相对定向：通过量取模型的同名像点，解算两相邻影像的相对位置关系；VituoZo利用二维相关，自动识别左、右像片上的同名点，一般可匹配数十至数百个同名点，自动进行相对定向。并可利用人机交互功能，人工对误差大的定向点进行删除或调整同名点点位，使之符合精度要求。

绝对定向：通过量取地面控制点或内业加密点对应的像点坐标，解算模型的外方位元素，将模型纳入到大地坐标系中；①人工定位控制点进行绝对定向。相对定向完成后（即自动匹配完成后），由人工在左、右像片上确定控制点点位，并用微调按钮进行精确定位，输入相应控制点点名。每个像对至少需要三个控制点，一般为六个。定位完本像对所有的控制点后，即可进行绝对定向。②利用加密成果进行绝对定向。VirtuoZo可利用加密成果直接进行绝对定向，将加密成果中控制点的像点坐标按照相对定向像点坐标的坐标格式拷贝到相对定向的坐标文件（*.pcf）中,执行绝对定向命令，完成绝对定向，恢复空间立体模型。

4． 同名核线影像的采集与匹配

非水平核线：非水平核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

水平核线：水平核重采样使用了绝对定向结果，将核线置平

两种核线的区别：非水平核重采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，因此当原始影像发生倾斜时，核线影像也会发生同样的倾斜，而水平核线避免这个倾斜情况。两种不同的核线形式匹配结果是迥然不同的，在实际作业时，一定要保证每个作业步骤使用都是同一种核线影像。（建议一个测区都使用一种采样方式）

影像匹配：影像匹配是数字摄影测量系统的关键技术，是沿核线一维影像匹配，确定同名点。 生成核线影像。完成了模型的相对定向后就可生成非水平核线影像，但是要生成水平核线影像必须先完成模型的绝对定向。核线影像的范围可由人工确定，也可由系统自动生成最大作业区。影像按同名核线影像进行重新排列，形成按核线方向排列的核线影像。以后的处理，如影像匹配、等高线编辑等，都将在核线影像上进行。

影像匹配。按照参数设置确定的匹配窗口大小和匹配间隔，沿核线进行影像匹配, 确定同名

点。计算机进行自动匹配的过程中，有些特殊地物或地形匹配可能会出现错误，比如：影像中大片纹理不清晰的区域或没有明显特征的区域。如：湖泊、沙漠和雪山等区域可能会出现大片匹配不好的点，需要对其进行手工编辑；由于影像被遮盖和阴影等原因，使得匹配点不在正确的位置上，需要对其进行手工编辑；城市中的人工建筑物，山区中的树林等影像，它们的匹配点不是地面上的点，而是地物表面上的点，需要对其进行手工编辑；大面积平地、沟渠和比较破碎的地貌等区域的影像，需要对其进行手工编辑。匹配结果会影响以后生成的DEM的质量，所以进行匹配结果编辑是很有必要的 ，实习过程如图17所示。

5． DEM、DOM与等高线等数字产品的生成

数字地面高程模型（DEM）：数字地面（高程）模型(Digital Elevation Model)；数字正射影像（DOM）：数字正射影像模型(Digital Ortho-Image Model )；

VirtuoZo 系统根据影像匹配后产生的视差数据、定向处理后得到的结果参数以及用户为建立 DEM 所定义的参数等，自动建立 DEM。VirtuoZo提供两种生成数字地面高程模型的方法。

（1）直接利用编辑好的匹配结果生成地面高程模型，如图20所示。（2）进入DEMMaker模块，利用特征点、线、面构成三角网，内插生成DEM，如图21所示。

数字地面高程模型（DEM）是制作正射影像的基础。当DEM 建立后，既可自动内插生成相应的等高线影像。也可以进行正射影像（DOM）的生成，利用上面生成的单模型的DEM生成该模型的正射影像。

6． 基于立体影像的数字化测图（IGS数字测图）

交互式数字影像测图系统（Interactive Graphics System，IGS）是利用计算机代替解析测图仪、用数字影像代替模拟像片、用数字光标代替光学光标，直接在计算机上进行数字化测图的作业方法。在立体或正射影像上进行地物数据采集和编辑，生成数字测图文件（*.xyz），在匹配预处理中被叠加到了立体影像上，然后参与影像匹配，设置作业环境，就可进行地物量测和图素编辑等。

7．多个模型的拼接、成果图输出

一个测区不只有一个模型，它可能是有很多模型组成的，前六部分的处理均是单模型处理，我们可以得到每个模型的DEM、DOM、等高线等成果。要得到整个测区的成果数据，还需要进行拼接操作。

四．实验总结

总体来说，通过几次的上机实验，熟悉了VirtuoZo软件的基本功能，对于图象的内定向相对定向以及绝对定向有一个明确的认识，同时学会了立体测图的操作过程。经过实验和考核，意识到要较好的完成该实验，准备工作即控制到的采集和测量至关重要，因为控制点的数据

质量好坏直接决定相对定向的残差结果。上机操作过程中，操作步骤要明确并且不能随意颠倒，否则可能出错或者达不到想要的结果。在考核的时候也是做了很多次才成功，每次都是换了电脑就不行了。原因就是自己对于步骤的顺序不够仔细不够熟练，所以会出现许多未预料的错误。