攝影測(cè)量知識(shí)點(diǎn)全書課件完整版ppt全套教學(xué)教程最全電子教案電子講義（最新）

1、課程概述課程概述一、攝影測(cè)量學(xué)的定義 利用攝影像片，研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的一門學(xué)科和技術(shù)。獲取影像處理（量測(cè)、解譯等）成果表達(dá)DEMDLGDRGDOM其他圖1-1 攝影測(cè)量過程 測(cè)制各種比例尺的地形圖、測(cè)制各種比例尺的地形圖、正射影像圖、景觀圖等正射影像圖、景觀圖等, ,并將并將這些數(shù)據(jù)用來(lái)建立各種地形這些數(shù)據(jù)用來(lái)建立各種地形數(shù)據(jù)庫(kù)或者為數(shù)據(jù)庫(kù)或者為GISGIS、LISLIS提供提供基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)。基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)。圖1-2 地形圖圖1-3 正射影像圖圖1-4 立體景觀圖事故事故勘察勘察變形變形監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)文物文物保護(hù)保護(hù)軍事軍事偵察偵察公安公安偵破偵破圖1-5 攝影測(cè)量

2、在非測(cè)量領(lǐng)域的用途多角度拍照獲取事故現(xiàn)場(chǎng)像片，提多角度拍照獲取事故現(xiàn)場(chǎng)像片，提取事故現(xiàn)場(chǎng)特征，取事故現(xiàn)場(chǎng)特征，重建事故現(xiàn)場(chǎng)重建事故現(xiàn)場(chǎng)圖1-6 事故勘察 在像片上進(jìn)行量測(cè)和解譯，無(wú)需接觸在像片上進(jìn)行量測(cè)和解譯，無(wú)需接觸物體本身，因而很少受自然和地理?xiàng)l件物體本身，因而很少受自然和地理?xiàng)l件的限制。的限制。圖1-7 攝影測(cè)量的立體量測(cè) 地形圖和專題圖,為GIS提供3D數(shù)據(jù) 工業(yè),建筑,考古,醫(yī)學(xué),生物,體育,變形觀測(cè),公安偵破,事故調(diào)查等多領(lǐng)域攝影測(cè)量地形攝影測(cè)量非地形攝影測(cè)量圖1-8 攝影測(cè)量的分類一攝影測(cè)量航天攝影測(cè)量航空攝影測(cè)量地面攝影測(cè)量近景攝影測(cè)量顯微攝影測(cè)量圖1-9 攝影測(cè)量的分類二以衛(wèi)

3、星、航天飛機(jī)、以衛(wèi)星、航天飛機(jī)、宇宙飛船等航天器為宇宙飛船等航天器為攝影機(jī)搭載平臺(tái)攝影機(jī)搭載平臺(tái)以有人駕駛飛機(jī)、無(wú)以有人駕駛飛機(jī)、無(wú)人機(jī)、探空氣球、飛人機(jī)、探空氣球、飛艇等航空器為攝影機(jī)艇等航空器為攝影機(jī)搭載平臺(tái)搭載平臺(tái)航天攝影測(cè)量航空攝影測(cè)量獲取遙感影像，用以測(cè)獲取遙感影像，用以測(cè)繪地形圖或各類專題圖繪地形圖或各類專題圖獲取航空影像，用以測(cè)獲取航空影像，用以測(cè)繪地形圖、高程模型、繪地形圖、高程模型、正射影像、三維建模、正射影像、三維建模、各類專題圖等各類專題圖等圖1-10 航天攝影測(cè)量與航空攝影測(cè)量地面攝影測(cè)量近景攝影測(cè)量顯微攝影測(cè)量以汽車、手持等工具以汽車、手持等工具為攝影機(jī)搭載平臺(tái)為攝影

4、機(jī)搭載平臺(tái)獲取地表物體像片，用以小范圍獲取地表物體像片，用以小范圍航測(cè)困難地區(qū)測(cè)圖以及地質(zhì)、水航測(cè)困難地區(qū)測(cè)圖以及地質(zhì)、水利、鐵道等方面的勘察利、鐵道等方面的勘察以腳架、手持等工具以腳架、手持等工具為攝影機(jī)搭載平臺(tái)為攝影機(jī)搭載平臺(tái)（物距小于（物距小于300m）獲取建筑物、工業(yè)部件等物體像獲取建筑物、工業(yè)部件等物體像片，用以建筑、工業(yè)設(shè)備等等值片，用以建筑、工業(yè)設(shè)備等等值線圖、斷面圖、三維模型等。線圖、斷面圖、三維模型等。專用立體顯微攝影測(cè)專用立體顯微攝影測(cè)量?jī)x器量?jī)x器觀察細(xì)胞、微粒等微觀物質(zhì)，用觀察細(xì)胞、微粒等微觀物質(zhì)，用以醫(yī)學(xué)、科研等工作。以醫(yī)學(xué)、科研等工作。圖1-11 地面、近景、顯微攝影

5、測(cè)量模擬攝影測(cè)量 1900 - 70s解析攝影測(cè)量 1960s - 90s數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量 1980s - 現(xiàn)在模擬測(cè)圖儀解析測(cè)圖儀全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)圖1-12 攝影測(cè)量的發(fā)展階段一、攝影測(cè)量的定義二、攝影測(cè)量的主要任務(wù)三、攝影測(cè)量的主要特點(diǎn)四、攝影測(cè)量的分類五、攝影測(cè)量的發(fā)展攝影基礎(chǔ)知識(shí)攝影基礎(chǔ)知識(shí)一、攝影原理：透鏡成像FdD111FF物距D像距d焦距f圖2-1 透鏡成像原理透鏡成像原理公式：二、攝影機(jī)基本構(gòu)造物體光圈鏡頭快門成像設(shè)備影像暗箱圖2-2 攝影機(jī)的基本結(jié)構(gòu)主光軸圖2-3 攝影機(jī)的鏡頭光圈光圈：控制進(jìn)入鏡頭的光量，調(diào)節(jié)鏡頭的使用面積，限制鏡頭邊緣部分的使用，提高成像的清晰程度。光圈就是

6、一個(gè)可以改變的光柵。圖2-4 攝影機(jī)的光圈圖2-5 光圈號(hào)數(shù)光圈號(hào)數(shù)光圈號(hào)數(shù)光圈號(hào)數(shù)表示光圈的大小，它是物鏡焦距f與與光圈有效孔徑d的比值。光圈號(hào)數(shù)越小，光圈光孔開啟的越大，焦面上影像的亮度也越大；光圈號(hào)數(shù)越大，光圈光孔開啟的越小，影像亮度也就越小。快門快門是控制曝光時(shí)間長(zhǎng)短的機(jī)械裝置。快門速度圖2-6 攝影機(jī)的快門圖2-7 快門速度快門速度快門速度：快門從打開到關(guān)閉所經(jīng)歷的時(shí)間稱為曝光時(shí)間，或稱快門速度。成像設(shè)備成像設(shè)備是攝影機(jī)中將光信號(hào)記錄下來(lái)的重要部件。圖2-8 攝影機(jī)的成像設(shè)備數(shù)字?jǐn)z影機(jī)光電成像原理：CCD感光元件將接收到的不同強(qiáng)度光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)保存到

7、存儲(chǔ)介質(zhì)CCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCDCCD圖2-9 CCD光電成像原理78779092808892818081919278909078曝 光光信號(hào)電信號(hào)數(shù)字信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)數(shù)字信號(hào)像素小結(jié)一、攝影基本原理： 透鏡成像原理二、攝影機(jī)基本結(jié)構(gòu)： 鏡頭、光圈、快門、成像設(shè)備等。*重點(diǎn)與難點(diǎn)一、航空攝影機(jī)的類型航空攝影機(jī)航空攝影機(jī)：能夠：能夠安裝在航空平臺(tái)上能對(duì)地面自動(dòng)安裝在航空平臺(tái)上能對(duì)地面自動(dòng)進(jìn)行連續(xù)攝影的相機(jī)。進(jìn)行連續(xù)攝影的相機(jī)。圖3-1 普通攝影機(jī)圖3-2 專用航空攝影機(jī)按照按照精度精度不同，可分為普通攝影機(jī)和專用攝影機(jī)不同，可分為

8、普通攝影機(jī)和專用攝影機(jī)（航攝儀）兩大類。（航攝儀）兩大類。一、航空攝影機(jī)的類型按照按照掃描方式掃描方式不同，可分為線陣列攝影機(jī)和面陣列不同，可分為線陣列攝影機(jī)和面陣列攝影機(jī)。攝影機(jī)。圖3-3 面陣列攝影機(jī)圖3-4 線陣列攝影機(jī)一、航空攝影機(jī)的類型按照按照成像方式和存儲(chǔ)介質(zhì)成像方式和存儲(chǔ)介質(zhì)不同，可分為光學(xué)模擬攝不同，可分為光學(xué)模擬攝影機(jī)和數(shù)字?jǐn)z影機(jī)。影機(jī)和數(shù)字?jǐn)z影機(jī)。圖3-5 光學(xué)模擬攝影機(jī)圖3-6 數(shù)字?jǐn)z影機(jī)二、專用航空攝影機(jī)的基本性能 物鏡要求具備良好的光學(xué)特性，物鏡的畸變差要小，分辨率要高，透光率強(qiáng)。 機(jī)械結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定，具有良好的抗震性能。 航空攝影機(jī)應(yīng)同時(shí)具備攝影過程的自動(dòng)化裝置，使安裝

9、在飛機(jī)上的此類攝影機(jī)能對(duì)地面連續(xù)的進(jìn)行攝影。 幾何精度好，具有精確的內(nèi)方位元素（xo,yo,f)。 （模擬航空攝影機(jī)）有精密的膠片壓平裝置和框標(biāo)標(biāo)志。三、專用航攝儀的檢定要求l 主距fl 像主點(diǎn)o的掃描坐標(biāo)l 像素尺寸l 攝影物鏡畸變差檢校內(nèi)容l 距離前次檢定時(shí)間超過2年l 快門曝光次數(shù)超過20000次l 大修或主要部件更換后l 使用或運(yùn)輸途中產(chǎn)生劇烈震動(dòng)檢校要求四、幾種主流數(shù)字航攝儀ADS數(shù)字傳感器數(shù)字傳感器DMC數(shù)字航攝儀數(shù)字航攝儀UltraCAM數(shù)字航攝儀數(shù)字航攝儀SWDC數(shù)數(shù)字航攝儀字航攝儀面陣列掃描面陣列掃描LeicaZeissVexcel北京四維遠(yuǎn)見三線陣掃描面陣列掃描ADS數(shù)字傳

10、感器數(shù)字傳感器DMC數(shù)字航攝儀數(shù)字航攝儀UltraCAM數(shù)字航攝儀數(shù)字航攝儀SWDC數(shù)數(shù)字航攝儀字航攝儀面陣列掃描面陣列掃描LeicaZeissVexcel北京四維遠(yuǎn)見圖3-7 幾種主流數(shù)字?jǐn)z影機(jī)五、非量測(cè)專用攝影機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：l 價(jià)格便宜，普通生產(chǎn)單位都可接受；l 設(shè)備自重輕，可用無(wú)人機(jī)作為載體；缺點(diǎn)：l 物鏡畸變差較大；l 內(nèi)方位元素未知。圖3-8 非量測(cè)專用攝影機(jī)解決辦法解決辦法： 將物鏡畸變參數(shù)和內(nèi)方位元素在專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定或者在數(shù)據(jù)處理過程中與其他測(cè)量數(shù)據(jù)一起平差解算，解決內(nèi)方位元素未知的問題，也減少物鏡畸變帶來(lái)的影像幾何變形影響。 無(wú)人機(jī)超低空飛行大大提高了像片的地面分辨率，也可彌

11、補(bǔ)像片幾何精度不高的缺點(diǎn)。小結(jié)一、航空攝影機(jī)的分類二、專用航空攝影機(jī)的基本性能三、專用航空攝影機(jī)的檢定四、幾種主流數(shù)字航攝儀五、非量測(cè)專用攝影機(jī)*重點(diǎn)與難點(diǎn)一、航空攝影圖4-1 航空攝影安裝在航攝飛機(jī)安裝在航攝飛機(jī)等飛行器上的航等飛行器上的航空攝影機(jī)空攝影機(jī)按攝影按攝影計(jì)劃攝取地面物計(jì)劃攝取地面物體影像的過程。體影像的過程。二、空中攝影過程的實(shí)施u飛機(jī)做好航空攝影各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，依據(jù)領(lǐng)航圖起飛進(jìn)入攝區(qū)航線，按預(yù)定的曝光時(shí)間和計(jì)算的曝光間隔連續(xù)地對(duì)地面攝影，直至第一條航線拍完為止。u然后飛機(jī)盤旋轉(zhuǎn)彎180進(jìn)入第二條航線進(jìn)行拍攝，直至一個(gè)攝影分區(qū)拍攝完畢，再按計(jì)劃轉(zhuǎn)入下一攝影分區(qū)拍攝。攝影時(shí)間的選

12、擇攝影時(shí)間的選擇空中攝影應(yīng)選在天空晴朗少云、能見度好、氣流平穩(wěn)的天氣進(jìn)行，攝影時(shí)間最好是中午前后的幾個(gè)小時(shí)。 圖4-2 航空攝影過程圖4-3 航攝傾角三、航空攝影的基本要求1 1. .航攝傾角（像片傾角）航攝傾角（像片傾角）：攝影主光軸與鉛垂方向的夾角。 豎直航空攝影豎直航空攝影：3豎直攝影豎直攝影：以測(cè)繪地形圖為目的的空中攝影多采用垂直攝影的方式。要求航攝機(jī)在曝光的瞬間物鏡主光軸垂直于地面。像片傾角aASEPfH1.攝影比例尺攝影比例尺 HfLlm1f為攝影機(jī)主距，H為航高攝影像片水平、地面取平均高程時(shí)，像片上的線段 l 與地面上相應(yīng)的水平距 L之比，即為攝影比例尺。圖4-4 攝影比例尺數(shù)字

13、航空像片攝影比例尺的確定：地面分辨率像素尺寸m1測(cè)圖比例尺地面分辨率（cm）1:50051:10008101:200015202.航高航高 l 航高：航高：指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對(duì)某一水準(zhǔn)面的高度，從指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對(duì)某一水準(zhǔn)面的高度，從該水準(zhǔn)面起算向上為正號(hào)。該水準(zhǔn)面起算向上為正號(hào)。 根據(jù)所取基準(zhǔn)面的不同，航高可分為相對(duì)航高相對(duì)航高和和絕絕對(duì)航對(duì)航高高。 相相對(duì)航高（對(duì)航高（攝影航高）攝影航高）是指攝影機(jī)物鏡相對(duì)于某一基準(zhǔn)面的高度。設(shè)計(jì)航高時(shí)的基準(zhǔn)面一般取被攝區(qū)域內(nèi)地面平均高程面。是確定航攝飛機(jī)飛行的基本數(shù)據(jù)，按Hmf計(jì)算得到。 絕絕對(duì)航高對(duì)航高是相對(duì)于平均海平面的航高，是指攝影物鏡在

14、攝影瞬間的真實(shí)海拔高度。圖4-5 航高3.3.像片重疊度像片重疊度為了便于立體測(cè)圖為了便于立體測(cè)圖及航線及航線間的間的接連，接連，相鄰相鄰的兩的兩張像片拍張像片拍攝景區(qū)有重疊時(shí)攝景區(qū)有重疊時(shí), ,重重疊部分占整張像疊部分占整張像片的比例。片的比例。 -1-2-3Lxpx-1-2飛行方向飛行方向pyLy航向重疊度： 旁向重疊度： 圖4-6 像片重疊度4.航線彎曲 把一條航線的航攝像片根據(jù)地物影像拼接起來(lái)，各張像片把一條航線的航攝像片根據(jù)地物影像拼接起來(lái)，各張像片的主點(diǎn)連線不在一條直線上，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線，的主點(diǎn)連線不在一條直線上，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線，稱為航線彎曲。稱為航線彎曲。 Ll圖

15、4-7 航線彎曲度5.像片旋角相鄰像片像主點(diǎn)連線與左邊像片邊框方向的夾角k，稱為像片旋角。像片旋角過大會(huì)減少立體像對(duì)的有效范圍圖4-7 像片旋角a1a2像片邊框方向小結(jié)一、航空攝影二、空中攝影過程的實(shí)施三、航空攝影的基本要求*重點(diǎn)與難點(diǎn)一、測(cè)繪無(wú)人機(jī)圖5-2 旋翼無(wú)人機(jī)圖5-1 固定翼無(wú)人機(jī)圖5-3 垂直起降固定翼無(wú)人機(jī)多旋翼無(wú)人機(jī)：優(yōu)點(diǎn)是可垂直起降，作業(yè)機(jī)動(dòng)、靈活，缺點(diǎn)是航程短 ，作業(yè)效率較低。固定翼無(wú)人機(jī)：優(yōu)點(diǎn)是遠(yuǎn)距離、速度快 ，作業(yè)效率高，缺點(diǎn)是對(duì)起降場(chǎng)地環(huán)境要求高，作業(yè)時(shí)機(jī)動(dòng)、靈活性不足。垂直起降的固定翼無(wú)人機(jī)：同時(shí)具備兩方面的優(yōu)點(diǎn)。1.1.飛行平臺(tái)：包括機(jī)身、動(dòng)力裝置、飛行控制系統(tǒng)飛

16、行平臺(tái)：包括機(jī)身、動(dòng)力裝置、飛行控制系統(tǒng)機(jī)身機(jī)身：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起支撐保護(hù)作用。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起支撐保護(hù)作用。起落支架主體機(jī)架機(jī)臂圖5-4 旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)身構(gòu)成機(jī)身1.1.飛行平臺(tái)：包括機(jī)身、動(dòng)力裝置、飛行控制系統(tǒng)飛行平臺(tái)：包括機(jī)身、動(dòng)力裝置、飛行控制系統(tǒng)動(dòng)力裝置動(dòng)力裝置動(dòng)力裝置：為飛機(jī)提供飛行動(dòng)力。：為飛機(jī)提供飛行動(dòng)力。槳葉電機(jī)電調(diào)電池圖5-5 旋翼無(wú)人機(jī)動(dòng)力裝置1.1.飛行平臺(tái)：包括機(jī)身、動(dòng)力裝置、飛行控制系統(tǒng)飛行平臺(tái)：包括機(jī)身、動(dòng)力裝置、飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)飛行控制系統(tǒng)：控制飛行軌跡。：控制飛行軌跡。飛控電板慣導(dǎo)裝置（IMU）空速管GNSS飛控系統(tǒng)圖5-6 旋翼無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)2.2.任務(wù)載荷任

17、務(wù)載荷任務(wù)載荷任務(wù)載荷：影像的獲取與存儲(chǔ)?？桑河跋竦墨@取與存儲(chǔ)?？纱钶d使用的影像獲取設(shè)備有搭載使用的影像獲取設(shè)備有CCDCCD數(shù)數(shù)碼相機(jī)、多光譜成像儀、紅外掃描碼相機(jī)、多光譜成像儀、紅外掃描儀、激光掃描儀、合成孔徑雷達(dá)等，儀、激光掃描儀、合成孔徑雷達(dá)等，應(yīng)具備數(shù)字化、體積小、重量輕、應(yīng)具備數(shù)字化、體積小、重量輕、精度高、存儲(chǔ)量大等特點(diǎn)。精度高、存儲(chǔ)量大等特點(diǎn)。云臺(tái)：云臺(tái)：無(wú)人機(jī)用于安裝、固定攝無(wú)人機(jī)用于安裝、固定攝像機(jī)等任務(wù)載荷的支撐設(shè)備。像機(jī)等任務(wù)載荷的支撐設(shè)備。數(shù)碼相機(jī)云臺(tái)圖5-7 旋翼無(wú)人機(jī)任務(wù)載荷3.3.地面控制站地面控制站數(shù)傳天線智能控制系統(tǒng)手工控制設(shè)備顯示系統(tǒng)平板手工控制設(shè)備圖5-

18、8 旋翼無(wú)人機(jī)地面控制站圖5-9 旋翼無(wú)人機(jī)簡(jiǎn)易地面控制站地面控制站：地面控制站：將計(jì)算機(jī)硬件、飛控軟件和遙控器操控鍵集成兼將計(jì)算機(jī)硬件、飛控軟件和遙控器操控鍵集成兼容，既能進(jìn)行航攝任務(wù)規(guī)劃、又能隨時(shí)操控飛行器飛行狀態(tài)。容，既能進(jìn)行航攝任務(wù)規(guī)劃、又能隨時(shí)操控飛行器飛行狀態(tài)。一、測(cè)繪無(wú)人機(jī)二、無(wú)人機(jī)測(cè)繪系統(tǒng)的組成課程導(dǎo)入圖7-1 原始航空影像圖7-2 地形圖一、一、投影方式投影方式：投影方式：用一組假象的直線將物體向幾何面投影。用一組假象的直線將物體向幾何面投影。投影射線投影射線：投影的直線。：投影的直線。投影平面投影平面：投影的幾何面。：投影的幾何面。圖7-3 投影方式二、中心投影二、中心投影

19、投影射線匯聚于一點(diǎn)的投影，稱為中心中心投影投影。投影射線的匯聚點(diǎn)S稱為投影中心。圖7-4 中心投影中心投影有兩種狀態(tài)：（1）投影平面和物點(diǎn)在投影中心的兩側(cè)，此時(shí)像片為負(fù)片。（2）投影平面和物點(diǎn)在投影中心的同一側(cè)，此時(shí)像片為正片。 無(wú)論像片處在正片還是負(fù)片，像點(diǎn)與物點(diǎn)之間的幾何關(guān)系不變。負(fù)片正片二、中心投影二、中心投影圖7-5 中心投影的兩種狀態(tài)正射投正射投影影：投影射線平行，且與投影平面正交三、正攝投影三、正攝投影圖7-6 正射投影四、中心投影與正攝投影的區(qū)別（1）中心投影是一組光線在投影面上交叉，形成一個(gè)投影點(diǎn)； （2）正射投影是一組光線平行傳播并垂直于投影面，在投影面上形成的是一個(gè)面； （

20、3）中心投影和正射投影最大的區(qū)別：傳播光線是否相交；（4）航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影。圖7-7 中心投影與正射投影對(duì)比五、地形圖的特點(diǎn)1、地形圖上任意兩點(diǎn)間的距離與相應(yīng)地面點(diǎn)的水平距離之比為一常數(shù)（成圖比例尺）。 2、由地形圖上任意一點(diǎn)引出的兩方向線之間的夾角，等于地面上對(duì)應(yīng)的水平角。圖7-8 正射投影的地形圖 當(dāng)?shù)匦纹鸱蛳衿瑑A斜時(shí)，地面點(diǎn)在航攝像片上成像與理想情況下的成像所產(chǎn)生的位置差異即為像點(diǎn)位移。SABCabc0a0b0c圖7-9 理想狀態(tài)地面平坦，像片水平SABCabc0a0b0c圖7-10 實(shí)際狀態(tài)地面不平坦，像片不水平fH六、航攝像片的特點(diǎn) 由于地形起伏和像片傾斜引起像

21、點(diǎn)位移，致使影像發(fā)生幾何變形，從而影像比例尺有不同的變化，相關(guān)方位也發(fā)生變化。若利用航攝像片制作正射影像時(shí)，必須消除地形起伏和像片傾斜引起的像點(diǎn)位移，統(tǒng)一像片上各處比例尺，使中心投影的航攝像片轉(zhuǎn)化為正射影像。正射影像原始像片六、航攝像片的特點(diǎn)圖7-11 原始像片與正射影像對(duì)比小結(jié)一、中心投影二、正攝投影三、中心投影與正攝投影的區(qū)別四、航攝像片與地形圖的特點(diǎn)重點(diǎn)重點(diǎn)& &難點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)重點(diǎn)課程導(dǎo)入圖8-1 遠(yuǎn)處正面拍攝圖8-2 貼臉拍攝一、像點(diǎn)位移 當(dāng)?shù)匦纹鸱蛳衿瑑A斜時(shí)，地面點(diǎn)在航攝像片上成像與理想情況下的成像所產(chǎn)生的位置差異稱為像點(diǎn)位移。SABCabc0a0b0c圖8-3 理想狀態(tài)SABCab

22、c0a0b0c圖8-4 實(shí)際狀態(tài)fH圖8-5 航空影像二、地形起伏引起的像點(diǎn)位移B0B0b b1.原因分析像平面平坦地面aA0AoOSh0a圖8-6 原因分析像平面aA0AoOS0aAhHhf000SASaAAhfhoaAA0HhRHhoahR二、地形起伏引起的像點(diǎn)位移平坦地面2.計(jì)算模型Hf圖8-7 計(jì)算模型2.計(jì)算模型航高高差距離 HhRh二、地形起伏引起的像點(diǎn)位移oR圖8-8 計(jì)算模型應(yīng)用航高高差距離位移量（1）距像主點(diǎn)越遠(yuǎn)，位移量越大；（2）地形高差越大，位移量越大；（3）攝影航高越小，位移量越大。3.像點(diǎn)位移規(guī)律二、地形起伏引起的像點(diǎn)位移1）位移量3.像點(diǎn)位移規(guī)律二、地形起伏引起的像

23、點(diǎn)位移2）位移方向航高高差距離位移量圖8-9 像點(diǎn)位移方向規(guī)律二、地形起伏引起的像點(diǎn)位移3.像點(diǎn)位移規(guī)律圖8-10 原始航空影像的像點(diǎn)位移航高高差距離位移量二、地形起伏引起的像點(diǎn)移位4.生活實(shí)踐圖8-11 面部起伏形態(tài)4.生活實(shí)踐二、地形起伏引起的像點(diǎn)位移航高高差距離位移量 什么是像什么是像點(diǎn)點(diǎn)位移位移 像點(diǎn)位移產(chǎn)生的像點(diǎn)位移產(chǎn)生的原因原因 地形起伏引起像點(diǎn)位移的解算地形起伏引起像點(diǎn)位移的解算模型模型 地形起伏引起像點(diǎn)位移的規(guī)律地形起伏引起像點(diǎn)位移的規(guī)律課程小結(jié)PS物物 方方像像 方方問題的提出：?jiǎn)栴}的提出：),(yx),(HYXAa 像平面坐標(biāo)系是以像主點(diǎn)為原點(diǎn)的右手平面坐標(biāo)系，用O-xy表

24、示。yxxyOP1. 像平面坐標(biāo)系（ O-xy ）一、像方空間坐標(biāo)系opopyyyxxx 采用框標(biāo)連線交點(diǎn)為原點(diǎn)的右手平面坐標(biāo)系P-xy，稱為框標(biāo)坐標(biāo)系。 當(dāng)像主點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系的坐標(biāo)為（xo,yo），則量測(cè)出像點(diǎn)的框標(biāo)坐標(biāo)（xp,yp）可轉(zhuǎn)換為像平面坐標(biāo)（ x,y ）。u 像空間坐標(biāo)系是描述像點(diǎn)在像空間位置的坐標(biāo)系。u 以攝影中心S為原點(diǎn)，x、y軸與像平面坐標(biāo)系的x、y軸平行，z軸與主光軸重合，形成像空間右手坐標(biāo)系S-xyz，每個(gè)像點(diǎn)的x，y坐標(biāo)就是像點(diǎn)在像平面坐標(biāo)x，y ；同時(shí)z坐標(biāo)都等于 -f。u 像空間直角坐標(biāo)系是隨著每張航攝像片攝影瞬間的空間方位而定的。所以，不同航攝像片的像空間坐標(biāo)系

25、是各自獨(dú)立的。Sxoxyyz2. 像空間坐標(biāo)系（S-xyz）一、像方空間坐標(biāo)系(x,y,-f)fu 由于各像片的像空間坐標(biāo)系不統(tǒng)一，計(jì)算困難，為此，需要建立一種相對(duì)統(tǒng)一的坐標(biāo)系，稱為像空間輔助坐標(biāo)系。u 它是像空間和物空間過渡性的右手坐標(biāo)系，用S-uvw表示，其坐標(biāo)原點(diǎn)為攝影中心S，坐標(biāo)軸有三種選取方法。Sxoxyyzuvw3. 像空間輔助坐標(biāo)系（ S-uvw ）一、像方空間坐標(biāo)系一、像方空間坐標(biāo)系3. 像空間輔助坐標(biāo)系（ S-uvw ）（1）（3）（2）1、攝影測(cè)量坐標(biāo)系（P X PY P Z P ）二、物方空間坐標(biāo)系SOAayxxyzTOXPZPYPP 將第一個(gè)像對(duì)的像空間輔助坐標(biāo)系S-u

26、vw沿著w軸反方向平移至地面點(diǎn)P，得到的坐標(biāo)系P X PY P Z P 。它是航帶網(wǎng)中一種統(tǒng)一的坐標(biāo)系。wvu二、物方空間坐標(biāo)系SOAayxxyzTOXPZPYPPwvu2、地面測(cè)量坐標(biāo)系（T X t Y t Z t ） 地面測(cè)量坐標(biāo)系是指空間大地基準(zhǔn)下的高斯-克呂格3帶或6帶（或任意帶）投影的平面直角坐標(biāo)系（如1980西安坐標(biāo)系）與定義的從某一基準(zhǔn)面量起的高程系（1985國(guó)家基準(zhǔn)高程），兩者組合而成的空間左手直角坐標(biāo)系。TYTXTZTOT二、物方空間坐標(biāo)系SOAayxxyzTOXPZPYPPwvu 由于攝影測(cè)量坐標(biāo)系是右手系，而地面測(cè)量坐標(biāo)系是左手系，需要在兩種坐標(biāo)系之間建立一個(gè)過渡性坐標(biāo)系

27、。 地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系坐標(biāo)原點(diǎn)在測(cè)區(qū)內(nèi)某一地面點(diǎn)上，X軸與航向方向一致，Z軸沿鉛垂方向，三軸構(gòu)成右手系。D ZtpXtp Y tpTYTXTZTOT3、地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系（D Xtp Y tpZtp ）三、各坐標(biāo)系之間的關(guān)系與作用框標(biāo)坐標(biāo)系O-xy不能直接轉(zhuǎn)換S-xyzS-uvwP X PY P Z P D Xtp Y tpZtp T X t Y t Z t 全球坐標(biāo)系過渡坐標(biāo)系課程小結(jié)課程小結(jié) 常用坐標(biāo)系的分類常用坐標(biāo)系的分類 各各坐標(biāo)系如何構(gòu)建坐標(biāo)系如何構(gòu)建 各坐標(biāo)系之間的各坐標(biāo)系之間的關(guān)系與作用關(guān)系與作用思考題思考題 各坐標(biāo)系之間如何進(jìn)行轉(zhuǎn)換？課程導(dǎo)入圖10-1 航攝過程PS如何確定攝影

28、時(shí)攝影中心、像片與地面三者相關(guān)位置關(guān)系？一、內(nèi)方位元素 確定確定攝影中心與像片之間相關(guān)攝影中心與像片之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)稱為影像的位置關(guān)系的參數(shù)稱為影像的內(nèi)方位內(nèi)方位元素元素，包括包括三個(gè)參數(shù)：攝影中心三個(gè)參數(shù)：攝影中心S到像片的主距到像片的主距f，像像主主點(diǎn)點(diǎn)O在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)(x0 , y0 )。利用。利用內(nèi)方位元素可將像點(diǎn)內(nèi)方位元素可將像點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系在框標(biāo)坐標(biāo)系 P - x y 中的量測(cè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間坐標(biāo)系中的坐中的量測(cè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)標(biāo) S-xyz。量測(cè)相機(jī)內(nèi)方位元素是已知的。量測(cè)相機(jī)內(nèi)方位元素是已知的。SO（x0，y0）Px0 , y0 ,

29、 f xyzxy圖10-2 內(nèi)方位元素二二、外方位元素 在恢復(fù)像片內(nèi)方位元素的基礎(chǔ)上，確定在地面空間直角坐標(biāo)系中攝影光束在攝影瞬間的空間位置和姿態(tài)的參數(shù)稱為外方位元素。一張像片有6個(gè)外方位元素，包括3個(gè)直線元素和3個(gè)角元素。圖10-3 外方位元素二二、外方位元素圖10-4 外方位元素（三個(gè)直線元素）ZXDYZ SSxoxyyzuvwX SY SN三個(gè)直線元素是指攝影機(jī)曝光時(shí)，攝影中心S 在地面空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值（X S， Y S ，Z S ），地面空間直角坐標(biāo)系可以是左手系的地面測(cè)量直角坐標(biāo)系，也可以是右手系的地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系。（如不特殊說明，一般是指地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系）ZXDYZ S

30、SxoxyyzX SY SN 三個(gè)角元素是用來(lái)描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)。實(shí)際攝影時(shí)的姿態(tài)與理想姿態(tài)（主光軸鉛垂，像片水平）之間的三個(gè)旋轉(zhuǎn)角。二二、外方位元素vuw圖10-5 外方位元素（三個(gè)角元素）二二、外方位元素 航向傾角（ ）：主光軸 SO 在 Suw 平面上的投影 SOX 與 w 坐標(biāo)軸的夾角。 旁向傾角（ ）：投影方向 SO 與其在 Suw 平面上的投影 SOX 的夾角。 像片旋角（ ）：v坐標(biāo)軸與 SOXO 組成的平面與像平面的交線和 y軸的夾角。圖10-6 外方位元素（三個(gè)角元素）以 v 軸為主軸Z SSxoxyyzuvwX SY SNOXODXYZ框標(biāo)坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系像空輔

31、坐標(biāo)系關(guān)系？關(guān)系？?jī)?nèi)方位元素外方位元素三、內(nèi)外方位元素的作用思考題 非量測(cè)相機(jī)獲取的影像內(nèi)外方位元素如何求解？課程導(dǎo)入框標(biāo)坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系像空輔坐標(biāo)系關(guān)系？關(guān)系？?jī)?nèi)方位元素外方位元素yxxyOP一、框標(biāo)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像平面坐標(biāo)oaoayyyxxx 當(dāng)像主點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系的坐標(biāo)為（xo,yo），則量測(cè)出像點(diǎn)a的框標(biāo)坐標(biāo)（xa,ya）可轉(zhuǎn)換為像平面坐標(biāo)（ x,y ）。圖11-1 框標(biāo)坐標(biāo)與像平面坐標(biāo) 像空間坐標(biāo)系S-xyz是以攝影中心S為原點(diǎn)，x、y軸與像平面坐標(biāo)系的x、y軸平行，z軸與主光軸重合，由此得到每個(gè)像點(diǎn)的像空間坐標(biāo)x，y值就是像點(diǎn)在像平面坐標(biāo)x，y ；同時(shí)z值都等于 -f。Sxoxyyz(

32、x,y,-f)f二、像平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間坐標(biāo)圖11-2 像平面坐標(biāo)與像空間坐標(biāo)Z SSxoxyyzuvwX SY SNOXODXYZ方向余弦,321321321iiicbacccbbbaaaRfyxRwvu三、像空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間輔助坐標(biāo)圖11-3 像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)1、S-uvw繞v軸旋轉(zhuǎn)角，得到S-xyz：夾角夾角x y z u9090+v90090w90-90uwx z Sucos0sinv010wsin0cosxxyRyzz則有： 方向余弦是像空間坐標(biāo)系與像空間輔助坐標(biāo)系兩坐標(biāo)系間夾角的余弦值。三、像空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間輔助坐標(biāo)圖11-4 S-uvw繞v軸旋轉(zhuǎn)角表11-1

33、旋轉(zhuǎn)角引起坐標(biāo)系的夾角2、S-xyz繞x軸旋轉(zhuǎn)角，得到S-xyzyzyzS夾角夾角xyzx 09090y 9090+z 9090-1000cossin0sincosxxxyyRyzzz則有：三、像空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間輔助坐標(biāo)圖11-5 S-xyz繞x軸旋轉(zhuǎn)角表11-2 旋轉(zhuǎn)角引起坐標(biāo)系的夾角3、S-xyz繞z(So軸)旋轉(zhuǎn)角，得到S-xyz夾角夾角xyzx90+ 90y90- 90z90900cossin0sincos0001xxxyyRyzzz 則有：xyySx三、像空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間輔助坐標(biāo)圖11-6 S-xyz繞So軸旋轉(zhuǎn)角表11-3 旋轉(zhuǎn)角引起坐標(biāo)系的夾角 將式3代入式2，再將式2代

34、入式1中，可得關(guān)系到像空間坐標(biāo)系與像空輔坐標(biāo)系之間的關(guān)系式：cos0sin100cossin00100cossinsincos0sin0cos0sincos001111222333uxvR R Rywfxyfabcxabcyabcf 三、像空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間輔助坐標(biāo)ERcccbbbaaa :0coscoscossincossinsincossinsincoscossincoscossincossinsinsincossinsinsincoscos321321321時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) fyxRwvu.,321321321方向余弦旋轉(zhuǎn)矩陣：iiicbacccbbbaaaR三、像空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間輔助坐標(biāo)

35、小結(jié)小結(jié)Sxoxyyzuvwa像點(diǎn)a的框標(biāo)坐標(biāo)：）y，x（aa像點(diǎn)a的像平面坐標(biāo)：）y-y，x-x（oaoa像點(diǎn)a的像空間坐標(biāo)：）f-，y-y，x-x（oaoa像點(diǎn)a的像空間輔助坐標(biāo)：）w，v，u（平移平移旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)）y，x（oo），（f圖11-7 像點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換課程導(dǎo)入 框標(biāo)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為像空間坐標(biāo)系的紐帶是內(nèi)方位元素； 像空間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為像空間輔助坐標(biāo)系的紐帶是外方位元素； 那么像空間輔助坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系的紐帶又是啥？ 像點(diǎn)、攝像中心、物點(diǎn)之間有哪些數(shù)學(xué)幾何關(guān)系？Z SSxoxyyzuvwX SY SNOXODXYZ一、共線條件方程像片地面中心投影攝影測(cè)量 在理想情況下，攝影瞬間像

36、點(diǎn)、投影中心、物點(diǎn)位于同一條直線上，描述這三點(diǎn)共線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱之為共線條件方程。圖12-1 像點(diǎn)與物點(diǎn)之間的關(guān)系vuwyZYXDNxzAaAZAYAXSSZSAZZ XSYSXD-XYZS-uvwS-xyzSXS ,YS ,ZSau ,v,wx ,y ,-fAXA ,YA ,ZAuv一、共線條件方程w圖12-2 共線條件方程構(gòu)建一、共線條件方程wcvbuawcvbuafywcvbuawcvbuafxwcvbuafwcvbuaywcvbuaxwvucbacbacbawvuRfyxRRIRRfyxcccbbbaaafyxRwvuTTT3332223331113332221113332221111

37、321321321,;ERcccbbbaaa :0coscoscossincossinsincossinsincoscossincoscossincossinsinsincossinsinsincoscos321321321時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng) 一、共線條件方程)()()(SASASAZZkwYYkvXXku)()()()()()()()()()()()(333222333111SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxkZZwYYvXXuSASASA:由三角形相似關(guān)系得vuwyZYXDNxzAaAZAYAXSSZSAZ

38、Z uvSYSXw圖12-2 共線條件方程構(gòu)建)()()()()()()()()()()()(:33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx 當(dāng)當(dāng)需需顧顧及及內(nèi)內(nèi)方方位位元元素素時(shí)時(shí).標(biāo)為物方點(diǎn)的物方空間坐,.個(gè)方向余弦9個(gè)外方位角元素組成的3為,.標(biāo)為攝站點(diǎn)的物方空間坐,.為影像的內(nèi)方位元素,.為像點(diǎn)的框標(biāo)坐標(biāo),00AAAiiiSSSZYXcbaZYXfyxyxyxxyoP一、共線條件方程二、共線條件方程的應(yīng)用u單像空間后方交會(huì)u光束法雙像解析u光束法空中三角測(cè)量u數(shù)字影像糾正

39、（正射影像圖制作）小結(jié)一、共線條件方程概念二、共線條件方程公式推導(dǎo)三、共線條件方程應(yīng)用 難點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)重點(diǎn)思考題多選題在攝影測(cè)量中共線條件方程式用于解求（ ） 。 A. 像點(diǎn)坐標(biāo) B. 外方位元素 C. 像片變形 D. 地面點(diǎn)坐標(biāo)課程導(dǎo)入1、為什么我們會(huì)看到物體是立體的？2、我們又該如何觀察攝影測(cè)量的立體效果？人眼就相當(dāng)于一架自動(dòng)調(diào)焦攝影機(jī)，當(dāng)觀察遠(yuǎn)近不同物體時(shí)，眼球中的水晶體（如同攝影機(jī)物鏡）自動(dòng)變焦，在網(wǎng)膜窩（如同底片）上得到清晰的像，眼睛瞳孔的作用好似光圈。1.1.人眼的構(gòu)造人眼的構(gòu)造只有用人的雙眼觀察景物，才能判斷物體的遠(yuǎn)近，得到景物的立體效應(yīng)。生理視差 也稱左右視差較。景物在雙眼中的構(gòu)

40、像存在生理視差，通過視神經(jīng)傳送到大腦，大腦判斷出交會(huì)角的大小，從而判斷物體的遠(yuǎn)近。2211babaAB 1a2a1S2S1b2bbLALBdL2.2.人眼立體視覺人眼立體視覺AB 1a2a1S2S1b2bb1a1b2a2b人造立體視覺人造立體視覺：空間景物在感光材料上構(gòu)像，再用人眼立體觀察構(gòu)像的像片而產(chǎn)生生理視差，重建空間景物立體視覺。所看到的的立體模型稱為視模型。構(gòu)建人造立體條件構(gòu)建人造立體條件：不同攝站攝取同一景物，獲得立體像對(duì)；兩眼各看一張像片，即分像條件；同名像點(diǎn)連線與眼基線在同一平面內(nèi)；兩像片的比例尺相近（差別小于15%）3.3.人造立體視覺人造立體視覺 攝影測(cè)量中，利用相鄰航片組成

41、立攝影測(cè)量中，利用相鄰航片組成立體像對(duì)，左眼看左片，右眼看右片，體像對(duì)，左眼看左片，右眼看右片，可獲得地面的立體模型，進(jìn)行量測(cè)?？色@得地面的立體模型，進(jìn)行量測(cè)。3.3.人造立體視覺人造立體視覺4.4.立體觀察方法立體觀察方法 人造立體視覺必須滿足每只眼睛必須只能觀察像對(duì)的一張像片，通常稱為分像，這與我們平時(shí)觀看物體雙眼交會(huì)與凝視的本能相違背，因此需借助立體觀察一起達(dá)到分像的目的。借助不同儀器進(jìn)行立體觀察，有不同的立體觀察方法。4.14.1立體鏡法立體鏡法 兩透鏡之間間距約等于人眼基距，橋架高度等于透鏡的焦距。觀察時(shí)，像片放在透鏡的焦面上，像片上的物點(diǎn)光線，通過透鏡后為一組平行光線，使觀察者感到

42、物體在較遠(yuǎn)的距離，達(dá)到人眼的調(diào)焦與交會(huì)本能的基本統(tǒng)一。 4.2疊映影像的立體觀察 用光線照射透明的左右像片，并使其影像疊映在同一承影面上，然后通過某種方式使得觀察者左右眼分別看到一張像片的影像，而從得到立體效應(yīng)。常用的方法有紅綠互補(bǔ)法、光閘法、偏振光法以及液晶閃閉法。4.2疊映影像的立體觀察-互補(bǔ)色法4.2疊映影像的立體觀察-互補(bǔ)色法同步閃閉法同步閃閉法： 影響在計(jì)算機(jī)上以高于100幀/秒的頻率交替顯示，同時(shí)通過紅外發(fā)射器，將信號(hào)發(fā)射給具有液晶開關(guān)的眼睛，液晶開關(guān)與計(jì)算機(jī)顯示屏上的影像同時(shí)開、關(guān)，實(shí)現(xiàn)分像，達(dá)到立體觀測(cè)的目的。偏振光法偏振光法： 在兩張影像的投影光路中，放置兩個(gè)偏振平面相互垂直

43、的偏振器，在承影面上就能得到光波波動(dòng)方向相互垂直的兩組偏振光影像。 偏振光可用于彩色影像的立體觀察，獲得彩色的立體模型。4.2疊映影像的立體觀察-閃閉法、偏振光法課程小結(jié)與思考題課程小結(jié)與思考題總結(jié)1、人眼的構(gòu)造2、人造立體視覺3、人造立體視覺成像原理和條件（重點(diǎn)）4、立體觀察方法：立體鏡法、疊映影像的立體觀察：紅綠互補(bǔ)法、光閘法、偏振光法以及液晶閃閉法。（重點(diǎn)）思考題1、攝影測(cè)量中運(yùn)用立體視覺來(lái)重構(gòu)航測(cè)立體的方法有哪些？課程導(dǎo)入1、從共線方程來(lái)看，單張像片能否確定地面點(diǎn)的坐標(biāo)？ )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASAS

44、ASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx1.雙像攝影測(cè)量的概念根據(jù)前述分析，以單張像片解析為基礎(chǔ)的攝影測(cè)量不能解決地面目標(biāo)的三維坐標(biāo)測(cè)定問題，解決這個(gè)問題要依靠立體攝影測(cè)量。立體攝影測(cè)量也稱為雙像攝影測(cè)量，是以立體像對(duì)為基礎(chǔ)，通過對(duì)立體像對(duì)的觀察和測(cè)量確定地面目標(biāo)的形狀、大小、空間位置及性質(zhì)的一門技術(shù)。利用解析計(jì)算的處理方法，獲取立體像對(duì)中地面點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)，這個(gè)過程稱為立體像對(duì)的解析攝影測(cè)量，也成為了立體像對(duì)的加密。2.立體像對(duì)以相鄰兩張像片為基礎(chǔ)2.1立體像對(duì)的點(diǎn)、線、面3.雙像解析攝影測(cè)量的方法根單張像片的空間后方交會(huì)與立體像對(duì)的前

45、方交會(huì)方式求地面點(diǎn)的三維坐標(biāo) 用解析相對(duì)定向和絕對(duì)定向方法求解地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)光束法求解地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)，也稱一步定向法。課程小結(jié)與思考題課程小結(jié)與思考題總結(jié)1、雙像攝影測(cè)量的概念（重點(diǎn)）2、立體像對(duì)的點(diǎn)、線、面3、雙像解析攝影測(cè)量的方法（重點(diǎn)）思考題1、為什么說單張像片不能確定地面點(diǎn)的坐標(biāo)？2、雙像解析攝影測(cè)量的方法有哪些？課程導(dǎo)入1、雙像解析攝影測(cè)量中，該如何處理兩張像片的關(guān)系呢？確定一張航攝像片（或攝影光束）在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的方位，需要六個(gè)外方位元素左片：Xs1、Ys1、Zs1、1、1、1；右片：Xs2、Ys2、Zs2、2、2、2?；謴?fù)立體像對(duì)中兩張像片的12個(gè)外方位元素即能恢復(fù)其絕對(duì)位

46、置和姿態(tài)，重建被攝地面的絕對(duì)立體模型。1.1.相對(duì)定向相對(duì)定向絕對(duì)定向方法絕對(duì)定向方法首先暫不考慮像片的絕對(duì)位置和姿態(tài)，而只恢復(fù)兩張像片之間的相對(duì)位置和姿態(tài)，這樣建立的立體模型稱為相對(duì)立體模型，其比例尺和方位均是任意的；然后在此基礎(chǔ)上，將兩張像片作為一個(gè)整體進(jìn)行縮放、平移和旋轉(zhuǎn)，達(dá)到絕對(duì)位置。這種方法稱為相對(duì)定向絕對(duì)定向。1.相對(duì)定向絕對(duì)定向方法用于描述兩張像片相對(duì)位置和姿態(tài)關(guān)系的參數(shù)，稱為相對(duì)定向元素。用解析計(jì)算的方法解求相對(duì)定向元素的過程，稱為解析法相對(duì)定向。由于不涉及像片的絕對(duì)位置，因此，相對(duì)定向只需要利用立體像對(duì)內(nèi)在的幾何關(guān)系來(lái)進(jìn)行，不需要地面控制點(diǎn)。兩種方法：連續(xù)法相對(duì)定向、單獨(dú)法相

47、對(duì)定向2.相對(duì)定向這一系統(tǒng)是把立體像對(duì)中的左像片平面當(dāng)作一個(gè)假定的水平面，而求右片相對(duì)于左片的相對(duì)方位。這也就是說，這種相對(duì)方位元素系統(tǒng)是以左片的像空間坐標(biāo)系S1-x1x1z1作為參照基準(zhǔn)的。2.1連續(xù)像對(duì)相對(duì)定向如圖所示，現(xiàn)取左片的像空間坐標(biāo)系為S1-x1x1z1作為像空間輔助坐標(biāo)系S1-U1V1W1，則可認(rèn)為左片在此像空間輔助坐標(biāo)系統(tǒng)S1-U1V1W1中的相對(duì)方位元素全部為零。因此，右片對(duì)于左片的相對(duì)方位元素，就是右片在像空間輔助坐標(biāo)系S1-U1V1W1中的相對(duì)方位元素，即左像片：， US1=VS1=W S1=0, 1=1=1=0右像片：US2=bu，V S2= bv，W S2= bw，2

48、，2，2相對(duì)定向需要恢復(fù)或解求的相對(duì)定向元素僅只有五個(gè)，即bv，bw，2，2，2，我們稱其為連續(xù)像對(duì)相對(duì)定向元素。2.1連續(xù)像對(duì)相對(duì)定向在這一系統(tǒng)中，以左攝站S1為像空間輔助坐標(biāo)系原點(diǎn)，攝影基線b為U軸，左主光軸與攝影基線組成的左主核面為UW面，V軸垂直于該面構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，如圖所示。這一種像空間輔助坐標(biāo)系也叫做基線坐標(biāo)系。所以說，單獨(dú)像對(duì)相對(duì)定向系統(tǒng)是以基線坐標(biāo)系為參考基準(zhǔn)的。2.2單獨(dú)像對(duì)相對(duì)定向左、右像片的相對(duì)方位元素為：左像片：US1=VS1=WS1=0, 1，1=0，1 左像片：US2=bu=b，VS2= bv=0，WS2= bw=0，2，2，2同樣，b只涉及模型比例尺的大小，而

49、不影響模型的建立，因此，單獨(dú)像對(duì)相對(duì)定向元素系統(tǒng)由五個(gè)角元素1，1，2，2，2組成。2.2單獨(dú)像對(duì)相對(duì)定向確定像片對(duì)在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的絕對(duì)位置和姿態(tài)的參數(shù)，稱為絕對(duì)定向元素。用解析計(jì)算的方法解求絕對(duì)定向元素的過程，稱為立體模型絕對(duì)定向。3.絕對(duì)定向X1Y1Z1PZpYpXpX2Y2Z2Aa1s1a2s2MZtpYtpXtp立體像對(duì)共有12個(gè)外方位元素，相對(duì)定向求得五個(gè)元素后，待解求的絕對(duì)定向元素應(yīng)有七個(gè)，對(duì)模型進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)和縮放，這七個(gè)元素是：B，XS，YS，ZS，（XS，YS，ZS）某一攝站（如左攝站）在地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系D-XtpYtpZtp中的坐標(biāo)(也可以用模型中某一已知點(diǎn)的地面坐標(biāo))

50、；B攝影基線長(zhǎng)，用以確定模型的比例尺；模型在X方向（航線方向）的傾斜角；模型在Y方向（旁向）的傾斜角；模型在XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角。3.絕對(duì)定向像對(duì)相對(duì)定向僅僅是恢復(fù)了攝影時(shí)像片之間的相對(duì)位置，所建立的立體模型相對(duì)于地面的絕對(duì)位置并沒有恢復(fù)。要求出模型在地面測(cè)量坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置，就要把模型點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為地面測(cè)量坐標(biāo)，這就需要絕對(duì)定向，模型的絕對(duì)定向是根據(jù)地面控制點(diǎn)進(jìn)行的。共線方程可知，一個(gè)像對(duì)需要左右兩個(gè)像片所建立的兩組共線方程，每組方程有6個(gè)未知數(shù)，兩組就是12個(gè)未知數(shù)。而相對(duì)定向包含5個(gè)元素、絕對(duì)定向包含7個(gè)元素，滿足了求解12個(gè)未知數(shù)的理論基礎(chǔ)。4.定向過程回顧課程小結(jié)與

51、思考題課程小結(jié)與思考題總結(jié)1、相對(duì)定向絕對(duì)定向方法2、相對(duì)定向3、絕對(duì)定向思考題1、相對(duì)定向絕對(duì)定向方法有沒有減少所需的最少未知數(shù)呢？請(qǐng)簡(jiǎn)述理由。課程導(dǎo)入1、雙像解析攝影測(cè)量中，先求解每張像片的外方位元素，能否求解出地面點(diǎn)坐標(biāo)呢？確定一張航攝像片（或攝影光束）在地面坐標(biāo)系統(tǒng)中的方位，需要六個(gè)外方位元素左片：Xs1、Ys1、Zs1、1、1、1；右片：Xs2、Ys2、Zs2、2、2、2?；謴?fù)立體像對(duì)中兩張像片的12個(gè)外方位元素即能恢復(fù)其絕對(duì)位置和姿態(tài)，重建被攝地面的絕對(duì)立體模型。1.1.后方交會(huì)后方交會(huì)- -前方交會(huì)前方交會(huì)方法方法首先根據(jù)影像覆蓋范圍內(nèi)一定數(shù)量的分布合理的地面控制點(diǎn)，利用共線條件

52、方程求解像片外方位元素，恢復(fù)相鄰兩張相片的絕對(duì)位置；再由立體像對(duì)中兩張像片的內(nèi)、外方位元素和像點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)確定相應(yīng)地面點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系中坐標(biāo)的方法就是后方交會(huì)-前方交會(huì)方法。1.后方交會(huì)-前方交會(huì)方法根據(jù)影像覆蓋范圍內(nèi)一定數(shù)量的分布合理的地面控制點(diǎn)（已知其像點(diǎn)和地面點(diǎn)的坐標(biāo)），利用共線條件方程求解像片外方位元素的過程就是單像空間后方交會(huì)。2.后方交會(huì)XYZaxyzs(Xs, Ys, Zs)ACBbc已知值 x0 , y0 , f , X, Y, Z觀測(cè)值 x,y未知數(shù) Xs, Ys, Zs, , , 2.后方交會(huì) )()()()()()()()()()()()(33322203331110SAS

53、ASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx一個(gè)控制點(diǎn)可以構(gòu)建一組共線方程。而要求解六個(gè)未知數(shù)，至少要構(gòu)建三組共線方程，即至少需要三個(gè)地面控制點(diǎn)。由立體像對(duì)中兩張像片的內(nèi)、外方位元素和像點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)確定相應(yīng)地面點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系中坐標(biāo)的方法就是立體像對(duì)前方交會(huì)。3.前方交會(huì)XYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)已知值 x0 , y0 , f , Xs, Ys, Zs, , , 觀測(cè)值 x,y未知數(shù) X, Y, Z（給定初始值X0，Y0，Z0）3.前方交會(huì) )()()()()()()()()()()(

54、)(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx為了求解某點(diǎn)的地面坐標(biāo)，從共線方程可知，左右像片分別可以創(chuàng)建以求解該點(diǎn)地面坐標(biāo)的一組共線方程，共計(jì)四個(gè)方程。四個(gè)方程求解三個(gè)未知量理論上可以求解。首先由后方交會(huì)，利用地面至少三個(gè)控制點(diǎn)恢復(fù)像片的空間位置和姿態(tài)，即求得了左右像片的十二個(gè)參數(shù)。解決了共線方程的參數(shù)問題。再次是前方交會(huì)過程，相鄰像片的兩組共線方程參數(shù)解決后，再量測(cè)同名點(diǎn)的像平面坐標(biāo)即可構(gòu)建四個(gè)方程，理論上四個(gè)方程解三個(gè)未知數(shù)，就可以將這個(gè)同名點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面坐標(biāo)反算出來(lái)。4.

55、交會(huì)過程回顧課程小結(jié)與思考題課程小結(jié)與思考題總結(jié)1、后方交會(huì)-前方交會(huì)方法2、后方交會(huì)3、前方交會(huì)思考題1、請(qǐng)簡(jiǎn)述后方交會(huì)-前方交會(huì)方法的理論基礎(chǔ)和求解過程。課程導(dǎo)入1、雙像解析攝影測(cè)量，能解求出待定點(diǎn)的地面坐標(biāo)，但是如果僅以一個(gè)立體像對(duì)為量測(cè)單元解求測(cè)圖所需要的控制點(diǎn)，工作效率不高。且每個(gè)像對(duì)都要在野外測(cè)求四個(gè)地面控制點(diǎn)，這樣外業(yè)工作量大。那么該怎么解決呢？解析空中三角測(cè)量是利用一個(gè)區(qū)域中多幅像片連接點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)和少量已知地面控制點(diǎn)坐標(biāo)及其對(duì)應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)，通過平差計(jì)算解求像片連接點(diǎn)的地面坐標(biāo)和像片外方位元素的工作。這些像片連接點(diǎn)稱為加密點(diǎn)。該方法將空中攝站及像片放到整個(gè)網(wǎng)中，起到點(diǎn)的傳遞和構(gòu)網(wǎng)

56、的作用，亦稱解析空三加密?？罩腥菧y(cè)量是后續(xù)系列攝影測(cè)量處理與應(yīng)用的基礎(chǔ)，如創(chuàng)建數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字正射影像（DOM）、立體測(cè)編等等。1.1.解析空中三角測(cè)量的定義（1）不觸及被量測(cè)目標(biāo)即可測(cè)定其位置和幾何形狀（2）可快速地在大范圍內(nèi)同時(shí)進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)定，以節(jié)省野外測(cè)量工作量（3）不受通視條件限制（4）區(qū)域網(wǎng)平差過程中，區(qū)域內(nèi)部精度均勻，且不受區(qū)域大小限制1.1.解析空中三角測(cè)量的意義（1）為測(cè)繪地形圖（4D產(chǎn)品）提供定向控制點(diǎn)和像片定向參數(shù)（2）測(cè)定大范圍內(nèi)界址點(diǎn)的統(tǒng)一坐標(biāo)（3）單元模型中大量地面點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算（定向和測(cè)圖一體化，提高精度）（4）解析近景攝影測(cè)量和非地形攝影測(cè)量（任務(wù)的多元

57、化）2.解析空中三角測(cè)量的目的3.解析空中三角測(cè)量的分類單模型法單模型法航帶法航帶法區(qū)域網(wǎng)法區(qū)域網(wǎng)法按平差范圍按平差范圍航帶法航帶法獨(dú)立模型法（解析攝影中用到，現(xiàn)在不用）獨(dú)立模型法（解析攝影中用到，現(xiàn)在不用）光線束法（一步定向）光線束法（一步定向）按數(shù)學(xué)模型按數(shù)學(xué)模型航帶法區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量是在每條航線構(gòu)成航帶模型后，各航帶依次根據(jù)本航帶地面控制點(diǎn)和和上一條相鄰航帶公共點(diǎn)進(jìn)行概略定向，使全區(qū)域的各條航帶統(tǒng)一在共同的坐標(biāo)系中。然后以單個(gè)航帶模型作為一個(gè)基本單元，利用地面控制點(diǎn)的攝影測(cè)量坐標(biāo)與實(shí)際地面坐標(biāo)相等以及相鄰航帶公共點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)相等為條件，將這些點(diǎn)經(jīng)概略絕對(duì)定向后的坐標(biāo)作為觀測(cè)值，用平差方法在

58、全區(qū)域同時(shí)整體解算各條航帶模型的非線性變形糾正系數(shù)，從而求得各個(gè)加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)。4.航帶法空中三角測(cè)量4.航帶法空中三角測(cè)量XYZ2as1s2s31bXYZ特點(diǎn)：以多項(xiàng)式為模型，用于地形圖測(cè)圖 以一張像片組成的一束光線作為一個(gè)平差單元，以中心投影的共線方程作為平差的基礎(chǔ)方程，通過各光線束在空間的旋轉(zhuǎn)和平移，使模型之間的公共光線實(shí)現(xiàn)最佳交會(huì)，將整體區(qū)域最佳地納入到控制點(diǎn)坐標(biāo)系中，從而確定加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)及像片的外方位元素。5.光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量5.光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量特點(diǎn)：以共線方程為模型，理論嚴(yán)密，用于精密定位如果將影像點(diǎn)坐標(biāo)觀測(cè)值與地面控制點(diǎn)坐標(biāo)一道進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，這便是經(jīng)典的解

59、析空中三角測(cè)量方法；如果將該觀測(cè)值與GPS/POS數(shù)據(jù)（必要時(shí)可加入少量的地面控制點(diǎn)）一并進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，這就形成了GPS/POS輔助空中三角測(cè)量。6.GPS輔助空中三角測(cè)量機(jī)載定位定向系統(tǒng)POS（Position and Orientation System）是基于全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性測(cè)量裝置（IMU）的直接測(cè)定影像外方位元素的現(xiàn)代航空攝影導(dǎo)航系統(tǒng)，可用于無(wú)地面控制或僅有少量地面控制點(diǎn)情況下的航空遙感對(duì)地定位和影像獲取。隨著全數(shù)字化、全自動(dòng)化攝影測(cè)量的發(fā)展，以解析空中三角測(cè)量理論為基礎(chǔ)的自動(dòng)空中三角測(cè)量，從攝影測(cè)量軟件角度講，已經(jīng)是效率很高、自動(dòng)化程度也很高的工序之一了，但離全自

60、動(dòng)化的目標(biāo)還有一步之遙。若能利用GPS/POS數(shù)據(jù)進(jìn)行GPS/POS輔助空中三角測(cè)量，則其效率可望進(jìn)一步提高，在有些情況下，完全可以實(shí)現(xiàn)GPS/POS輔助的全自動(dòng)空中三角測(cè)量。6.GPS輔助空中三角測(cè)量課程小結(jié)與思考題課程小結(jié)與思考題總結(jié)1、解析空中三角測(cè)量的定義、意義、目的、分類2、航帶法空中三角測(cè)量3、光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測(cè)量4、GPS輔助空中三角測(cè)量思考題1、解析空中三角測(cè)量在航測(cè)中的有什么重要作用？課程導(dǎo)入1、從測(cè)量角度看，航測(cè)像片是需要控制測(cè)量的，那么我們?cè)撊绾巫瞿?？收集已有控制資料像控點(diǎn)的圖上選點(diǎn)實(shí)地踏勘落實(shí)點(diǎn)位像控點(diǎn)刺點(diǎn)與整飾控制點(diǎn)野外施測(cè)控制測(cè)量計(jì)算控制成果整理空三加密像片控制