攝影測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)ppt課件

1、 攝影丈量學(xué)攝影丈量學(xué) 第三章第三章 攝影丈量根底知識(shí)攝影丈量根底知識(shí) 3-1 3-1 航空攝影航空攝影 攝影比例尺又稱為像片比例尺，其定義：航攝像片上一線段攝影比例尺又稱為像片比例尺，其定義：航攝像片上一線段為為 的影像與地面上相應(yīng)線段的程度間隔的影像與地面上相應(yīng)線段的程度間隔L L之比，即之比，即一、攝影比例尺與攝影航高一、攝影比例尺與攝影航高Llm1l 我們所說的攝影比例尺，是指平均比例尺，當(dāng)取攝區(qū)內(nèi)的平我們所說的攝影比例尺，是指平均比例尺，當(dāng)取攝區(qū)內(nèi)的平均高程面作為攝影基準(zhǔn)面時(shí)，攝影機(jī)的物鏡中心至該面的間隔稱均高程面作為攝影基準(zhǔn)面時(shí)，攝影機(jī)的物鏡中心至該面的間隔稱為攝影航高，普通用為攝

2、影航高，普通用H H表示，攝影比例尺表示為表示，攝影比例尺表示為Hfm1 3-1 3-1 航空攝影航空攝影一、攝影比例尺與攝影航高一、攝影比例尺與攝影航高測(cè)大比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺小于測(cè)圖比例尺；測(cè)大比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺小于測(cè)圖比例尺；測(cè)中比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺接近測(cè)圖比例尺；測(cè)中比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺接近測(cè)圖比例尺；測(cè)小比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺大于測(cè)圖比例尺；測(cè)小比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺大于測(cè)圖比例尺；比例尺類型航攝比例尺成圖比例尺大比例尺1 1：200020001 1：300030001 1：5005001 1：400040001 1：600060001 1：1000

3、1000中比例尺1 1：800080001 1：20000200001 1：500050001 1：10000100001 1：30000300001 1：1000010000小比例尺1 1：20000200001 1：30000300001 1：25000250001 1：35000350001 1：55000550001 1：5000050000 3-1 3-1 航空攝影航空攝影一、攝影比例尺與攝影航高一、攝影比例尺與攝影航高 航高是指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對(duì)某一水準(zhǔn)面的高度。根據(jù)基準(zhǔn)面的不同，航高是指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對(duì)某一水準(zhǔn)面的高度。根據(jù)基準(zhǔn)面的不同，航高可分為相對(duì)航高和絕對(duì)航高。相

4、對(duì)航高是指攝影瞬間攝影物鏡相對(duì)于被攝區(qū)域航高可分為相對(duì)航高和絕對(duì)航高。相對(duì)航高是指攝影瞬間攝影物鏡相對(duì)于被攝區(qū)域內(nèi)地面平均高程基準(zhǔn)面的高度；絕對(duì)航高是攝影瞬間攝影物鏡相對(duì)于平均海平面的內(nèi)地面平均高程基準(zhǔn)面的高度；絕對(duì)航高是攝影瞬間攝影物鏡相對(duì)于平均海平面的高度，是攝影瞬間攝影物鏡的真實(shí)海拔高度。高度，是攝影瞬間攝影物鏡的真實(shí)海拔高度。 中選定了攝影機(jī)和攝影比例尺后，就可以計(jì)算出攝影航高Hmf，航空攝影時(shí)就要求按計(jì)算的航高飛行攝影，以獲得符合消費(fèi)要求的攝影像片。攝影丈量規(guī)范規(guī)定同一航帶內(nèi)最大航高與最小航高之差不得大于30m，攝影區(qū)域內(nèi)實(shí)踐航高與設(shè)計(jì)航高之差不得大于50m。 3-1 3-1 航空攝

5、影航空攝影二、空中攝影過程二、空中攝影過程 航空攝影前要做方案，攝影時(shí)要選擇晴朗無云的天氣。航空攝影前要做方案，攝影時(shí)要選擇晴朗無云的天氣。飛行航線普通為東西方向，要求航線相鄰兩張像片應(yīng)有飛行航線普通為東西方向，要求航線相鄰兩張像片應(yīng)有60%60%左右的重疊度，相鄰航線的像片應(yīng)有左右的重疊度，相鄰航線的像片應(yīng)有30%30%左右的重疊度左右的重疊度, ,航攝機(jī)在攝影曝光的瞬間物鏡主光軸堅(jiān)持垂直地面。航攝機(jī)在攝影曝光的瞬間物鏡主光軸堅(jiān)持垂直地面。 3-1 3-1 航空攝影航空攝影2、像片重疊、像片重疊 為滿足測(cè)圖需求，在同一條航線上，相鄰兩像片應(yīng)有一為滿足測(cè)圖需求，在同一條航線上，相鄰兩像片應(yīng)有一

6、定的影像重疊，稱為航向重疊。航向重疊普通要求定的影像重疊，稱為航向重疊。航向重疊普通要求60606565，在大比例尺測(cè)圖時(shí)要求到達(dá)在大比例尺測(cè)圖時(shí)要求到達(dá)8585左右。左右。 測(cè)圖需求兩相鄰航帶攝區(qū)之間也要有一定得重疊用以聯(lián)測(cè)圖需求兩相鄰航帶攝區(qū)之間也要有一定得重疊用以聯(lián)絡(luò)相鄰航帶的攝區(qū)拼接，稱為旁向重疊，旁向重疊不少于絡(luò)相鄰航帶的攝區(qū)拼接，稱為旁向重疊，旁向重疊不少于2020，由于空中攝影飛行時(shí)不易堅(jiān)持兩航線間的平行性，普通，由于空中攝影飛行時(shí)不易堅(jiān)持兩航線間的平行性，普通取取30304040. .最小不得小于最小不得小于15%15%。 航向、旁向重疊小于最低要求的稱為航攝破綻，需求在航向、

7、旁向重疊小于最低要求的稱為航攝破綻，需求在航測(cè)外業(yè)做補(bǔ)救。航測(cè)外業(yè)做補(bǔ)救。 3-1 3-1 航空攝影航空攝影3、像片傾角、像片傾角 攝影瞬間攝影機(jī)軸發(fā)生了傾斜，攝影機(jī)軸與鉛垂方向的攝影瞬間攝影機(jī)軸發(fā)生了傾斜，攝影機(jī)軸與鉛垂方向的夾角為像片傾角。夾角為像片傾角。 飛機(jī)受氣流的影響，航攝儀不能夠完全置平，普通要求傾飛機(jī)受氣流的影響，航攝儀不能夠完全置平，普通要求傾角不大于角不大于20，最大不超越，最大不超越30。A攝影機(jī)主光軸鉛垂線A為像片傾角 3-1 3-1 航空攝影航空攝影4、航線彎曲、航線彎曲 受技術(shù)和自然條件限制，飛機(jī)往往不能按預(yù)定航線飛行而產(chǎn)生航線彎曲，呵斥漏攝或旁向重疊過小。普通要求航

8、攝最大偏距與全航線長(zhǎng)之比不大于3%。 3-1 3-1 航空攝影航空攝影5、像片旋角、像片旋角 相鄰像片的主點(diǎn)連線與像幅沿航線方向兩框標(biāo)連線間的夾角稱為像片旋角。 有像片旋角會(huì)使重疊度遭到影響，普通要求不超越60，最大不超越80。航 線 方 向航 線 方 向 3-2 3-2 中心投影的根本知識(shí)中心投影的根本知識(shí)一、投影、正射投影和中心投影一、投影、正射投影和中心投影1 1、投影、投影ProjectionProjection 一個(gè)空間點(diǎn)按一定方式在一個(gè)平面上的構(gòu)像，一個(gè)空間點(diǎn)按一定方式在一個(gè)平面上的構(gòu)像，叫做該空間點(diǎn)的投影。叫做該空間點(diǎn)的投影。物點(diǎn)、像點(diǎn)、投射線、像面承影面物點(diǎn)、像點(diǎn)、投射線、像面

9、承影面物點(diǎn)投射線像面像點(diǎn) 3-2 3-2 中心投影的根本知識(shí)中心投影的根本知識(shí)2 2、平行投影與正射投影、平行投影與正射投影Parallel Projection & Orthographic Parallel Projection & Orthographic Projection Projection 投射線相互平投射線相互平行的投影，叫做行的投影，叫做平行投影。平行投影。投射線垂直于投影平面的投射線垂直于投影平面的平行投影稱為正射投影。平行投影稱為正射投影。 3-2 3-2 中心投影的根本知識(shí)中心投影的根本知識(shí)ABCD地形圖地形圖a0b0c0d0地形圖在部分范圍內(nèi)是地面的

10、正射投影！地形圖在部分范圍內(nèi)是地面的正射投影！2、平行投影與正射投影Parallel Projection & Orthographic Projection 3-2 3-2 中心投影的根本知識(shí)中心投影的根本知識(shí)S投影中心攝站 一切投射線或其延伸線都經(jīng)過一個(gè)固定點(diǎn)的一切投射線或其延伸線都經(jīng)過一個(gè)固定點(diǎn)的投影，叫做中心投影。投影光線會(huì)聚的點(diǎn)投影，叫做中心投影。投影光線會(huì)聚的點(diǎn)S S稱為稱為投影中心。投影中心。負(fù)片位置：負(fù)片位置：正片位置：正片位置：SS3 3、中心投影、中心投影 Central ProjectionCentral Projection投影中心位于物體和投影平面之間。投影中

11、心位于物體和投影平面之間。投影中心位于物體和投影平面同側(cè)。投影中心位于物體和投影平面同側(cè)。 3-2 3-2 中心投影的根本知識(shí)中心投影的根本知識(shí)SABCabc航攝像片是所攝地面的中心投影航攝像片是所攝地面的中心投影 3-2 3-2 中心投影的根本知識(shí)中心投影的根本知識(shí) 點(diǎn)的中心投影普通是點(diǎn)。點(diǎn)的中心投影普通是點(diǎn)。 線段的中心投影普通是線段。線段的中心投影普通是線段。 相交線段的中心投影普通是相交線段。相交線段的中心投影普通是相交線段。 空間一組不與像片面平行的平行直線，其空間一組不與像片面平行的平行直線，其 中心投影為一平面線束。中心投影為一平面線束。 平面曲線的中心投影普通是平面曲線。平面曲

12、線的中心投影普通是平面曲線。 空間曲線的中心投影也是平面曲線?？臻g曲線的中心投影也是平面曲線。4 4、中心投影主要特性、中心投影主要特性Main Features of Central ProjectionMain Features of Central ProjectionNo1、投影中心、投影中心S2、像主點(diǎn)、像主點(diǎn)o So之間的間之間的間隔稱為主距隔稱為主距f3、攝影機(jī)軸、攝影機(jī)軸SoO4、像底點(diǎn)、像底點(diǎn)n5、地底點(diǎn)、地底點(diǎn)N6 6、主垂面、主垂面W WSOnEWPCc中心投影的特別點(diǎn)、線、面：航攝像片往往存在一定的傾中心投影的特別點(diǎn)、線、面：航攝像片往往存在一定的傾斜角，使得像片上的一

13、些點(diǎn)、線、面具有特殊的性質(zhì)，這斜角，使得像片上的一些點(diǎn)、線、面具有特殊的性質(zhì)，這些點(diǎn)、線、面對(duì)于研討航攝像片的幾何特性、確定像片與些點(diǎn)、線、面對(duì)于研討航攝像片的幾何特性、確定像片與地面的相對(duì)關(guān)系具有重要意義。地面的相對(duì)關(guān)系具有重要意義。 3-3 3-3 航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面 3-3 3-3 航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面NoSOnEWPCc1 1、像片傾角、像片傾角 (20 (2030)30)2 2、等角點(diǎn)、等角點(diǎn)c c3 3、主縱線、主縱線vvvv4 4、根本方向線、根本方向線VVVV6 6、主橫線、主橫線hohohoho7 7、等比線、

14、等比線hchchchc5 5、合線、合線hihihihi8 8、主合點(diǎn)、主合點(diǎn)i iVVvvhohohchcihihi中心投影的特別點(diǎn)、線、面中心投影的特別點(diǎn)、線、面 3-3 3-3 航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面f2sin2sinonf tgocf tgoif ctgfSiciONHtgCNHtgHSJiv當(dāng)航片傾角為零時(shí)，當(dāng)航片傾角為零時(shí)，onon和和ococ都等于零，像主點(diǎn)、像底點(diǎn)都等于零，像主點(diǎn)、像底點(diǎn)和等角點(diǎn)重合和等角點(diǎn)重合NoSOnCcVJvvi假設(shè)只畫主垂面上的點(diǎn)、線，可得到簡(jiǎn)化的透視變換圖假設(shè)只畫主垂面上的點(diǎn)、線，可得到簡(jiǎn)化的透視變換圖H 3-4 3-4

15、攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)航攝像片是地面的中心投影。航攝像片是地面的中心投影。如何建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)之間的關(guān)系？如何建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)之間的關(guān)系？AaoSf數(shù)學(xué)分析方法數(shù)學(xué)分析方法第一步：建立坐標(biāo)系第一步：建立坐標(biāo)系第二步：建立關(guān)系方程第二步：建立關(guān)系方程 3-4 3-4 攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng) 攝影丈量的主要義務(wù)是根據(jù)像片上像點(diǎn)的平面坐標(biāo)，攝影丈量的主要義務(wù)是根據(jù)像片上像點(diǎn)的平面坐標(biāo)，解求對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)的大地坐標(biāo)。解求對(duì)應(yīng)的地面點(diǎn)的大地坐標(biāo)。一、像方坐標(biāo)系一、像方坐標(biāo)系1 1、像平面坐標(biāo)系、像平面坐標(biāo)系o-xyo-xy；2 2、像空間坐標(biāo)系、像空間坐標(biāo)系S-

16、xyzS-xyz；3 3、像空間輔助坐標(biāo)系、像空間輔助坐標(biāo)系S-uvwS-uvw二、物方空間坐標(biāo)系二、物方空間坐標(biāo)系4 4、攝影丈量坐標(biāo)系、攝影丈量坐標(biāo)系A(chǔ)-XpYpZpA-XpYpZp；5 5、大地坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系D-XtYtZtD-XtYtZt。 3-4 3-4 攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1 1、像平面坐標(biāo)系、像平面坐標(biāo)系o-xyo-xy 表示像點(diǎn)在像平面上的表示像點(diǎn)在像平面上的坐標(biāo)。坐標(biāo)。O-xyO-xy以像主點(diǎn)為原點(diǎn)。以像主點(diǎn)為原點(diǎn)。oxyyxoa ayxSoAaxyxy 3-4 3-4 攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)2 2、像空間坐標(biāo)系、像空間坐標(biāo)系

17、S-xyzS-xyz 是一種過渡坐標(biāo)系，用來表示像點(diǎn)是一種過渡坐標(biāo)系，用來表示像點(diǎn)在像方空間的位置。它以攝影中心在像方空間的位置。它以攝影中心S S為為坐標(biāo)原點(diǎn)，攝影機(jī)的主光軸為坐標(biāo)原點(diǎn)，攝影機(jī)的主光軸為z z軸，像軸，像空間坐標(biāo)系的空間坐標(biāo)系的x x、y y軸分別與像平面坐軸分別與像平面坐標(biāo)系的標(biāo)系的x x、y y軸平行，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸平行，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。Syxyxa-fyxz(x,y,-f)OSoAaxyxyxyz(x,y,-f) 3-4 3-4 攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)3 3、像空間輔助坐標(biāo)系、像空間輔助坐標(biāo)系S-uvwS-uvw 也是一種過渡坐標(biāo)系，它以也是一

18、種過渡坐標(biāo)系，它以攝影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。在航空攝攝影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。在航空攝影丈量中通常以鉛垂方向?yàn)橛罢闪恐型ǔＲ糟U垂方向?yàn)閣 w軸，軸，也可取某一豎直方向，取航線方也可取某一豎直方向，取航線方向?yàn)橄驗(yàn)閡 u軸，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。SoAaxyxyxyzuwv 3-4 3-4 攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)4 4、攝影丈量坐標(biāo)系、攝影丈量坐標(biāo)系A(chǔ)-XpYpZpA-XpYpZp 也是一種過渡坐標(biāo)系，也是一種過渡坐標(biāo)系，它是航帶網(wǎng)中一種一致的坐標(biāo)它是航帶網(wǎng)中一種一致的坐標(biāo)系，通常以地面上某一點(diǎn)系，通常以地面上某一點(diǎn)A A為坐為坐標(biāo)原點(diǎn)，它的坐標(biāo)軸與像空輔標(biāo)原點(diǎn)，它的坐標(biāo)

19、軸與像空輔平行。平行。 因此因此很容易由像點(diǎn)的像空輔坐標(biāo)求很容易由像點(diǎn)的像空輔坐標(biāo)求得相應(yīng)地面點(diǎn)的攝影丈量坐標(biāo)得相應(yīng)地面點(diǎn)的攝影丈量坐標(biāo)系。系。SoAaxyxyxyzTXTYTZTOXPZPYPAuwvD 3-4 3-4 攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)5 5、地面坐標(biāo)系、地面坐標(biāo)系D-XtYtZtD-XtYtZt 即大地坐標(biāo)系，也是地即大地坐標(biāo)系，也是地圖投影坐標(biāo)系，也是我國(guó)圖投影坐標(biāo)系，也是我國(guó)測(cè)圖所采用的高斯投影的測(cè)圖所采用的高斯投影的19801980年西安坐標(biāo)系，為左年西安坐標(biāo)系，為左手系。手系。XtXt軸指向正北方向。軸指向正北方向。SoAaxyxyxyztYXtTOXP

20、ZPYPAuwvZtD 3-4 3-4 攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影丈量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)像平面坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系像空輔坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系像點(diǎn)地面點(diǎn)攝影丈量SoAaxyxyxyztYXtTOXPZPYPAuwvZtD攝影丈量坐標(biāo)系3-5 3-5 航攝像片的內(nèi)、外方位元素航攝像片的內(nèi)、外方位元素 攝影丈量主要根據(jù)像點(diǎn)解求地面點(diǎn)的空間位置，這攝影丈量主要根據(jù)像點(diǎn)解求地面點(diǎn)的空間位置，這就需求知道攝影中心與像片面的相對(duì)位置，以及知道在就需求知道攝影中心與像片面的相對(duì)位置，以及知道在攝影瞬間攝影機(jī)的位置。攝影瞬間攝影機(jī)的位置。 在航空攝影瞬間，像片和攝影中心、像片和地面之間在航空攝影瞬間，像片和攝影中心、像片

21、和地面之間存在著固有的幾何關(guān)系。確定這些關(guān)系的參數(shù)稱為像片存在著固有的幾何關(guān)系。確定這些關(guān)系的參數(shù)稱為像片的方位元素。像片的方位元素分為內(nèi)方位元素和外方位的方位元素。像片的方位元素分為內(nèi)方位元素和外方位元素兩類。元素兩類。3-5 3-5 航攝像片的內(nèi)、外方位元素航攝像片的內(nèi)、外方位元素一、內(nèi)方位元素一、內(nèi)方位元素 確定攝影中心與像片面的相對(duì)確定攝影中心與像片面的相對(duì)位置的數(shù)據(jù)稱為像片的內(nèi)方位元素。位置的數(shù)據(jù)稱為像片的內(nèi)方位元素。它包括像主點(diǎn)在像片框標(biāo)坐標(biāo)系中它包括像主點(diǎn)在像片框標(biāo)坐標(biāo)系中的位置的位置x0、y0和攝影主距和攝影主距f。 像片的內(nèi)方位元素通常是知的，像片的內(nèi)方位元素通常是知的，在航

22、空攝影機(jī)的鑒定表中均有記載。在航空攝影機(jī)的鑒定表中均有記載。oyx0 x0yoSfxyz二、像片的外方位元素二、像片的外方位元素 確定攝影瞬間攝影機(jī)或航確定攝影瞬間攝影機(jī)或航片的空間位置和姿態(tài)的參數(shù)片的空間位置和姿態(tài)的參數(shù)稱為像片的外方位元素。共稱為像片的外方位元素。共包括包括6個(gè)參數(shù)，個(gè)參數(shù)，3個(gè)線元素，個(gè)線元素，3個(gè)角元素。個(gè)角元素。3-5 3-5 航攝像片的內(nèi)、外方位元素航攝像片的內(nèi)、外方位元素外方位線元素外方位線元素 攝影中心攝影中心S S在地面丈在地面丈量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)XsXs、YsYs、ZsZs。SoAaxyxyxyztYXtTOXPZPYPAuwvZtD3-5 3

23、-5 航攝像片的內(nèi)、外方位元素航攝像片的內(nèi)、外方位元素 這里主要講以這里主要講以V V軸為主軸的轉(zhuǎn)角軸為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。將像空間輔助坐標(biāo)系系統(tǒng)。將像空間輔助坐標(biāo)系S-uvwS-uvw依依次繞次繞v-u-wv-u-w軸延續(xù)旋轉(zhuǎn)軸延續(xù)旋轉(zhuǎn)、 、 角，即可與像空間坐標(biāo)系角，即可與像空間坐標(biāo)系S-xyzS-xyz重合。重合。 oyyxzSvuwo MNh外方位角元素外方位角元素 概念：描畫像片在攝影瞬間的概念：描畫像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)參數(shù)。空間姿態(tài)參數(shù)。 作用：將像空間輔助坐標(biāo)系轉(zhuǎn)作用：將像空間輔助坐標(biāo)系轉(zhuǎn)到像空間坐標(biāo)系到像空間坐標(biāo)系 根據(jù)所繞的主軸和次序的不同，根據(jù)所繞的主軸和次序的不同，有三種

24、轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。有三種轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。3-5 3-5 航攝像片的內(nèi)、外方位元素航攝像片的內(nèi)、外方位元素oxyzSvuwo OMNh、以以v v軸為主軸的軸為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。3-5 3-5 航攝像片的內(nèi)、外方位元素航攝像片的內(nèi)、外方位元素oxyyxzSvuwo OMNh、確定像片在像平面內(nèi)的方確定像片在像平面內(nèi)的方位。位。以以v v軸為主軸的軸為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。3-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換 由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，一個(gè)坐標(biāo)系按某種順序依次地旋轉(zhuǎn)由數(shù)學(xué)知識(shí)可知，一個(gè)坐標(biāo)系按某種順序依次地旋轉(zhuǎn)三個(gè)角度即可變換為另一個(gè)同原點(diǎn)的坐標(biāo)系。這樣就可以三個(gè)角度即可變換為另一

25、個(gè)同原點(diǎn)的坐標(biāo)系。這樣就可以經(jīng)過旋轉(zhuǎn)把像空間輔助坐標(biāo)系變換到像空間坐標(biāo)系中來。經(jīng)過旋轉(zhuǎn)把像空間輔助坐標(biāo)系變換到像空間坐標(biāo)系中來。 當(dāng)利用像點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算相應(yīng)的地面點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，經(jīng)常需求當(dāng)利用像點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算相應(yīng)的地面點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)，經(jīng)常需求建立像點(diǎn)在不同平面直角坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系之間的建立像點(diǎn)在不同平面直角坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換關(guān)系。坐標(biāo)變換關(guān)系。 像點(diǎn)的空間坐標(biāo)變換通常是指像點(diǎn)的空間坐標(biāo)變換通常是指像空間坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系s-xyz與像空間與像空間輔助坐標(biāo)系輔助坐標(biāo)系(s-uvw)之間的變換。之間的變換。yxzSvuw 假定原點(diǎn)一樣的兩個(gè)坐標(biāo)系假定原點(diǎn)一樣的兩個(gè)坐標(biāo)系O-XYZO-XYZ和和

26、O-xyzO-xyz，有一點(diǎn)，有一點(diǎn)a a在在O-XYZO-XYZ中的坐標(biāo)為中的坐標(biāo)為(X(X、Y Y、Z)Z)，在，在O-xyzO-xyz坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x(x、y y、z)z)。由解析幾何知識(shí)，。由解析幾何知識(shí)，a a點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系總可寫成：關(guān)系總可寫成：X=a1x+a2y+a3z Y=b1x+b2y+b3z Z=c1x+c2y+c3zx=a1X+b1Y+c1Z y=a2X+b2Y+c2Z z=a3X+b3Y+c3Z和和寫成矩陣的方式為：寫成矩陣的方式為：3-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換3-6 3-6 像點(diǎn)

27、在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換111222333XXY YZZxabcyabcRzabc 123123123XYZaaaxxbbbyR yccczz 既然同原點(diǎn)的兩坐標(biāo)軸之間可以經(jīng)過變換進(jìn)展轉(zhuǎn)換，既然同原點(diǎn)的兩坐標(biāo)軸之間可以經(jīng)過變換進(jìn)展轉(zhuǎn)換，而像空間坐標(biāo)系而像空間坐標(biāo)系S-xyzS-xyz可以經(jīng)過像空間輔助坐標(biāo)系可以經(jīng)過像空間輔助坐標(biāo)系S-uvwS-uvw經(jīng)經(jīng)過三次旋轉(zhuǎn)得到。過三次旋轉(zhuǎn)得到。 設(shè)像點(diǎn)設(shè)像點(diǎn)a a在像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為在像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為x,y,-fx,y,-f，在，在像空輔坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為像空輔坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為U,V,WU,V,W，兩者之間的坐標(biāo)變，兩者之間

28、的坐標(biāo)變換關(guān)系可以由下式表示：換關(guān)系可以由下式表示：3-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換fyxRRRfyxcccbbbaaawvu3213213213-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換 空間坐標(biāo)變換矩陣的九個(gè)系數(shù)為像空輔坐標(biāo)系與相應(yīng)空間坐標(biāo)變換矩陣的九個(gè)系數(shù)為像空輔坐標(biāo)系與相應(yīng)的像空間坐標(biāo)系的方向余弦：的像空間坐標(biāo)系的方向余弦：wzwywxvzvyvxuzuyuxRRRcccbbbaaacoscoscoscoscoscoscoscoscos321321321 當(dāng)取當(dāng)取v v軸為主軸時(shí)，像空輔經(jīng)過軸為主軸時(shí)，像空輔經(jīng)過、三個(gè)角度旋三個(gè)角度旋

29、轉(zhuǎn)，得到像平面坐標(biāo)系：轉(zhuǎn)，得到像平面坐標(biāo)系：3-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換1 1、S-uvwS-uvw繞繞v v軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角，得到角，得到S-xyzS-xyz：夾角夾角x y z u9090+v90090w90-90uwx z Sucos0sinv010wsin0cosxxyRyzz那么有：那么有：3-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換2 2、S-xyzS-xyz繞繞xx軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角，得到角，得到S-S-xyzxyzyzyzS夾角夾角xyzx 09090y 9090+z 9090-1000cossin0sincosxxxyyRyz

30、zz那么有：那么有：3-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換3 3、S-xyzS-xyz繞繞z(Soz(So軸軸) )旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，得到，得到S-xyzS-xyz夾角夾角xYzx90+ 90y90- 90z90900cossin0sincos0001xxxyyRyzzz 那么有：那么有：xyySx3-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換 將將3 3代入代入2 2，2 2代入代入1 1中，可得關(guān)系到像空間坐標(biāo)系與像中，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：空輔坐標(biāo)系之間的關(guān)系式：cos0sin100cossin00100cossin

31、sincos0sin0cos0sincos001111222333uxvR R Rywfxyfabcxabcyabcf 3-6 3-6 像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換像點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的變換把三個(gè)矩陣相乘，得到旋轉(zhuǎn)矩陣中各元素的表達(dá)式為：把三個(gè)矩陣相乘，得到旋轉(zhuǎn)矩陣中各元素的表達(dá)式為：a1 = coscos sinsinsina2 = -cossin sinsincosa3 = -sincosb1= cossinb2 = coscosb3 = -sinc1 = sincos+ cossinsinc2 = -sinsin + cossincosc3 = coscos3-6 3-6 中心投影構(gòu)像方程中心

32、投影構(gòu)像方程 像空輔坐標(biāo)系像空輔坐標(biāo)系S-uvwS-uvw的的w w軸是鉛垂的，軸是鉛垂的，S-uvwS-uvw與物方地面與物方地面坐標(biāo)系坐標(biāo)系D-XYZD-XYZ相互平行，投影中心相互平行，投影中心S S和地面點(diǎn)和地面點(diǎn)A A在地面攝影丈在地面攝影丈量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為XsXs、YsYs、ZsZs和和X X、Y Y、Z Z，地面點(diǎn)，地面點(diǎn)A A在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為X-XsX-Xs、Y- YsY- Ys、Z-ZsZ-Zs，設(shè)相，設(shè)相應(yīng)像點(diǎn)應(yīng)像點(diǎn)a a在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為u u、v v、w w。S S

33、、a a和和A A三點(diǎn)共線，由類似三角形而得：三點(diǎn)共線，由類似三角形而得：1SSSuvwXXYYZZ為比例因子。為比例因子。3-6 3-6 中心投影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程3-6 3-6 中心投影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程上式表示為矩陣方式為：上式表示為矩陣方式為：wvucbacbacbafyx333222111SSSZZYYXXwvu1將像點(diǎn)在像空間坐標(biāo)系和像空輔坐標(biāo)系的關(guān)系式：將像點(diǎn)在像空間坐標(biāo)系和像空輔坐標(biāo)系的關(guān)系式：1 1、地面點(diǎn)表示像點(diǎn)、地面點(diǎn)表示像點(diǎn)3-6 3-6 中心投影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程代入上式展開，有：代入上式展開，有：用第三式除以第一、二式得：用第三式除以第一、二式得：

34、上式就是中心投影的構(gòu)象方程，也是用地面坐標(biāo)表示相應(yīng)上式就是中心投影的構(gòu)象方程，也是用地面坐標(biāo)表示相應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)的方程，稱為共線方程。像點(diǎn)坐標(biāo)的方程，稱為共線方程。)( 3)( 3)( 3)(2)(2)(2)( 1)( 1)( 1ZsZcYsYbXsXaZsZcYsYbXsXaZsZcYsYbXsXafyx)(3)(3)(3)(2)(2)(2)(3)(3)(3)(1)(1)(1ZsZcYsYbXsXaZsZcYsYbXsXafyZsZcYsYbXsXaZsZcYsYbXsXafx1 1、地面點(diǎn)表示像點(diǎn)、地面點(diǎn)表示像點(diǎn)3-6 3-6 中心投影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程將像點(diǎn)在像空間坐標(biāo)系和像空輔坐標(biāo)系

35、中的另一種表示將像點(diǎn)在像空間坐標(biāo)系和像空輔坐標(biāo)系中的另一種表示fyxcccbbbaaawvu321321321代入代入SSSZZYYXXwvu12 2、像點(diǎn)表示地面點(diǎn)、像點(diǎn)表示地面點(diǎn)3-6 3-6 中心投影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程fyxcccbbbaaaZsZYsYXsX3213213211得到得到用第三式除以第一、二式得：用第三式除以第一、二式得：fcycxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX321321)(321321)(這是用像點(diǎn)坐標(biāo)表示相應(yīng)地面點(diǎn)坐標(biāo)的共線方程。這是用像點(diǎn)坐標(biāo)表示相應(yīng)地面點(diǎn)坐標(biāo)的共線方程。2 2、像點(diǎn)表示地面點(diǎn)、像點(diǎn)表示地面點(diǎn)3-6 3-6 中

36、心投影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程3 3、程度像片與傾斜像片相應(yīng)像點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系、程度像片與傾斜像片相應(yīng)像點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系S Sf ffhchca0aaAc 假設(shè)把地面看成程度地面，上式中的假設(shè)把地面看成程度地面，上式中的Z-ZsZ-Zs就為一就為一常數(shù)，實(shí)踐就是航高，這里用常數(shù)，實(shí)踐就是航高，這里用-H-H表示。表示。X-XsX-Xs和和Y-YsY-Ys為程度地面點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，這里用為程度地面點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，這里用X X、Y Y表示，那么上式為：表示，那么上式為：fcycxcfbybxbfYfcycxcfayaxafX3213213213213-6 3-6 中心投

37、影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程3 3、程度像片與傾斜像片相應(yīng)像點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系、程度像片與傾斜像片相應(yīng)像點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系S Sf ffhchca0aaAc假設(shè)把地面與像片的關(guān)系轉(zhuǎn)換為程度像片與傾斜像片之間的關(guān)系，把程度像片看成航高為f的程度地面，由上式可得fcycxcfbybxbfYfcycxcfayaxafX321321321321把X、Y用x0、y0表示，那么fcycxcfbybxbfyfcycxcfayaxafx32132132132100這就是程度像片與傾斜像片之間的關(guān)系3-6 3-6 中心投影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程3 3、程度像片與傾斜像片相應(yīng)像點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系、程度像片與傾斜像片相應(yīng)

38、像點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系S Sf ffhchca0aaAc上式各方向余弦用上式各方向余弦用 轉(zhuǎn)角系統(tǒng)表示，那么有轉(zhuǎn)角系統(tǒng)表示，那么有上式轉(zhuǎn)換為：上式轉(zhuǎn)換為：sincos)sincos(sincos00yffyfyyffxxA0A3-7 3-7 航攝像片的像點(diǎn)位移航攝像片的像點(diǎn)位移 航攝像片總是存在一定的傾斜角，實(shí)踐地面也總是有起航攝像片總是存在一定的傾斜角，實(shí)踐地面也總是有起伏的，地面點(diǎn)的實(shí)踐構(gòu)象位置與理想情況下的構(gòu)象位置存在伏的，地面點(diǎn)的實(shí)踐構(gòu)象位置與理想情況下的構(gòu)象位置存在差別，這種點(diǎn)位的差別稱為像點(diǎn)位移，它包括像片傾斜引起差別，這種點(diǎn)位的差別稱為像點(diǎn)位移，它包括像片傾斜引起的像點(diǎn)位移和因地形起伏引起的像點(diǎn)位移。的像點(diǎn)位移和因地形起伏引起的像點(diǎn)位移。S Sf ffhchca0aaAc一、地面程度時(shí)，像片傾斜引起一、地面程度時(shí)，像片傾斜引起的像點(diǎn)位移的像點(diǎn)位移設(shè)地面點(diǎn)設(shè)地面點(diǎn)A A在程度像片上的構(gòu)