工程攝影測量學-02講航攝像片的投影關(guān)系與內(nèi)外方位

1、1工程攝影測量學Engineering Photogrammetry第二講航攝像片的投影關(guān)系與內(nèi)外方位元素Central Projection and Elements of orientation東北大學 測繪遙感與數(shù)字礦山 研究所 2航空攝影的飛行質(zhì)量的要求復 習航攝比例尺與航高航片的重疊度像片的傾斜角航線彎曲度航片旋偏角小于5%航向60，旁向30 3度 36度3問題的引出 攝影測量是通過量測像片來獲得地面目標的幾何信息，這就要研究像片和地面之間的幾何投影關(guān)系。Aa4問題的引出為什么相交？航空影像具有什么幾何特點？5投影定義、中心投影與平行投影中心投影的主要特征（重點）透視變換定義透視變換

2、中的特別點、線、面主垂面內(nèi)的幾何關(guān)系(重點)內(nèi)容安排五種常用的坐標系統(tǒng)第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation一航攝像片的投影關(guān)系及其特征二透視變換及其特別點、線、面三常用的坐標系統(tǒng)(重點)四像片的方位元素(重點)像片的內(nèi)方位元素像片的外方位元素6一 航攝像片的投影關(guān)系及其特征1、投影Projection 一個空間點按一定方式在一個平面上的構(gòu)像，叫做該空間點的投影。物點、像點、投射線、像面（承影面）物點投射線像面像點Central Projection and Elements of orientation第

3、二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素72、平行投影與中心投影Central Projection & Parallel Projection 投射線互相平行的投影，叫做平行投影。正射投影（垂直投影）一 航攝像片的投影關(guān)系及其特征Central Projection and Elements of orientation第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素8Central Projection and Elements of orientationABCD地形圖a0b0c0d0地形圖在局部范圍內(nèi)是地面的正射投影！ 航攝像片？2、平行投影與中心投影一 航攝像片的投影關(guān)系及其特征地形圖是地面的什么投影？第

4、二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素9Central Projection and Elements of orientation第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素10S投影中心Center of Projection (COP). 攝站 所有投射線或其延長線都通過一個固定點的投影，叫做中心投影(Central Projection)。陰位：投影中心位于物和像之間。陽位：投影中心位于物和像同側(cè)。SS2、中心投影與平行投影Central Projection & Parallel Projection Central Projection and Elements of orientation第二講

5、航攝像片的投影關(guān)系與方位元素112、中心投影與平行投影Central Projection & Parallel Projection SffABbaba陽位與陰位之間的關(guān)系及轉(zhuǎn)換主距Principal distance第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation122、中心投影與平行投影Central Projection & Parallel Projection 航攝儀焦距(Focus Length)：物鏡節(jié)點到焦點的距離像片主距（Principal distance）：物鏡節(jié)點到像平面的距離關(guān)系？S焦距f

6、焦點F主光軸像平面主距d物距Da像點物點ACentral Projection and Elements of orientation第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素133、航片是地面的中心投影 如何將中心投影的航攝像片轉(zhuǎn)化為垂直投影的地形圖，就成為了航空攝影測量學的主要任務之一。4、中心投影的主要特征 點的中心投影是_。 線段的中心投影是_。 相交線段的中心投影是_。 空間一組不與承影面平行的平行直線的中心投影 是_。 平面曲線的中心投影是_。 空間曲線的中心投影是_。第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientati

7、on14點的中心投影4、中心投影的主要特征ASaB第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation15線段的中心投影4、中心投影的主要特征ASaCcDB(d)E第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation16相交線段的中心投影ABKSab4、中心投影的主要特征ABDCsbdac第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation17空間一組不與承影面平行的平行直線

8、的中心投影。4、中心投影的主要特征siii 線束的頂點是由過投影中心并與空間平行直線相平行的投射線與承影面的交點，稱為合點。 合點：空間一組不與承影面平行的直線無窮遠點處的中心投影。第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation18為什么相交？第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation19ABS平面曲線的中心投影4、中心投影的主要特征ab第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements

9、 of orientation20空間曲線的中心投影4、中心投影的主要特征SABCabc第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation21 點的中心投影一般是點（特例）。 線段的中心投影一般是線段（特例）。 相交線段的中心投影一般是相交線段。 （特例） 空間一組不與承影面平行的平行直線，其中 心投影為一平面線束。 平面曲線的中心投影一般是平面曲線。 （特例） 空間曲線的中心投影是平面曲線。4、中心投影的主要特征第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of o

10、rientation22二 透視變換及其特別點、線、面1、透視變換定義（Definition of the Perspective Transform） 兩個平面之間的中心投影變換，稱為透視變換。在透視變換的情況下，投影中心稱為透視中心。TSP第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation232、透視變換中的特別點、線、面（Especial Points、Lines、Planes ）基本要素（S、P、T）主垂面（W）特殊面（3）：真水平面（G）遁面（R）二 透視變換及其特別點、線、面TPWSGR第二講航攝像片的投影

11、關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation24T特殊線（8）：透視軸（tt）基本方向線（KV）主縱線（iV）滅線（kk）真水平線（gg）主垂線(SN)2、透視變換中的特別點、線、面（Especial Points、Lines、Planes ）ttVNPWiggGRKkkS第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation25特殊點（9）：像主點（o）地主點（O）像底點（n）地底點（N）主滅點（K）主跡點（V）主合點（i）像等角點（c）地等角點（C）TttN

12、PWiggGRKkkSoOhohocChchcnV主橫線(hoho)等比線(hchc)2、透視變換中的特別點、線、面（Especial Points、Lines、Planes ）SO：主光軸第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation26SA0aa0AnN底點特性:鉛垂線在像平面上的構(gòu)像位于以像底點n為輻射中心的相應輻射線上.2、透視變換中的特別點、線、面（Especial Points、Lines、Planes ）底點特性第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Eleme

13、nts of orientation27第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation底點特性:鉛垂線在像平面上的構(gòu)像位于以像底點n為輻射中心的相應輻射線上.SA0aa0AnN28iS=KV=ic=f/siniV=SK=KC= ? Vc=VC=iV-iS= ? io= oc= on= cn=KN= ? NC= ? NO= ? CO= ?nNcCKVoOSi3、主垂面內(nèi)的幾何關(guān)系（Geometry Of Principal Vertical Plane）透視平行四邊形（iSKV）透視指數(shù)第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位

14、元素Central Projection and Elements of orientationPage 24H29？第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation數(shù)學分析方法第一步：數(shù)學描述，建立坐標系第二步：建立關(guān)系方程AaoSf航攝像片是地面的中心投影。如何建立像點與地面點之間的關(guān)系？30飛行方向1、框標坐標系(o-xy)三常用的坐標系統(tǒng)oxy如何表示像點量測坐標？JIAoxy2、掃描坐標系(AIJ)用于表示掃描后數(shù)字影像的量測象素坐標第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection a

15、nd Elements of orientation31飛行方向1、框標坐標系(o-xy)三常用的坐標系統(tǒng)oxy 大地坐標系是指高斯平面坐標和高程所組成的左手空間系； 描述地面點的空間位置；攝影測量的成果最終轉(zhuǎn)化到該坐標系中。 3、 大地坐標系 用于表示像點量測坐標。第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation32三常用的坐標系統(tǒng)SO：主光軸第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation33SoAa 像平面坐標系 o-xy 表示像點在

16、像平面內(nèi)位置的平面直角坐標系。xyxy三常用的坐標系原點、軸向、作用oxyyxoayx2D3D？第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation34SoAaxyxySyxyxa-fyxz 像空間坐標系 s-xyz 表示像點在像方空間位置的空間直角坐標系。xyz原點、軸向、作用三常用的坐標系(x,y,-f)(x,y,-f)O右手系 ？左手系第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation35 攝影測量坐標系 S-XYZ 原點、軸向、作用像空間

17、和物空間過渡性的坐標系；用于表示模型空間各點的位置，也可表示像點的空間位置。X軸大體上與航線方向或者反方向一致，Y、Z軸分別接近水平和鉛垂。右手系SoAaxyxyxyzXZYXZYXZYXZYM三常用的坐標系第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation36原點、軸向、作用SoAaxyxyxyz 地面輔助坐標系過渡性的地面坐標系統(tǒng)。Z軸鉛垂的攝影測量坐標系為地面輔助坐標系。攝影測量成果都在地面輔助坐標系中表示。簡稱地輔系。三常用的坐標系第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and

18、Elements of orientation371、常用的坐標系統(tǒng)(Coordinate System) 像空間坐標系 攝影測量坐標系 地面輔助坐標系 大地坐標系 像平面坐標系 三常用的坐標系統(tǒng)Photo coordinate systemImage space coordinate systemPhotogrammetric coordinates systemGeodetic coordinate systemObject space coordinate system 掃描坐標系Scan coordinate system第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Project

19、ion and Elements of orientation38框標坐標系像空間坐標系地面輔助坐標系大地坐標系像點地面點攝影測量SoAaxyxyxyz關(guān)系？關(guān)系？已知第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation39框標坐標系像空間坐標系地面輔助坐標系大地坐標系像點地面點攝影測量關(guān)系?內(nèi)方位元素外方位元素關(guān)系?四像片的方位元素Element of orientation關(guān)系已知？第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation40四像片

20、的方位元素Element of orientation內(nèi)方位元素投影中心對航攝像片的相對位置叫做像片的內(nèi)方位；確定內(nèi)方位的獨立參數(shù)叫做內(nèi)方位元素。 確定投影中心對像片的相對位置的參數(shù)； 內(nèi)方位元素一般是已知的 注意 x0，y0都為小值框標坐標系像空間坐標系內(nèi)方位元素xyz第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation41四像片的方位元素Element of orientation內(nèi)方位元素框標坐標系、像平面坐標系、像空系之間的關(guān)系xyza 在框標坐標系中的坐標為 a 在像空系中的坐標為第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位

21、元素Central Projection and Elements of orientation42四像片的方位元素Element of orientation內(nèi)方位元素每條攝影光線在像空系中有一個確定的方向。作用：1、像點的框標坐標系向像空系的改化；2、確定攝影光束的形狀； SxyoaAzxy第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation43框標坐標系像空間坐標系地面輔助坐標系大地坐標系像點地面點攝影測量關(guān)系?內(nèi)方位元素外方位元素關(guān)系?四像片的方位元素Element of orientation關(guān)系已知？第二講航

22、攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation44SoAaxyxyxyz外方位元素像空間坐標系地面輔助坐標系外方位元素關(guān)系? 確定攝影時像空系在地輔系中位置和方向的元素叫做航攝像片的外方位元素。第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation45四像片的方位元素Element of orientation外方位元素外方位線元素:確定像空系的原點S在地輔系中的坐標；外方位角元素:確定像空系三軸在地輔系中的方向。 確定像空系在地輔系中位置和方向所需要

23、 的元素。線元素角元素第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation46四像片的方位元素Element of orientationSoAaxyxyxyz確定像空系的原點S在地輔系中的坐標；外方位線元素第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation47ZYX確定像空系三軸在地輔系中的方向。Soxyxyz1) 2) 3)系統(tǒng) 系統(tǒng)系統(tǒng)四像片的方位元素Element of orientation外方位角元素第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素

24、Central Projection and Elements of orientation481) 系統(tǒng) 偏角。z軸在XZ坐標面上 的投影與Z軸的夾角。 傾角。z軸與XZ坐標面之 間的夾角。 旋角。Y軸在xy坐標面上 的投影與y軸的夾角。確定x，y軸在自身平面內(nèi)的方向 確定z軸的方向作用逆時針方向為正第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation49oxyyxzSYXZo1) 系統(tǒng) 偏角。z軸在XZ坐標面上 的投影與Z軸的夾角。xOMN 傾角。z軸與XZ坐標面之 間的夾角。 旋角。Y軸在xy坐標面上 的投影與y軸

25、的夾角。h確定x，y軸在自身平面內(nèi)的方向 確定z軸的方向作用逆時針方向為正第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation50S-XYZS-XYZ第一次旋轉(zhuǎn)xXYXYZS1) 系統(tǒng) 繞Y軸YXZXY第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation511) 系統(tǒng) S-XYZ第二次旋轉(zhuǎn)繞 X軸xyXXYZSZS-XYZX YXYo第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orient

26、ation521) 系統(tǒng) 繞 Z軸S-xyz第三次旋轉(zhuǎn)ZXYSxyyxzS-XYZYXoz第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation53S-XYZS-xyzY-X-Z1) 系統(tǒng) 地輔系 像空系 xOoyyxzSYXZoxMNh以Y為主軸的外方位角元素第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation54 2） 系統(tǒng)xyyxzSYXZoy 傾角。z軸在YZ面上的投 影與Z軸的夾角。 偏角。z軸與YZ面之間的 夾角。NOME旋角。X軸在xy坐標面上的投影與x軸的夾角。h逆時針方向為正第二講航攝像片的投影關(guān)系與方位元素Central Projection and Elements of orientation55 2） 系統(tǒng)S-XYZX-Y-ZS-xyz