工學攝影測量學第三章2課件

攝影測量學

測繪工程系：杜子濤1攝影測量學測繪工程系：杜子濤13.1航空攝影3.2中心投影的基本知識3.3航攝像片上特殊的點、線、面3.4攝影測量常用的坐標系統(tǒng)3.5航攝像片的內(nèi)、外方位元素3.6像點的空間直角坐標變換與中心投影構(gòu)像方程3.7航攝像片上的像點位移

第三章攝影測量基本知識23.1航空攝影第三章攝影測量基本知識2

一、像平面上的坐標系

原點：框標連線交點P

1、框標坐標系(p-)

軸：航向框標連線方向 軸：旁像框標連線方向

§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)3一、像平面上的坐標系§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)32、像平面坐標系（O-xy）

原點：像主點ox、y軸：分別平行于p-xy的坐標軸

a(x,y)

§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)42、像平面坐標系（O-xy）§3-4攝影測量常用坐標x像平面a(x,y)y直角apo坐標系原點：像主點x、y軸：分別平行于p-xy的坐標軸5x像a(x,y)y直apo坐原點：像主點5像點的坐標應(yīng)采用以像主點為原點的像平面坐標系中的坐標。當像主點與框標連線交點不重合時，須將像框標坐標系原點平移至像主點。若像主點在像框標坐標系中的坐標為xo、yo時，測量出的像點坐標x、y，化算到以像主點為原點的像平面坐標系中的坐標為x-xo、y-yo。§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)6像點的坐標應(yīng)采用以像主點為原點的像平面坐標系中的坐標。§3-二、像空間坐標系（S-xyz）原點：投影中心Sx、y軸：分別平行于o-xy的坐標軸

z軸：主光軸方向（os方向為正）

a（x,y,-f）

§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)7二、像空間坐標系（S-xyz）§3-4攝影測量常用坐像空間直角zsy

oay

xx坐標系a(x,y,-f)原點：投影中心Sx、y軸：分別平行于o-xy的坐標軸z軸：主光軸方向（os方向為正）8像zsy oy x坐系a(x,y,-f)原點：投影中心S8三、像空間輔助坐標系（S-uvw）

原點：投影中心Su、v、w軸：分別平行于地面攝影測量坐標系的坐標軸

a（u,v,w）

過渡性坐標系統(tǒng)，S-uvw也可根據(jù)需要設(shè)置§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)9三、像空間輔助坐標系（S-uvw）§3-4攝影測量常用三、像空間輔助坐標系（S-uvw）以每條航線第一張像片的像空間坐標系作為像空間輔助坐標系；以每個像片對的左片攝影中心為坐標原點，攝影基線方向為u軸，以攝影基線及左片光軸構(gòu)成的平面作為uw平面，過原點且垂直于uw平面(左核面)的軸為p構(gòu)成右手直角坐標系。§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)10三、像空間輔助坐標系（S-uvw）§3-4攝影測量常用w像空v間su輔助坐標系a(X,Y,Z)

oayx原點：投影中心Su、v、w軸：分別平行于地面攝影坐標系的坐標軸S-uvw也可根據(jù)需要設(shè)置（過渡性坐標系統(tǒng)）

11w像v間su輔a(X,Y,Z) oyx原點：投影中心S11四、地面攝影測量坐標系（D-X,Y,Z）

原點：測區(qū)地面某點DX軸：大致平行航線方向

Z軸：鉛垂向上

A(X,Y,Z)

§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)12四、地面攝影測量坐標系（D-X,Y,Z）§3-4攝影測量常地面攝原點為地面某一控制點，Z軸與地面測量坐標系的Zt軸平行，X軸與航線一致s影測量Zaoyx坐標系MYAX13地原點為地面某一控制s影Zaoyx坐MYAX13

五、地面測量坐標系（T－XtYtZt）

大地坐標系，國家高程基準左手系

A（Xt，Yt，Zt）§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)14五、地面測量坐標系（T－XtYtZt）§3-4攝影測量常地面測量坐標為國家統(tǒng)一坐標系，平面坐標為高斯-克地面測量坐Ztsaoyx呂格3度帶或6度帶投影（1980西安坐標系），高程為1985黃海高程系標Xt系tA

A(Xt,Yt,Zt)Yt15地面測量坐標為國家統(tǒng)一坐地Ztsaoyx呂格3度帶或6度帶投Z)w攝影測量中的各種坐標系zy

uxZsa(x,y,-f)

u

(XA,tY,ttZtXtYtMYtX16Z)w攝影測量中的各種坐標系zy uZsa(x,y,-f)用攝影測量方法研究被攝物體的幾何信息和物理信息時，必須建立該物體與像片之間的數(shù)學關(guān)系。描述航空攝影瞬間攝影中心與像片在地面設(shè)定的空間坐標系中的位置與姿態(tài)的參數(shù)稱為像片的方位元素。表示攝影中心與像片之間相關(guān)位置的參數(shù)稱為內(nèi)方位元素；表示攝影中心和像片在地面坐標系中的位置和姿態(tài)的參數(shù)稱為外方位元素?！?－5像片的內(nèi)、外方位元素17用攝影測量方法研究被攝物體的幾何信息和物理信息時，必須建立該

一、像片(攝影機)的內(nèi)方位元素

內(nèi)方位元素：確定投影中心（物鏡后節(jié)點）相對于像平面位置關(guān)系的參數(shù)。具體包括三個:像主點O在框標坐標系中坐標（x0,y0）主距f

§3－5像片的內(nèi)、外方位元素18§3－5像片的內(nèi)、外方位元素18確定投影中心（物鏡后節(jié)點）與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)像片內(nèi)方y(tǒng)fS位元

opx0y0x素

內(nèi)方位元素（x0,y0,f）可恢復攝影光束具體包括:像主點O在框標坐標系中坐標（x0,y0）主距f19確定投影中心（物鏡后節(jié)點）與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)像y

二、像片（攝影機）的外方位元素

外方位元素：確定攝影瞬間像片在空間坐標系中 位置和姿態(tài)的參數(shù)。

三個線元素具體包括六個 三個角元素

§3－5像片的內(nèi)、外方位元素20二、像片（攝影機）的外方位元素二、像片（攝影機）的外方位元素

1、三個線元素:

攝影瞬間投影中心S在空間坐標系中坐標(Xs，Ys，Zs)

2、三個角元素攝影瞬間像片在空間坐標系中的姿態(tài)角（二個角度確定主光軸方位，另一個角度確定像片在像平面內(nèi)的方位）§3－5像片的內(nèi)、外方位元素21二、像片（攝影機）的外方位元素§3－5像片的內(nèi)、外方位元素確定攝影瞬間像片在地面直角坐標系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)

外方位線元素：描述攝影像片中心在地面空間直角坐標系中的位置(Xs、Ys、Zs)s外方位ZXZso元素AXsYsY外方位角元素：描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)具體包括三個線元素三個角元素22確定攝影瞬間像片在地面直角坐標系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)像中心以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像片外航向傾角

?zsvyv

xu方位角ZYo像片旋角

κ元素ANOX

X旁向傾角

ω23以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像航向傾角zsvyvu方ZY（1）

以v為主軸的φωκ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)

航向傾角φ（繞v軸轉(zhuǎn)）旁向傾角ω（繞uφ軸轉(zhuǎn)）像片旋角κ（繞軸轉(zhuǎn)）

繞v軸轉(zhuǎn)φ繞uφ軸轉(zhuǎn)ω繞wφω軸轉(zhuǎn)κS－uvwS－uφvφwφS－uφωvφωwφωS－xyz

§3－5像片的內(nèi)、外方位元素24（1）

以v為主軸的φωκ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)§3－5像片的內(nèi)、外方位以u軸為主軸的ω’-?’-κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像片zsZyY

xX外方位Z旁向傾角

ω’o像片旋角

κ’角元素AYNOYX航向傾角

?’25以u軸為主軸的ω’-?’-κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像zsZyYX外Z旁以w軸為主軸的A-α-κv轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像片zsZyY

xX外方位Z像片傾角

αo像片旋角

κv角Y元素ANX方位角

A26以w軸為主軸的A-α-κv轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像zsZyYX外Z像片傾平面坐標變換§3－6像點的空間直角坐標變換與中心投影構(gòu)像方程27平換§3－6像點的空間直角坐標變換與中心投影構(gòu)像方程27)y像空間w坐標與zy

vx像空間輔助s(X,Y,Z)a(x,,-fu坐標的變換28)y像w坐zy v像s(X,Y,Z)a(x,,-fu坐28以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換S-uvw坐標系繞v軸旋轉(zhuǎn)?角到S-X?YZ?29以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換S-uvw坐標系繞以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換S-X?YZ?坐標系繞u?軸旋轉(zhuǎn)ω角到S-X?Yωz30以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換S-X?YZ?坐標以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換S-X?Yωz坐標系繞w軸旋轉(zhuǎn)κ角到S-xyz31以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換S-X?Yωz坐標以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換32以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換32以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換33以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換33以u軸為主軸的ω’-?’-κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換34以u軸為主軸的ω’-?’-κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換34

以u軸為主軸的ω’-?’-κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換35 以u軸為主軸的ω’-?’-κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換35以w軸為主軸的A-α-κv系統(tǒng)的坐標變換36以w軸為主軸的A-α-κv系統(tǒng)的坐標變換36

以w軸為主軸的A-α-κv系統(tǒng)的坐標變換37 以w軸為主軸的A-α-κv系統(tǒng)的坐標變換37像點的空間直角坐標變換對于同一張像片在同一坐標系中，當取不同旋角系統(tǒng)的三個角度計算方向余弦時，其表達式不同，但是相應(yīng)的方向余弦值是彼此相等的，即由不同旋角系統(tǒng)的角度計算的旋轉(zhuǎn)矩陣是惟一的，且九個方向余弦中只有三個獨立參數(shù)。

38像點的空間直角坐標變換對于同一張像片在同一坐標系中，當取不同中心投影構(gòu)像方程式39中心投影構(gòu)像方程式39中心投影構(gòu)像方程式中心投影的構(gòu)像方程式，它描述了像點a、攝影中心S何地面點A位于一條直線上，又稱為共線方程式。

40中心投影構(gòu)像方程式中心投影的構(gòu)像方程式，它描述了像點a、攝影中心投影構(gòu)像方程式共線方程式中包括有12個數(shù)據(jù)：以像主點為原點的像點坐標x、y，相應(yīng)地面點坐標X、Y、Z,像片主f及外方位元素Xs、Ys、Zs、ψ、ω、κ。41中心投影構(gòu)像方程式共線方程式中包括有12個數(shù)據(jù)：以像主點為原共線條件方程的應(yīng)用求像底點坐標單像空間后方交會和多像空間前方交會攝影測量中的數(shù)字投影基礎(chǔ)航空影像模擬光束法平差的基本數(shù)學模型利用DEM制作數(shù)字正射影像圖利用DEM進行單張像片測圖42共線條件方程的應(yīng)用求像底點坐標42攝影測量學

測繪工程系：杜子濤43攝影測量學測繪工程系：杜子濤13.1航空攝影3.2中心投影的基本知識3.3航攝像片上特殊的點、線、面3.4攝影測量常用的坐標系統(tǒng)3.5航攝像片的內(nèi)、外方位元素3.6像點的空間直角坐標變換與中心投影構(gòu)像方程3.7航攝像片上的像點位移

第三章攝影測量基本知識443.1航空攝影第三章攝影測量基本知識2

一、像平面上的坐標系

原點：框標連線交點P

1、框標坐標系(p-)

軸：航向框標連線方向 軸：旁像框標連線方向

§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)45一、像平面上的坐標系§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)32、像平面坐標系（O-xy）

原點：像主點ox、y軸：分別平行于p-xy的坐標軸

a(x,y)

§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)462、像平面坐標系（O-xy）§3-4攝影測量常用坐標x像平面a(x,y)y直角apo坐標系原點：像主點x、y軸：分別平行于p-xy的坐標軸47x像a(x,y)y直apo坐原點：像主點5像點的坐標應(yīng)采用以像主點為原點的像平面坐標系中的坐標。當像主點與框標連線交點不重合時，須將像框標坐標系原點平移至像主點。若像主點在像框標坐標系中的坐標為xo、yo時，測量出的像點坐標x、y，化算到以像主點為原點的像平面坐標系中的坐標為x-xo、y-yo。§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)48像點的坐標應(yīng)采用以像主點為原點的像平面坐標系中的坐標?！?-二、像空間坐標系（S-xyz）原點：投影中心Sx、y軸：分別平行于o-xy的坐標軸

z軸：主光軸方向（os方向為正）

a（x,y,-f）

§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)49二、像空間坐標系（S-xyz）§3-4攝影測量常用坐像空間直角zsy

oay

xx坐標系a(x,y,-f)原點：投影中心Sx、y軸：分別平行于o-xy的坐標軸z軸：主光軸方向（os方向為正）50像zsy oy x坐系a(x,y,-f)原點：投影中心S8三、像空間輔助坐標系（S-uvw）

原點：投影中心Su、v、w軸：分別平行于地面攝影測量坐標系的坐標軸

a（u,v,w）

過渡性坐標系統(tǒng)，S-uvw也可根據(jù)需要設(shè)置§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)51三、像空間輔助坐標系（S-uvw）§3-4攝影測量常用三、像空間輔助坐標系（S-uvw）以每條航線第一張像片的像空間坐標系作為像空間輔助坐標系；以每個像片對的左片攝影中心為坐標原點，攝影基線方向為u軸，以攝影基線及左片光軸構(gòu)成的平面作為uw平面，過原點且垂直于uw平面(左核面)的軸為p構(gòu)成右手直角坐標系?！?-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)52三、像空間輔助坐標系（S-uvw）§3-4攝影測量常用w像空v間su輔助坐標系a(X,Y,Z)

oayx原點：投影中心Su、v、w軸：分別平行于地面攝影坐標系的坐標軸S-uvw也可根據(jù)需要設(shè)置（過渡性坐標系統(tǒng)）

53w像v間su輔a(X,Y,Z) oyx原點：投影中心S11四、地面攝影測量坐標系（D-X,Y,Z）

原點：測區(qū)地面某點DX軸：大致平行航線方向

Z軸：鉛垂向上

A(X,Y,Z)

§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)54四、地面攝影測量坐標系（D-X,Y,Z）§3-4攝影測量常地面攝原點為地面某一控制點，Z軸與地面測量坐標系的Zt軸平行，X軸與航線一致s影測量Zaoyx坐標系MYAX55地原點為地面某一控制s影Zaoyx坐MYAX13

五、地面測量坐標系（T－XtYtZt）

大地坐標系，國家高程基準左手系

A（Xt，Yt，Zt）§3-4攝影測量常用坐標系統(tǒng)56五、地面測量坐標系（T－XtYtZt）§3-4攝影測量常地面測量坐標為國家統(tǒng)一坐標系，平面坐標為高斯-克地面測量坐Ztsaoyx呂格3度帶或6度帶投影（1980西安坐標系），高程為1985黃海高程系標Xt系tA

A(Xt,Yt,Zt)Yt57地面測量坐標為國家統(tǒng)一坐地Ztsaoyx呂格3度帶或6度帶投Z)w攝影測量中的各種坐標系zy

uxZsa(x,y,-f)

u

(XA,tY,ttZtXtYtMYtX58Z)w攝影測量中的各種坐標系zy uZsa(x,y,-f)用攝影測量方法研究被攝物體的幾何信息和物理信息時，必須建立該物體與像片之間的數(shù)學關(guān)系。描述航空攝影瞬間攝影中心與像片在地面設(shè)定的空間坐標系中的位置與姿態(tài)的參數(shù)稱為像片的方位元素。表示攝影中心與像片之間相關(guān)位置的參數(shù)稱為內(nèi)方位元素；表示攝影中心和像片在地面坐標系中的位置和姿態(tài)的參數(shù)稱為外方位元素。§3－5像片的內(nèi)、外方位元素59用攝影測量方法研究被攝物體的幾何信息和物理信息時，必須建立該

一、像片(攝影機)的內(nèi)方位元素

內(nèi)方位元素：確定投影中心（物鏡后節(jié)點）相對于像平面位置關(guān)系的參數(shù)。具體包括三個:像主點O在框標坐標系中坐標（x0,y0）主距f

§3－5像片的內(nèi)、外方位元素60§3－5像片的內(nèi)、外方位元素18確定投影中心（物鏡后節(jié)點）與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)像片內(nèi)方y(tǒng)fS位元

opx0y0x素

內(nèi)方位元素（x0,y0,f）可恢復攝影光束具體包括:像主點O在框標坐標系中坐標（x0,y0）主距f61確定投影中心（物鏡后節(jié)點）與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)像y

二、像片（攝影機）的外方位元素

外方位元素：確定攝影瞬間像片在空間坐標系中 位置和姿態(tài)的參數(shù)。

三個線元素具體包括六個 三個角元素

§3－5像片的內(nèi)、外方位元素62二、像片（攝影機）的外方位元素二、像片（攝影機）的外方位元素

1、三個線元素:

攝影瞬間投影中心S在空間坐標系中坐標(Xs，Ys，Zs)

2、三個角元素攝影瞬間像片在空間坐標系中的姿態(tài)角（二個角度確定主光軸方位，另一個角度確定像片在像平面內(nèi)的方位）§3－5像片的內(nèi)、外方位元素63二、像片（攝影機）的外方位元素§3－5像片的內(nèi)、外方位元素確定攝影瞬間像片在地面直角坐標系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)

外方位線元素：描述攝影像片中心在地面空間直角坐標系中的位置(Xs、Ys、Zs)s外方位ZXZso元素AXsYsY外方位角元素：描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)具體包括三個線元素三個角元素64確定攝影瞬間像片在地面直角坐標系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)像中心以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像片外航向傾角

?zsvyv

xu方位角ZYo像片旋角

κ元素ANOX

X旁向傾角

ω65以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像航向傾角zsvyvu方ZY（1）

以v為主軸的φωκ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)

航向傾角φ（繞v軸轉(zhuǎn)）旁向傾角ω（繞uφ軸轉(zhuǎn)）像片旋角κ（繞軸轉(zhuǎn)）

繞v軸轉(zhuǎn)φ繞uφ軸轉(zhuǎn)ω繞wφω軸轉(zhuǎn)κS－uvwS－uφvφwφS－uφωvφωwφωS－xyz

§3－5像片的內(nèi)、外方位元素66（1）

以v為主軸的φωκ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)§3－5像片的內(nèi)、外方位以u軸為主軸的ω’-?’-κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像片zsZyY

xX外方位Z旁向傾角

ω’o像片旋角

κ’角元素AYNOYX航向傾角

?’67以u軸為主軸的ω’-?’-κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像zsZyYX外Z旁以w軸為主軸的A-α-κv轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像片zsZyY

xX外方位Z像片傾角

αo像片旋角

κv角Y元素ANX方位角

A68以w軸為主軸的A-α-κv轉(zhuǎn)角系統(tǒng)像zsZyYX外Z像片傾平面坐標變換§3－6像點的空間直角坐標變換與中心投影構(gòu)像方程69平換§3－6像點的空間直角坐標變換與中心投影構(gòu)像方程27)y像空間w坐標與zy

vx像空間輔助s(X,Y,Z)a(x,,-fu坐標的變換70)y像w坐zy v像s(X,Y,Z)a(x,,-fu坐28以v軸為主軸的?-ω-κ轉(zhuǎn)