3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件

第三章：攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)§3.1航空攝影

§3.2中心投影的基本知識(shí)

§3.3航攝像片上的特殊的點(diǎn)線面§3.4攝影測量常用的坐標(biāo)系§3.5航攝像片的內(nèi)外方位元素§3.6中心投影構(gòu)像方程§3.7航攝像片上的像點(diǎn)位移第三章：攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)§3.1航空攝影一、攝影比例尺與攝影航高§3-1航空攝影?像片比例尺：在同一高度上進(jìn)行空中攝影，所得像片的比例尺基本上是一致的。但由于空中氣流或其它因素的影響，會(huì)使攝影比例尺發(fā)生變化。如果相鄰兩像片的比例尺相差太大，則會(huì)影響像對的立體觀察。相鄰兩像片的比例尺之差超出航測儀器的允許范圍時(shí)，則無法進(jìn)行作業(yè)，為此，攝影比例尺的變化要有一定的限制。測量規(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)際航高與設(shè)計(jì)航高之差不得大于50m。?航高：指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對于某一水準(zhǔn)面的高度，從該水準(zhǔn)面起算向上為正。航高分為相對航高和絕對航高。一、攝影比例尺與攝影航高§3-1航空攝影?像片比例ffHH

相對航高是指攝影機(jī)物鏡相對于某一基準(zhǔn)面的高度，常稱為攝影航高。它是相對于被攝區(qū)域內(nèi)地面平均高程基準(zhǔn)面的設(shè)計(jì)航高。絕對航高是相對于平均海平面的航高，是指攝影機(jī)瞬間的真實(shí)海拔高度。ffHH相對航高是指攝影機(jī)物鏡相對于某一基準(zhǔn)面的高度攝影比例尺的選擇：攝影比例尺。控制攝影計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)的像片比例尺。比例尺的選取與成圖比例尺、攝影測量內(nèi)業(yè)成圖方法和成圖精度等因素有關(guān)。比例尺類別航攝比例尺成圖比例尺大比例尺1：2000~1：30001：5001：4000~1：60001：1000中比例尺1：15000~1：200001：100001：25000~1：35000小比例尺1：35000~1：550001：50000攝影比例尺的選擇：攝影比例尺?？刂茢z影計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)的像片比例尺二、空中攝影過程：攝影類型：豎直航空攝影分為：面積航空攝影、條狀地帶航空攝影、獨(dú)立地塊航空攝影。二、空中攝影過程：攝影基線：航向相鄰兩個(gè)攝影站間的距離P1S1P2S2SES:攝影基線攝影基線：航向相鄰兩個(gè)攝影站間的距離P1S1P2S2SES:三、攝影測量生產(chǎn)對攝影資料的基本要求1、影像的色調(diào)2、像片重疊3、像片傾角4、航線彎曲5、像片旋角三、攝影測量生產(chǎn)對攝影資料的基本要求1、影像的色調(diào)1、影像的色調(diào)：（清晰，色調(diào)一致）1、影像的色調(diào)：（清晰，色調(diào)一致）2、像片重疊度?像片重疊度。攝影測量使用的航攝像片，要求沿航線飛行方向兩相鄰像片上對所攝地面有一定的重疊影像，這種重疊部分稱為航向重疊度(headingoverlap)。對于面積航空攝影而言，要求兩相鄰航帶之間也需要有一定的影像重疊，這種重疊部分稱為旁向重疊度(sideoverlap)。像片的重疊部分是立體觀察和像片連接所必須的條件。2、像片重疊度236723682369237023892388238724472448244924502467246624652464236723682369237023892388238724123Lxlx航向重疊度應(yīng)達(dá)到60%～65%，最小應(yīng)有56%123Lxlx航向重疊度應(yīng)達(dá)到60%～65%，最小應(yīng)有56%?-1Ⅱ-1Lyly旁向重疊度應(yīng)達(dá)到30%～35%，最小應(yīng)有13%?-1Ⅱ-1Lyly旁向重疊度應(yīng)達(dá)到30%～35%，最小應(yīng)3、像片傾角垂直攝影：以測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。像片傾角要小于2°~3°3、像片傾角垂直攝影：以測繪地形圖為目的的空中攝影多采用垂直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，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，稱航線彎曲

航線彎曲度：航線最大彎曲矢量與航線長度之比的百分?jǐn)?shù)。要求航線彎曲度<3%Ll航線彎曲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，各張像o2

一張像片上相鄰主點(diǎn)連線與同方向框標(biāo)連線間的夾角。要求像片旋角<6°°像片旋角過大會(huì)減少立體像對的有效范圍o1像片旋角o2一張像片上相鄰主點(diǎn)連線與同方向框標(biāo)連線間的夾角。要§3-2航攝像片與地形圖投影方式投影：用一組假象的直線將物體向幾何面投影。投影射線：投影的直線。投影平面：投影的幾何面。§3-2航攝像片與地形圖投投影：用一組假象的直線將物體向當(dāng)投影射線匯聚于一點(diǎn)的投影，稱為中心投影。投影射線的匯聚點(diǎn)S稱為投影中心。投影中心物點(diǎn)投影點(diǎn)投影平面投影射線當(dāng)投影射線匯聚于一點(diǎn)的投影，稱為中心投影。投影射線的匯聚點(diǎn)S投影射線都平行于某一固定方向的投影的投影稱為平行投影。斜投影投影射線與投影平面斜交正射投影投影射線與投影平面正交投影射線都平行于某一固定方向的投影的投影稱為平行投影。斜投影航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影地形圖的特點(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，等于地面上對應(yīng)的水平角。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)的水平航攝像片的特點(diǎn)：

當(dāng)像片傾斜或地形起伏時(shí)，地面點(diǎn)在航攝像片上構(gòu)像相對于理想情況下的構(gòu)像所產(chǎn)生的位置差異稱像點(diǎn)位移。理想狀態(tài)：地面平坦，像片水平實(shí)際狀態(tài)：地面不平坦，像片不水平航攝像片的特點(diǎn)：當(dāng)像片傾斜或地形起伏時(shí)，地面點(diǎn)在航攝PhotoMap由于存在像片傾斜和地形起伏兩種誤差的影響，致使影像發(fā)生幾何變形，反映為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圖時(shí)，必須消除傾斜誤差和投影誤差，統(tǒng)一像片上各處比例尺，使中心投影的航攝像片轉(zhuǎn)化為正射投影的影像。PhotoSP0PSSfffhchcm0mMm01、傾斜誤差定義

同攝站同主距的傾斜像片和水平像片沿等比線重合時(shí),地面點(diǎn)在傾斜像片上的像點(diǎn)與相應(yīng)水平像片上像點(diǎn)之間的直線移位。c幾何學(xué)上，等比線可以視為是傾斜像片與同主距水平像片的交線。[一]因像片傾斜引起的像點(diǎn)移位SP0PSSfffhchcm0mMm01、傾斜誤差定義傾斜誤差近似公式傾斜誤差嚴(yán)密公式rcr0chcmm0i(m0)2、公式推導(dǎo)傾斜誤差近似公式傾斜誤差嚴(yán)密公式rcr0chcmm0i(m03、傾斜誤差性質(zhì)等比線上的點(diǎn)不存在像片傾斜引起的像點(diǎn)位移；當(dāng)，則，像點(diǎn)朝向等角點(diǎn)位移；當(dāng)，則，像點(diǎn)背向等角點(diǎn)位移；當(dāng)，即在向徑相等的情況下，位于主縱線上的像點(diǎn)的傾斜誤差最大。3、傾斜誤差性質(zhì)等比線上的點(diǎn)不存在像片傾斜引起的像點(diǎn)位移；當(dāng)[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位投影誤差SHA0aa0αA1、投影誤差定義

當(dāng)?shù)孛嬗衅鸱鼤r(shí)，高于或低于所選定的基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)的像點(diǎn)，與該地面點(diǎn)在基準(zhǔn)面上的垂直投影點(diǎn)的像點(diǎn)之間的直線移位。記為:[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位投影誤差SHA0aa0αA1[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位投影誤差嚴(yán)密公式：投影誤差近似公式：水平像片的投影誤差公式：2、公式推導(dǎo)[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位投影誤差投影誤差水平像片的3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位產(chǎn)生的方向移位的方向移位的大小(定性)像底點(diǎn)輻射線上。遠(yuǎn)離像底點(diǎn)靠近像底點(diǎn)在選定基準(zhǔn)面的情況下，地面點(diǎn)的高差越大，輻射距越大，則投影誤差越大?；鶞?zhǔn)面的相對航高越大，則投影誤差越小。投影誤差具有相對性。3、投影誤差性質(zhì)[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位產(chǎn)生的方向移位的方向移位PoScfP0f像片傾斜引起像點(diǎn)位移地形起伏引起像點(diǎn)位移?航攝像片只要消除像片傾斜與地形起伏引起的像點(diǎn)位移，就能將中心投影變換為正射投影。要使這種投影具有成圖比例尺1/M，則航空攝影時(shí)，攝站點(diǎn)到攝區(qū)平均高程基準(zhǔn)面的航高應(yīng)滿足H=f?M

PoScfP0f像片傾斜引起像點(diǎn)位移地形起伏引起像點(diǎn)位移?航攝像片與地形圖的區(qū)別比例尺：地形圖屬于正射投影，具有統(tǒng)一比例尺，即地形圖上所有的圖形不僅與實(shí)際形狀完全相似，而且其方位也保持不變。航片屬于中心投影，因存在像片傾斜和地形起伏誤差的影響，導(dǎo)致影像有變形，無統(tǒng)一比例尺。表示方法：地形圖為線劃圖，它是按照成圖比例尺所規(guī)定的各種符號、注記和等高線來表示地物、地貌的。航攝像片為影像圖，表示為影像的大小、形狀和色調(diào)。表示內(nèi)容：地形圖用相應(yīng)的符號和文字、數(shù)字注記表示，而在像片上是表示不出來的；地圖需要綜合取舍，只表示那些經(jīng)選擇的有意義的地物，而像片展示所有地物的全部影像。幾何差異：航攝像片可組成像對立體觀察攝影測量的主要任務(wù)之一：把地面按中心投影規(guī)律獲取的攝影比例尺航攝像片轉(zhuǎn)換成以測圖比例尺表示的正射投影地形圖航攝像片與地形圖的區(qū)別比例尺：地形圖屬于正射投影，具§3-3航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面EPvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCcTT將空間點(diǎn)、線做中心投影，在投影平面P上得到一一對應(yīng)的點(diǎn)、線，這種經(jīng)中心投影取得的一一對應(yīng)的投影關(guān)系稱為透視變換?！?-3航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面EPvvVVShihi點(diǎn)：攝影中心S、像主點(diǎn)o、地主點(diǎn)O、像底點(diǎn)n、地底點(diǎn)N、等角點(diǎn)c、地面等角點(diǎn)C、主合點(diǎn)i面：地平面E、像平面P、主垂面W、真水平面Es線：透視軸TT、主光軸SoO、主垂線SnN基本方向線VV、主縱線vv、等角線ScC、主合線hihi、主橫線hoho、等比線hchcEPvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCcTT點(diǎn)：攝影中心S、像主點(diǎn)o、地主點(diǎn)O、像底點(diǎn)n、地底點(diǎn)N、等重要點(diǎn)線的數(shù)學(xué)關(guān)系EPTTvvVVSWJiNnOoCc重要EPTTvvVVSWJiNnOoCc等角點(diǎn)特性當(dāng)?shù)孛嫫教箷r(shí)，傾斜像片上只有以等角點(diǎn)為頂點(diǎn)的方向角與地面相應(yīng)角大小相等。Cc重要的點(diǎn)線特征等角點(diǎn)特性Cc重要的等比線特性等比線的構(gòu)像比例尺等于水平像片上的攝影比例尺，不受像片傾斜影響重要的點(diǎn)線特征等比線特性重要的§3-4攝影測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)PS物方像方問題的提出：§3-4攝影測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)PS物方像方問題的提出一、像方坐標(biāo)系（用來表示像點(diǎn)的平面位置和空間坐標(biāo)）

1、像平面直角坐標(biāo)系像平面直角坐標(biāo)系是以像主點(diǎn)為原點(diǎn)的右手平面坐標(biāo)系，用O-xy表示。實(shí)際應(yīng)用中，常采用框標(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)平面坐標(biāo)系。但解析計(jì)算中，須將像框標(biāo)坐標(biāo)系原點(diǎn)平移至像主點(diǎn)。yxxyoPyxxyoP一、像方坐標(biāo)系（用來表示像點(diǎn)的平面位置和空間坐標(biāo)）1、像平2、像空間直角坐標(biāo)系（S-xyz）像空間坐標(biāo)系是描述像點(diǎn)在像空間位置的坐標(biāo)系。其以攝影中心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Z坐標(biāo)都等于-f，而x，y坐標(biāo)就是像點(diǎn)在像平面坐標(biāo)x，y。?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直角坐標(biāo)系是各自獨(dú)立的。Sxoxyyz2、像空間直角坐標(biāo)系（S-xyz）像空間坐標(biāo)系是描述像點(diǎn)在像3、像空間輔助坐標(biāo)系由于各像片的像空間坐標(biāo)系不統(tǒng)一，計(jì)算困難，為此，需要建立一種相對統(tǒng)一的坐標(biāo)系，稱為像空間輔助坐標(biāo)系。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)任取攝影中心S，坐標(biāo)軸依情況而定。Sxoxyyzuvw3、像空間輔助坐標(biāo)系由于各像片的像空間坐標(biāo)系不統(tǒng)一，

通常像空間輔助坐標(biāo)系（S-XYZ）三種選取方法：

原點(diǎn)、軸向、作用（1）取u、v、w軸系分別平行于地面攝影測量坐標(biāo)系D-XYZ；（2）以每條航帶第一條像片的像空間坐標(biāo)系作為像空間輔助坐標(biāo)系。（3）以每個(gè)像對的左片攝影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，攝影基線方向?yàn)閡軸，以攝影基線及左片主光軸構(gòu)成的平面作為uw平面，過原點(diǎn)且垂直于uw平面的軸為v軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。SoAaxyxyxyzXZYXZYXZYXZYM通常像空間輔助坐標(biāo)系（S-XYZ）三種選取方法：二、物方坐標(biāo)系

（用于描述地物點(diǎn)在物方空間的位置）1、地面測量坐標(biāo)系（T–XtYtZt）地面測量坐標(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)系和1954北京坐標(biāo)系）與定義的從某一基準(zhǔn)面量起的高程系（1956年黃海高程和1985國家基準(zhǔn)高程），兩者組合而成的空間左手直角坐標(biāo)系。Sxoxyyzuvw二、物方坐標(biāo)系（用于描述地物點(diǎn)在物方空間的位置）1、地面測2、地面攝影測量坐標(biāo)系（D–XYZ）由于攝影測量坐標(biāo)系是右手系，而地面測量坐標(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，稱為地面攝影測量坐標(biāo)系。地?cái)z坐標(biāo)系Sxoxyyzuvw原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，Z軸與地面測量坐標(biāo)系的Zt軸平行，X軸與航線一致2、地面攝影測量坐標(biāo)系（D–XYZ）由于攝§3-5

航攝像片的內(nèi)、外方位元素PS用來確定攝影時(shí)攝影中心、像片與地面三者相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)?！?-5航攝像片的內(nèi)、外方位元素PS用來確定攝影時(shí)Aa1a2S1S2不同攝站點(diǎn)S1，S2的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系框標(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？內(nèi)方位元素外方位元素Aa1a2S1S2不同攝站點(diǎn)S1，S2的像片、地面和多個(gè)攝站點(diǎn)的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系多個(gè)攝站點(diǎn)的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系PS一、內(nèi)方位元素（interiororientationelements）SO（x0，y0）Px0,y0,-f(在S-xyz中)確定攝影中心與像片之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)稱為影像的內(nèi)方位元素。利用內(nèi)方位元素可將像點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系P–xy中的量測坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)S–xyz，用于解析計(jì)算。PS一、內(nèi)方位元素（interiororientation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。3個(gè)直線元素和3個(gè)角元素。二、外方位元素（exteriororientationelements）SO（x0，y0）Px0,y0,-fSO（x0，y0）Px0,y0,-fSO（x0，y0）Px0,y0,-f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)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（XS，YS，ZS），地面空間直角坐標(biāo)系可以是左手系的地面測量直角坐標(biāo)系，也可以是右手系的地面攝影測量坐標(biāo)系。（如不特殊說明，一般是指地面攝影測量坐標(biāo)系）外方位元素（三個(gè)直線元素）ZSSxoxyyzXYZXSYSN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)ZSSxoxyyzXSYSN?三個(gè)角元素是用來描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)。理想姿態(tài)（主光軸鉛垂，像片水平）到實(shí)際攝影時(shí)的姿態(tài)（要旋轉(zhuǎn)三個(gè)角度）。ZSSxoxyyzXSYSN?三個(gè)角元素是用來描述?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。外方位元素（三個(gè)角元素）以v軸為主軸ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ?航向傾角（）：主光軸SO在Suw平面上的投3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件一、像點(diǎn)空間坐標(biāo)變換ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ§3-6像點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)變換與中心投影構(gòu)像方程一、像點(diǎn)空間坐標(biāo)變換ZSSxoxyyzuvwXSYSN1、S-uvw繞v軸旋轉(zhuǎn)φ角，得到S-xφyφzφ：夾角xφyφzφuφ90°90°+φv90°0°90°w90°-φ90°φuwxφzφφS則有：二、確定方向余弦

方向余弦是像空間坐標(biāo)系與像空間坐標(biāo)系相應(yīng)兩坐標(biāo)系間夾角的余弦值。1、S-uvw繞v軸旋轉(zhuǎn)φ角，得到S-xφyφzφ：夾角x2、S-xφyφzφ繞xφ軸旋轉(zhuǎn)ω角，得到S-xφωyφωzφωωyφωzφωyφzφS夾角xφωyφωzφωxφ0°90°90°yφ90°ω90°+ωzφ90°90°-ωω則有：二、確定方向余弦2、S-xφyφzφ繞xφ軸旋轉(zhuǎn)ω角，得到S-xφωyφωz3、S-xφωyφωzφω繞zφω(So軸)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)κ，得到S-xyz夾角xYzxφωκ90°+κ90°yφω90°-κΚ90°zφω90°90°0°則有：κxφωyφωySx二、確定方向余弦3、S-xφωyφωzφω繞zφω(So軸)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)κ，得到

將3代入2，2代入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：二、確定方向余弦將3代入2，2代入1中，可得關(guān)系到像空間坐標(biāo)系與像空二、確定方向余弦二、確定方向余弦ABCDS像片地面中心投影攝影測量問題提出三、中心投影構(gòu)像方程式——共線方程在理想情況下，攝影瞬間像點(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。ABCDS像片地面中心投影攝影測量問題提出三、中心投影構(gòu)像方問題的提出：我們已經(jīng)知道了確定攝影模型所需要的參數(shù)。但是，要進(jìn)行模型的解析運(yùn)算，還要確定模型的數(shù)學(xué)解析關(guān)系式。為了研究像點(diǎn)與地面對應(yīng)點(diǎn)的數(shù)學(xué)關(guān)系，必須建立中心投影的構(gòu)像方程。ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ問題的提出：我們已經(jīng)知道了確定攝影模型所需要的參數(shù)。但是，要vuwyZYXDNxzAaSD-XYZS-uvwS-xyzSXS,YS,ZSau

,v,wx,y,-fAXA,YA,ZAvuwyZYXDNxzAaSD-XYZS-uvwS-xyzSvuwyZYXDNxzAaSvuwyZYXDNxzAaS3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件yxxyoPyxxyoP共線條件方程的應(yīng)用共線條件方程的應(yīng)用3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件第三章：攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)§3.1航空攝影

§3.2中心投影的基本知識(shí)

§3.3航攝像片上的特殊的點(diǎn)線面§3.4攝影測量常用的坐標(biāo)系§3.5航攝像片的內(nèi)外方位元素§3.6中心投影構(gòu)像方程§3.7航攝像片上的像點(diǎn)位移第三章：攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)§3.1航空攝影一、攝影比例尺與攝影航高§3-1航空攝影?像片比例尺：在同一高度上進(jìn)行空中攝影，所得像片的比例尺基本上是一致的。但由于空中氣流或其它因素的影響，會(huì)使攝影比例尺發(fā)生變化。如果相鄰兩像片的比例尺相差太大，則會(huì)影響像對的立體觀察。相鄰兩像片的比例尺之差超出航測儀器的允許范圍時(shí)，則無法進(jìn)行作業(yè)，為此，攝影比例尺的變化要有一定的限制。測量規(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)際航高與設(shè)計(jì)航高之差不得大于50m。?航高：指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對于某一水準(zhǔn)面的高度，從該水準(zhǔn)面起算向上為正。航高分為相對航高和絕對航高。一、攝影比例尺與攝影航高§3-1航空攝影?像片比例ffHH

相對航高是指攝影機(jī)物鏡相對于某一基準(zhǔn)面的高度，常稱為攝影航高。它是相對于被攝區(qū)域內(nèi)地面平均高程基準(zhǔn)面的設(shè)計(jì)航高。絕對航高是相對于平均海平面的航高，是指攝影機(jī)瞬間的真實(shí)海拔高度。ffHH相對航高是指攝影機(jī)物鏡相對于某一基準(zhǔn)面的高度攝影比例尺的選擇：攝影比例尺?？刂茢z影計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)的像片比例尺。比例尺的選取與成圖比例尺、攝影測量內(nèi)業(yè)成圖方法和成圖精度等因素有關(guān)。比例尺類別航攝比例尺成圖比例尺大比例尺1：2000~1：30001：5001：4000~1：60001：1000中比例尺1：15000~1：200001：100001：25000~1：35000小比例尺1：35000~1：550001：50000攝影比例尺的選擇：攝影比例尺。控制攝影計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)的像片比例尺二、空中攝影過程：攝影類型：豎直航空攝影分為：面積航空攝影、條狀地帶航空攝影、獨(dú)立地塊航空攝影。二、空中攝影過程：攝影基線：航向相鄰兩個(gè)攝影站間的距離P1S1P2S2SES:攝影基線攝影基線：航向相鄰兩個(gè)攝影站間的距離P1S1P2S2SES:三、攝影測量生產(chǎn)對攝影資料的基本要求1、影像的色調(diào)2、像片重疊3、像片傾角4、航線彎曲5、像片旋角三、攝影測量生產(chǎn)對攝影資料的基本要求1、影像的色調(diào)1、影像的色調(diào)：（清晰，色調(diào)一致）1、影像的色調(diào)：（清晰，色調(diào)一致）2、像片重疊度?像片重疊度。攝影測量使用的航攝像片，要求沿航線飛行方向兩相鄰像片上對所攝地面有一定的重疊影像，這種重疊部分稱為航向重疊度(headingoverlap)。對于面積航空攝影而言，要求兩相鄰航帶之間也需要有一定的影像重疊，這種重疊部分稱為旁向重疊度(sideoverlap)。像片的重疊部分是立體觀察和像片連接所必須的條件。2、像片重疊度236723682369237023892388238724472448244924502467246624652464236723682369237023892388238724123Lxlx航向重疊度應(yīng)達(dá)到60%～65%，最小應(yīng)有56%123Lxlx航向重疊度應(yīng)達(dá)到60%～65%，最小應(yīng)有56%?-1Ⅱ-1Lyly旁向重疊度應(yīng)達(dá)到30%～35%，最小應(yīng)有13%?-1Ⅱ-1Lyly旁向重疊度應(yīng)達(dá)到30%～35%，最小應(yīng)3、像片傾角垂直攝影：以測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。像片傾角要小于2°~3°3、像片傾角垂直攝影：以測繪地形圖為目的的空中攝影多采用垂直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，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，稱航線彎曲

航線彎曲度：航線最大彎曲矢量與航線長度之比的百分?jǐn)?shù)。要求航線彎曲度<3%Ll航線彎曲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，各張像o2

一張像片上相鄰主點(diǎn)連線與同方向框標(biāo)連線間的夾角。要求像片旋角<6°°像片旋角過大會(huì)減少立體像對的有效范圍o1像片旋角o2一張像片上相鄰主點(diǎn)連線與同方向框標(biāo)連線間的夾角。要§3-2航攝像片與地形圖投影方式投影：用一組假象的直線將物體向幾何面投影。投影射線：投影的直線。投影平面：投影的幾何面?！?-2航攝像片與地形圖投投影：用一組假象的直線將物體向當(dāng)投影射線匯聚于一點(diǎn)的投影，稱為中心投影。投影射線的匯聚點(diǎn)S稱為投影中心。投影中心物點(diǎn)投影點(diǎn)投影平面投影射線當(dāng)投影射線匯聚于一點(diǎn)的投影，稱為中心投影。投影射線的匯聚點(diǎn)S投影射線都平行于某一固定方向的投影的投影稱為平行投影。斜投影投影射線與投影平面斜交正射投影投影射線與投影平面正交投影射線都平行于某一固定方向的投影的投影稱為平行投影。斜投影航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影地形圖的特點(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，等于地面上對應(yīng)的水平角。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)的水平航攝像片的特點(diǎn)：

當(dāng)像片傾斜或地形起伏時(shí)，地面點(diǎn)在航攝像片上構(gòu)像相對于理想情況下的構(gòu)像所產(chǎn)生的位置差異稱像點(diǎn)位移。理想狀態(tài)：地面平坦，像片水平實(shí)際狀態(tài)：地面不平坦，像片不水平航攝像片的特點(diǎn)：當(dāng)像片傾斜或地形起伏時(shí)，地面點(diǎn)在航攝PhotoMap由于存在像片傾斜和地形起伏兩種誤差的影響，致使影像發(fā)生幾何變形，反映為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圖時(shí)，必須消除傾斜誤差和投影誤差，統(tǒng)一像片上各處比例尺，使中心投影的航攝像片轉(zhuǎn)化為正射投影的影像。PhotoSP0PSSfffhchcm0mMm01、傾斜誤差定義

同攝站同主距的傾斜像片和水平像片沿等比線重合時(shí),地面點(diǎn)在傾斜像片上的像點(diǎn)與相應(yīng)水平像片上像點(diǎn)之間的直線移位。c幾何學(xué)上，等比線可以視為是傾斜像片與同主距水平像片的交線。[一]因像片傾斜引起的像點(diǎn)移位SP0PSSfffhchcm0mMm01、傾斜誤差定義傾斜誤差近似公式傾斜誤差嚴(yán)密公式rcr0chcmm0i(m0)2、公式推導(dǎo)傾斜誤差近似公式傾斜誤差嚴(yán)密公式rcr0chcmm0i(m03、傾斜誤差性質(zhì)等比線上的點(diǎn)不存在像片傾斜引起的像點(diǎn)位移；當(dāng)，則，像點(diǎn)朝向等角點(diǎn)位移；當(dāng)，則，像點(diǎn)背向等角點(diǎn)位移；當(dāng)，即在向徑相等的情況下，位于主縱線上的像點(diǎn)的傾斜誤差最大。3、傾斜誤差性質(zhì)等比線上的點(diǎn)不存在像片傾斜引起的像點(diǎn)位移；當(dāng)[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位投影誤差SHA0aa0αA1、投影誤差定義

當(dāng)?shù)孛嬗衅鸱鼤r(shí)，高于或低于所選定的基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)的像點(diǎn)，與該地面點(diǎn)在基準(zhǔn)面上的垂直投影點(diǎn)的像點(diǎn)之間的直線移位。記為:[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位投影誤差SHA0aa0αA1[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位投影誤差嚴(yán)密公式：投影誤差近似公式：水平像片的投影誤差公式：2、公式推導(dǎo)[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位投影誤差投影誤差水平像片的3攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)解讀課件[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位產(chǎn)生的方向移位的方向移位的大小(定性)像底點(diǎn)輻射線上。遠(yuǎn)離像底點(diǎn)靠近像底點(diǎn)在選定基準(zhǔn)面的情況下，地面點(diǎn)的高差越大，輻射距越大，則投影誤差越大?；鶞?zhǔn)面的相對航高越大，則投影誤差越小。投影誤差具有相對性。3、投影誤差性質(zhì)[二]因地形起伏引起的像點(diǎn)移位產(chǎn)生的方向移位的方向移位PoScfP0f像片傾斜引起像點(diǎn)位移地形起伏引起像點(diǎn)位移?航攝像片只要消除像片傾斜與地形起伏引起的像點(diǎn)位移，就能將中心投影變換為正射投影。要使這種投影具有成圖比例尺1/M，則航空攝影時(shí)，攝站點(diǎn)到攝區(qū)平均高程基準(zhǔn)面的航高應(yīng)滿足H=f?M

PoScfP0f像片傾斜引起像點(diǎn)位移地形起伏引起像點(diǎn)位移?航攝像片與地形圖的區(qū)別比例尺：地形圖屬于正射投影，具有統(tǒng)一比例尺，即地形圖上所有的圖形不僅與實(shí)際形狀完全相似，而且其方位也保持不變。航片屬于中心投影，因存在像片傾斜和地形起伏誤差的影響，導(dǎo)致影像有變形，無統(tǒng)一比例尺。表示方法：地形圖為線劃圖，它是按照成圖比例尺所規(guī)定的各種符號、注記和等高線來表示地物、地貌的。航攝像片為影像圖，表示為影像的大小、形狀和色調(diào)。表示內(nèi)容：地形圖用相應(yīng)的符號和文字、數(shù)字注記表示，而在像片上是表示不出來的；地圖需要綜合取舍，只表示那些經(jīng)選擇的有意義的地物，而像片展示所有地物的全部影像。幾何差異：航攝像片可組成像對立體觀察攝影測量的主要任務(wù)之一：把地面按中心投影規(guī)律獲取的攝影比例尺航攝像片轉(zhuǎn)換成以測圖比例尺表示的正射投影地形圖航攝像片與地形圖的區(qū)別比例尺：地形圖屬于正射投影，具§3-3航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面EPvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCcTT將空間點(diǎn)、線做中心投影，在投影平面P上得到一一對應(yīng)的點(diǎn)、線，這種經(jīng)中心投影取得的一一對應(yīng)的投影關(guān)系稱為透視變換?！?-3航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面EPvvVVShihi點(diǎn)：攝影中心S、像主點(diǎn)o、地主點(diǎn)O、像底點(diǎn)n、地底點(diǎn)N、等角點(diǎn)c、地面等角點(diǎn)C、主合點(diǎn)i面：地平面E、像平面P、主垂面W、真水平面Es線：透視軸TT、主光軸SoO、主垂線SnN基本方向線VV、主縱線vv、等角線ScC、主合線hihi、主橫線hoho、等比線hchcEPvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCcTT點(diǎn)：攝影中心S、像主點(diǎn)o、地主點(diǎn)O、像底點(diǎn)n、地底點(diǎn)N、等重要點(diǎn)線的數(shù)學(xué)關(guān)系EPTTvvVVSWJiNnOoCc重要EPTTvvVVSWJiNnOoCc等角點(diǎn)特性當(dāng)?shù)孛嫫教箷r(shí)，傾斜像片上只有以等角點(diǎn)為頂點(diǎn)的方向角與地面相應(yīng)角大小相等。Cc重要的點(diǎn)線特征等角點(diǎn)特性Cc重要的等比線特性等比線的構(gòu)像比例尺等于水平像片上的攝影比例尺，不受像片傾斜影響重要的點(diǎn)線特征等比線特性重要的§3-4攝影測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)PS物方像方問題的提出：§3-4攝影測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)PS物方像方問題的提出一、像方坐標(biāo)系（用來表示像點(diǎn)的平面位置和空間坐標(biāo)）

1、像平面直角坐標(biāo)系像平面直角坐標(biāo)系是以像主點(diǎn)為原點(diǎn)的右手平面坐標(biāo)系，用O-xy表示。實(shí)際應(yīng)用中，常采用框標(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)平面坐標(biāo)系。但解析計(jì)算中，須將像框標(biāo)坐標(biāo)系原點(diǎn)平移至像主點(diǎn)。yxxyoPyxxyoP一、像方坐標(biāo)系（用來表示像點(diǎn)的平面位置和空間坐標(biāo)）1、像平2、像空間直角坐標(biāo)系（S-xyz）像空間坐標(biāo)系是描述像點(diǎn)在像空間位置的坐標(biāo)系。其以攝影中心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Z坐標(biāo)都等于-f，而x，y坐標(biāo)就是像點(diǎn)在像平面坐標(biāo)x，y。?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直角坐標(biāo)系是各自獨(dú)立的。Sxoxyyz2、像空間直角坐標(biāo)系（S-xyz）像空間坐標(biāo)系是描述像點(diǎn)在像3、像空間輔助坐標(biāo)系由于各像片的像空間坐標(biāo)系不統(tǒng)一，計(jì)算困難，為此，需要建立一種相對統(tǒng)一的坐標(biāo)系，稱為像空間輔助坐標(biāo)系。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)任取攝影中心S，坐標(biāo)軸依情況而定。Sxoxyyzuvw3、像空間輔助坐標(biāo)系由于各像片的像空間坐標(biāo)系不統(tǒng)一，

通常像空間輔助坐標(biāo)系（S-XYZ）三種選取方法：

原點(diǎn)、軸向、作用（1）取u、v、w軸系分別平行于地面攝影測量坐標(biāo)系D-XYZ；（2）以每條航帶第一條像片的像空間坐標(biāo)系作為像空間輔助坐標(biāo)系。（3）以每個(gè)像對的左片攝影中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，攝影基線方向?yàn)閡軸，以攝影基線及左片主光軸構(gòu)成的平面作為uw平面，過原點(diǎn)且垂直于uw平面的軸為v軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。SoAaxyxyxyzXZYXZYXZYXZYM通常像空間輔助坐標(biāo)系（S-XYZ）三種選取方法：二、物方坐標(biāo)系

（用于描述地物點(diǎn)在物方空間的位置）1、地面測量坐標(biāo)系（T–XtYtZt）地面測量坐標(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)系和1954北京坐標(biāo)系）與定義的從某一基準(zhǔn)面量起的高程系（1956年黃海高程和1985國家基準(zhǔn)高程），兩者組合而成的空間左手直角坐標(biāo)系。Sxoxyyzuvw二、物方坐標(biāo)系（用于描述地物點(diǎn)在物方空間的位置）1、地面測2、地面攝影測量坐標(biāo)系（D–XYZ）由于攝影測量坐標(biāo)系是右手系，而地面測量坐標(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，稱為地面攝影測量坐標(biāo)系。地?cái)z坐標(biāo)系Sxoxyyzuvw原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，Z軸與地面測量坐標(biāo)系的Zt軸平行，X軸與航線一致2、地面攝影測量坐標(biāo)系（D–XYZ）由于攝§3-5

航攝像片的內(nèi)、外方位元素PS用來確定攝影時(shí)攝影中心、像片與地面三者相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)?！?-5航攝像片的內(nèi)、外方位元素PS用來確定攝影時(shí)Aa1a2S1S2不同攝站點(diǎn)S1，S2的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系框標(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？內(nèi)方位元素外方位元素Aa1a2S1S2不同攝站點(diǎn)S1，S2的像片、地面和多個(gè)攝站點(diǎn)的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系多個(gè)攝站點(diǎn)的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系PS一、內(nèi)方位元素（interiororientationelements）SO（x0，y0）Px0,y0,-f(在S-xyz中)確定攝影中心與像片之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)稱為影像的內(nèi)方位元素。利用內(nèi)方位元素可將像點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系P–xy中的量測坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)S–xyz，用于解析計(jì)算。PS一、內(nèi)方位元素（interiororientation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。3個(gè)直線元素和3個(gè)角元素。二、外方位元素（exteriororientationelements）SO（x0，y0）Px0,y0,-fSO（x0，y0）Px0,y0,-fSO（x0，y0）Px0,y0,-f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)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（XS，YS，ZS），地面空間直角坐標(biāo)系可以是左手系的地面測量直角坐標(biāo)系，也可以是右手系的地面攝影測量坐標(biāo)系。（如不特殊說明，一般是指地面攝影測量坐標(biāo)系）外方位元素（三個(gè)直線元素）ZSSxoxyyzXYZXSYSN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)ZSS