數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)講義

數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)講義數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)每一篇攝影測量基礎(chǔ)每一章緒論主要內(nèi)容：攝影測量學(xué)的定義，攝影測量學(xué)的分類，攝影測量要解決的基本問題，航空攝影測量的成圖方法，攝影測量的成圖作業(yè)工序，攝影測量的發(fā)展歷程。重點(diǎn)：攝影測量學(xué)的定義、分類，攝影測量要解決的基本問題，航空攝影測量測圖方法，攝影測量的發(fā)展歷程。一、攝影測量學(xué)：是對研究的對象進(jìn)行攝影，根據(jù)所獲得的構(gòu)像信息，從幾何方面和物理方面加以分析研究，從而對所攝對象的本質(zhì)提供各種資料的一門學(xué)科。二、分類：(一)、按研究對象：1、地形攝影測量：研究的對象是地區(qū)表面的形態(tài)，以物體與構(gòu)像之間的幾何關(guān)系為基礎(chǔ)，最終根據(jù)攝影像片測繪出攝影區(qū)域的地形圖。2、非地形攝影測量一般是指近景攝影測量，顧名思義，研究的對象在體積和面積上較小，攝影機(jī)到攝影目標(biāo)的距離較近，一般小于300m，測量的精度相應(yīng)地要求較高。基本理論也是根據(jù)物體與構(gòu)像之間的幾何關(guān)系，但在處理技術(shù)上有著其特殊性。測量成果乃是表示研究對象的一系列特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，即研究對象的數(shù)字模型可繪制所攝物體的立面圖、平面圖和顯示立體形態(tài)的等值圖。(二)、按攝影站的位置：1、航天攝影測量：利用航天器和人造衛(wèi)星、高空飛機(jī)進(jìn)行攝影。2、航空攝影測量：指的是地形攝影測量，從航攝飛機(jī)上對地面進(jìn)行攝影，目的在于測繪地形圖。3、地面攝影測量：包括地面立體攝影測量和近景攝影測量。前者在測繪特殊地區(qū)的地形圖時(shí)常采用，后者是對科學(xué)技術(shù)專題科目進(jìn)行研究時(shí)采用。4、水中攝影測量是將攝影機(jī)置于水中，對水下地表進(jìn)行攝影以繪制水下地形圖，這屬于雙介質(zhì)攝影測量。三、攝影測量要解決的基本問題：將中心投影的像片轉(zhuǎn)換為正射投影的地形圖。四、航空攝影測量繪制地形圖的方法：1、綜合法：是攝影測量和地面地形測量相結(jié)合的測圖方法。地面點(diǎn)的平面位置應(yīng)用攝影測量方法以單張航攝像片為測圖單元來解求，而點(diǎn)位高程或地貌在野外實(shí)地測定。這種方法適用于大比例尺平坦地區(qū)的測圖，尤其是對高程精度要求很高而航測方法難以達(dá)到的情況下，綜合法測圖能得出滿意的成果。2、分工法(微分法)：待求點(diǎn)的平面位置和高程雖都是應(yīng)用攝影測量方法，但卻是分別測定的。這種測圖方法的理論和為此而設(shè)計(jì)的儀器，當(dāng)時(shí)是針對測繪比例尺為1：25000~1：50000地形圖的，在測圖方法的原理上帶有近似性。該方法現(xiàn)以淘汰不用了。3、全能法：是以攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)來建立攝區(qū)的立體模型，借助地區(qū)立體模型的量測以代替地面地形測量，一次完成點(diǎn)位高程和平面位置的測圖。五、航空攝影測量作業(yè)階段：1、航空攝影：在航攝飛機(jī)上安裝航空攝影機(jī)，從空中對測區(qū)地面作有計(jì)劃的攝影，以取得適合航測制圖要求的航攝像片。2、航測外業(yè)：在野外實(shí)地進(jìn)行像片聯(lián)測和判讀調(diào)繪。像片聯(lián)測的目的是利用地面控制點(diǎn)把航攝像片與地面聯(lián)系起來；像片的判讀調(diào)繪是在像片上補(bǔ)繪未反映出的地物、地類界等，并搜集地圖上必需有的地名、注記等地圖元素。3、航測內(nèi)業(yè)：依據(jù)航攝像片和航測外業(yè)成果在室內(nèi)專用的航測儀器上測繪地形圖。六、航空攝影測量的發(fā)展階段：1、模擬攝影測量：20世紀(jì)初，由維也納軍事地理研究所制成了“立體自動測圖儀”，后來由德國卡爾·蔡司廠進(jìn)一步發(fā)展，成功地制造了實(shí)用的“立體自動測圖儀”(stereoautograph)。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，到60~70年代，這種類型的儀器發(fā)展到了頂峰。由于這些儀器均采用光學(xué)投影器或機(jī)械投影器或光學(xué)-機(jī)械投影器“模擬”攝影過程，用它們交會被攝物體的空間位置，所以稱其為“模擬攝影測量儀器”。著名攝影測量學(xué)者UVHelava于1957年在他的論文中談到：“能夠用來解決攝影測量主要問題的現(xiàn)有的全部的攝影測量測圖儀，實(shí)際上都是以同樣的原理為基礎(chǔ)的，這個(gè)原理可以稱為模擬的原理”。這一發(fā)展時(shí)期也被稱為“模擬攝影測量時(shí)代”。2、解析攝影測量：Helava于1957年提出了攝影測量的一個(gè)新的概念，就是“用數(shù)字投影代替物理投影”。所謂“物理投影”就是指“光學(xué)的、機(jī)械的，或光學(xué)-機(jī)械的”模擬投影?！皵?shù)字投影”就是利用電子計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)地進(jìn)行共線方程的解算，從而交會被攝物體的空間位置。意大利的OMI公司與美國的Bendix公司合作，于1961年制造出每一臺解析測圖儀AP/1。這個(gè)時(shí)期的解析測圖儀多數(shù)為軍用。直到1976年在赫爾辛基召開國際攝影測量學(xué)會大會上，由7家廠商展出了8種型號的解析測圖儀，解析測圖儀才逐步成為攝影測量的主要測圖儀。到80年代，解析測圖儀的發(fā)展更為迅速。它不再是一種專門由國際上一些大的攝影測量儀器公司生產(chǎn)的儀器，國內(nèi)也有生產(chǎn)。3、數(shù)字?jǐn)z影測量：數(shù)字?jǐn)z影測量的發(fā)展起源于攝影測量自動化的實(shí)踐，即利用相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正的自動化測圖。最早涉及到攝影測量自動化的研究可追溯到1930年，但并未付諸實(shí)施。直到1950年，由美國工程兵研究發(fā)展實(shí)驗(yàn)室與BauschandLomb光學(xué)儀器公司合作研制了每一臺自動化攝影測量測圖儀。美國于60年代初，研制成功DAMC系統(tǒng)全數(shù)字自動化測圖系統(tǒng)。武漢測繪科技大學(xué)王之卓教授于1978年提出了發(fā)展全數(shù)字自動化測圖系統(tǒng)的設(shè)想與方案，并于1985年完成了全數(shù)字自動化測圖軟件系統(tǒng)WUDAMS。因此，數(shù)字?jǐn)z影測量是攝影測量自動化的必然產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展以及數(shù)字圖像處理、模式識別、人工智能、專家系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)視覺等學(xué)科的不斷發(fā)展，數(shù)字?jǐn)z影測量的內(nèi)涵已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)攝影測量的范圍，現(xiàn)已被公認(rèn)為攝影測量的每三個(gè)發(fā)展階段。數(shù)字?jǐn)z影測量與模擬、解析攝影測量的最大區(qū)別在于：它處理的原始信息不僅可以是像片，更主要的是數(shù)字影像或數(shù)字化影像；它最終是以計(jì)算機(jī)視覺代替人眼的立體觀測，因而它所使用的儀器最終將只是通用計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)外部設(shè)備。七、作業(yè)：1、何謂攝影測量學(xué)？2、攝影測量學(xué)要解決的基本問題是什么？3、航空攝影測量的測圖方法有哪幾種？每二章攝影與空中攝影主要內(nèi)容：物鏡的特性、量測攝影機(jī)的特征及景深和超焦點(diǎn)距離，感光材料的特性及黑白感光材料的攝影處理，空中攝影的實(shí)施及彩色攝影的基本知識。重點(diǎn)：物鏡的特性、量測攝影機(jī)的特征及景深和超焦點(diǎn)距離。難點(diǎn)：量測攝影機(jī)的特征及景深和超焦點(diǎn)距離§2-1攝影機(jī)概述攝影機(jī)：一、攝影物鏡：作用：聚集所攝物體發(fā)射的光線，使在像框平面上取得亮度較大的清晰影像。單透鏡像差：包括球面像差、慧形像差、像散、像場彎曲、畸變和色差。圖2.1單透鏡像差1、球面像差：是指在光軸上一物點(diǎn)發(fā)出的單色光線，經(jīng)透鏡后，通過透鏡中心部分的光線與通過透鏡邊緣部分的光線不能相交于一點(diǎn)，而是在像面上形成一個(gè)模糊的光斑。這種構(gòu)像誤差顯然是由于透鏡的球面所引起的，所以稱為球面像差。凸透鏡和凹透鏡的球面像差的方向相反，故可用適當(dāng)?shù)亟M合凸透鏡和凹透鏡的方法來消除球面像差。2、彗形像差：與球面像差相類似，這種像差是由于發(fā)光的物點(diǎn)不在主光軸上，而是處于離開主光軸的位置上，則發(fā)出的光線通過透鏡各部分以后，在像面上構(gòu)成的影像不重合于一點(diǎn)，而是一些從小到大彼此重疊的圓圈，結(jié)果使點(diǎn)狀光源的影像變成一個(gè)彗星形狀的光斑，這樣的像差稱為彗形像差。物點(diǎn)離光軸越遠(yuǎn)，則彗形像差越嚴(yán)重。彗形像差修正也是采用球面像差的修正方法。同時(shí)也可借助光圈，限制透鏡邊緣部分的光線通過，使之縮小。3、像散：這種像差是在于非近軸的物點(diǎn)發(fā)出的光束，即與透鏡主光軸成某一角度的傾斜光束，通過透鏡后，不是會聚于一個(gè)像點(diǎn)，而是形成兩條焦線F1和F2，前者是由各徑向光束形成的焦點(diǎn)連線，后者是由各子午光束形成的焦點(diǎn)連線。這兩條焦線相互垂直，它們之間的距離在主光軸上的投影長度稱為像散差。正透鏡和負(fù)透鏡的像散情況是相反的。因此，像散也可以利用正透鏡和負(fù)透鏡并選擇其曲率半徑、折射率、厚度以及間距等加以適當(dāng)組合的辦法來修正。像散是最難消除的一種像差，只有當(dāng)其他像差都消除得相當(dāng)好的時(shí)候，再精密地修正像散，才有較好的效果。4、像場彎曲：一個(gè)透鏡組在消除了球面像差、彗形像差以及像散以后，兩個(gè)像面可以重合在一個(gè)新曲面上。在這曲面上，成像情況最好，但由于是曲面，故在攝影上實(shí)用意義不大。這一缺陷我們稱為像場彎曲。像場彎曲隨著像散增加而增加，并與入射光線與主光軸的傾角有關(guān)；但像場彎曲與物距無關(guān)。修正像散和像場彎曲的物鏡稱為正光物鏡。5、畸變：它與其他幾種像差不同，其他像差所表現(xiàn)的都是影像產(chǎn)生模糊不清，而畸變所表現(xiàn)的卻是使直線物體變成了彎曲影像，也應(yīng)是說，像與物不相似，這種現(xiàn)象稱為畸變。所謂畸變差應(yīng)是指實(shí)際像點(diǎn)到主光軸的距離與理想像點(diǎn)到主光軸的距離之差。畸變與光圈設(shè)置的位置有關(guān)。如果光圈置在透鏡的物方，則正方形網(wǎng)格的影像變成桶形，稱負(fù)畸變；反之，光圈置于透鏡之像方，則變成枕形，稱正畸變。6、色差：由物點(diǎn)發(fā)出的一束白色光線，通過透鏡以后，在檢影毛玻璃上構(gòu)像不是一個(gè)清晰的點(diǎn)，而是帶有彩色圓環(huán)的光斑，這種現(xiàn)象稱為色差。色差是由于玻璃對各種波長光線的折射率不同所引起的。正負(fù)透鏡的色差情況是相反的，利用折射率大的火石玻璃制的負(fù)透鏡與折射率小的冕玻璃制的正透鏡組合起來，可以使色差修正到實(shí)際上感覺不到的程度。為了消除或減小像差，攝影物鏡都是由幾個(gè)透鏡組合而成的一個(gè)光學(xué)系。(主)光軸：通過諸透鏡光軸的軸。主平面(H、H′)：平行光軸的投射光線經(jīng)物鏡后產(chǎn)生折射，將投射光線與折線光線分別延長與反向延長得交點(diǎn)h，過h作垂直光軸的平面H。主點(diǎn)(s、s′)：主平面與光軸的交點(diǎn)。焦點(diǎn)(F、F′)：平行光軸的投射光線經(jīng)物鏡后產(chǎn)生折射，該折射線與光軸的交點(diǎn)。焦距(f、f′)：主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離。焦面：過焦點(diǎn)垂直光軸的平面。注：以上概念除光軸外都存在像方和物方兩個(gè)概念。節(jié)點(diǎn)(K、K′)：投射光線與成像光線與光軸的交角u和u′相等時(shí)，投射光線與成像光線與光軸的交點(diǎn)。當(dāng)物空間和像空間的介質(zhì)相同時(shí)，一對節(jié)點(diǎn)正好與一對主點(diǎn)重合。且像方焦距等于物方焦距f=f′。綜上所述，物鏡的特征由物鏡的一對主點(diǎn)、一對焦點(diǎn)和一對節(jié)點(diǎn)描述。二、物鏡的成像公式：高斯公式： (2-1)其中：D為物點(diǎn)A到物方主平面H的距離，稱為物距；d為像點(diǎn)a到像方主平面H′的距離，稱為像距；f為物鏡的焦距。牛頓公式：xx′＝f2 (2-2)其中：x和x′分別為物點(diǎn)到物方焦點(diǎn)和像點(diǎn)到像方焦點(diǎn)的距離。所以：D=x＋ f d＝x′＋f三、光圈和光圈號數(shù)為了限制邊緣光線進(jìn)入，在物鏡透鏡組中間設(shè)置一個(gè)孔徑光闌，即所謂光圈。光圈的作用為了改善像差引起的影像變形，通常光圈置于物鏡透鏡組之間，此時(shí)進(jìn)入物鏡的光束直徑并不等于光圈的實(shí)際孔徑，將此時(shí)的光束直徑δ稱為有效孔徑。平行光束經(jīng)物鏡成像于焦面上，單位面積上的照度與孔徑面積成正比，即與有效孔徑的平方成正比。此外，在進(jìn)入物鏡的光通量不變時(shí)，物鏡的焦距愈大，承受光通量的面積隨焦距的平方成正比地增大，則單位面積上影像的照度將隨焦距的平方成反比地減弱。(見圖2.2)。因此，取有效孔徑與物鏡焦距之比作為說明影像照度的因數(shù)，稱為相對孔徑(δ/f)。由于相對孔徑大都小于1，改用相對孔徑的倒數(shù)來說明進(jìn)入物鏡的光通量較為方便。相對孔徑的倒數(shù)稱為光圈號數(shù)，以k=δ/f表示。構(gòu)像的亮度與相對孔徑成正比，與光圈號數(shù)成反比。攝影時(shí)欲在感光材料的單位面積上取得一定值的曝光量H，因曝光量H等于照度E與曝光時(shí)間t的乘積，即H=Et，故有：而 得 如果曝光時(shí)間改變一倍，即t2/t1=2，則相應(yīng)光圈號數(shù)之比k2/k1=，應(yīng)改變倍，因此物鏡筒光圈環(huán)上標(biāo)志的光圈號數(shù)的排列順序是以為公比的等級數(shù)。光圈號數(shù)每改變一檔，相應(yīng)的曝光時(shí)間應(yīng)改變一倍，就能保持相同的曝光量。光圈號數(shù)愈大，相應(yīng)的相對孔徑減小，能增強(qiáng)縱深景物影像的清晰度。所以很多相機(jī)均為光圈優(yōu)先。四、景深和超焦點(diǎn)距離用攝影機(jī)攝取有限距離景物時(shí)，根據(jù)構(gòu)像公式(2-1)，在攝取某一物距為D的物點(diǎn)A時(shí)，只有在像距為d時(shí)才能得到清晰的像點(diǎn)a。物距大于或小于D的景物如B和C，在像片平面上的構(gòu)像形成一個(gè)模糊的圓圈，稱為模糊圓。如果模糊圓的直徑ε小于某一定值時(shí)，由于人眼觀察的分辨能力有限，這個(gè)模糊圓的構(gòu)像看起來仍然是一個(gè)清晰的點(diǎn)。如此，雖然對光于點(diǎn)A，但在遠(yuǎn)景B和近景C之間這一段間隔內(nèi)所有景物，在像面上仍可認(rèn)為獲得了清晰的構(gòu)像。此時(shí)，遠(yuǎn)景與近景之間的縱深距離稱為景深(DepthofField～D.F)。遠(yuǎn)景的物距稱為遠(yuǎn)景距離D1，近景的物距稱為近景距離D2。， 得 ， 而 代入DB則 ∵f＜＜DA，可忽略不計(jì)，并以代入，則得遠(yuǎn)景距離： (2-3)同樣可得近景距離： (2-4)則景深： D.F=ΔＤ＝D1－D2＝ (2-5)根據(jù)景深公式有：1.景深與物距有關(guān)。物距越大，景深越大；物距越小，景深越小。與D成正比。2.景深與光圈號數(shù)有關(guān)。光圈號數(shù)越大，景深越大。與k成正比。3.景深與焦距有關(guān)。短焦距攝影機(jī)比長焦距攝影機(jī)所得的景深大。與f成反比。超焦點(diǎn)距離：當(dāng)物鏡向無限遠(yuǎn)物體對光時(shí)，不僅遠(yuǎn)處的物體構(gòu)象清晰，而且在離開物鏡不小于某一距離H的所有物體，其構(gòu)象都很清晰，這個(gè)距離H就稱為超焦點(diǎn)距離或稱為無限遠(yuǎn)起點(diǎn)。根據(jù)公式(2-4) 令D2=H，D=∞，代入上式則得： (2-6)如以超焦點(diǎn)距離H為參數(shù)，遠(yuǎn)景和近景距離可用另一種形式的公式表示： (2-7) (2-8)景深公式則為： (2-9)五、像場和像場角視場：將物鏡對光于無窮遠(yuǎn)，在焦面上會看到一個(gè)照度不均勻的明亮圓。這個(gè)直徑為ab的明亮圓的范圍稱為視場。(看見P.9Fig.2-6）視場角：物鏡的像方主點(diǎn)與視場直徑所張的角2。像場：在視場面積內(nèi)能獲得清晰影像的區(qū)域。像場角：物鏡的像方主點(diǎn)與像場直徑所張的角2β。六、攝影機(jī)快門快門是控制曝光時(shí)間的機(jī)件，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。常用的快門有兩種形式：中心快門和焦面快門。中心快門：優(yōu)點(diǎn)是在啟閉快門的整個(gè)過程中，感光材料全像幅同時(shí)曝光。缺點(diǎn)是速度不能很快。焦面快門：優(yōu)點(diǎn)是感光材料各部分的曝光量是相同的，且速度可以很快。缺點(diǎn)是當(dāng)攝影機(jī)與所攝物體有相對運(yùn)動時(shí)，會引起影像的變形和位移?！?-2各類攝影機(jī)簡介攝影機(jī)按使用目的一、普通攝影機(jī)普通攝影機(jī)按所用膠卷代號有120型攝影機(jī)和135型攝影機(jī)。120型膠卷為6×82㎝，可拍6×6㎝的像片12張。135型膠卷為3.5×150㎝，可拍24×36㎜像片36張。二、量測攝影機(jī)這類攝影機(jī)的物鏡應(yīng)具有良好的光學(xué)特性，要求畸變差小、分辨率高和透光力強(qiáng)；且它的機(jī)械結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定可靠；應(yīng)具備攝影過程的高度自動化。相對于非量測攝影機(jī)，量測攝影機(jī)應(yīng)具備二個(gè)特征：攝影機(jī)軸：物鏡后節(jié)點(diǎn)作框標(biāo)平面的垂線。像主點(diǎn)：攝影機(jī)軸在框標(biāo)平面上的垂足。攝影機(jī)主距(像片主距)：物鏡后節(jié)點(diǎn)到像主點(diǎn)之間的垂距。航空攝影機(jī)的焦距是物鏡主(節(jié))點(diǎn)到焦點(diǎn)間的距離，是光學(xué)概念。航空攝影機(jī)的主距是主(節(jié))點(diǎn)到像主點(diǎn)間的距離，考慮到畸變差等因素，二者間存在微小差值，且主距是個(gè)幾何概念。攝影機(jī)內(nèi)方位元素：攝影機(jī)主距f和像主點(diǎn)的框標(biāo)坐標(biāo)x0、y0。攝影機(jī)內(nèi)方位元素確定了攝影機(jī)的物鏡相對于框標(biāo)架的關(guān)系，也就是確定了攝影時(shí)物方空間諸物點(diǎn)經(jīng)物鏡到構(gòu)像點(diǎn)的諸投射光線綜合組成的攝影光線束。此外，因航片面積大(18×18㎝、23×23㎝甚至30×30㎝)，又是高速下攝影，所以壓平機(jī)構(gòu)也是航空攝影機(jī)上的一個(gè)重要部件，要求壓平精度達(dá)到0.01㎜以內(nèi)。§2-3黑白片感光材料感光材料按影像顯示的色調(diào)可分為：黑白片和有色片兩大類。黑白片的影像以黑白灰度來顯示所攝物體。有色片上的影像的彩色大致與所攝物體天然色接近。紅外片是利用物體發(fā)射的紅外線對感光材料感光來顯示物體。以黑白色調(diào)顯示影像的稱為黑白紅外片，以某種彩色顯示影像的稱為有色紅外片(假彩色)。感光材料主要由片基和涂于其上的感光乳劑層組成。因此，感光材料按片基材料分有：硬片(玻璃)、軟片(透明塑料)和相紙(紙)。一、黑白感光材料的結(jié)構(gòu)黑白片感光材料有黑白負(fù)性感光材料和黑白正性感光材料。負(fù)性感光材料也叫底片，用于攝影機(jī)對景物進(jìn)行攝影。曝光并經(jīng)攝影處理后，影像的黑白灰度恰好與所攝物體明暗情況相反。正性感光材料多為相紙，影像的黑白灰度正好與所攝物體明暗相一致。黑白負(fù)片感光材料的結(jié)構(gòu)看見P.13Fig.2-10。感光材料的片基為感光材料的基礎(chǔ)，是感光乳劑層的支持體。乳劑層是感光材料獲得景物影像的感光層。感光乳劑的成分主要是鹵化銀和明膠。鹵化銀二、感光材料的感光特性曲線設(shè)光線以光通量為F0投射于某一負(fù)片變黑部分，而透過變黑部分的光通量為F，則T=F/F0T為變黑部分的透光率或透明度。透光率或透明度的倒數(shù)稱為阻光率O，即：O=F0/F攝影學(xué)中用D=lgO或D=lg1/T來表示感光材料的變黑程度，稱為光學(xué)密度，簡稱密度、黑度或灰度。感光材料特性曲線如P.15Fig.2-11。橫軸表示曝光量的對數(shù)值lgH，縱軸表示相應(yīng)的灰度D=lgO。整條曲線可分成以下各部分：(1)直線部分ab，平行于橫軸，表示不管曝光與否感光材料所固有存在的最低灰度D0，稱為灰霧或朦霧。(2)曝光不足部分bc，曲線，曝光量增加而密度反映不夠且不一致。景物影像的黑白層次表現(xiàn)為較大的、不成比例的壓縮，景物明暗的對比與景物密度的對比不相對應(yīng)，色調(diào)失真。此為較暗的景物所表現(xiàn)的失真。(3)曝光正確部分cd，直線，曝光量的增加與相應(yīng)的灰度變化成直線比例關(guān)系。此時(shí)諸景物影像相互間的灰度就能正確反映出諸景物的明暗情況。cd間的曝光量范圍L=lgHd-lgHc稱為感光材料的寬容度或攝影寬度。景物反差：景物最大亮度與最小亮度之比。即，或用對數(shù)形式為。(曝光量與相應(yīng)亮度對應(yīng)。)影像反差：影像最大密度與最小密度之差。即ΔD=D最大-D最小。反差系數(shù)：特性曲線直線部分某兩點(diǎn)的密度差與其所對應(yīng)的曝光量對數(shù)差之比。即：故感光材料按反差系數(shù)分(4)曝光過度部分de，曲線，類同于bc曲線部分，卻因曝光量過度引起影像的黑白灰度與曝光量不成比例，色調(diào)失真。為亮度大的景物所表現(xiàn)的失真。(5)影像反轉(zhuǎn)部分ef，曲線，表現(xiàn)曝光量增大，相應(yīng)的密度反而降低。位于e的D最大的數(shù)值代表該感光材料在本次攝影處理?xiàng)l件下的最大密度數(shù)值。三、黑白負(fù)性感光材料的感光性能(一)感光材料的光譜感光帶增感就是增強(qiáng)乳劑層對光線的感受能力。增感有化學(xué)增感和光學(xué)增感。見圖2.3?；瘜W(xué)增感目的：使乳劑中鹵化銀對原感光范圍增強(qiáng)感光性能。光學(xué)增感目的：使乳劑中鹵化銀擴(kuò)大感光的光譜范圍。曲線P表示未增感乳劑的光譜感光性；曲線Q表示化學(xué)增感后乳劑的光譜感光性；曲線R表示光學(xué)增感后乳劑的光譜感光性。黑白負(fù)性感光材料按光譜的感光帶可分為：1.色盲(盲色)片(250-500)：沒有加增感染料，只感受波長500納米以下的藍(lán)紫光。2.正色片(300-580)：感受到波長580納米，但在500~525納米部分有一下降。3.分色片(300-640)：感受640納米以內(nèi)的可見光。4.全色片(300-700)：對700納米以下的可見光都感受，但在500~550納米處有一下降。5.全紅外片(至730)及紅外片(至840)。能對光譜的近紅外部分感光。(見P.17F.2-13)(二)黑白負(fù)性感光材料的感光度感光度：感光材料對光化作用的敏感程度。俗稱感光速度。感光度與曝光量成反比，即感光度愈高的感光材料，欲獲得一定光學(xué)密度所需的曝光量愈少：S=K/HD。其中HD表示在一定攝影處理下取得某一定光學(xué)密度D所需的曝光量；K為任意常數(shù)；S為感光材料的感光度。感光度常見的系統(tǒng)有德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)、美國國家標(biāo)準(zhǔn)(ASA)、國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB2923-82)。我國地面使用的黑白負(fù)性感光材料所采用的標(biāo)準(zhǔn)(GB)與德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DIN)相同：D0為灰霧密度(包括片基密度)，這是認(rèn)為D=D0+0.1這個(gè)光學(xué)密度是攝影的最低有效密度。國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)(ASA)：如果某感光材料要取得D=D0+0.1密度時(shí)所需的曝光量HD=0.004lx·s(勒克斯秒)，則：SGB=24； 而SISO=200。SGB按3增減(lg2=0.3)，SISO按100增減。我國航空攝影所用黑白負(fù)性感光材料的感光度的定義與此不同。(看見P.18)§2-4黑白片攝影處理過程攝影處理包括：顯影(develop)、定影(fix)和水洗和干燥等步驟。一、感光材料的顯影處理目的：將曝光后感光材料乳劑層中的潛像經(jīng)顯影液的還原作用轉(zhuǎn)換成可見的影像。(一)顯影液成分：顯影劑、促進(jìn)劑、保護(hù)劑和抑制劑。1、顯影劑：顯影劑是一種還原劑，是顯影液中的主要成分，其作用是使感光乳劑層中的曝光的鹵化銀還原為金屬銀，使景物潛像成為可見的銀像。其還原能力幾十億倍于光化作用。曝光：顯影： 綜合兩式得：作為顯影劑的還原劑必須還原能力適中，具有良好的選擇還原性，能溶解于水且它本身及其氧化物不具有毒性。常用的顯影劑有米吐爾(顯影速度快，影像反差小，陰暗部分細(xì)節(jié)顯出好，宜作負(fù)片顯影的主要顯影劑)、幾奴尼(在弱堿中顯影速度慢，但在強(qiáng)堿性溶液中，有較快的顯影速度，同強(qiáng)堿及高濃度溴化鉀一起，可配成高反差及快速顯影液)和菲尼酮(顯影速度快，單獨(dú)使用時(shí)，影像密度和反差都小。與幾奴尼合用，可配制各種影調(diào)的顯影液)等。2、保護(hù)劑：其作用是減緩顯影液被空氣氧化。常用的保護(hù)劑為亞硫酸鈉。3、促進(jìn)劑：除少婁顯影劑(如米吐爾)在中性溶液中具有足夠的顯影能力外，一般顯影劑都需要在堿性溶液中才有足夠的顯影能力。故堿作為促進(jìn)劑。常用的促進(jìn)劑為碳酸鈉Na2CO3。一般而言，顯影液的ph值值越大，顯影作用就越強(qiáng)，影像的顆粒粗、反差大。4、抑制劑：也就是防灰霧劑，在大多數(shù)顯影液內(nèi)都要加這種藥劑。其主要功用是防止灰霧的產(chǎn)生，改善顯影液的選擇性能。常用的抑制劑是溴化鉀(KBr)。(二)顯影液的配方和顯影處理顯影液按顯影速度分為快速顯影液、普通顯影液和微粒顯影液。一般感光材料的顯影處理采用普通顯影液和微粒顯影液。配方見P.19表2-1。快速顯影液顯影時(shí)間為幾秒鐘到一分鐘，甚至可到一秒鐘之內(nèi)。但只有使用耐高溫(50~60℃)的特殊感光材料，才能做到這樣的快速顯影。因此顯影速度的加快，不僅是由于顯影液的成分關(guān)系，而且主要是由于顯影液溫度升高的作用。普通顯影液按照顯影后影像的反差系數(shù)可分為：硬性、中性和軟性三種。正常顯影溫度為18~20℃，顯影時(shí)間約6~8min。要加快顯影速度，可以在普通顯影液中加入苛性鈉。微粒顯影液的顯影速度較慢，但能取得顆粒細(xì)膩的影像。它的含堿量少，ph值值小。顯影時(shí)間為10~20min，甚至更長一些。顯影時(shí)應(yīng)注意初顯時(shí)間，即感光片浸入顯影液后到開始出現(xiàn)影像的這段時(shí)間，在正常顯影下應(yīng)為30~40s。二、感光材料的定影處理目的：溶解去感光材料上顯影后殘留的鹵化銀感光物質(zhì)，使其不再具有感光性能，穩(wěn)定顯影后的影像。(一)定影液的成分：銀鹽溶解劑、中和劑、穩(wěn)定劑和堅(jiān)膜劑。1、銀鹽溶解劑：銀鹽溶解劑是定影液的主要作用成分，用以溶解去顯影后感光材料上殘余的感光銀鹽。最常用的是硫代硫酸鈉，俗稱大蘇打。其化學(xué)作用為：AgBr+Na2S2O3→NaBr+Na[AgS2O3]Na[AgS2O3]+Na2S2O3→Na3[Ag(S2O3)2]該反應(yīng)是連續(xù)進(jìn)行的，隨著定影時(shí)間的延長，又可產(chǎn)生下列可溶性絡(luò)鹽：2AgBr+3Na2S2O3→Na4[Ag2(S2O3)3]+2NaBr3AgBr+4Na2S2O3→Na5[Ag3(S2O3)4]+3NaBrNa[AgS2O3]為難溶于水的絡(luò)鹽，再與硫代硫酸鈉作用生成可溶于水的Na3[Ag(S2O3)2]。這表示只有在硫代硫酸鈉的含量遠(yuǎn)超過溶解鹵化銀的需要量時(shí)，才能生成可溶于水的絡(luò)鹽。硫代硫酸銨[(NH4)2S2O3]是很好的銀鹽溶解劑，但價(jià)格貴，所以只用于快速定影液中。由于價(jià)格貴，吸濕性大，所以在攝影實(shí)踐中不直接使用它，而是在硫代硫酸鈉溶液中加氯化銨，使之發(fā)生復(fù)分解作用而獲得硫代硫酸銨。氰化鉀(KCN)也是很好的銀鹽溶解劑，但它有劇毒。2、中和劑：由于硫代硫酸鈉溶液呈堿性，顯影后乳劑層中含有的顯影液在定影時(shí)仍會繼續(xù)起顯影作用。為此在定影液中加入一定量的酸，使感光材料在轉(zhuǎn)入定影液后能迅速終止顯影作用。常用的有硼酸、醋酸等。3、穩(wěn)定劑：硫代硫酸鈉遇酸會分解出硫(硫離作用)。Na2S2O3+H2SO4→Na2SO4+SO2+H2O+S↓為此在定影液中加入穩(wěn)定劑，以期起保護(hù)硫代硫酸鈉的定影作用。常用的穩(wěn)定劑是亞硫酸鈉。在配制定影液時(shí)應(yīng)先將穩(wěn)定劑亞硫酸鈉與中和劑硼酸或醋酸混合后，再倒入到硫代硫酸鈉溶液中。4、堅(jiān)膜劑：感光材料在攝影處理過程中，經(jīng)顯影、定影和隨后的水洗，乳劑層內(nèi)明膠吸水而膨脹，可能導(dǎo)致感光乳劑層部分地從片基上脫落。為防止這種現(xiàn)象發(fā)生，在定影液中加入堅(jiān)膜劑。常用的堅(jiān)膜劑是鉀礬(俗稱明礬[KAl(SO4)2?12H2O]鉻礬[KCr(SO4)2?12H2O]。它們必須在酸性溶液中才具有堅(jiān)膜作用。含鉀礬的定影液，ph值值在4~6之間能很好地堅(jiān)膜，而含鉻礬的定影液ph值值須在3~4之間才能很好地堅(jiān)膜。鉀礬的壽命長，較經(jīng)濟(jì)，一般配方多采用它；鉻礬堅(jiān)膜能力較強(qiáng)，適宜于高溫情況下使用。此外，堅(jiān)膜劑還有福爾馬林，它具有強(qiáng)堅(jiān)膜作用，而且在堿性溶液中也有堅(jiān)膜能力。因此福爾馬林堅(jiān)膜定影液可以沒有酸，缺點(diǎn)是這種定影液不易保存，故一般都把福爾馬林單獨(dú)配成堅(jiān)膜液使用。(二)定影液的配方和定影處理配方見P.20。對于負(fù)片，感光材料呈透明后，再繼續(xù)定影一倍時(shí)間即可。在新鮮定影液中定影約需15~20min。三、水洗和干燥(一)水洗目的：洗去乳劑層上大量的硫代硫酸鈉和銀的絡(luò)鹽。方法1、靜水法：將負(fù)片或正片放在盛滿清水的槽和盆中清洗。一般是最初每隔五分鐘換水一次，更換2~3次水以后，便每隔十分鐘換一次，又經(jīng)3~4換水后，便可認(rèn)為水洗完畢。2、流水法：把負(fù)片或像片放在一個(gè)有水流經(jīng)過的槽內(nèi)支清洗。流水速度不可太快。一般負(fù)片在流水中水洗的時(shí)間不應(yīng)少于十五分鐘，像片水洗的時(shí)間不得少于三十分鐘。(二)干燥負(fù)片或像片經(jīng)過水洗以后，必須放在空氣流通而且清潔的地方或者專門的干燥架上晾干。晾干前，應(yīng)把負(fù)片或像片上的水滴用易吸水的柔軟體(如海棉、泡沫塑料或毛巾等)吸去，以免在像片上產(chǎn)生水漬，同時(shí)也可避免像片因不均勻干燥所造成的局部變形。干燥地點(diǎn)的清晰度和濕度對干燥速度有決定性的影響。在相對濕度很大的空氣里，象片是不易干燥的。如果濕度太小而溫度太高，乳劑表面會很快形成一層干燥薄膜，致使乳劑層內(nèi)部的水分難以蒸發(fā)出來，所以也不利于干燥。一般的負(fù)片和像片只要在比較干燥的房間，常溫下晾干就可以了?！?-5空中攝影空中攝影是使用航空攝影機(jī)進(jìn)行的。航空攝影機(jī)按攝影機(jī)主距的長度分為短焦距(<150㎜)、中焦距(150~300㎜)和長焦距(>300㎜)航空攝影機(jī)。航空攝影機(jī)的像幅都采用正方形。像幅有：18×18㎝、23×23㎝及30×30㎝。早期18×18㎝的像幅較多，現(xiàn)基本采用23×23㎝的像幅。航空攝影機(jī)按像場角可分為窄角(2β≤50°)、常角(75°≥2β＞50°)、寬角(100°≥2β＞75°)和特寬角(120°≥2β＞100°)航空攝影機(jī)。航空攝影機(jī)主距、像幅和像場角三者的關(guān)系：或 (如圖2.4)航空攝影是航測生產(chǎn)的一部分，為了取得地形攝影測量的原始資料，需要對測區(qū)進(jìn)行有計(jì)劃的攝影?？罩袛z影應(yīng)當(dāng)這樣進(jìn)行，使所得的一系列像片相互間有一定的聯(lián)系，并且沒有漏洞地覆蓋著整個(gè)指定面積。為了使航攝像片條例以后航測加工的需要，所有的航攝像片都要求能達(dá)到規(guī)定的重疊度通常航向?yàn)?0%，旁向?yàn)?0%。為了保證達(dá)到上述要求，空中攝影時(shí)，所有前后相鄰的航攝像片都要按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行曝光；而對于保持旁向重疊，則要求能精確地進(jìn)入相鄰航線，并使航線保持直線而且相互平行。這些都是屬于飛行方面的質(zhì)量要求。對于影像質(zhì)量方面有以下幾點(diǎn)要求：1、航攝像片上所有地面景物的細(xì)節(jié)必須充分地顯露，并具有適當(dāng)?shù)拿芏龋?、相鄰地物的影像和同一地物的細(xì)節(jié)影像都應(yīng)具有明顯的、眼睛能覺察到的反差；3、亮度相同的物體，不論它構(gòu)像于像幅中的任何位置，都應(yīng)獲得相同的色調(diào)和密度。為此，攝影物鏡的分解力必須很高，像差要校正得好，特別是畸變差，應(yīng)使它降低到最小值；另外物鏡的透光力要強(qiáng)、焦面照度要分布均勻、光學(xué)影像反差的能力要大；安放航攝儀的座架應(yīng)具有良好的減震作用，以防止由于飛機(jī)的震動而引起不許可的影像模糊；航攝儀的壓平系統(tǒng)應(yīng)使航攝軟片在曝光瞬間完全吻合于貼附框平面。為了能輕松而方便地操縱航攝儀工作，現(xiàn)代航攝儀都要求能自動化地工作。一、空中攝影前的準(zhǔn)備工作(一)航攝分區(qū)的劃分當(dāng)航空攝影測量的區(qū)域較大和測區(qū)內(nèi)地形較為復(fù)雜，需要將測區(qū)劃分為若干個(gè)攝影分區(qū)。攝區(qū)的原則應(yīng)照顧到空中攝影領(lǐng)航技術(shù)的水平，航線不宜過長；同一攝區(qū)內(nèi)地形要大致類同，可采用同一航空攝影機(jī)以相同航高進(jìn)行攝影，以利于用同一種航測制圖方法成圖。攝區(qū)的分界線通常與圖幅的圖廓相一致。航攝分區(qū)的設(shè)計(jì)可在較小比例尺的舊圖上規(guī)劃。(二)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備1、攝影比例尺的確定 攝影比例尺是指航攝設(shè)計(jì)中的像片比例尺。它取決于成圖比例尺、測圖方法和成圖的要求精度；另一方面還應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性和航攝像片往后的使用可能性。成圖比例尺與攝影比例尺關(guān)系見下表成圖比例尺攝影比例尺1∶20001∶5000~1∶100001∶50001∶10000~1∶200001∶100001∶16000~1∶400001∶250001∶30000~1∶600002、航空攝影機(jī)的選擇 依據(jù)成圖方法、成圖比例尺和地形條件。目前基本上都是采用全能法成圖，且為數(shù)字?jǐn)z影測量，故主距的影響可不作重點(diǎn)考慮，主要根據(jù)地形條件來選擇航空攝影機(jī)，要避免空中攝影時(shí)產(chǎn)生死角。3、攝影航高的確定 在選定了攝影比例尺和航空攝影機(jī)之后，就可以計(jì)算出攝影航高H=mf。航高也就是航攝飛機(jī)在攝影瞬間相對于地面的高度。由于確定航高的起算基準(zhǔn)面的不同，航高可分為：(1)相對航高 攝影瞬間航攝飛機(jī)相對于某一所取基準(zhǔn)面的高度，包括：機(jī)場航高 相對于飛機(jī)場的相對航高。攝影航高 相對于攝影分區(qū)平均高程基準(zhǔn)面的設(shè)計(jì)航高。真實(shí)航高 相對于某地面點(diǎn)的相對航高。(2)絕對航高 相對于平均海水面的航高。絕對航高＝攝影航高＋h平均＝m·f＋(h最大＋h最小)/2或 機(jī)場航高＝絕對航高－機(jī)場高程＝m·f＋(h最大＋h最小)/2－h(huán)機(jī)場4、航向重疊、旁向重疊和攝影基線 航向重疊(p)：沿飛行方向上相鄰像片所攝地面的重疊區(qū)。旁向重疊(q)：兩相鄰航帶攝區(qū)之間的重疊。攝影基線(B)：相鄰像片攝影站(投影中心)之間的空間連線。重疊度會受攝影機(jī)軸發(fā)生微小傾斜和地面起伏的影響，考慮到像片傾斜小于2°和保證攝區(qū)最高地面處的航向重疊度不少于53%，像片航向重疊度可參考下式計(jì)算：p’：60~65%；h：攝區(qū)最高點(diǎn)相對于攝區(qū)平均高程面的高程；H：攝影航高。旁向重疊與航向重疊類似。6、曝光時(shí)間和曝光間隔 由于航攝飛機(jī)連同航攝儀在曝光時(shí)間內(nèi)相對于地面有相對運(yùn)動，導(dǎo)致地面點(diǎn)在像片上的影像出現(xiàn)線性模糊。看見P.25Fig.2-16則 式中：，M為成圖比例尺分母，m為攝影比例尺分母； W：航攝飛機(jī)的地速，單位為㎞／h；(1㎞／h＝1000000㎜／3600s＝0.0036㎜／s) δ0：圖面上允許的線性模糊值，單位為㎜； t最大：允許的最大曝光時(shí)間，單位為s。曝光間隔τ是指航帶攝影時(shí)相鄰像片順序曝光相隔的時(shí)間。用以控制航向重疊。τ＝B／W（三）航線領(lǐng)航圖航線領(lǐng)航圖是在空中攝影作業(yè)過程中專為領(lǐng)航攝影員導(dǎo)航飛機(jī)進(jìn)入設(shè)計(jì)的航線和指導(dǎo)空中攝影的專用圖。領(lǐng)航圖是從現(xiàn)有舊圖中選擇適當(dāng)比例尺地圖編制的。在領(lǐng)航圖上繪出航攝分區(qū)、航帶和航線中心線的視準(zhǔn)標(biāo)志。如圖2.5所示。(四)航攝軟片的準(zhǔn)備從領(lǐng)航圖上量出攝區(qū)的長度LA和寬度LC，則每條航帶的像片數(shù) 攝區(qū)的航帶數(shù) 航攝分區(qū)的像片總數(shù) 全攝區(qū)的航攝像片總數(shù) 其中k為安全系數(shù)，取k＝1.2。航攝卷片長為lk，像幅邊長為l，則每卷軟片的像片數(shù)目為n＝0.9lk／l。全攝區(qū)需要航攝軟片的卷數(shù)為二、攝影測量對航空攝影的要求航空攝影成果是航測成圖的基本原始資料，其質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響成圖過程的繁簡、成圖的工效、成圖的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及成圖的精度。因此，攝影測量對航空攝影提出了一系列的質(zhì)量要求，這些要求包括兩個(gè)方面，即攝影質(zhì)量的要求和飛行質(zhì)量的要求。關(guān)于攝影質(zhì)量的要求前面已敘述，這里著重談一談飛行質(zhì)量的問題。(一)保持航攝比例尺的精度在同一航高進(jìn)行空中攝影，所得的像片比例尺基本上是一致的。如果相鄰航攝像片的比例尺相差太大，則會影響像片的立體觀察。為此對保持像片比例尺的精度必須提出一定要求。航攝像片比例尺是由航攝儀焦距和航高決定的，即：。對一架航攝儀而言，焦距是固定的常數(shù)，因而航高的變化就會引起像片比例尺的變化。假設(shè)航高變化為±ΔH，像片比例尺分母的相應(yīng)變化為±Δｍ，則：以代入得： 或?qū)懗桑? 為了保證量測精度和不超出儀器結(jié)構(gòu)的許可活動范圍，像片比例尺分母的相對誤差一般不應(yīng)超過±5%，故航高H的相對誤差也不應(yīng)超過5%。另外，規(guī)范還規(guī)定同一航線內(nèi)，最大航高與最小航高之差不應(yīng)超過50米。分區(qū)實(shí)際航高與預(yù)定航高之差，不應(yīng)超出預(yù)定航高的5%，航高在1000米以下時(shí)，相差不超過50米。(二)像片重疊度的要求像片重疊度是以像幅邊長的百分?jǐn)?shù)表示的。像片重疊部分是保證立體觀測和像片連接用的。在航線方向必須有三張相鄰像片的公共重疊部分----三度重疊部分(見圖2.6中斜線條部分)，以便于攝影測量選定控制點(diǎn)(攝影測量控制點(diǎn)離像片邊緣要大于1㎝)，故三度重疊中，每一、三兩張像片的重疊不能太少。因?yàn)橄衿瑯O邊部分的影像清晰度太差，會影響量測精度，但也不宜過多，過多了，不但浪費(fèi)軟片，而且對測圖也不利，最好是60%~65%(對于23×23㎝的像幅為58%~63%)。旁向重疊度要求不大，只需要保證相鄰航線的像片之間達(dá)到成圖所必須的連接，一般情況是30%(23×23㎝的像幅為24%)。實(shí)際上，由于種種原因，航空攝影并不能保證航向重疊和旁向重疊達(dá)到規(guī)定的百分?jǐn)?shù)，也就是說，實(shí)際所得的航攝成果，存在一定的重疊度誤差。根據(jù)攝影測量成果的最低要求，規(guī)定航向重疊度最小不能小于55%(23×23㎝的像幅為53%)，旁向重疊度最小不能小于15%(23×23㎝的像幅為12%)。(三)對像片傾斜角的要求航攝儀光軸與通過物鏡中心的鉛垂線所夾的角(圖2.7)稱為像片的傾斜角。像片傾斜角將引起像點(diǎn)位移，有時(shí)還使儀器在使用上受到限制，另外，像片傾斜角對重疊度也有影響，所以為了航測作業(yè)的便利和提高成圖的精度，應(yīng)使傾斜角減少到最低限度。要求像片傾斜角一般應(yīng)小于2°，個(gè)別最大不能超過3°。(四)對航線彎曲度的要求航線彎曲度是航線長度L與最大彎曲矢距δ之比(圖2.8)。其值不得超過3%，即：。這個(gè)限制是根據(jù)內(nèi)業(yè)成圖儀器的活動范圍規(guī)定的。因?yàn)楹骄€彎曲太大(超過3%)，則當(dāng)一段航線的像片安置到儀器上去時(shí)，就有可能超過儀器的許可活動范圍。(五)對像片旋偏角的要求相鄰像片的主點(diǎn)連線與像幅沿航線方向兩框標(biāo)連線之間的夾角(圖2.9)稱為像片的旋偏角，以κ表示之。旋偏角是由于空中攝影時(shí)，航攝儀定向不準(zhǔn)所產(chǎn)生。產(chǎn)生像片旋偏角后，會使重疊度受到影響。一般要求κ角不超過6°，最大不超過8°(不得連續(xù)三片)。(六)對航跡的要求航跡是航線在地面上的投影。一般要求航跡應(yīng)與圖幅上下兩側(cè)的圖廓線平行。但實(shí)際飛行結(jié)果，航跡往往與圖廓線形成一夾角，這個(gè)夾角稱為航跡角。航跡應(yīng)盡可能的小。若過大，一則會增加航攝工作量，二則會使以后航測加密控制點(diǎn)和測圖工作增加困難。(七)圖廓的保證空中攝影時(shí)要超出圖廓線多攝一部分，一則便于航測成圖時(shí)接邊，二則可避免圖廓處產(chǎn)生漏洞。特別要注意緊接攝影區(qū)域邊界的圖幅，要考慮鄰接的非攝區(qū)圖幅在以后測圖時(shí)因地物特征的變化所造成的接邊困難。因此，規(guī)范規(guī)定：1攝區(qū)邊界的圖廓，航向超出圖廓線不少于一條基線，旁向超出圖廓線一般不少于整張像片的50%，最少不少于整張像片的30%；大像幅常規(guī)飛行，旁向超出圖廓線最少不少于整張像片的24%。2、攝區(qū)內(nèi)各分區(qū)之間相接時(shí)，如航攝方向相同，旁向正常接飛，航向各超出分區(qū)線一般不少于一條基線，最少不少于半條基線。航攝方向不同時(shí)，基線保證同上，旁向超出分區(qū)線一般不少于整張像片的30%，最少不少于整張像片的20%；大像幅一般不少于整張像片的24%，最少不少于整張像片的16%。§2-6航空攝影的攝影處理空中攝影曝光后的航攝軟片要求即時(shí)給予攝影處理，并對空中攝影的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。攝影處理工作包括：航攝軟片的負(fù)片處理、負(fù)片曬印正片過程、像片鑲輯圖的制作、像片索引圖復(fù)制和空中攝影質(zhì)量的評定。一、航攝軟片的負(fù)片處理航攝軟片是成卷攝影的，軟片長達(dá)60m~120m，必須使用專用回轉(zhuǎn)顯影器進(jìn)行攝影處理。二、正片曬印、像片鑲輯圖和像片索引圖外業(yè)攝影處理曬印正片的目的是制作像片鑲輯圖和檢查空中攝影的成果質(zhì)量。航攝卷片晾干后，在每卷軟片首端藥膜面上注記攝區(qū)代號或圖幅號碼、攝影日期、航空攝影機(jī)型號和主距按航帶逐片在右上角順序編號。正片曬印采用接觸印曬，經(jīng)正片攝影處理，得到影像黑白色調(diào)與景物明暗相應(yīng)的航攝像片。在大圖板上根據(jù)相鄰像片重疊部分的構(gòu)像，將航攝像片按攝影分區(qū)或圖幅，從左向右、人上向下，貿(mào)出像片號碼依次疊拼，用圖釘固定，稱為像片鑲輯圖。在鑲輯圖上大致地標(biāo)出圖幅的圖廓、注記攝區(qū)代號或圖號、攝影年月、航攝比例尺等。然后將它復(fù)照縮小，得到鑲輯圖的負(fù)片，從而曬印出鑲輯復(fù)照圖(看見P.28Fig.2-18)，也稱為像片索引圖。索引圖用來檢查飛行質(zhì)量、擬訂航測作業(yè)計(jì)劃，并便于索取航攝資料。三、空中攝影質(zhì)量的評定評定空中攝影質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)航測內(nèi)外業(yè)的需要提出的，分為攝影質(zhì)量的評定和飛行質(zhì)量的評定兩方面。在攝影質(zhì)量方面主要的是要保證負(fù)處上影像清晰，陰暗部分和明亮部分的細(xì)部都能分辨清楚，影像應(yīng)具有正常的密度和反差。在飛行質(zhì)量方面主要是航線的直線性、航帶間的平行性以及航向重疊度和旁向重疊度。決不允許航帶叉開，出現(xiàn)漏攝現(xiàn)象，即使再次補(bǔ)攝，也將會使航測工作帶來困難?？罩袛z影的質(zhì)量直接影響攝影測量的內(nèi)外業(yè)工作量和成果的精度，在空中攝影和攝影處理后，要按規(guī)范進(jìn)行檢查并交付空中攝影成果?！?-7彩色攝影一、色的基本知識(一)物體的顏色物體分發(fā)光體和非發(fā)光體兩大類。發(fā)光體發(fā)出的光一般含有多種光譜成分，光譜成分的綜合而形成一定的色。光線投射到非發(fā)光體的表面將分成吸收光線、反射光線和透射光線三部分。若物體對白色可見光譜成分的所有光具有同樣的吸收能力，稱為非選擇吸收性。如物體對白色可見光譜成分的光具有不同的吸收能力，即對某種光的吸收能力強(qiáng)些，對另一些光的吸收能力弱些，則說該物體具有選擇吸收性。根據(jù)物體對光的選擇吸收性和反射性能的不同，就顯現(xiàn)出物體的顏色。非透明體的色取決于物體表面反射光線的光譜成分，透明體在透光觀察中則取決于物體透射光線的光譜成分。綜上所述，物體的色是隨著照射光線的光譜成分和物體對光譜成分固有不變的吸收、反射和透射的能力而定。(二)濾光片濾光片是染成某種顏色的平行平面透明片，屬于選擇吸收性透明體。隨著濾光片染色的不同，對不同波長的光具有特定的吸收或允許透過的性質(zhì)。光透過濾光片后就會改變原光譜成分。選擇使用某種顏色的濾光片，就會取得需要的光譜成分的透射光。濾光片按照光譜透光特性可分為：1、單色濾光片 很狹窄的光譜帶能透過。2、選擇濾光片 允許通過的光譜帶比單色濾光片要寬些。如彩色分色的紅、綠、藍(lán)光譜帶濾光片分別允許紅、綠、藍(lán)光譜帶通過，即屬此類。3、補(bǔ)償濾光片 限制短波光譜段透過或部分透過。4、減色濾光片 只吸收很狹窄光譜部分的光。(三)人眼觀察的光感和色感眼是人們觀察外界的視覺器官。物體發(fā)出的光線刺激眼球視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維末梢產(chǎn)生光感和色感。視神經(jīng)錐體視神經(jīng)細(xì)胞二、色的形成白色光的七色光譜依據(jù)人眼的色感可概括地分成三個(gè)光譜段：藍(lán)、綠和紅，稱為主色或原色；而其余各色認(rèn)為是三原色按成分不同程度的光學(xué)綜合而得的間色。 白＝藍(lán)＋綠＋紅綠＋紅＝＝黃 藍(lán)＋紅＝＝品紅 綠＋藍(lán)＝＝青因而： 藍(lán)＋黃＝白 黃＝白－藍(lán) 黃＋品紅＝紅綠＋品紅＝白 品紅＝白－綠 品紅＋青＝藍(lán) 紅＋青＝白 青＝白－紅 黃＋青＝綠上列諸式的光學(xué)混合如圖2-22和圖2.10所示。補(bǔ)助主色(光)混合組成白色(光)的那個(gè)色(光)稱為補(bǔ)色(光)。有時(shí)將主色(光)和其補(bǔ)色(光)互稱為互補(bǔ)色(光)。(一)加色法今將三原色：藍(lán)、綠和紅(光)按同等比例投影到白色承影面上，則承影面的反射光線將會感覺為白色(圖2-22)。如將二原色(光)同等比例光學(xué)混合，則感覺出的光的顏色是每三原色的補(bǔ)色。顯然，改變?nèi)幕旌媳壤龑玫讲煌械拈g色(光)。這種利用原色混合而得出間色的方法稱為加法成色。(二)減色法從互補(bǔ)色(光)混合相加得白色(光)的概念，也可以看成補(bǔ)色(光)是由白光中減去主色(光)而取得。當(dāng)白光通過黃色濾光片后得到黃色的透射光，這可以認(rèn)為是黃色濾光片具有吸收黃色(光)本能的緣故。同樣品紅色濾光片具有吸收綠色(光)的性能，青色濾光片具有吸收紅色(光)的性能。這種性能可用圖2-23表示。這種利用吸收光譜帶某些成分而顯色的方法稱為減法成色?，F(xiàn)今的多層彩色感光材料就是利用減色法原理設(shè)計(jì)的。(三)多層彩色感光材料多層彩色片是按照減色法原理制作的，有三層感光乳劑。感光乳劑除鹵化銀為感光物質(zhì)外，還加有不同的偶合劑或稱成色劑。偶合劑本身是透明無色的，但在彩色顯影過程中能與彩色顯影液中氧化物起化學(xué)作用，生成為彩色染料，附著在顯影出的金屬銀處使影像著色。偶合劑經(jīng)顯影處理后的顏色卻正好是該感光乳劑層感光光譜段的補(bǔ)色。多層彩色片的結(jié)構(gòu)如圖2-23所示。除保護(hù)層外，上層乳劑層稱為感藍(lán)層，是未經(jīng)光學(xué)增感的盲色乳劑層，只對藍(lán)色光譜段有感光作用。感藍(lán)層乳劑中添加的成色劑經(jīng)彩色顯影后生成黃色染料，藍(lán)色光譜段內(nèi)的景物在感藍(lán)層感光而呈現(xiàn)黃色的影像。非感光吸收層相當(dāng)于黃色濾光片，目的是吸收通過感藍(lán)層的短波光譜段的藍(lán)光，防止進(jìn)入中、下感光乳劑層引起曝光。中層乳劑層為感綠層，是正色感光乳劑。乳劑中添加的成色劑經(jīng)彩色顯影作用形成綠色的補(bǔ)色即品紅色染料，因而中層乳劑層感受綠色光譜段中的景物而呈現(xiàn)出品紅色影像。下層乳劑層稱為感紅層，是全色感光乳劑。全色感光劑對藍(lán)色和紅色光譜段感光能力強(qiáng)，而對綠色感受能力特別弱。外界景物中藍(lán)色光譜段達(dá)不到下層，而下層又對綠色光譜段幾乎不感光，剩下只有紅色光譜段對感紅層發(fā)生感光作用。感紅層乳劑內(nèi)添加的成色劑，在彩色顯影后形成青色染料，使紅色光譜段內(nèi)的景物在感紅層的影像呈現(xiàn)青色。綜上所述，三層有色片曝光和彩色顯影的表達(dá)式為： 曝光后的鹵化銀乳劑層+彩色顯影液→金屬銀(黑色銀像)+顯影劑氧化物顯影劑氧化物+成色劑→染料(彩色影像)彩色染料附著在金屬銀粒子上，染色的深淺與金屬銀像的密度成正比，即黑度大的部分染色深些。此時(shí)反光觀察負(fù)片是彩色的，透光觀察，由于有銀像的存在，仍為黑白色調(diào)影像。因此有色片顯影后要經(jīng)過漂白過程，從感光片上漂去銀像，再經(jīng)定影處理，溶去感光片上殘余的鹵化銀，只保留染料的彩色影像。影像的彩色是所攝景物原有彩色的補(bǔ)色。有色片負(fù)片彩色成像示意圖見圖2-25。多層彩色正片的結(jié)構(gòu)也同負(fù)片一樣具有三層感光層。在正片印曬過程中，彩色負(fù)片可看成是補(bǔ)色濾光片的綜合，起著類同于濾光片的作用。白光透過彩色負(fù)片時(shí)彩色影像的補(bǔ)色補(bǔ)吸收，透過的光線乃是景物原彩色的補(bǔ)色，對正片各乳劑層感光。同樣由于成色劑的作用，正片上的影像乃是原景物補(bǔ)色的補(bǔ)色，也就是在正片上還原了原景物的彩色，如圖2-26所示。彩色片所顯示的色彩并不能完全正確地表達(dá)所攝景物的天然色。這是由于彩色感光材料乳劑層本身的缺陷、攝影處理的影響以及攝影條件等所致。此外彩色片的顏色在陽光的作用下久而久之也會退色。(四)紅外片和假彩色片在鹵化銀感光乳劑中添加光學(xué)增感劑使乳劑感光范圍擴(kuò)大到紅外光譜區(qū)(>700nm)，用這種乳劑制作的感光片稱為紅外黑白片。如在上述乳劑中再添加成色劑，使在曝光和彩色顯影后獲得某種染料的彩色影像，是為紅外彩色片。在多層彩色片中用彩色紅外乳劑涂成紅外感光層與原色感光層配合使用，所獲得的影像色彩將完全不同于原攝影物體的天然顏色，稱為有色紅外片。三層紅外彩色片是由感綠層、感紅層和感紅外層組成，在正片上感綠層的綠色波段內(nèi)景物呈藍(lán)色影像，感紅層的紅色波段內(nèi)景物呈綠色影像，而感紅外的則呈紅色影像，所以紅外彩色片是以假的彩色來顯示所攝景物的，稱為假彩色片。作業(yè)：1、攝影物鏡的焦距與攝影機(jī)主距有什么不同？2、攝影時(shí)如何利用景深和超焦點(diǎn)距離？3、什么是攝影機(jī)的內(nèi)方位元素，有什么作用？4、什么叫做影像的光學(xué)黑度？5、試述黑白感光材料攝影獨(dú)步一時(shí)的各步驟的目的。6、什么是原色，什么是補(bǔ)色？7、威特P31型攝影機(jī)f＝100㎜，取模糊圓為0.05㎜，光圈號數(shù)為8時(shí)，其無窮遠(yuǎn)起點(diǎn)是多少？又當(dāng)調(diào)焦為25m時(shí)，景深是多少？8、用上述攝影機(jī)，所取光圈和模糊直徑不變，當(dāng)調(diào)焦物距為2.5m或7m時(shí)，試分別計(jì)算出這兩種情況的景深。每三章航攝像片解析主要內(nèi)容：航攝像片上的特殊點(diǎn)、線；透視旋轉(zhuǎn)定律；攝影測量采用的坐標(biāo)系；航攝像片的內(nèi)、外方位元素；空間直角坐標(biāo)的變換；傾斜誤差及投影差。重點(diǎn)：攝影測量采用的坐標(biāo)系；航攝像片的內(nèi)、外方位元素；空間直角坐標(biāo)變換。難點(diǎn)：空間直角坐標(biāo)變換。學(xué)時(shí)安排：授課8，實(shí)驗(yàn)0?！?-1航攝像片為中心投影投影：在畫法幾何中，采用一組假想的光線將物體的形狀投射到一個(gè)面上技術(shù)(在該面上得到的圖形也稱為投影)。投影光線稱為投影線。平行投影：假想的投射光線組如是平行線組，這種投影稱為平行投影。正射投影：當(dāng)平行的投影線且與投影面垂直時(shí)，這種投影稱為“正投影”或“正射投影”。中心投影：當(dāng)投影的光線組通過一個(gè)點(diǎn)的投影。航攝像片是地面景物的攝影構(gòu)像，這種影像是由地面上各點(diǎn)發(fā)出的光線通過航空攝影機(jī)物鏡投射到底片感光層上所形成的。這些光線會聚于物鏡前節(jié)點(diǎn)S1(圖3-1)，而從后節(jié)點(diǎn)S2投射到底片平面上。當(dāng)物鏡沒有像差時(shí)，從后節(jié)點(diǎn)出發(fā)的投射光線的方向保持不變。為了幾何作圖的方便，可把后節(jié)點(diǎn)連同像片一起平移到使后節(jié)點(diǎn)與前節(jié)點(diǎn)重合，當(dāng)作一個(gè)點(diǎn)看待，并稱它為投影中心。航攝像片上的地面構(gòu)像就可認(rèn)為是由地面各點(diǎn)指向投影中心的直線投射光線所形成的。這樣所得到的影像屬于中心投影。當(dāng)成像面位于投影中心與地面之間時(shí)，稱為正片位置；而當(dāng)投影中心位于成像面與地面之間時(shí)的成像面稱為負(fù)片位置(圖3-2)。正片位置和負(fù)片位置是處在投影中心兩側(cè)各像點(diǎn)一一對稱的位置，幾何特性保持不變，所以攝影測量儀器的結(jié)構(gòu)以及今后討論有關(guān)問題時(shí)，即可采用負(fù)片位置，也可采用正片位置。中心投影(透視構(gòu)像)的基本特性如下：1、點(diǎn)：中心投影仍為點(diǎn)；但構(gòu)像上點(diǎn)在物空間與之對應(yīng)的就不一定是一個(gè)點(diǎn)，也可能是一條空間直線。2、直線：中心投影一般是直線，除非該直線與投射光重合，其構(gòu)像為點(diǎn)；但構(gòu)像上一條直線，在物空間與之相對應(yīng)的就不一定是一條直線?！?-2航攝像片上的特殊點(diǎn)、線以及透視對應(yīng)的點(diǎn)、線和面在航攝像片上除了前面提到的像主點(diǎn)外，還有其它特殊的點(diǎn)和線，以及透視相關(guān)的點(diǎn)、線和面。圖3-4中，P是像片平面，S是投影中心，E是水平的地面，o點(diǎn)是像主點(diǎn)。oSO是攝影機(jī)軸，或稱攝影方向。攝影方向與鉛垂線nSN之間的夾角α稱為航攝像片的傾角。鉛垂射線與像片面的交點(diǎn)n稱為像底點(diǎn)；在地面上的透視對應(yīng)點(diǎn)N稱為地底點(diǎn)。傾角α的平分線與像片面的交點(diǎn)c稱為等角點(diǎn)；在地面上的透視對應(yīng)點(diǎn)以C表示。包含攝影機(jī)軸oSO的鉛垂面W，稱為主垂面。因此主垂面與像片面、物平面相垂直。主垂面與像片面的交線稱vv為主縱線。像主點(diǎn)、像底點(diǎn)和等角點(diǎn)都位于主縱線上。主垂面與地平面的交線VV稱為基本基本方向線。特殊點(diǎn)特殊線像片面與地平面的交線tt稱為透視軸。透視軸上的點(diǎn)可理解為既點(diǎn)物點(diǎn)，又是像點(diǎn)，稱為二重點(diǎn)。在像片上與主縱線正交的直線統(tǒng)稱像水平線。通過像主點(diǎn)的水平線稱為主橫線；通過等角點(diǎn)的水平線稱為等比線。諸水平線與透視軸平行。通過投影中心作平行于地平面的平面ES稱為像地平面或合面。合面與像片面的交線hihi稱為像地平線，也稱合線。合線與方縱線的交點(diǎn)i稱為主合點(diǎn)。在合線上的其他點(diǎn)，通稱合點(diǎn)。在圖3-4中形成的SiVI四邊形稱為極限平行四邊形。航攝像片上特殊點(diǎn)、線之間的相互關(guān)系，可從圖中諸直角三角形求得：on=oStg=ftg (3-1)oc=oStg=ftg (3-2)oi=oSctg=fctg (3-3)Si= (3-4)iV=SI= (3-5)NC=Htg (3-6)NO=Htg (3-7)在三角形Sic中，∠iSc=∠icS=90°－(∠iSc=∠nSi－∠nSc；∠icS=180°－∠Soc－∠cSo)故 ci=Si=IV= (3-8)從以上各式可以看出，在像片水平(α=0)的情況下，on和oc都等于零，這說明水平像片上像底點(diǎn)、等角點(diǎn)和像主點(diǎn)相重合；而oi、Si和ci等于無窮大，亦即主合點(diǎn)i在無窮遠(yuǎn)處?！?-3透視作圖的基本方法對于地面為水平面的航攝像片，像平面和地平面存在透視對應(yīng)關(guān)系。在討論單張像片測圖時(shí)，常常需要作出直觀的透視圖，這有助于建立空間概念和理解問題。透視作圖的基本方法，在確定了投影中心S、合線hh和透視軸tt的基礎(chǔ)上，利用合點(diǎn)和二重點(diǎn)，或遁點(diǎn)和二重點(diǎn)就可以從像平面上的點(diǎn)、線求出地平面上透視對應(yīng)的點(diǎn)、線；反之亦然。一、合點(diǎn)、遁點(diǎn)和二重點(diǎn)(略)二、透視旋轉(zhuǎn)定律和旋轉(zhuǎn)圖形透視旋轉(zhuǎn)定律(沙爾定律)：當(dāng)物面和合面分別繞透視軸和合線旋轉(zhuǎn)后，只要旋轉(zhuǎn)的角度相同，即保持上述兩平面的平行性，則投射線總是通過物面和像面上的同一對相應(yīng)點(diǎn)。將物面和合面各繞其相應(yīng)的軸旋轉(zhuǎn)同一角度時(shí)，極限平行四邊形隨之旋轉(zhuǎn)，總是形成一個(gè)邊長不變的平行四邊形。兩對邊的長度為f′(=)和H′()，在射影幾何中，稱f′、H′為透視不變量。透視旋轉(zhuǎn)定律對旋轉(zhuǎn)角度大小并無任何限制。將E平面和ES平面(圖3-11)旋轉(zhuǎn)到某一極限位置，使E和ES平面與P平面疊合在一起，成為疊合圖形(圖3-12)。將E平面和ES平面(圖3-13)旋轉(zhuǎn)到另一極限位置，使E和ES平面展開在P平面上，成為展開圖形(圖3-14)。疊合法或展開法作圖的步驟與前述空間圖形作圖法相同，而且都應(yīng)當(dāng)是物點(diǎn)、像點(diǎn)和投影中心三點(diǎn)位于一條直線上，即三點(diǎn)共線，據(jù)此可檢驗(yàn)作圖是否正確。疊合法使得物面和像面上的圖形重疊在透視軸的一側(cè)，圖形復(fù)雜時(shí)，看起來欠清晰，但圖面小。展開法使兩個(gè)面上的圖形分隔在透視軸的兩側(cè)，圖形清晰，但所占圖面大。§3-4攝影測量采用的坐標(biāo)系攝影測量課題的解求主要靠代數(shù)的方法來研究中心投影的幾何問題。這就要用坐標(biāo)值來表示像點(diǎn)和地面點(diǎn)，因此首先要選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。一、像平面坐標(biāo)系像平面坐標(biāo)系用以表示像點(diǎn)在像平面上的位置。通常以像主點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，并采用右手坐標(biāo)系，以相對框標(biāo)的連線作為x、y軸，其中x軸是接近航線方向的。當(dāng)像主點(diǎn)不與框標(biāo)連線交點(diǎn)重合，其在框標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為x0y0，則量測出的像點(diǎn)x、y坐標(biāo)，化算到以像主點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)為x－x0、y－y0。x0、y0是微小值，在一般情況下不予考慮。二、像空間坐標(biāo)系為了便于進(jìn)行空間坐標(biāo)的變換，需要建立起描述像點(diǎn)在像空間的坐標(biāo)系。以投影中心S為坐標(biāo)原點(diǎn)，x、y軸與像平面上所選定的x、y軸平行，z軸與攝影方向So重合，形成像空間右手直角坐標(biāo)系S－xyz，如圖3-15所示。在這個(gè)坐標(biāo)系中，每個(gè)像點(diǎn)的z坐標(biāo)都等于-f，即像點(diǎn)的像空間坐標(biāo)為x、y、-f。像空間坐標(biāo)系是隨著像片所處的空間位置而定，因此每張像片的像空間坐標(biāo)系是各自獨(dú)立的。三、像空間輔助坐標(biāo)系在立體攝影測量中，考慮到相鄰像片或航線中各像片之間的聯(lián)系，建立起與像空間坐標(biāo)系共原點(diǎn)的像空間輔助直角坐標(biāo)系S－uvw軸系的選擇視需要與可能而定。例如取一對像片的左方像片像空間坐標(biāo)系作為像空間輔助坐標(biāo)系，然后可建立與左方像空間輔助坐標(biāo)系平行的右方像空間輔助坐標(biāo)系。對一條航線來講，所建立各攝影站的像空間輔助坐標(biāo)系都是互相平行的。計(jì)算出的像空間輔助坐標(biāo)系中的像點(diǎn)坐標(biāo)u、v、w只是一種過渡性的坐標(biāo)，像空間輔助坐標(biāo)系也只是一種過渡性的坐標(biāo)系。四、物方空間坐標(biāo)系描述物點(diǎn)(包括地面控制點(diǎn)和地面模型點(diǎn))在物方空間位置所建立的空間直角坐標(biāo)系。一般的講可以地面上任意點(diǎn)A為坐標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)軸系與像空間輔助坐標(biāo)軸系相平行，也是一種空間右手直角坐標(biāo)系，如圖3-15中的A－XPYPZP。這也是一種過渡性的坐標(biāo)系，也稱攝影測量坐標(biāo)系。隨著攝影測量課題解求方法的不同，還有其它過渡性坐標(biāo)系，這里不一一列舉。攝影測量坐標(biāo)系這一名稱，在不同的書刊中含義也不完全相同。五、地面坐標(biāo)系指地圖投影坐標(biāo)系，也就是國家測圖所采用的高斯－克呂格三度帶或六度帶投影的平面直角坐標(biāo)系和高程系，兩者組成的空間直角坐標(biāo)系是左手坐標(biāo)系。在今后要敘述的解析空中三角測量中，大體上講都要根據(jù)量出的像點(diǎn)坐標(biāo)通過幾種過渡性坐標(biāo)系依次進(jìn)行坐標(biāo)變換，最后求出加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)?！?-5航攝像片的內(nèi)、外方位元素?cái)z影測量的主要課題是根據(jù)像點(diǎn)解求地面點(diǎn)的空間位置(平面坐標(biāo)和高程)，這就需要知道攝影物鏡(投影中心)與像片面的相對位置，以及知道或解求出攝影瞬間攝影機(jī)的空間位置。一、內(nèi)方位元素內(nèi)方位元素：確定物鏡后節(jié)點(diǎn)和像片面相對位置的數(shù)據(jù)。包括像主點(diǎn)在像片框標(biāo)坐標(biāo)系中的x0坐標(biāo)、y0和像片主距f。攝影時(shí)地面上諸點(diǎn)與投影中心之間形成的攝影光束可由像片上各相應(yīng)像點(diǎn)和投影中心之間的關(guān)系來確定。在攝影測量作業(yè)中，當(dāng)恢復(fù)了像片的內(nèi)方位元素，諸像點(diǎn)與投影中心之間形成的投影光束就與攝影時(shí)的攝影光束完全相似，即恢復(fù)了攝影時(shí)的光束(形狀)。像片的內(nèi)方位元素通常是已知的，在航空攝影機(jī)的鑒定表中均有記載。二、外方位元素外方位元素：確定攝影攝影機(jī)或像片的空間位置和姿態(tài)的參數(shù)，亦即攝影光束空間位置和姿態(tài)的數(shù)據(jù)。在恢復(fù)內(nèi)方位元素的基礎(chǔ)上，知道投影中心在所取空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)XS、YS、ZS，攝影方向(攝影機(jī)軸)相對空間坐標(biāo)軸的兩個(gè)角度和像片繞攝影機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)角度，就可以確定攝影光束的空間位置。每張像片有六個(gè)外方位元素，前三個(gè)稱線元素，后三個(gè)稱角元素。外方位三個(gè)角元素可看作是攝影機(jī)軸從起始的鉛垂方向繞空間坐標(biāo)軸按某種次序連續(xù)三次旋轉(zhuǎn)所形成的。先繞每一軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，其余兩軸的空間方位隨同變化；再繞變動后的每二軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，兩次旋轉(zhuǎn)的結(jié)果達(dá)到恢復(fù)攝影機(jī)軸的空間方位；最后繞經(jīng)過兩次變動后的每三軸(與攝影方向重合)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，亦即像片在其本身平面內(nèi)繞其中心旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。所謂每一軸是繞它旋轉(zhuǎn)每一個(gè)角度的軸，也稱為主軸，它的空間方位是不變的。每二軸隨之繞主軸旋轉(zhuǎn)，空間方位要變動的，也稱為副軸。結(jié)合不同的攝影測量儀器的結(jié)構(gòu)，有以v軸、u軸或w軸為主軸的三種轉(zhuǎn)角系統(tǒng)來表達(dá)像片外方位元素。分別敘述如下：(一)以v軸為主軸的φ、ω、κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)以投影中心S為原點(diǎn)，建立像方空間輔助坐標(biāo)系S－uvw，與物方空間右手直角坐標(biāo)系D－XYZ軸系相平行，見圖3-16。φ表示航向傾角，也稱偏角。為攝影方向So在uw平面上的投影同w軸之間的夾角。ω表示旁向傾角，也稱傾角。為攝影方向So同它在uw平面上的投影之間的夾角。κ表示像片旋角。為Svo平面在像片上的交線與像片上y軸之間的夾角。φ角可理解為繞主軸(v軸)旋轉(zhuǎn)形成的一個(gè)角度；ω是繞副軸(u軸繞主軸旋轉(zhuǎn)φ角后的u’軸)旋轉(zhuǎn)所形成的角度；κ角是繞每三軸(經(jīng)過前兩次旋轉(zhuǎn)，兩次變動后的w軸，即與So重合)旋轉(zhuǎn)的角度，亦即像片在它本身平面內(nèi)繞其中心點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)角的正負(fù)號，國際上規(guī)定繞軸逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)(從旋轉(zhuǎn)軸的正向的一端面對著坐標(biāo)原點(diǎn)看)為正，反之為負(fù)。我國習(xí)慣上規(guī)定φ角順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為正，面ω、κ角還是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為正。(二)以u軸為主軸的ω’、φ’、κ’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)ω’表示旁向傾角。攝影機(jī)軸So在vw平面上的投影同w軸之間的夾角。φ’表示航向傾角。攝影機(jī)軸So同它在vw平面上的投影之間的夾角。κ’表示像片旋角。像片面上的x軸同Suo平面在像片上的跡線之間的夾角。在同一坐標(biāo)系統(tǒng)中同一像片的外方位元素，按上述兩種轉(zhuǎn)角系統(tǒng)所表示的航向傾角φ≠φ’，旁向傾角ω≠ω’，像片旋角κ≠κ’。同一性質(zhì)的角度采用同樣的希臘字母，由于二者并列在一起，后者暫加一撇(’)以資區(qū)別。實(shí)際上不會同時(shí)采用兩種轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。若單獨(dú)采用后一系統(tǒng)時(shí)，就不必加撇了。(三)以w軸為主軸的A、α、κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)A表示主垂面的方向角。亦即基本方向線與Y軸之間的夾角（圖3-17）。α表示像片傾角。攝影方向So與鉛垂線方向之間的夾角。κ表示像片旋角。像片上主縱線與u軸之間的夾角。A、α、κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)用于單像測圖。主垂面的方向角A可理解為繞w軸順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的；像片傾角α是繞副軸Su’（Su繞w軸旋轉(zhuǎn)A角后的位置）逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的；而像片旋角κ是像片繞經(jīng)過前二次旋轉(zhuǎn)后得到的So逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的。外方位角元素是相對于泛指的空間右手直角坐標(biāo)系來定義的。一般的講，坐標(biāo)系的w軸是位于鉛垂方向的。對于雙像測圖（立體測圖）是取v軸或u軸為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)，而且u軸方向與航線方向一致或接近，使得形成的像片旋角κ都將是小角度。在實(shí)際作業(yè)中，大多數(shù)情況下，常常要通過過渡性坐標(biāo)系的中間變換過程，投影光束相對于過渡性坐標(biāo)系的空間方位元素所用的轉(zhuǎn)角符號，今后還將以同樣符號φ、ω、κ或φ’、ω’、κ’表示，這樣理解以后就不會遇到困難和混淆?！?-6空間直角坐標(biāo)的變換用解析法解求攝影測量課題時(shí)，在建立起各種空間直角坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上需要在兩兩不同的坐標(biāo)系中進(jìn)行坐標(biāo)變換。一、空間直角坐標(biāo)變換的一般表達(dá)式假定在舊坐標(biāo)系O－XYZ中有一點(diǎn)a（圖3-18），舊坐標(biāo)系通過旋轉(zhuǎn)得到新坐標(biāo)系O－xyz，暫不涉及坐標(biāo)系的平移，從空間解析幾何可知，a點(diǎn)在新、舊坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系式為 (3-9)和 (3-10)寫成矩陣形式為： (3-11) (3-12)上式坐標(biāo)變換公式中的九個(gè)系數(shù)為兩軸系間的方向余弦，即 (3-13)式中表示X與x軸之間的方向余弦，表示X與y軸之間的方向余弦，余此類推。方向余弦是相關(guān)兩軸之間夾角的余弦，這些夾角在0°與180°之間。具體的坐標(biāo)變換公式，歸結(jié)到獨(dú)立參數(shù)的選取和余弦的確定。二、方向余弦的確定為便于理解空間直角坐標(biāo)的變換，先看看平面坐標(biāo)的變換（圖3.1）。平面內(nèi)坐標(biāo)的變換就是二維的正形變換，二維就是指位于平面上的直角坐標(biāo)系，正形是實(shí)行坐標(biāo)變換后還保持完全相同的形式，亦即仍是直角坐標(biāo)系。坐標(biāo)變換包括三個(gè)步驟：1.改變比例尺（縮放）、2.旋轉(zhuǎn)、3.原點(diǎn)的轉(zhuǎn)換（平移）。1、改變比例尺（縮放） (3.1)2、旋轉(zhuǎn)設(shè)經(jīng)過比例尺改變后的有公共原點(diǎn)的兩個(gè)坐標(biāo)系o′-x′y′和O′-X′Y′，其相應(yīng)坐標(biāo)軸間的夾角為θ，則 (3.2)∵ x’＝λx y’＝λy∴ (3.3)令 λcosθ= λsinθ=b得： (3.4)寫成矩陣形式： (3.5)而 (3.6)式中 從右手系到左手系只需將式中X’換成Y’，Y’換成X’即可。3、原點(diǎn)的轉(zhuǎn)換（平移） (3.7)寫成矩陣形式： (3.8)下面來討論空間直角坐標(biāo)的變換。它也應(yīng)包括改變比例尺（縮放）、旋轉(zhuǎn)和原點(diǎn)的轉(zhuǎn)換（平移）。其中縮放和平移與平面坐標(biāo)變換類似，主要是旋轉(zhuǎn)沒有平面坐標(biāo)變換那么直觀，所以下面重點(diǎn)先討論空間直角坐標(biāo)變換中的旋轉(zhuǎn)。以像空間坐標(biāo)系與像空間輔助坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換為例，像空間坐標(biāo)x、y、z(=-f)和像空間輔助坐標(biāo)u、v、w的關(guān)系式，按坐標(biāo)變換的一般表達(dá)式（3-11）寫成：根據(jù)不同的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)，即不同的獨(dú)立參數(shù)，推導(dǎo)旋轉(zhuǎn)矩陣的九個(gè)元素，即方向余弦如下：1、當(dāng)取v軸為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)φ、ω、κ三個(gè)角度為獨(dú)立參數(shù)時(shí)（圖3-19），首先將坐標(biāo)軸繞主軸v旋轉(zhuǎn)φ角，使uvw坐標(biāo)系變成xφyφzφ坐標(biāo)系；然后繞轉(zhuǎn)動后的xφ（副軸）旋轉(zhuǎn)ω角，使xφyφzφ坐標(biāo)系變到xφωyφωzφω坐標(biāo)系，達(dá)到zφω軸與攝影方向So重合；最后繞經(jīng)前兩次轉(zhuǎn)動后的zφω軸（每三軸）旋轉(zhuǎn)κ角，至與像空間坐標(biāo)系S－xyz重合為止。各軸系間方向余弦的推導(dǎo)如下：（1）先繞v軸旋轉(zhuǎn)φ角形成xφyφzφ坐標(biāo)系（圖3-20），因yφ軸與v軸重合，所以任何點(diǎn)的y坐標(biāo)不變。因此，相當(dāng)一次平面坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，則對任意一點(diǎn)a在兩坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系式為：圖3-20旋轉(zhuǎn)φ角 圖3-21旋轉(zhuǎn)ω角 圖3-22旋轉(zhuǎn)κ角寫成矩陣形式為： (a)（2）再繞xφ軸旋轉(zhuǎn)ω角，形成坐標(biāo)系xφωyφωzφω（圖3-21），因xφω與xφ軸重合，因此，任何點(diǎn)x的坐標(biāo)不變?？芍苯訉懗龈鬏S間的方向余弦，則對任意一點(diǎn)a在兩坐標(biāo)系中的坐標(biāo)關(guān)系式為：寫成矩陣形式為： (b)（3）最后繞已與攝影方向So重合的zφω軸旋轉(zhuǎn)κ角，形成與像空間坐標(biāo)系重合的xyz坐標(biāo)系（圖3-22），因z與zφω軸重合，所以任何點(diǎn)的z坐標(biāo)不變?？芍苯訉懗龈鬏S間的方向余弦，則對任意點(diǎn)a在兩坐標(biāo)系的坐標(biāo)關(guān)系式為：寫成矩陣形式為： (c)由（ａ）、（ｂ）、（ｃ）得 (3-16)式中： (3-17)當(dāng)旋轉(zhuǎn)矩陣中的元素求轉(zhuǎn)角數(shù)值時(shí)，由式（3-17）可得： (3-18)2、當(dāng)取u軸為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)ω′、φ′、κ′三個(gè)角度為獨(dú)立參數(shù)時(shí)，可仿照上面的推演步驟，得出相應(yīng)的公式： (3-19)式中： (3-20)同樣可根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣中的元素求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)角值： (3-21)從式（3-16）、（3-19）可以看出：三次平面旋轉(zhuǎn)矩陣的乘積與旋轉(zhuǎn)角度的先后順序有關(guān)。3、當(dāng)取w軸為主軸的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)A、α、κ三個(gè)角度為獨(dú)立參數(shù)時(shí)，可仿照上面的推演步驟，得出相應(yīng)的公式： (3-22)式中： (3-23)根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣中的元素可求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)角值： (3-24)對于同一張像片在同一坐標(biāo)系中，當(dāng)取不同志角系統(tǒng)的三個(gè)角度作為獨(dú)立參數(shù)時(shí)，盡管表達(dá)方向余弦的形式不同，但相應(yīng)元素是彼此相等的。因此也可以從一個(gè)轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的角度化算到另一轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的角度。三、像點(diǎn)與相應(yīng)地面點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系（平移、縮放）設(shè)像空間輔助坐標(biāo)系S－uvw的w軸是鉛垂的，而u、v軸與所取的物方空間右手直角坐標(biāo)系的X、Y軸相互平行（圖3-23）和地面點(diǎn)A在所取地面空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為XS、YS、ZS和X、Y、Z，則地面點(diǎn)A在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為X－XS、Y－YS、Z－ZS，而相應(yīng)的像點(diǎn)a在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為u、v、w。由于Sa和SA是共線的，從相似三角形關(guān)系得：式中λ為比例因子。以矩陣表示為：將像點(diǎn)的像空間坐標(biāo)為像空間輔助坐標(biāo)的關(guān)系式(3-16)代入上式： (a)或 (b)將(a)式展開： (c)以每三式除以每一、二式得(去掉λ)： (3-25)式(a)的逆變換為：從而得： (3-26)上式表示像點(diǎn)和物點(diǎn)的中心投影變換方程式，亦即物點(diǎn)、投影中心和相應(yīng)像點(diǎn)的共線條件，也稱共線條件方程。在解析攝影測量中，共線條件方程是極其有用的。這兩個(gè)方程式中包含十二個(gè)數(shù)值：像點(diǎn)坐標(biāo)x、y，相應(yīng)地面點(diǎn)坐標(biāo)X、Y、Z，投影中心在所取物方空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)XS、YS、ZS，攝影機(jī)主距f和旋轉(zhuǎn)矩陣中的三個(gè)獨(dú)立參數(shù)(如φ、ω、κ)。四、水平像片與傾斜像片相應(yīng)像點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系設(shè)地面點(diǎn)A在同一攝影站攝取的水平像片P0上和另一傾斜像片P(圖中未畫出)上的構(gòu)像點(diǎn)為a0和a(圖3-24)，而像點(diǎn)坐標(biāo)分別為x0、y0和x、y。當(dāng)建立的像空間輔助坐標(biāo)系S－uvw與水平像片的像空間坐標(biāo)系S－xyz重合時(shí)，則空間像點(diǎn)a0和a在同一像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為x0、y0、-f和u、v、w。因Sa0、Sa、SA共線，從相似三角形關(guān)系得：，將式(3-16)展開后，代入上式，于是： (3-27)上式是嚴(yán)密的坐標(biāo)關(guān)系式，對豎直攝影而言，外方位角元素的角度很小，例如取、ω、κ轉(zhuǎn)角系統(tǒng)，則cos≈1，cosω≈1，cosκ≈1，sin≈，sinω≈ω，sinκ≈κ，代入(3-27)，并取ai、bi、ci小值一次項(xiàng)，然后代入(3-27)式，得：按級數(shù)展開，略去二次小值項(xiàng)，整理后得： (3-28)上式為豎直攝影像片方位角元素對像點(diǎn)坐標(biāo)影響的近似公式。討論單張像片測圖時(shí)，可取像片上的主縱線為y軸，以像片上的特殊點(diǎn)，如像主點(diǎn)、像底點(diǎn)或等角點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，通過所取原點(diǎn)的像水平線作為x軸，組成像平面右手坐標(biāo)系。水平像片上則以與傾斜像片上相應(yīng)的點(diǎn)、線組成平面坐標(biāo)系，也可不以透視對應(yīng)點(diǎn)作坐標(biāo)原點(diǎn)，例如在水平像片和傾斜像片上都以各自的像主點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，如關(guān)系式(3-27)_那樣。1、如果取像片主縱線為y軸、主橫線為x軸時(shí)，則A=κ=0，從式(3-23)可知a1=1 a2=0 a3=0b1=0 b2=cos b3=-sinc1=0 c2=sin c3=cos代入式(3-27)得： (3-29)2、如果取等角點(diǎn)c這個(gè)傾斜像片和水平像