攝影測量解析基礎(chǔ)概要

攝影測量解析基礎(chǔ)概要第1頁/共87頁內(nèi)容提要一、航攝像片的投影關(guān)系二、共線方程三、單幅影像解析基礎(chǔ)四、立體像對相對定向與核線幾何五、立體像對空間前方交會六、單元模型的絕對定向七、立體影像對光束法嚴(yán)密解第2頁/共87頁§2.1航攝像片的投影關(guān)系第3頁/共87頁一、航空攝影與航攝像片二、航攝像片與地形圖的差別三、中心投影透視變換作圖主要內(nèi)容第4頁/共87頁ZSS利用安裝在航攝飛機(jī)上的航攝儀從空中一定角度對地面進(jìn)行攝影§2.1.1

航空攝影與航攝像片第5頁/共87頁像場角常角：(視場角<75。)寬角：(視場角＝75。

~100。)特寬角：(視場角>100。)長焦距：(主距>200mm)中焦距：(主距＝100～200mm)短焦距：(主距<100mm)焦距第6頁/共87頁航攝像片為量測像片，有光學(xué)框標(biāo)和機(jī)械框標(biāo)航攝像片的大小為18cm×18cm,23cm×23cm航攝像片第7頁/共87頁光學(xué)框標(biāo)機(jī)械框標(biāo)第8頁/共87頁航攝儀在曝光的瞬間物鏡主光軸保持垂直地面§2.1.1

航空攝影與航攝像片航空攝影第9頁/共87頁

攝影瞬間攝影機(jī)的主光軸近似與地面垂直，偏離鉛垂線的夾角小于30，夾角為像片傾角鉛垂線像片SA攝影機(jī)主光軸像片豎直攝影第10頁/共87頁沿航線方向相鄰兩張像片應(yīng)有60%左右的航向重疊，相鄰航線間的像片應(yīng)有30%左右的旁向重疊§2.1.1

航空攝影與航攝像片航空攝影第11頁/共87頁123Lxpx航向重疊度第12頁/共87頁?-1Ⅱ-1Lypy旁向重疊度第13頁/共87頁航向相鄰兩個攝影站間的距離P1S1P2S2BE攝影基線攝影基線第14頁/共87頁f為攝影機(jī)主距，H為航高視攝影像片水平、地面取平均高程時，像片上的線段l與地面上相應(yīng)的水平距L

之比為攝影比例尺aASEPfH攝影比例尺第15頁/共87頁測圖比例尺航攝比例尺分母測圖比例尺分母比例尺類型航攝比例尺測圖比例尺大比例尺1:2000～1:30001:5001:4000～1:60001:1000

1:8000

～1:120001:2000，1:5000中比例尺1:15000～1:200001:50001:10000～1:350001:10000小比例尺1:20000～1:300001:250001:35000～1:550001:50000試計算f為200mm，航攝比例尺分母為8000的飛機(jī)飛行高度（相對）第16頁/共87頁第17頁/共87頁

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航線彎曲第18頁/共87頁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<60像片旋角過大會減少立體像對的有效范圍o1像片旋角第19頁/共87頁§2.1.2航攝像片與地形圖投影方式投影：用一組假想的直線將物體向幾何面投射投影射線：投影的直線投影平面：投影的幾何面第20頁/共87頁投影射線會聚于一點(diǎn)的投影稱為中心投影投影中心投影平面投影點(diǎn)投影射線物點(diǎn)第21頁/共87頁正射投影投影射線與投影平面正交斜投影投影射線與投影平面斜交投影射線平行于某一固定方向的投影的投影稱為平行投影第22頁/共87頁航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影SBbAaCc中心投影AaBbCc正射投影第23頁/共87頁地形圖的特點(diǎn)1、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)，等于圖比例尺2、圖上任意一點(diǎn)引畫的兩條方向線間的夾角等于地面上對應(yīng)的水平角第24頁/共87頁地形起伏引起的像點(diǎn)位移spacbABCB0BbAA0sEpb0aa0像片傾斜引起的像點(diǎn)位移航攝像片的特點(diǎn)當(dāng)像片傾斜、地面起伏時，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)位移第25頁/共87頁投影方式：地圖為正射投影，航片為中心投影比例尺：地圖有統(tǒng)一比例尺，航片無統(tǒng)一比例尺表示方法：地圖為線劃圖，航片為影像圖表示內(nèi)容：地圖需要綜合取舍（制圖規(guī)則），航片內(nèi)容豐富幾何差異：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圖的關(guān)系主觀、藝術(shù)所見即所得第26頁/共87頁§2.1.3透視變換作圖

將空間點(diǎn)、線作中心投影，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)系稱為透視變換第27頁/共87頁EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCc航攝像片中的重要點(diǎn)、線、面第28頁/共87頁面：地面E

像片面P

主垂面W

真水平面Es線：跡線TT

主光線SoO

主垂線SnN

攝影方向線VV

主縱線vv

等角線ScC

主合線hihi

主橫線hoho

等比線hchc重要的點(diǎn)線面點(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

主遁點(diǎn)J

第29頁/共87頁重要點(diǎn)線的數(shù)學(xué)關(guān)系EPTTvvVVSWJiNnOoCc第30頁/共87頁底點(diǎn)特性鉛垂線在像平面上的構(gòu)像位于以像底點(diǎn)n為輻射中心的相應(yīng)輻射線上Nn重要的點(diǎn)線特征第31頁/共87頁等角點(diǎn)特性在傾斜像片和水平地面上，由等角點(diǎn)c和C所引出的一對透視對應(yīng)線無方向偏差，保持著方向角相等Cc重要的點(diǎn)線特征第32頁/共87頁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)線特征第33頁/共87頁

已知E平面上有A

點(diǎn)，在像平面上作對應(yīng)的像aPTTSAT1i作圖步驟：1）找跡點(diǎn)T12）找主合點(diǎn)i3）連T1i與SA，交點(diǎn)為a中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)avvE第34頁/共87頁

已知E平面上有AB

直線，在像平面上作對應(yīng)的像abPTTSi作圖步驟：1）找跡點(diǎn)T12）找合點(diǎn)i13）連T1i1與SA，交點(diǎn)為a4）連T1i1與SB，交點(diǎn)為b5）a與b

連線中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)avvEhihiABi1bT1第35頁/共87頁

已知垂直物面的空間直線AB，在像平面上作對應(yīng)的像abPTTSi作圖步驟：1）按E面上點(diǎn)作圖方式確定a2）找像底點(diǎn)n3）連接na4）na與SB的交點(diǎn)為b5）a與b

連線中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)vvEABba第36頁/共87頁§2.2共線方程第37頁/共87頁主要內(nèi)容一、攝影測量常用坐標(biāo)系二、航攝像片的方位元素三、空間直角坐標(biāo)變換四、共線方程第38頁/共87頁§2.2.1攝影測量常用坐標(biāo)系像平面直角坐標(biāo)系pxyoxyaa(x,y)第39頁/共87頁像空間直角坐標(biāo)系sxyxyzoaa(x,y,-f)xy第40頁/共87頁地面測量坐標(biāo)系sxyoA(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtA地面測量坐標(biāo)為國家統(tǒng)一坐標(biāo)系，平面坐標(biāo)為高斯-克呂格3度帶或6度帶投影（1980西安坐標(biāo)系），高程為1985黃海高程系a第41頁/共87頁像空間輔助坐標(biāo)系sxyoYXZaa(X,Y,Z)第42頁/共87頁地面攝影測量坐標(biāo)系sxyAao原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，Ztp軸與地面測量坐標(biāo)系的Zt軸平行，Xtp軸與航線一致MZtpXtpYtp第43頁/共87頁xyzXYZAas(x,y,-f)(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtMZtpYtpXtp攝影測量中的各種坐標(biāo)系第44頁/共87頁§2.2.2航攝像片的方位元素確定攝影時攝影中心、像片與地面三者之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)第45頁/共87頁確定攝影物鏡后節(jié)點(diǎn)與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)內(nèi)方位元素（x0,y0,f）可恢復(fù)攝影光束xyp像片內(nèi)方位元素fx0y0So第46頁/共87頁soAYXZ確定攝影瞬間像片在地面直角坐標(biāo)系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)像片外方位元素ZsXsYs外方位線元素：描述攝影中心在地面空間直角坐標(biāo)系中的位置(Xs、Ys、Zs)外方位角元素：描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)第47頁/共87頁AXYZ像片外方位角元素以Y

軸為主軸的--

轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN航向傾角旁向傾角像片旋角osxyzOX第48頁/共87頁AXYZ像片外方位角元素以X

軸為主軸的’-’-’

轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN旁向傾角’航向傾角’osxyzOY像片旋角’第49頁/共87頁AXYZ像片外方位角元素以Z

軸為主軸的A--v轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN像片傾角方位角A像片旋角vosxyz第50頁/共87頁§2.3空間直角坐標(biāo)變換平面坐標(biāo)變換xyox’y’aaa第51頁/共87頁xyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換可以理解為：像空間坐標(biāo)系是像空間輔助坐標(biāo)系（相當(dāng)于攝影光束的起始位置）依次繞相應(yīng)的坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)，，三個角度以后的位置。第52頁/共87頁aS-XYZ坐標(biāo)系繞Y軸旋轉(zhuǎn)角到S-XYZXZSYXZ(Y)以Y軸為主軸的--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第53頁/共87頁S-XYZ坐標(biāo)系繞X軸旋轉(zhuǎn)角到S-XYz以Y軸為主軸的--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第54頁/共87頁S-XYz坐標(biāo)系繞z軸旋轉(zhuǎn)角到S-xyz以Y軸為主軸的--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第55頁/共87頁以Y軸為主軸的--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第56頁/共87頁以Y軸為主軸的--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第57頁/共87頁以X軸為主軸的’-’-’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第58頁/共87頁正交變換矩陣的特點(diǎn)由高等數(shù)學(xué)知道，一個坐標(biāo)系按三個角元素順次地繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)即可變換為一個同原點(diǎn)的坐標(biāo)系，這種變換為正交變換第59頁/共87頁正交變換矩陣的特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矩陣只有3個獨(dú)立參數(shù)第60頁/共87頁以X軸為主軸的’-’-’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第61頁/共87頁以Z軸為主軸的A--v系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第62頁/共87頁以Z軸為主軸的A--v系統(tǒng)的坐標(biāo)變換第63頁/共87頁2.3共線條件方程第64頁/共87頁主要內(nèi)容一、共線條件方程的一般形式二、共線條件方程的應(yīng)用三、共線條件方程的線性化第65頁/共87頁像片的基本知識回顧什么是共線條件方程共線條件方程的簡單推導(dǎo)一、共線條件方程的一般形式中心投影內(nèi)外方位元素常用坐標(biāo)系空間坐標(biāo)變換第66頁/共87頁基本知識回顧航攝儀sxyxyzMZYXAaoXYZ第67頁/共87頁共線條件xyzXYZAasXsYsZsNYXZXA-XsYA-Ys(x,y,-f)(XA,YA,ZA)MZYX第68頁/共87頁共線條件方程第69頁/共87頁求像底點(diǎn)坐標(biāo)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(xué)模型利用DEM制作數(shù)字正射影像圖二、共線條件方程的應(yīng)用第70頁/共87頁求像底點(diǎn)坐標(biāo)第71頁/共87頁像片仿真已知內(nèi)、外方位元素地面點(diǎn)空間坐標(biāo)

DEM模擬影像XYZa(x,y)xyzS(Xs,Ys,Zs)A(X,Y,Z)第72頁/共87頁目的觀測值x,y未知數(shù)Xs,Ys,Zs,,,,

X,Y,Z,x0,y0,f泰勒級數(shù)展開三、共線條件方程的線性化第73頁/共87頁

影像內(nèi)定向第74頁/共87頁

單片空間