第三章攝影測量基礎知識演示文稿

第三章攝影測量基礎知識演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有80頁\編輯于星期一優(yōu)選第三章攝影測量基礎知識現(xiàn)在是2頁\一共有80頁\編輯于星期一測大比例尺地形圖時，攝影比例尺小于測圖比例尺；測中比例尺地形圖時，攝影比例尺接近測圖比例尺；測小比例尺地形圖時，攝影比例尺大于測圖比例尺；比例尺類型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1：8000～1：200001：50001：10000～1：300001：10000小比例尺1：20000～1：300001：250001：35000～1：550001：50000現(xiàn)在是3頁\一共有80頁\編輯于星期一

航高是指攝影飛機在攝影瞬間相對某一水準面的高度。根據(jù)基準面的不同，航高可分為相對航高和絕對航高。相對航高是指攝影瞬間攝影物鏡相對于被攝區(qū)域內地面平均高程基準面的高度；絕對航高是攝影瞬間攝影物鏡相對于平均海平面的高度，是攝影瞬間攝影物鏡的真實海拔高度。

當選定了攝影機和攝影比例尺后，就可以計算出攝影航高H＝mf，航空攝影時就要求按計算的航高飛行攝影，以獲得符合生產(chǎn)要求的攝影像片。攝影測量規(guī)范規(guī)定同一航帶內最大航高與最小航高之差不得大于30m，攝影區(qū)域內實際航高與設計航高之差不得大于50m，同一航線內，各攝影站的高差不得大于50m。現(xiàn)在是4頁\一共有80頁\編輯于星期一二、空中攝影過程

航空攝影前要做計劃，攝影時要選擇晴朗無云的天氣。飛行航線一般為東西方向，要求航線相鄰兩張像片應有60%左右的重疊度，相鄰航線的像片應有30%左右的重疊度,航攝機在攝影曝光的瞬間物鏡主光軸保持垂直地面。航攝計劃中技術部分主要包括：確定測區(qū)范圍；根據(jù)測區(qū)地形條件、成圖比例尺等因素選用攝影機；確定攝影比例尺及航高；需用像片的數(shù)量、日期及航攝成果的驗收等?，F(xiàn)在是5頁\一共有80頁\編輯于星期一航空攝影略圖攝站點攝影基線B現(xiàn)在是6頁\一共有80頁\編輯于星期一攝影方式豎直航空攝影：航攝儀在曝光瞬間物鏡主光軸與地面垂直，通常規(guī)定像片傾角小于2-3度，常用的航空攝影方式，其影像質量無論從判讀或量測方面來看都比傾斜攝影要好，但直觀性稍差。我國目前進行的航空攝影絕大多數(shù)都是豎直航空攝影。傾斜航空攝影：其像片傾角大于3度的航空攝影稱為傾斜航空攝影。這種攝影像片具有較強的透視感，對地物和目標判讀特別有利?，F(xiàn)在是7頁\一共有80頁\編輯于星期一豎直航空攝影包括：

面積航空攝影：主要用于測繪地形圖，或進行大面積資源調查。在指定攝區(qū)內布設一系列互相平行的直線攝影航線并覆蓋整個區(qū)域的航空攝影。條狀地塊航空攝影：主要用于公路、鐵路、輸電線路定線和江、河流域的規(guī)劃與治理工程，通常只拍攝一條或幾條航線，即沿狹長地帶或規(guī)定線路進行的航空攝影。獨立地塊航空攝影：主要用于大型工程建設礦山勘探部門，只拍攝少數(shù)幾張具有一定重疊度的像片?，F(xiàn)在是8頁\一共有80頁\編輯于星期一三、攝影測量生產(chǎn)對攝影資料的基本要求（1）影像清晰，色調一致,反差適中，無妨礙測圖的陰影；（2）航向重疊一般為60%-65%，旁向重疊一般為30%-40%；（3）像片傾角不大于2°，最大不大于3°；（4）航線偏距與全航線長之比不大于3%；（5）像片旋角一般不超過6，最大不超過8°。現(xiàn)在是9頁\一共有80頁\編輯于星期一2、像片重疊

為滿足測圖需要，在同一條航線上，相鄰兩像片應有一定的影像重疊，稱為航向重疊。航向重疊一般要求60～65％，最小不得小于53%，在大比例尺測圖時要求達到85％左右。測圖需要兩相鄰航帶攝區(qū)之間也要有一定得重疊用以聯(lián)系相鄰航帶的攝區(qū)拼接，稱為旁向重疊，旁向重疊不少于20％，由于空中攝影飛行時不易保持兩航線間的平行性，一般取30％～40％.最小不得小于15%。

航向、旁向重疊小于最低要求的稱為航攝漏洞，需要在航測外業(yè)做補救。現(xiàn)在是10頁\一共有80頁\編輯于星期一航向重疊度l為像片的像幅尺寸；m為攝影比例尺分母；p%為設計的航向重疊度；B為攝影基線?，F(xiàn)在是11頁\一共有80頁\編輯于星期一3、像片傾角

攝影瞬間攝影機軸發(fā)生了傾斜，攝影機軸與鉛垂方向的夾角為像片傾角。飛機受氣流的影響，航攝儀不可能完全置平，一般要求傾角不大于20，最大不超過30。A攝影機主光軸

鉛垂線A為像片傾角現(xiàn)在是12頁\一共有80頁\編輯于星期一4、航線彎曲航線彎曲：把一條航線內的像片根據(jù)地物的影像疊拼起來，各張像片的像主點連線不在一條直線上，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線航線彎曲度：一條航線內各張像片主點至首尾兩張像主點連線的的最大偏離度⊿L航線彎曲度一般不得超過3%⊿LL⊿LL≤3%現(xiàn)在是13頁\一共有80頁\編輯于星期一5、像片旋角

相鄰像片的主點連線與像幅沿航線方向兩框標連線間的夾角稱為像片旋角。有像片旋角會使重疊度受到影響，一般要求不超過60，最大不超過80。現(xiàn)在是14頁\一共有80頁\編輯于星期一6、對航高差的要求航高差：空中攝影時飛行航高的變化量現(xiàn)在是15頁\一共有80頁\編輯于星期一四、空中攝影質量的評定（1）負片上影像是否清晰、框標影像是否齊全、像幅四周指示器件的影像（如水準氣泡等）是否清晰可辨；（2）由于太陽高度角的影響，地物陰影長度是否超過攝影規(guī)范的規(guī)定，地物陰暗和明亮部分的細部能否辨認清楚；（3）航攝負片上是否存在云影、劃痕、乳劑層脫落等現(xiàn)象；（4）負片上的黑度是否符合要求，影像反差等不得大于規(guī)范要求；（5）航帶的直線性、航帶間的平行性、像片影像的重疊度、航高差和攝影比例尺等等都要檢查評定，并不得超出規(guī)定的技術指標?，F(xiàn)在是16頁\一共有80頁\編輯于星期一3.2中心投影的基本知識一、投影、正射投影和中心投影1、投影[Projection]

一個空間點按一定方式在一個平面上的構像，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現(xiàn)在是17頁\一共有80頁\編輯于星期一2、平行投影與正射投影[ParallelProjection&OrthographicProjection]

投射線互相平行的投影，叫做平行投影。投射線垂直于投影平面的平行投影稱為正射投影?，F(xiàn)在是18頁\一共有80頁\編輯于星期一ABCD地形圖a0b0c0d0

地形圖是地面的正射投影！現(xiàn)在是19頁\一共有80頁\編輯于星期一S投影中心－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。投影光線會聚的點S稱為投影中心。由中心投影得到的圖稱為透視圖。負片位置：正片位置：SS3、中心投影[CentralProjection]投影中心位于物體和投影平面之間。投影中心位于物體和投影平面同側?，F(xiàn)在是20頁\一共有80頁\編輯于星期一SABCabc航攝像片是所攝地面的中心投影現(xiàn)在是21頁\一共有80頁\編輯于星期一QS航空攝影機向地面攝影時，地面點光線通過物鏡后，在底片上成像，即可獲得航攝像片。此時，負片為投影面P，物鏡中心為投影中心S，地面點A、B、C至S的光線為投影光線。攝影測量的主要任務之一，即是把記錄在中心投影像片上的地面景物轉換成按圖比例尺的正射投影地圖。ABCabcP現(xiàn)在是22頁\一共有80頁\編輯于星期一中心投影的正片位置與負片位置負片位置指投影平面與物點在投影中心的兩側正片位置指投影平面與物點在投影中心的同一側QSABCDbacdc’b’a’d’無論正片位置還是負片位置，像點與物點的幾何關系不變，數(shù)學表達式不變現(xiàn)在是23頁\一共有80頁\編輯于星期一

點的中心投影一般是點。線段的中心投影一般是線段。相交線段的中心投影一般是相交線段?？臻g一組不與像片面平行的平行直線，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?？臻g曲線的中心投影也是平面曲線。4、中心投影主要特性[MainFeaturesofCentralProjection]現(xiàn)在是24頁\一共有80頁\編輯于星期一1、投影中心S2、像主點oSo之間的距離稱為主距f3、攝影機軸SoO4、像底點n5、地底點N6、主垂面W航攝像片往往存在一定的傾斜角，使得像片上的一些點、線、面具有特殊的性質，這些點、線、面對于研究航攝像片的幾何特性、確定像片與地面的相對關系具有重要意義。3.3航攝像片上特殊的點、線、面現(xiàn)在是25頁\一共有80頁\編輯于星期一1、像片傾角α(<20～30)2、等角點c3、主縱線vv4、基本方向線VV6、主橫線hoho7、等比線hchc5、合線hihi8、主合點i中心投影的特別點、線、面現(xiàn)在是26頁\一共有80頁\編輯于星期一當航片傾角為零時，on和oc都等于零，像主點、像底點和等角點重合若只畫主垂面上的點、線，可得到簡化的透視變換圖現(xiàn)在是27頁\一共有80頁\編輯于星期一3.4攝影測量常用的坐標系統(tǒng)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系？AaoSf數(shù)學分析方法第一步：建立坐標系第二步：建立關系方程現(xiàn)在是28頁\一共有80頁\編輯于星期一攝影測量中常用的坐標系有兩大類：一類是描述像點的位置，稱為像方坐標系；一類用于描述地面點的坐標，稱為物方坐標系。

像方坐標系像空間坐標系像平面坐標系像空間輔助坐標系像點位置相應地面點的空間位置現(xiàn)在是29頁\一共有80頁\編輯于星期一（1）框標坐標系框標坐標系是依像片上相應框標連線作為基準建立直角坐標。對于框標設在像幅四邊中央的像片，通常依航線方向兩邊對應框標連線作為x軸；旁向兩邊對應框標連線作為y軸；兩連線的交點P作為坐標原點．如圖所示。1.像平面坐標系

現(xiàn)在是30頁\一共有80頁\編輯于星期一對于框標設在像幅四角處的像片，以相對框標連線的交點P作為坐標原點．取兩對相對框標連線在航線方向夾角的平分線作為x軸，垂直于x軸的方向作為y軸，如圖所示。現(xiàn)在是31頁\一共有80頁\編輯于星期一（2）像平面坐標系o-xy像平面坐標系是以像主點o為坐標原點，x、y軸分別平行于框標坐標系的x、y軸。像平面直角坐標系與框標坐標系的轉化：px’y’oxy現(xiàn)在是32頁\一共有80頁\編輯于星期一2.像空間坐標系S-xyz是一種過渡坐標系，用來表示像點在像方空間的位置。它以攝影中心S為坐標原點，攝影機的主光軸為z軸，像空間坐標系的x、y軸分別與像平面坐標系的x、y軸平行，構成右手坐標系。Syxyxa-fyxz(x,y,-f)OSoAaxyxyxyz(x,y,-f)現(xiàn)在是33頁\一共有80頁\編輯于星期一3.像空間輔助坐標系S-uvw

以攝站點(或攝影中心)S為坐標原點，坐標軸可根據(jù)具體需要選定:第一種：取u、v、w軸分別平行于地面攝影測量坐標系D-XYZ，右手直角坐標系?，F(xiàn)在是34頁\一共有80頁\編輯于星期一第二種：是以每條航線內第一張像片的像空間坐標系作為像空間輔助坐標系。oSu(x)w(z)v(y)xy現(xiàn)在是35頁\一共有80頁\編輯于星期一第三種：是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，以攝影基線及左片主光軸構成的面作為uw平面,構成右手直角坐標系。o1S1uwvS2BP1現(xiàn)在是36頁\一共有80頁\編輯于星期一物方坐標系:描述地面點在物方空間的位置1、攝影測量坐標系（P—XPYPZP

）將像空間輔助坐標系S—uvw沿著w軸反方向平移至地面點P，得到的坐標系P—XPYPZP，稱為攝影測量坐標系。由于它與像空間輔助坐標系平行，因此很容易由像點的像空間輔助坐標求得相應的地面點的攝影測量坐標。pXpYpZpuvwS現(xiàn)在是37頁\一共有80頁\編輯于星期一2、地面測量坐標系（T-XTYTZT）地面測量坐標系通常指測圖所采用的高斯—克呂格3度帶或6度帶投影的平面直角坐標系（如1980年西安坐標系），及高程坐標系（如1985年黃海高程系），左手系。TYtXtZt現(xiàn)在是38頁\一共有80頁\編輯于星期一設立原因：攝影測量坐標系采用的是右手系，而地面測量坐標系采用的是左手系，這給由攝影測量坐標到地面測量坐標的轉換帶來了困難。為此，在攝影測量坐標系與地面測量坐標系之間建立一種過渡性的坐標系，稱為地面攝影測量坐標系D-XYZ。

其坐標原點在測區(qū)內的其一地面點上，X軸與航線方向大致一致，但為水平．Z鈾鉛垂，構成右手直角坐標系。

攝影測量中，首先將攝影測量坐標轉換成地面攝影測量坐標，最后再轉換成地面測量坐標。3、地面攝影測量坐標系（D-XYZ）現(xiàn)在是39頁\一共有80頁\編輯于星期一現(xiàn)在是40頁\一共有80頁\編輯于星期一3.5航攝像片的內、外方位元素像片的方位元素：確定航空攝影瞬間，攝影中心與像片在地面設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。內方位元素外方位元素

現(xiàn)在是41頁\一共有80頁\編輯于星期一一、像片（攝影機）的內方位元素表示攝影中心與像片之間相關位置的參數(shù)稱為內方位元素，包含3個元素，即：攝影中心到像片面的垂距(航攝機主距)f及像主點o在框標坐標系中的坐標x0，y0像片的內方位元素通常是已知的，在航空攝影機的鑒定表中均有記載。xypSfox0y0現(xiàn)在是42頁\一共有80頁\編輯于星期一二、外方位元素在恢復了內方位元素的基礎上，確定像片攝影瞬間的空間位置和姿態(tài)的參數(shù)稱為外方位元素。共包括6個參數(shù)，3個直線元素，3個角元素。1、三個直線元素三個直線元素是反映攝影瞬間，攝影中心S在選定的地面空間坐標系（通常選用地面攝影測量坐標系）中的坐標值，用XS，YS，ZS表示。

XYZASXsYsZs現(xiàn)在是43頁\一共有80頁\編輯于星期一2、外方位角元素表達攝影光束的空間姿態(tài)，或說像片面的空間姿態(tài)。其中二個用于確定攝影機主光軸的空間方位，一個用于確定像片的空間方位。現(xiàn)在是44頁\一共有80頁\編輯于星期一1）以v軸為主軸的、、XYZDXsYsZsOOxuvwNS旁向傾角航向傾角像片旋角xy現(xiàn)在是45頁\一共有80頁\編輯于星期一oxyyxzSvuwoOMNh逆時針方向為正

航向傾角（偏角）。So在uw坐標面(像空輔)上的投影與w軸的夾角。

旁向傾角（傾角）。So與uw坐標面（像空輔）之間的夾角。

旋角。v軸在xy坐標面(像平面)上的投影與y軸的夾角。

確定So軸的方向確定像片在像平面內的方位。以v軸為主軸的轉角系統(tǒng)。現(xiàn)在是46頁\一共有80頁\編輯于星期一2）以u軸為主軸的，，，航向傾角,旁向傾角，

像片旋角，XYZDuvwNXsYsZsOOY，，，xyS現(xiàn)在是47頁\一共有80頁\編輯于星期一3）以w軸為主軸的A、、α方位角A像片傾角像片旋角αXYZDuvwNAαxyS現(xiàn)在是48頁\一共有80頁\編輯于星期一外方位三個角元素可看作是理想像片的攝影機光軸從起始的鉛垂方向繞空間坐標軸按某種次序連續(xù)三次旋轉形成的。先繞第一軸旋轉一個角度．其余兩軸的空間方位隨同變化；再繞變動后的第二軸旋轉一個角度、兩次旋轉的結果達到恢復攝影機主光軸的空間方位；最后繞經(jīng)過兩次變動后的第三鈾(即主光軸)旋轉—個角度．亦即像片在其自身平面內繞像主點旋轉一個角度。像片由理想姿態(tài)到實際攝影時的姿態(tài)依次旋轉的三個角值，就是像片的三個外方位角元素。現(xiàn)在是49頁\一共有80頁\編輯于星期一3.6像點在不同坐標系中的變換

由數(shù)學知識可知，一個坐標系按某種順序依次地旋轉三個角度即可變換為另一個同原點的坐標系。這樣就可以通過旋轉把像空間輔助坐標系變換到像空間坐標系中來。

當利用像點坐標計算相應的地面點坐標時，常常需要建立像點在不同平面直角坐標系和空間直角坐標系之間的坐標變換關系。

像點的空間坐標變換通常是指像空間坐標系（S-xyz）與像空間輔助坐標系(S-uvw)之間的變換。yxzSvuw現(xiàn)在是50頁\一共有80頁\編輯于星期一xyozxysuvw1、像點的空間坐標變換設某像點a點在：像空間坐標系中的坐標為（x,y,z)(z=-f）在像空間輔助坐標系中的坐標為（u，v，w）現(xiàn)在是51頁\一共有80頁\編輯于星期一

旋轉矩陣R的九個系數(shù)為像空輔坐標系與相應的像空間坐標系的方向余弦：

當取v軸為主軸時，像空輔經(jīng)過φ、ω、κ三個角度旋轉，得到像空間坐標系：現(xiàn)在是52頁\一共有80頁\編輯于星期一xyozxysuvw現(xiàn)在是53頁\一共有80頁\編輯于星期一1）以、、系統(tǒng)表示方向余弦（1）S-uvw繞v軸旋轉角到S-XYZXZauv(Y)wS2、方向余弦的確定夾角xφyφzφuφ90°90°+φv90°0°90°w90°-φ90°φ現(xiàn)在是54頁\一共有80頁\編輯于星期一（2）S-XYZ繞X軸旋轉角到S-XYZYZaXYZS夾角xφωyφωzφωxφ0°90°90°yφ90°ω90°+ωzφ90°90°-ωω現(xiàn)在是55頁\一共有80頁\編輯于星期一（3）S-XYZ繞Z軸旋轉角到S-XYZ(s-xyz)ZYXSXY夾角xYzxφωκ90°+κ90°yφω90°-κΚ90°zφω90°90°0°現(xiàn)在是56頁\一共有80頁\編輯于星期一現(xiàn)在是57頁\一共有80頁\編輯于星期一因此，像點在兩個坐標系中的變換公式為a1=cosφcosκ-sinφsinωsinκa2=-cosφsinκ

–sinφsinωcosκa3=-sinφcosωb1=cosωsinκb2=cosωcosκb3=-sinωc1=sinφcosκ+cosφsinωsinκc2=-sinφsinκ

+cosφsinωcosκc3=cosφcosω

現(xiàn)在是58頁\一共有80頁\編輯于星期一規(guī)律：只要知道轉角繞軸旋轉的先后順序，就能很快寫出總的旋轉矩陣，即為每個旋轉矩陣的連乘。每個旋轉矩陣中，繞某軸旋轉時，與該軸相對應的三維矩陣中對應位置的元素為1，與其它軸的方向余弦為0，其余的則為平面旋轉變化?，F(xiàn)在是59頁\一共有80頁\編輯于星期一2）以u軸為主軸的，、，、，系統(tǒng)的坐標變換現(xiàn)在是60頁\一共有80頁\編輯于星期一vwSuY’Z’’’a現(xiàn)在是61頁\一共有80頁\編輯于星期一aX’Z’’XZ’SY’’’現(xiàn)在是62頁\一共有80頁\編輯于星期一X’’Y’’’’X’z’’SY’a現(xiàn)在是63頁\一共有80頁\編輯于星期一a1=cosφ’cosκ’a2=-cosφ’sinκ’

a3=-sinφ’b1=cosω’sinκ’

–sinω’

sinφ’cosκ’

b2=cosω’cosκ’+sinω’

sinφ’sinκ’

b3=-sinω’

cosφ’c1=sinω’sinκ’+cosω’sinφ’cosκ’c2=sinω’cosκ’-cosω’sinφ’sinκ’c3=cosφ’cosω’

現(xiàn)在是64頁\一共有80頁\編輯于星期一3）以w軸為主軸的A、、α、系統(tǒng)的坐標變換úúú?ùêêê?é-=úúú?ùêêê?é-=úúú?ùêêê?éfyxRfyxRRRwvuαAka現(xiàn)在是65頁\一共有80頁\編輯于星期一a1=cosAcosκv+sinAcossinv

a2=-cosAsinκv+sinAcoscosv

a3=-sinAsinb1=-sinAcosκv+cosAcossinv

b2=sinAsinv+cosAcoscosv

b3=-cosAsinc1=sin

sinv

c2=sincosv

c3=cos現(xiàn)在是66頁\一共有80頁\編輯于星期一3.7中心投影的構像方程

航攝像片與地圖是兩種不同性質的投影。航攝像片是中心投影，地圖是正射投影。攝影影像信息的處理，就是要把中心投影的影像變?yōu)檎渫队暗牡貓D信息。如何變現(xiàn)在是67頁\一共有80頁\編輯于星期一xyzuvwAasXSYSZSNvuwX-XSY-YS(x,y,-f)(X,Y,Z)DZYX一、公式推導(Xs,Ys,Zs)現(xiàn)在是68頁\一共有80頁\編輯于星期一

選取像空間輔助坐標系S-uvw與地面攝影測量坐標系D-XYZ，像空間輔助坐標系S-uvw的w軸是鉛垂的，且像空間輔助坐標系S-uvw與地面攝影測量坐標系D-XYZ相互平行，投影中心S和地面點A在地面攝影測量坐標系中的坐標分別為Xs、Ys、Zs和X、Y、Z，地面點A在像空間輔助坐標系中的坐標為X-Xs、Y-Ys、Z-Zs，設相應像點a在像空間輔助坐標系中的坐標為u、v、w。S、a和A三點共線，由相似三角形而得：λ為比例因子。現(xiàn)在是69頁\一共有80頁\編輯于星期一現(xiàn)在是70頁\一共有80頁\編輯于星期一中心投影構像方程——共線條件方程逆算式：現(xiàn)在是71頁\一共有80頁\編輯于星期一二、水平像片與傾斜像片相應像點之間的坐標關系SP0SSfffhchca0aAa0cP

若把地面看成水平地面，共線方程逆算式中的（Z-Zs）就為一常數(shù)，實際就是航高，這里用-H表示。（X-Xs）和（Y-Ys）為水平地面點在像空間輔助坐標系中的坐標，這里用X、Y表示，則共線方程逆算式可表示為：現(xiàn)在是72頁\