103第三章单张像片解析.ppt

第三章单张航摄像片解析 主要内容 1 摄影测量中常用的坐标系统2 中心投影的航片的像点坐标与大地坐标系坐标之间的解析变换关系3 中心投影的构像方程及其在航空摄影测量与遥感中的意义 第一节摄影测量中常用的坐标系 一 像方坐标系1 像平面坐标系 确定像点在像片上的位置 框标坐标系 以像片上相应框标连线作为基准建立的直角坐标系 作用 量测像点坐标O点坐标 x0 y0 像平面直角坐标系 以像主点为坐标原点 轴分别平行于框标坐标系的x y轴 作用 解析摄影测量计算中采用此坐标系 即将量测的p xy像点坐标 通过平面坐标变换转换为像平面坐标o xy 然后用于解析计算 2 像空间坐标系S xyz 投影中心作为像空间直角坐标系的坐标原点 轴与摄影方向重合 朝上为正方向 和轴分别平行于像平面坐标的相应轴 坐标获取 o xyS xyz x y x y f 3 像空间辅助坐标系S XYZ S XYZ 过渡坐标系 以摄站点 或投影中心 为坐标原点 轴系仍按右手定则确定 坐标轴可根据需要选定 一般以铅垂方向 或设定的某一方向 为Z轴 航线方向为X轴 作用 建立像方S xyz与物方A XYZ坐标关系的纽带 二 物方坐标系 1 摄影测量坐标系O1 XPYPZP右手空间直角坐标系航带网中统一的坐标系 用以表示诸模型点在构成航带网后的统一坐标 其坐标轴通常分别与第一张像片 或第一个像对 的像空间辅助坐标系的各坐标轴平行 2 地面测量坐标系 是指国家统一的坐标系 也就是国家测图所用的高斯 克吕格三度带或六度带投影的1980年西安坐标系和1985年国家高程基准黄海高程系左手空间坐标系航测像片控制点坐标属于地面测量坐标系 XP ZP t YP t XPYPZP t XPYPZP 3 地面摄影测量坐标系A XPYPZP 为右手系 原点通常选在地面某一控制点 轴为过该点的铅垂线 向上为正 它与地面测量坐标系的Zt轴平行 轴与航线方向一致O1 XPYPZP t XPYPZP 第二节航摄像片的内外方位元素 确定摄影瞬间摄影物镜 或投影中心 像片与地面三者之间的相对位置的参数称为像片的方位元素 一 像片 摄影机 的内方位元素x0 y0 f把像片主距和像片主点在框标坐标系中的坐标称为摄影机的内方位元素 或叫像片的内方位元素获取 摄影时记录下来 已知 二 像片 摄影机 的外方位元素 1 像片的外方位元素 像片摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数2 类型1 三个直线元素XS YS ZS 摄影曝光时 摄影物镜在地面选定的空间直角坐标系中的坐标值XS YS ZS 2 三个角元素 描述像片在摄影瞬间空间姿态的要素 其中两个角元素用以确定摄影机主光轴在空间的方向 另一个角元素则确定像片在像片面内的方位 航向倾角 它是主光轴SO在平面上的投影SOX与坐标Z轴的夹角 以Y轴为第一转轴 把沿铅垂方向的摄影机轴从起始位置SN旋转到SOX处的转角 旁向倾角 摄影方向SO与其在XZ平面上投影SOX的夹角像片旋角k Y坐标轴与SOOX组成的平面与像片平面交线与像平面直角坐标系y轴的夹角 以Y轴为主轴的转角系统为例 以X轴为主轴的转角系统 旁向倾角 主光轴So在YZ面上的投影SOY与Z轴的夹角 旁向倾角 主光轴So与其在XZ面的投影的夹角 像片旋角 像片面上x轴与XSo平面交线的夹角 综述 当求得像片的内外方位元素后 在室内恢复摄影光树的形状和空间位置 重建被摄景物的立体模型 用以获取地面景物的几何和物理信息 S X Y Z z x y o ox K 第三节像点在不同坐标系中的变换 S xyz S XYZ A XPYPZP 一 像点的平面坐标变换 1 原点相同 旋转 2 原点不同 旋转 平移 二 像点的空间坐标变换 旋转 平移 数学的空间变换的基本表达式 旋转变换过程 在转角系统中 像空间坐标系与像空间辅助坐标系的关系 可以认为是像空间辅助坐标系重合时为起始位置 顺次绕Y主轴旋转角 再绕副轴旋转角 最后绕第三转轴z 即像空间坐标系的z轴 旋转k角后 使之处于摄影时的位置 S xyz 每次旋转的特点都是保持一个轴向不变 所以像点坐标每一次的旋转变换都属于平面坐标变换 第一步 将绕Y轴旋角得新坐标系 第二步 将绕轴旋转角得新的坐标系 第三步 将绕轴旋转角到新坐标系S xyz 第四步 将 c 式代入 b 式 再将 b 式代入式 a R矩阵的九个元素值 以X轴为主轴旋转系统的坐标变换 第四节中心投影的构像方程 一 一般地区的构像方程 建立原理 A XPYPZP a x y f A XP YP ZP a X Y Z A XP XS YP YS ZP ZS S XYZ坐标系中 S a A三点一线则有 矩阵形式表示 带入 a 式 得 将上式展开为 用 e 式除 b 两式 消去比例因子得 S xyz与S XYZ的坐标关系的逆算式 上式展开为 摄影测量的像点与物点基本关系式 二 意义 1 解析的方式建立像点与物点的空间关系2 双像解析与解析空中三角测量的基础3 航空与航天遥感像片几何校正的数学基础 空间后方交会 利用航摄像片上三个以上像点坐标和对应地面点坐标 计算像片外方位元素的工作 称为单张像片的空间后方交会目的 求得像片的内外方位元素后 在室内恢复摄影光树的形状和空间位置 重建被摄景物的立体模型 用以获取地面景物的几何和物理信息 第五节单张航摄像片的空间后方交会 一 空间后方交会的基本公式 将上式按泰勒级数展开取最小值一项 当采用系统时上式则为下面的形式 1 获取原始数据 从摄影资料中查取平均航高与摄影机主距 从外业测量成果中获取地面控制点的地面测量标坐 或转换为地面摄测坐标 2 量测控制点的像点坐标 用摄影测量仪器立体坐标仪或计算机3 解求像片外方位元素 利用像控点的象点坐标和物点坐标 依据最小二乘平差原理解求六个外方位元素 二 空间后方交会的解算原理 三 像片纠正 1 像片纠正 将中心投影的航摄像片 经过某种投影变换 消除像片倾斜引