《双像解析摄影测量》PPT课件.ppt

第三章双像解析摄影测量 双像解析摄影测量 第三章双像解析摄影测量 本章主要内容 航摄像对的立体观察与量测 立体相对相对定向与核线几何 立体像对的前方交会公式 解析法相对定向 绝对定向 光束法双向解析摄影测量 双像解析摄影测量 重点内容 双像解析摄影测量 重点内容 主要知识点 立体像对前方交会的基本公式 空间后方交会 前方交会求解地面点坐标方法 光束法双像解析摄影测量 3 1 1立体视觉原理 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 人眼基本构造 视网膜上大约有108个杆状细胞 直径2mm 6 5 106个锥状细胞 直径2 8mm 3 1 1立体视觉原理 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 人眼感知过程 来自物体的光刺激视网膜的杆状和锥状细胞 物理过程 使其感光 生理过程 通过视神经纤维传至后大脑视觉中心 经记忆加入已有的概念与经验 心理过程 从而形成感知 3 1 1立体视觉原理 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 人眼分辨力 单眼能够判别最小物体的能力称单眼分辨力用单眼所能观察出两点间的最小距离称第一分辨力用单眼所能观察出两平行线间的最小距离称第二分辨力 双眼观察精度比单眼提高 3 1 1立体视觉原理 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 人眼立体视觉 人用双眼观察景物可判断其远近 得到景物的立体效应 这种现象称为人眼的立体视觉 3 1 1立体视觉原理 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 人造立体视觉的产生 A B 3 1 1立体视觉原理 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 立体像对分像条件两像片上相同景物 同名像点 的连线与眼基线应大致平行两像片的比例尺应相近 差别 15 人造立体观察的条件 立体效应 立体模型与实物相似 立体模型与实物相反 正立体效应基础上左右像片旋转180 零立体 起伏的视模型变平 正立体效应基础上左右像片旋转90 3 1 2像对的立体观察 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 像对的立体观察方法 立体镜观察桥式立体镜在一个桥架上安置两个相同的简单透镜透镜光轴平行 间距约为眼基距 高度等于透镜主距 3 1 2像对的立体观察 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 像对的立体观察方法 立体镜观察反光立体镜扩大眼基距 可对大像幅进行立体观察 3 1 2像对的立体观察 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 叠映影像立体观察互补色法在投影器中插入互补色滤光片 品红色 蓝绿色 观测者双眼分别带上同色镜片 像对的立体观察方法 3 1 2像对的立体观察 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 像对的立体观察方法 叠映影像立体观察光闸法在两投影光路中各安装一光闸 一个打开 一个关闭 观测者双眼分别带上与投影器光闸同步的光闸眼镜光闸起闭频率 10Hz 3 1 2像对的立体观察 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 叠映影像立体观察偏振光法在两投影光路中安装两块偏振平面互成90 的起偏镜观测者带上一副检偏镜镜片与起偏镜相同左右偏振平面相互垂直 像对的立体观察方法 3 1 3像点坐标获取 双像解析摄影测量 像对的立体观察与量测 立体量测原理 摄影测量不仅要在室内看到能观察到构成的地面立体模型 而且要在模型上进行量测 以确定地面点的三维坐标 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 主要内容 立体像对的重要点线面 立体像对前方交会定义 前方交会的基本公式 A 同名光线同一地面点发出的两条光线 同名像点同名光线在左右像片上的构像 同名核线核面与左右像片面的交线 核面摄影基线与某一地面点组成的平面 一 立体像对的重要点线面 摄影基线相邻两摄站的连线 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 由立体像对中两张像片的内 外方位元素和像点坐标来确定相应地面点在物方空间坐标系中坐标的方法 二 定义 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 三 基本公式 利用点投影系数的空间前方交会方法 利用共线方程的严格解法 三 基本公式 1 点投影系数法 M Ztp Ytp Xtp XA YA ZA 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 摄影基线 B BX Xs2 Xs1 BY Ys2 Ys1 BZ Zs2 Zs1 同名光线投影 点投影法前方交会 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 获取已知数据x0 y0 f XS1 YS1 ZS1 1 1 1 XS2 YS2 ZS2 2 2 2量测像点坐标x1 y1 x2 y2由外方位线元素计算基线分量BX BY BZ由外方位角元素计算像空间辅助坐标X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2计算点投影系数N1 N2计算地面坐标XA YA ZA 计算过程 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 已知值x0 y0 f Xs Ys Zs 观测值x1 y1 x2 y2未知数X Y Z 2 严密解法 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 整理得 其中 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 空间后方交会 前方交会求解地面点坐标计算过程 选点 刺点 加注说明 1 野外像片控制测量 野外用地面测量方法测出四个控制点的地面测量坐标 平高控制点 所求地面点 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 空间后方交会 前方交会求解地面点坐标计算过程 2 量测像点坐标a 四个控制点的像片上的坐标 b 需要解求的地面点的像点坐标 3 空间后方交会计算两张像片的各自六个外方位元素4 空间前方交会计算未知点地面坐标 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 双像解析摄影测量按照立体像对与被摄物体的几何关系 以数学计算方式 通过计算机解求被摄物体的三维空间坐标 任务研究立体像对与被摄物体之间的数学关系 如何计算被摄物体的三维空间位置 3 2像对的前方交会公式 双像解析摄影测量 像对的前方交会公式 利用像片的空间的后方交会与前方交会解求地面目标空间坐标 利用像对相对定向和绝对定向求解地面点的空间坐标 利用光束法双像解析摄影测量解求地面点的空间坐标 双像解析测量方法 本节课重点及作业 双像解析摄影测量 知识回顾1 重点内容 单像空间后方交会公式 立体像对前方交会的基本公式 空间后方交会 前方交会求解地面点坐标方法 本节课重点及作业 双像解析摄影测量 作业1 2双像解析摄影测量确定待定点坐标有哪几种方法 6什么是空间前方交会 它能解决什么问题 什么是单像空间后方交会 其观测值和未知数各是什么 至少需要几个控制点 如何估计单像空间后方交会的解算精度 思考题 下节课预习内容 双像解析摄影测量 预习内容1 主要知识点 解析法相对定向 解析法绝对定向 光束法严密解法 一步定向法 第三章双像解析摄影测量 双像解析摄影测量 上节课重点 双像解析摄影测量 重点回顾 重点内容 单像空间后方交会公式 立体像对前方交会的基本公式 空间后方交会 前方交会求解地面点坐标方法 基本要求 掌握空间后方交会公式及应用 理解双像测图原理 掌握空间后方交会 空间前方交会求解地面点坐标的过程 本节课内容 双像解析摄影测量 重要知识点 主要知识点 解析法相对定向 模型点坐标计算 解析法绝对定向 光束法严密解法 一步定向法 基本要求 理解像对解析相对定向的概念 相对定向元素解算过程 掌握模型解析绝对定向目的和过程 了解光束法双像解析摄影测量 3 3解析法相对定向 双像解析摄影测量 解析法相对定向 主要内容 相对定向元素 解析相对定向原理 相对定向元素计算 模型点坐标计算 摄影过程的 反转 由 摄影 投影 立体模型 地面模型 建立 空间几何立体模型 光线在空间对对相交如何确定两张影像的相对位置 相对定向确定两张影像的相对位置 3 3解析法相对定向 双像解析摄影测量 解析法相对定向 利用立体像对中摄影时存在的同名光线S1a1A和S2a2A对应相交的几何关系 通过量测的像点坐标 x1 y1 和 x2 y2 以解析计算的方法 解求两像片的相对方位元素的过程 称为解析相对定向 3 3 1相对定向元素 双像解析摄影测量 解析法相对定向 确定立体像对中两张像片相对位置和姿态关系的参数 称之为相对定向元素 相对定向的目的是恢复两张像片的相对位置和姿态 使同名光线对对相交 建立一个与被摄物体相似的几何模型 以确定模型点的三维坐标 怎样描述相对方位 以两像片各自相对于选定的同一像空间辅助坐标系的关系来讨论两像片的相对方位 相对方位元素 像片在像空间辅助坐标系的位置 XsYsZs姿态 像空间辅助坐标系有不同的定义方法 双像解析摄影测量 解析法相对定向 3 3 2解析相对定向原理 相对定向的方法 连续法解析相对定向 单独法解析相对定向 像空间辅助坐标系的选取 S1 X1Y1Z1左片的像空间坐标系S2 X2Y2Z2 与相应坐标轴平行S1 X1Y1Z1连续像对相对定向元素 左像片 XS1 0YS1 0 ZS1 0 1 1 1 0右像片 XS2 bx YS2 by ZS2 bz 双像解析摄影测量 解析法相对定向 3 3 2解析相对定向原理 连续法相对定向系统 当像空间辅助坐标系的原点选在摄站点上 其坐标轴系保持与立体像对中左片的像空间坐标系分别重合 则左片对像空间辅助坐标系的外方位元素的角元素为零 两像片外方位元素相对差为 By Bz 就是连续法相对定向元素 BX只决定立体模型的大小 不影响相对方位 以左像空间坐标系为基础 右像片相对于左像片的相对方位元素 连续法相对定向元素 By Bz 连续法相对定向元素 3 3 2解析相对定向原理 像空间辅助坐标系的选取 S1 X1Y1Z1X1轴 摄影基线Y1轴 垂直于左片的主核面Z1轴 在左片的主核面内左像片 XS1 0 YS1 0 ZS1 0 1 1 0 1右像片 XS2 bx b YS2 by YS1 0 ZS2 bz ZS1 0 2 2 2B只决定立体模型的比例尺 不影响相对方位 单独法相对定向元素 2 单独法相对定向元素 1 1 2 2 2 1 在以左摄影中心为原点 左主核面为XZ平面 摄影基线为X轴的右手空间直角坐标系中 左右像片的相对方位元素 2 2 1 相对定向目的 建立地面立体模型恢复两张像片的相对位置和姿态同名光线对对相交解析法相对定向 通过计算相对定向元素建立地面立体模型 3 3 2解析相对定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 同名光线对对相交于核面内 共面条件方程 1 连续法解析相对定向原理 连续法解析相对定向原理 泰勒级数展开成一次项线性式为 其中 F0为函数F的近似值 双像解析摄影测量 解析法相对定向 3 3 2 1连续法定向原理 偏导数1 双像解析摄影测量 解析法相对定向 偏导数2 3 3 2 1连续法定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 偏导数2 1 3 3 2 1连续法定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 偏导数2 1 3 3 2 1连续法定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 线性化方程 等式两边同时除以 3 3 2 1连续法定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 系数约简 3 3 2 1连续法定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 常数项约简 3 3 2 1连续法定向原理 连续法相对定向中常数项的几何意义 误差方程及法方程的建立 量测5个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素 2 单独法解析相对定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 3 3 2 2单独法定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 偏导数3 1 3 3 2 2单独法定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 偏导数3 2 3 3 2 2单独法定向原理 双像解析摄影测量 解析法相对定向 3 3 2 2单独法定向原理 线性化方程 双像解析摄影测量 解析法相对定向 3 3 2 2单独法定向原理 常数项约简 单独法相对定向中常数项的几何意义 q为相当于像空间辅助坐标系中一对理想像对上同名像点的上下视差当一个立体像对完成相对定向 q 0当一个立体像对未完成相对定向 即同名光线不相交 q 0 误差方程及法方程的建立 量测5个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素 3 3 3相对定向元素计算 双像解析摄影测量 解析法相对定向 获取已知数据x0 y0 f x1 y1 x2 y2假定摄影基线Bx x1 x2设定相对定向元素的初值 0由相对定向元素计算像空间辅助坐标X1 Y1 Z1 X2 Y2 Z2逐点计算误差方程式的系数和常数项并法化解法方程 求相对定向元素改正数求相对定向元素的新值判断迭代是否收敛 限差0 01 3 10 5 3 3 4模型点坐标计算 双像解析摄影测量 解析法相对定向 X1 Y1 Z1 X2 a1 Z2 建立摄影测量坐标系轴系 让摄测坐标系各坐标轴与像空间辅助坐标系的相对应的坐标轴平行 原点P 选在Z1轴上 与S1的距离为mf 左片摄影中心S1坐标 0 0 mf 模型点坐标系 a2 3 3 4模型点坐标计算 双像解析摄影测量 解析法相对定向 模型 摄影测量 坐标计算公式 根据空间前方交会公式 模型的概念 用三维坐标描述的地面的几何形状 3 3 4模型点坐标计算 双像解析摄影测量 解析法相对定向 模型点坐标 3 4解析法绝对定向 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 主要内容 绝对定向元素 三维空间相似变换原理 相似变换参数计算 地面坐标计算 3 4解析法绝对定向 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 要确定立体模型在实际物空间坐标系中的正确位置 则需要把模型点的摄影测量坐标转化为物空间坐标 这种坐标系的变换 称之为立体模型的绝对定向 3 4 1绝对定向元素 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数称 目的 将建立的模型坐标纳入到地面坐标系统中 并归化为规定的比例尺方法 通过将相对定向建立的立体模型进行缩放 旋转和平移 使其达到绝对位置 O Zt Xt Yt 绝对定向元素 X0 Y0 Z0 绝对定向元素 3 4 1绝对定向元素 绝对定向元素的计算解算思路 多余观测 平差方法计算线性化列误差方程组成法方程解法方程 迭代运算 3 4 2三维空间相似变换原理 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 相似变换参数 X0 Y0 Z0 立体模型空间相似坐标变换 数学上是一个不同原点的三维空间相似变换 其公式为 3 4 2三维空间相似变换原理 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 相似变换参数 X0 Y0 Z0 3 4 2三维空间相似变换原理 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 三维空间相似变换方程线性化 记 式中 F0为用绝对定向元素近似值代入得到的近似值 3 4 2三维空间相似变换原理 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 偏导数 3 4 2三维空间相似变换原理 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 常数项 为解这七个未知数 至少需要两个平高控制点和一个高程控制点 或是两个平面控制点和三个高程控制点 且三个高程控制点不能在一条直线上 3 4 2三维空间相似变换原理 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 三维空间相似变换误差方程 设 则 3 4 2三维空间相似变换原理 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 法方程的建立与求解 量测2个平高和1个高程以上的控制点可以按最小二乘平差原理求绝对定向元素 3 4 3相似变换参数的计算 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 获取控制点的两套坐标Xp Yp Zp Xtp Ytp Ztp给定相似变换参数的初值 1 0 X0 Y0 Z0 0 计算地面摄测坐标系和空间辅助坐标系重心化坐标 计算误差方程式的系数和常数项解法方程 求相似变换参数改正数计算相似变换参数的新值判断迭代是否收敛 3 4 3相似变换参数的计算 双像解析摄影测量 解析法绝对定向 重心坐标的一般求法对参加解求绝对定向元素的控制点取其算术平均值求出 概念 选取模型的重心为坐标系的原点 用g表示 称为重心化坐标 重心坐标 重心化坐标 目的 减少模型点坐标在计算过程中的有效位数 以保证计算的精度使法方程的系数简化 个别项数值变为零 部分未知数可以分开求解 以提高计算速度 相似变换的误差方程 双像解析摄影测