第3章--摄影测量基础知识 3

第三章拍摄测量的基础知识，3.1航空摄影3.2中心投影的基本知识3.3航空摄影上的特殊点，线，面3.4拍摄测量常用的坐标系3.5航空摄影上，外方位要素3.6像点的空间直角坐标变换3.7中心投影构造像方程式3.8航空摄影上的像点位移，制定航空摄影计划，决定摄影区域范围， 选择航空照相机，决定拍摄比例尺的拍摄航海高度、必要的脸部照片数量、日期等，一、航空拍摄前的准备作业、3.1航空拍摄、1 .拍摄区域面积大或拍摄区域地形复杂时，分区进行拍摄2 .航空照相机的选择、综合法测量图、长焦距窄角、全能测量图、中焦距常角或广角， 平坦地区的大比例尺测量图，非平坦地区，3 .摄影比例尺(脸部照片比例尺)的确定严密的定义：平均比例尺，摄影比例尺的定义，h是摄影瞬间照相机的物镜中心相对于摄影区域的平均标高面的距离，摄影比例尺的选择必须考虑作图比例尺，测量方法，作图精度， 另外，还必须考虑到经济性及航空照片今后的可用性，航空照片比例尺与作图比例尺的关系，4 .确定拍摄航空高度拍摄航空高度：将拍摄区域内的平均海拔面作为拍摄基准面时，从照相机的物镜中心到该面的距离，相对航空高度：相对于某基准面的高度，绝对航空高度：相对于平均海面的高度，航空高度： 另外，在空中摄影、曝光的瞬间，摄像机的物镜所处的空间位置被称作摄像站。 航道方向上相邻的两个摄影站的空间连接称为摄影基线，通常用b表示。 以测图为目的的航空摄影多采用垂直摄影方式。 相邻的脸部照片之间有一定的重叠。 1、图像色调要求面部照片清晰，色调一致，对比度适中，三、照片测量生产是对照片资料的基本要求，航拍时倾斜角在2度以下，最大在3度以下。 2 .相对于面部照片倾斜角的要求，方向的重叠和横向的重叠，方向的重叠：同一航道内的相邻面部照片应该重叠一定范围的影像，3 .面部照片的重叠要求，横向的重叠：相邻路线的相邻面部照片应该重叠一定范围的影像，面部照片的重叠是进行立体观察、测定以及面部照片连接的必要条件。 航向重叠：同一航道内相邻照片应重叠一定范围的图像，一般情况下，航向重叠度不得超过60%-65%，最小不得超过53%。 航向重叠度：地面平坦，照片水平飞行时，摄影基线长度：横向重叠：相邻路线的相邻照片应重叠一定范围的图像，一般情况下，横向重叠度不得超过15%。 保持在30%-40%之间。 横向重叠度：B=ml*(1-p% )，4 .相对于航线弯曲的要求路线的弯曲：根据地上物的影像使一条路线内的脸部照片重叠，各脸部照片的像主点未连接在一条直线上，弯曲的折线线的弯曲度：路线的两端与脸部照片的像主点间的直线距离l， 从该直线最远的摄像主点到直线的距离之比5 .要求脸部照片的旋转角度相对于脸部照片的旋转角度：相邻的两个脸部照片的主点的线与沿着图像的航线的两个框的线之间的角度一般不足6度，不能个别超过8度。 此外，连续三张面部照片的旋转角度不得超过6度。 相片旋转角度过大，立体影像的有效范围减小，6 .对航空高度差的要求航空高度差：空中拍摄时飞行高度的变化量，同一航道的相邻航空照片的航空高度差不得超过30米，最大航空高度和最小航空高度的差不得超过50米。航空摄影区域内实际航空高度与设计航空高度之差不得超过设计航空高度的5%。 四、空中摄影质量评定(1)负片上的图像是否清晰、帧图像是否齐全、帧周围的指示装置的图像(例如水准气泡等)是否清晰；(2)由于太阳高度角的影响，地物的影子长度是否超过摄影规范的规定； 地物的暗部分和亮部分的细节是否明确(3)航空摄影底片是否有云影、伤痕、乳剂层脱落等现象(4)底片上的黑色是否满足要求，图像的对比度等不得超过规范的要求(5)带的直线性、带间的平行性、带间的平行性3.2中心投影的基本知识，摄影测量是通过测量人脸摄影得到地面目标的几何信息，研究人脸摄影与地面的几何投影关系。、一、中心投影与正射投影、投影：以一组虚拟直线将物体形状投影到几何面而成像、投影、中心投影：所有投影线或其延长线通过一个固定点的投影。 平行投影：投影线相互平行的投影。 分为倾斜投影和正射投影。 投影中心centerofprojection (COP ).摄影处、中心投影、斜投影、正射投影(垂直投影)，地形图为地面正射投影！ 航空照片？ 地形图是地面的什么样的投影，二是航空照片是地面的中心投影，照片测量图的主要任务之一是正射投影，三是中心投影的正位置和负位置，负位置(负位置):投影平面和物点在投影中心的两侧，正位置(正位置):投影平面和物点在投影中心的同一侧， 正位置与负位置之间的关系和变换，无论主距离是正位置还是负位置，像点与物点之间的几何关系都不变，数学公式不变，透视变换定义(definitityoftheperspectivetransform )，两个平面之间的中心投影变换为对于透视变换，投影中心称为透视中心。 第二次航海照片投影关系和方位要素，centerprojectionprojectionandelementsoforientation，3.3航空照片上的特殊点，线，面，1 .航空照片上的重要点，线，面，透视变换：两个平面之间的中心投影变换。 像主点o :投影中心s在投影面p上垂线(主光轴与像平面的交点) . 脸部照片主距离f :从投影中心s到像平面p垂直距离. 像底点n :通过投影中心s的铅直线与像平面的交点。 主垂直面w :通过主光轴so和垂直线sn的垂直面。 主纵线vv :主垂直面w与像平面交线。 摄影方向线vv :主垂直面w与地面交线. 等角点c:osn的二等分线与像平面的交点。 点I :地面上(平行线组)无限远点的中心投影。 痕迹t :物体像的双重点。 合线hihi :通过投影中心s，与地面平行的水平面和像平面的交线(合点的集合)。 等比线hchc :超过等比点c且超过与合线平行直线主横线hoho :主点o且满足与合线平行的直线、2 .重要点、线的数学关系：A0，A0，a，n，n，底点特性：的垂直线，像平面上的像位于以像底点n为放射中心的对应放射线上第二次航拍投影关系和方位元素conterprojectionprojectionandelementsoforientation，3 .重要点，线性质，Si平行于CV，Si1平行于CK，因此等角点的特性：地面为水平时，以等角点为中心，在像平面和地面上任意一对等比线的特性：等比线的构图比例尺等于水平面部照片上的摄影比例尺f/H，四是透视变换作图、透视作图的基本方法：在确定投影中心、合线和透视轴的基础上，利用合点和二重点或隐居点和二重点，可以根据像面上的点、线或几何图形求出物体面上的透视对应点、线，反之亦然。a、b、I、t1、b、 第二次航海照片投影关系和方位要素，centerprojectionprojectionandelementsoforientation，数学分析方法的第一步：建立数学描述，坐标系的第二步：关系方程式，a，o，f，航空照片是地面的中心投影。 如何建立点与地面点的关系？ 1、平面上的坐标系，3.4摄影测量中经常使用的坐标系，1 .框坐标系，框坐标，方框坐标，坐标轴的正方向由右手法则决定。 2 .成像平面坐标系(o-xy )原点：成像主点ox和y轴分别平行于框坐标系的x和y轴。 另外，图像平面坐标系与框坐标系的变换：第二，图像空间正交坐标系Sxyz，原点：摄影中心Sx，y轴：分别平行于o-xy轴z轴：的摄影方向So，oS方向是右手系，每个脸部照片的图像空间正交坐标系是独立的。 另外，若知道摄像点的摄像平面坐标，则可得到该摄像点的摄像空间直角坐标。 s、3、像空间辅助坐标系S-uvw、原点：拍摄站点s坐标轴可根据需要选择。 第1个是u、v、w轴系分别与地面照片测量坐标系平行，第2个是将各路线内的最初的脸部照片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系。 第三，将每个面部照片对的左照片中心设定为坐标原点，摄影基线方向设定为u轴，由摄影基线和左照片的主光轴构成的平面设定为uw平面，并且构成右手正交坐标系。 四、地面测量坐标系(T-XTYTZT )地面测量坐标系通常指在房屋测量图中采用的高斯-克里格三度带或六度带投影的平面直角坐标系(例如，1980年西安坐标系)和高程坐标系(例如，1985年黄海高程系)。 坐标原点：测量区内的地面点x轴：航路方向z铀：与垂直线方向右手直角坐标系大致平行。 设置原因：空间辅助坐标系采用右手系，地面测量坐标系采用左手系，给空间辅助坐标系向地面测量坐标的转换带来困难。 因此，确立了被称为地面摄影测量坐标系的过渡性坐标系。 五、地面摄影测量坐标系(D-XtpYtpZtp )、w、v、w、3.5航空照片的内外方位要素、脸部照片的方位要素：航空照片的瞬间、确定照片中心和脸部照片在地面上设定的空间坐标系中的位置和姿势的参数称为脸部照片的方位要素。 分为内向要素和外向要素。 另一方面，脸部照片(照相机)的内方位要素内方位要素：记述照片中心与脸部照片之间的关联位置的参数，照相机主距离(脸部照片主距离) f像主点o在框坐标系中的坐标x0、y0、二、外方位要素是在恢复了内方位要素的基础上确定脸部照片摄影瞬间在地面坐标系中的位置和姿势的参数， 1 .外部位线元素反映成像瞬间，并且用XS、YS、ZS表示照片中心s在所选择的地面空间坐标系中的坐标值。 一张照片表示6个外部方位要素、3个线要素、3个角要素、2 .外部方位要素、摄影光束的空间姿势，或者表示单面的空间姿势。 其中两种用于确定照相机的主光轴的空间方向，另一种用于确定脸部照片在摄像面内的方向。 1 )以v轴为主轴的、偏航角、脸部照片滚转角、2 )以u轴为主轴的、以、w轴为主轴的a、方位角a、脸部照片滚转角、脸部照片滚转角、其中，外方位要素为(1)内，外方位要素均为常数(2)内所有外部方位元素都是变量(3)中的内部方位元素是常数，而外部方位元素是变量，使得三个外部方位元素可以认为理想的面部图片中的摄像机光轴从第一个垂直方向开始围绕空间坐标轴顺序地连续旋转了三次。首先围绕第一轴旋转角度，其馀两个轴的空间方位一起变化，进一步围绕变化的第二轴旋转角度，使其旋转两次，结果，以达到使照相机的主光轴恢复的空间方位的最后两次变化的第三铀(主光轴)为中心旋转的角度，即脸部照片在自己的平面内以像的主点为中心旋转、S-XYZ，S-UVW，第一次旋转，S-XYZ，第二次旋转，x轴，x，y，z，S-XYZ，o，z轴，S-XYZ，第三次旋转，z，x，y，S-XYZ，y o、z、3.6像点坐标变换，1 .原点相同但坐标系轴方向不同的平面坐标变换，1 .像点平面坐标变换，逆式为：2 .原点，坐标系轴方向不同的平面坐标变换，逆式为：2，像点空间坐标变换，1 .空间直角坐标变换的通常形式，r被称为旋转矩阵，是一个正交矩阵，r是旋转矩阵。 由于由三个独立参数确定并且正交矩阵的特性空间(或平面)直角坐标变换是一个正交变换，因此旋转矩阵是一个正交矩阵。 正交矩阵的倒置矩阵等于其逆矩阵。 的双曲馀弦值。 在新旧坐标系为相同的左(或)手系的情况下，值为1，在此时将对应的矩阵称为旋转矩阵的新旧坐标系为左手系、右手系的情况下，该值为-1。 此外，正交矩阵的各个元素之间的关系：任何行(或列)的各个元素的平方和等于一的任何两行(或列)的对应元素积之和等于零的各个元素等于代数馀数表达式或反编号。 2 .图像点的空间直角坐标变换，将某个图像点a点在图像空间直角坐标系中的坐标设为(x，y，z)(z=-f )，将图像空间辅助坐标系中的坐标设为(u，v， w )、1 )以v为主轴，系统表示方向馀弦，S-uvw根据围绕v轴旋转角度决定s-xyz、方向馀弦，s-xyz根据围绕x轴的旋转角度s-xyz以z轴为中心旋转到s-xyz(s-xyz )， 两个坐标系中成像点的转换表达式是a1=coscos- sinsinsina2=-cossin- sincosa3=-sincosb1=cossinb2=coscosb3=-sinc1=sincoscossinsin 如果求出ncosc3=coscos、旋转矩阵中的9个要素值，则可求出相应的角要素。 法则：如果知道旋转角度以轴为中心旋转的顺序，就可以立即写出总旋转矩阵。 换句话说，每个旋转矩阵的联乘。 在每个旋转矩阵中，当围绕一个轴旋转时，与该轴对应的三维矩阵中的对应位置处的元素是1，与其他轴的方向馀弦是0，除此之外是平面旋转变化。 2 )以u轴为主轴， 系统坐标转换a1=coscosa2=-cossina3=-sinB1=cossin- sinsincosB2=coscossinsinB3=-sincosC1=sinsincos s- cossinsinc3=coscos，3 ) 以w轴为主轴的av系统的坐标转换a1=cosa cocosvsinacossinva2=-cosas invsinacoscosva3=-sinasinb1=-Sina cocosvcosacossinvb2=sinasincosacoscosvb 对于由sinio svc3=cos，1，3个三角元素构成旋转矩阵2