《摄影测量学》第二章-摄影的基本知识

第二章摄影的基本知识,第二章摄影的基本知识,中国地质大学江城学院测绘工程专业,2.1、摄影的基本原理与摄影机,摄影是根据小孔成像原理，在小孔处安置一个摄影物镜，在成像面放置感光材料，物体投射光线经摄影物镜后聚焦于感光材料上，感光材料受成像光线的光化学作用后生成潜像，再经过摄影处理得到光学影像。,一、摄影的基本原理,负片和正片负片：对黑白摄影而言，黑白灰度与被摄物的明亮程度相反。正片：黑白灰度与被摄物的明亮程度一致。,2.1、摄影的基本原理与摄影机,一、摄影的基本原理,2.1、摄影的基本原理与摄影机,一架复杂的照相机可以用一个很简单的示意图来表示。照相机起码由机体（暗箱）、镜头、快门等几个部分所组成。在使用时还要加装胶片（数码照相机除外）。,二、摄影机的基本结构,2.1、摄影的基本原理与摄影机,镜头光圈快门调焦器取景器机身,二、摄影机的基本结构,摄影机物镜是摄影机中重要的部件，其品质的好坏直接决定了被摄物体的影像质量。物镜的作用是聚集来自镜头前面的光束，并在胶片上聚焦，取得清晰可辨的影像。,2.1、摄影的基本原理与摄影机,二、摄影机的基本结构,1、摄影物镜,2.1、摄影的基本原理与摄影机,二、摄影机的基本结构,1、摄影物镜,2.1、摄影的基本原理与摄影机,1、摄影物镜,二、摄影机的基本结构,2.1、摄影的基本原理与摄影机,2、成像公式,此公式表示物点经过光学系统后能获得清晰构象的条件公式，也称为高斯透镜公式。,另外一种表示法：,也称牛顿透镜公式。,2.1、摄影的基本原理与摄影机,3、光圈和光圈号数,二、摄影机的基本结构,多片金属叶片组成，装在镜头透镜中间,利用张合进光孔的大小，控制进光照度,作用：控制曝光量控制景深影响成像质量,光圈：焦距与有效直径的比值光圈系数越小，光圈越大，到达底片的光线越多邻刻度的进光量相差倍,2.1、摄影的基本原理与摄影机,3、光圈和光圈号数,二、摄影机的基本结构,2.1、摄影的基本原理与摄影机,4、景深和无限远点,二、摄影机的基本结构,2.1、摄影的基本原理与摄影机,4、景深,如果此圆形足够小，肉眼依然可被视为点的成像。这个可以被接受的最大直径被称为容许弥散圆直径。人眼在明视距离（眼睛正前方30厘米）能够分辨的最小的物体的尺寸大约为0.125mm。,(1)、镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；(2)、镜头焦距：镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；(3)、拍摄距离：距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。,景深与物距、光圈号数及物镜焦距有关。物距愈大或光圈号数愈大，景深也愈大、在摄影时宁愿取较大光圈号数，即较小的相对孔径，而增长曝光时间、以增大景深。使摄影对光不很准确时，仍可获得清晰影像。当物镜对光无穷远，像面位于焦面处，这时设离物镜距离为D的某近物点，在像面上像点的模糊圆直径等于允许的极限值，那么比该物点更远的所有景物都能在对光于无穷远时的像面上取得清晰的构像。在焦面上能构成清晰影像的最近物距称为无穷远起点。无穷远起点就是对光于无穷远时景深的近景点距离，它将随光圈号数等因素而定。,2.1、摄影的基本原理与摄影机,4、景深和无限远点,二、摄影机的基本结构,2.1、摄影的基本原理与摄影机,作用：控制曝光量抓拍运动物体,利用开启时间长短控制进光时间B、T、1、2、4、8、15、30、60、125、250、500、1000相邻两档快门的曝光量相差1倍,5、摄影机快门,二、摄影机的基本结构,量测用摄影机的结构与普通摄影机基本相同，但其在镜头精密程度及结构上则更为精密和复杂，具备良好的光学特性，其物镜的畸变差要小，分辨力要高，透光率强，摄影机结构稳定。同时能根据设计要求，进行自动连续航摄。,2.1、摄影的基本原理与摄影机,三、摄影机简介,1、量测用摄影机,1、量测用摄影机,量测用摄影机的三个特点1：量测用摄影机的像距是一个固定值，几乎等于摄影机物镜的焦距。2：量测用摄影机承片框上具有框标。3：量测用摄影机的内方位元素是已知的。,2.1、摄影的基本原理与摄影机,三、摄影机简介,1、量测用摄影机,光学框标,机械框标,三、摄影机简介,1、量测用摄影机,2.1、摄影的基本原理与摄影机,利用安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影,航空摄影,2.3、航空摄影的基本要求,2.3、航空摄影的基本要求,像场：物镜焦面上中央成像清晰的范围,像场角,常角：(视场角100。),像场角：像场直径对物镜后节点的夹角,2.3、航空摄影的基本要求,航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面,航空摄影,2.3、航空摄影的基本要求,摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于30，夹角为像片倾角,竖直摄影,2.3、航空摄影的基本要求,沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠,航空摄影,2.3、航空摄影的基本要求,一、相片重叠度,航向重叠度,2.3、航空摄影的基本要求,一、相片重叠度,旁向重叠度,2.3、航空摄影的基本要求,一、相片重叠度,航向相邻两个摄影站间的距离,摄影基线,摄影基线,2.3、航空摄影的基本要求,一、相片重叠度,f为摄影机主距，H为航高,视摄影像片水平、地面取平均高程时，像片上的线段l与地面上相应的水平距L之比为摄影比例尺,摄影比例尺,2.3、航空摄影的基本要求,二、摄影比例尺,测图比例尺,2.3、航空摄影的基本要求,二、摄影比例尺,摄影测量对飞行质量的基本要求像片比例尺是由摄影机的主距和摄影的高度来确定的：式中m为像片比例尺分母，f为摄影机主距，H为摄影高度或称航高。按照摄影测量要求，像片比例尺分母的相对误差一般不应超过5。因此，空中摄影测量飞行航高H的变换量也称航高差应限制为：,2.3、航空摄影的基本要求,二、摄影比例尺,另外，测量规范还规定同一航带内最大航高与最小航高之差不得大于30m；摄影区域内实际航高与设计航高之差不得大于50m。这里的航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的高度，从该水准面起算向上为正号。根据所取基准面的不同，航高可分为相对航高和绝对航高。相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度，常称为摄影航高。它是相对于被摄区域内地面平均高程基准面的设计航高。是确定航摄飞机飞行的基本数据，按Hmf计算得到绝对航高是相对干平均海平面的航高，是指摄影物镜在摄影瞬间的真实海拔高度。通过相对航高H与摄影地区地面平均高度h平均。计算得到H绝Hh平均,航线弯曲度：航线最大弯曲矢量与航线长度之比的百分数。要求航线弯曲度3%,航线弯曲,2.3、航空摄影的基本要求,三、航带弯曲度,一张像片上相邻主点连线与同方向框标连线间的夹角。要求像片旋角60,像片旋角过大会减少立体像对的有效范围,像片旋角,2.3、航空摄影的基本要求,四、像片旋角,1、摄影机物镜畸变差这种误差是系统误差，无法彻底杜绝；它是摄影机本身在制造过程中产生的；2、底片变形感光材料在摄影、摄影处理、负片保存的过程中，常会发生感光材料的变形。,2.4、航摄像片的误差及处理,传统航摄像片,3、大气折光的影响大气密度随着高度的增大而减小，大气的折射率也随高度增大而减小。因此，摄影光线通过大气时就不是沿理想的直线前进，而是一折线。地面A点的理想构想为a，实际光线通过物镜后成像于a的位置，aa就是像点位移的距离。这种大气折光引起的像点位移及改正公式如下：,2.4、航摄像片的误差及处理,4、地球曲率对像点坐标的影响地球的水准面是曲面，而地形面的基准面是一水平面，摄影的像片平面在摄影测量处理中是取与水平面平行，这样地面上点的构像于像片平面上是要受到影响的。,当不考虑大气折光差的影响时，地面点A在像片上的构像为a点。A点在