工程摄影测量学--第02讲-航摄像片的投影关系与内外方位元素

1,工程摄影测量学,EngineeringPhotogrammetry,第二讲航摄像片的投影关系与内外方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,东北大学测绘遥感与数字矿山研究所,2,航空摄影的飞行质量的要求,复习,航摄比例尺与航高航片的重叠度像片的倾斜角航线弯曲度航片旋偏角,小于5%航向60，旁向303度36度,3,问题的引出,摄影测量是通过量测像片来获得地面目标的几何信息，这就要研究像片和地面之间的几何投影关系。,a,4,问题的引出,为什么相交？航空影像具有什么几何特点？,5,投影定义、中心投影与平行投影中心投影的主要特征（重点）,透视变换定义透视变换中的特别点、线、面主垂面内的几何关系(重点),内容安排,五种常用的坐标系统,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,一航摄像片的投影关系及其特征,二透视变换及其特别点、线、面,三常用的坐标系统(重点),四像片的方位元素(重点),像片的内方位元素像片的外方位元素,6,一航摄像片的投影关系及其特征,1、投影Projection,一个空间点按一定方式在一个平面上的构像，叫做该空间点的投影。,物点、像点、投射线、像面（承影面）,物点,投射线,像面,像点,CentralProjectionandElementsoforientation,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,7,2、平行投影与中心投影CentralProjection&ParallelProjection,投射线互相平行的投影，叫做平行投影。,正射投影（垂直投影）,一航摄像片的投影关系及其特征,CentralProjectionandElementsoforientation,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,8,CentralProjectionandElementsoforientation,地形图在局部范围内是地面的正射投影！航摄像片？,2、平行投影与中心投影,一航摄像片的投影关系及其特征,地形图是地面的什么投影？,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,9,CentralProjectionandElementsoforientation,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,10,投影中心CenterofProjection(COP).摄站,所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，叫做中心投影(CentralProjection)。,阴位：投影中心位于物和像之间。阳位：投影中心位于物和像同侧。,2、中心投影与平行投影CentralProjection&ParallelProjection,CentralProjectionandElementsoforientation,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,11,2、中心投影与平行投影CentralProjection&ParallelProjection,阳位与阴位之间的关系及转换,主距Principaldistance,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,12,2、中心投影与平行投影CentralProjection&ParallelProjection,航摄仪焦距(FocusLength)：物镜节点到焦点的距离像片主距（Principaldistance）：物镜节点到像平面的距离,关系？,CentralProjectionandElementsoforientation,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,13,3、航片是地面的中心投影,如何将中心投影的航摄像片转化为垂直投影的地形图，就成为了航空摄影测量学的主要任务之一。,4、中心投影的主要特征,点的中心投影是_。线段的中心投影是_。相交线段的中心投影是_。空间一组不与承影面平行的平行直线的中心投影是_。平面曲线的中心投影是_。空间曲线的中心投影是_。,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,14,点的中心投影,4、中心投影的主要特征,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,15,线段的中心投影,4、中心投影的主要特征,c,(d),第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,16,相交线段的中心投影,4、中心投影的主要特征,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,17,空间一组不与承影面平行的平行直线的中心投影。,4、中心投影的主要特征,线束的顶点是由过投影中心并与空间平行直线相平行的投射线与承影面的交点，称为合点。合点：空间一组不与承影面平行的直线无穷远点处的中心投影。,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,18,为什么相交？,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,19,平面曲线的中心投影,4、中心投影的主要特征,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,20,空间曲线的中心投影,4、中心投影的主要特征,S,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,21,点的中心投影一般是点（特例）。线段的中心投影一般是线段（特例）。相交线段的中心投影一般是相交线段。（特例）空间一组不与承影面平行的平行直线，其中心投影为一平面线束。平面曲线的中心投影一般是平面曲线。（特例）空间曲线的中心投影是平面曲线。,4、中心投影的主要特征,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,22,二透视变换及其特别点、线、面,1、透视变换定义（DefinitionofthePerspectiveTransform）,两个平面之间的中心投影变换，称为透视变换。在透视变换的情况下，投影中心称为透视中心。,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,23,2、透视变换中的特别点、线、面（EspecialPoints、Lines、Planes）,基本要素（S、P、T）,主垂面（W）,特殊面（3）：,真水平面（G）,遁面（R）,二透视变换及其特别点、线、面,G,R,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,24,T,特殊线（8）：,透视轴（tt）,基本方向线（KV）,主纵线（iV）,灭线（kk）,真水平线（gg）,主垂线(SN),2、透视变换中的特别点、线、面（EspecialPoints、Lines、Planes）,V,N,i,G,R,K,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,25,特殊点（9）：,像主点（o）,地主点（O）,像底点（n）,地底点（N）,主灭点（K）,主迹点（V）,主合点（i）,像等角点（c）,地等角点（C）,T,N,i,G,R,K,c,C,n,V,主横线(hoho),等比线(hchc),2、透视变换中的特别点、线、面（EspecialPoints、Lines、Planes）,SO：主光轴,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,26,A0,a,a0,A,n,N,底点特性:铅垂线在像平面上的构像位于以像底点n为辐射中心的相应辐射线上.,2、透视变换中的特别点、线、面（EspecialPoints、Lines、Planes）,底点特性,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,27,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,底点特性:铅垂线在像平面上的构像位于以像底点n为辐射中心的相应辐射线上.,A0,a,a0,A,n,N,28,iS=KV=ic=f/siniV=SK=KC=?Vc=VC=iV-iS=?io=oc=on=cn=KN=?NC=?NO=?CO=?,3、主垂面内的几何关系（GeometryOfPrincipalVerticalPlane）,透视平行四边形（iSKV）,透视指数,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,Page24,H,29,？,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,数学分析方法第一步：数学描述，建立坐标系第二步：建立关系方程,a,o,f,航摄像片是地面的中心投影。如何建立像点与地面点之间的关系？,30,飞行方向,1、框标坐标系(o-xy),三常用的坐标系统,o,如何表示像点量测坐标？,2、扫描坐标系(AIJ),用于表示扫描后数字影像的量测象素坐标,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,31,飞行方向,1、框标坐标系(o-xy),三常用的坐标系统,o,大地坐标系是指高斯平面坐标和高程所组成的左手空间系；描述地面点的空间位置；摄影测量的成果最终转化到该坐标系中。,3、大地坐标系,用于表示像点量测坐标。,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,32,三常用的坐标系统,SO：主光轴,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,33,像平面坐标系o-xy表示像点在像平面内位置的平面直角坐标系。,三常用的坐标系,原点、轴向、作用,x,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,34,像空间坐标系s-xyz表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。,原点、轴向、作用,三常用的坐标系,(x,y,-f),(x,y,-f),O,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,35,摄影测量坐标系S-XYZ,原点、轴向、作用,像空间和物空间过渡性的坐标系；用于表示模型空间各点的位置，也可表示像点的空间位置。X轴大体上与航线方向或者反方向一致，Y、Z轴分别接近水平和铅垂。右手系,三常用的坐标系,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,36,原点、轴向、作用,地面辅助坐标系,过渡性的地面坐标系统。Z轴铅垂的摄影测量坐标系为地面辅助坐标系。摄影测量成果都在地面辅助坐标系中表示。简称地辅系。,三常用的坐标系,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,37,1、常用的坐标系统(CoordinateSystem),像空间坐标系,摄影测量坐标系,地面辅助坐标系,大地坐标系,像平面坐标系,三常用的坐标系统,Photocoordinatesystem,Imagespacecoordinatesystem,Photogrammetriccoordinatessystem,Geodeticcoordinatesystem,Objectspacecoordinatesystem,扫描坐标系,Scancoordinatesystem,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,38,框标坐标系,像空间坐标系,地面辅助坐标系,大地坐标系,像点,地面点,摄影测量,关系？,关系？,已知,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,39,框标坐标系,像空间坐标系,地面辅助坐标系,大地坐标系,像点,地面点,摄影测量,关系?,内方位元素,关系?,四像片的方位元素Elementoforientation,关系已知,？,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,40,四像片的方位元素Elementoforientation,内方位元素,投影中心对航摄像片的相对位置叫做像片的内方位；确定内方位的独立参数叫做内方位元素。,确定投影中心对像片的相对位置的参数；,x,y,z,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,41,四像片的方位元素Elementoforientation,内方位元素,框标坐标系、像平面坐标系、像空系之间的关系,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,42,四像片的方位元素Elementoforientation,内方位元素,每条摄影光线在像空系中有一个确定的方向。,作用：1、像点的框标坐标系向像空系的改化；2、确定摄影光束的形状；,S,x,y,o,a,A,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,43,框标坐标系,像空间坐标系,地面辅助坐标系,大地坐标系,像点,地面点,摄影测量,关系?,内方位元素,关系?,四像片的方位元素Elementoforientation,关系已知,？,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,44,外方位元素,确定摄影时像空系在地辅系中位置和方向的元素叫做航摄像片的外方位元素。,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,45,四像片的方位元素Elementoforientation,外方位元素,外方位线元素:确定像空系的原点S在地辅系中的坐标；外方位角元素:确定像空系三轴在地辅系中的方向。,确定像空系在地辅系中位置和方向所需要的元素。,线元素,角元素,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,46,四像片的方位元素Elementoforientation,确定像空系的原点S在地辅系中的坐标；,外方位线元素,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,47,Z,Y,X,确定像空系三轴在地辅系中的方向。,S,o,x,y,z,四像片的方位元素Elementoforientation,外方位角元素,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,48,1)系统,偏角。z轴在XZ坐标面上的投影与Z轴的夹角。,倾角。z轴与XZ坐标面之间的夹角。,旋角。Y轴在xy坐标面上的投影与y轴的夹角。,确定x，y轴在自身平面内的方向,确定z轴的方向,作用,逆时针方向为正,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,49,o,x,y,y,x,z,S,Y,X,Z,o,1)系统,偏角。z轴在XZ坐标面上的投影与Z轴的夹角。,O,M,N,倾角。z轴与XZ坐标面之间的夹角。,旋角。Y轴在xy坐标面上的投影与y轴的夹角。,h,确定x，y轴在自身平面内的方向,确定z轴的方向,作用,逆时针方向为正,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,50,S-XYZ,S-XYZ,第一次旋转,1)系统,绕Y轴,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,51,1)系统,S-XYZ,第二次旋转,绕X轴,x,y,X,X,Y,Z,S,S-XYZ,o,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,52,1)系统,绕Z轴,S-xyz,第三次旋转,Z,X,Y,S,S-XYZ,Y,X,o,z,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,53,S-XYZ,S-xyz,Y-X-Z,1)系统,地辅系,像空系,x,O,以Y为主轴的外方位角元素,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,54,2）系统,倾角。z轴在YZ面上的投影与Z轴的夹角。,偏角。z轴与YZ面之间的夹角。,N,O,M,E,旋角。X轴在xy坐标面上的投影与x轴的夹角。,h,逆时针方向为正,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,55,2）系统,S-XYZ,X-Y-Z,S-xyz,N,O,M,E,地辅系,像空系,？,以X为主轴的外方位角元素,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,Ce