摄影测量基础知识课件

第三章摄影测量基础知识,3-1航空摄影,一、摄影比例尺与摄影航高摄影比例尺：像片上与地面上之比；或主距与航高之比。特点：高度不同，比例尺不同。,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,测图比例尺,根据测图比例尺选择摄影比例尺,摄影比例尺的作用,实际进行航空摄影时，需要选定：测图比例尺，摄影比例尺；航摄仪：主距、像幅、航高航高差异小于5%，或小于50米。用于制定摄影计划。,3-1航空摄影,二、空中摄影过程制定摄影计划：已知条件：测区范围，摄影机像幅大小l与主距f，比例尺m与航高H，重叠度p%,q%。计算：摄影基线B与航线间隔D（考试要点）；选择航线；飞行路线；根据飞行速度，确定曝光时间间隔。,航向重叠度,同一条航线上，相邻像片的影像重叠程度。,旁向重叠度,相邻航线上的像片影像重叠程度。,航向相邻两个摄影站间的距离D,摄影基线,摄影基线,3-1航空摄影,二、空中摄影过程空中摄影：以航高、航向进入摄影区域，直线飞行。摄影处理：负片和正片，胶片和纸质像片。摄影成果验收。,3-1航空摄影,三、对摄影资料的基本要求影像的色调：清晰，反差适中，阴影。像片重叠：p%（6065）大于53%q%（3040）大于15%航摄漏洞：航测外业补救。3、像片倾角：,3、航摄倾角航摄倾角（像片倾角）:摄影主光轴与铅垂方向的夹角。,4、航线弯曲度航线弯曲度：航线两端像片主点间的直线距离L与偏离该直线最远的像主点到直线的距离L之比。,L,5、像片旋转角像片旋转角：相邻两张像片的像主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线间的夹角。,返回目录,返回目录,返回目录,返回目录,3-2中心投影的基本知识,一、中心投影与正射投影投影：用一组假想的直线将物体形状向几何面投影成像。中心投影：投影射线汇聚同一点的投影。投影中心S:中心投影射线的汇聚点。,3-2中心投影的基本知识,一、中心投影与正射投影1、正射投影、中心投影正射投影：投影射线相互平行且与投影平面正交的投影。,正射投影投影射线与投影平面正交,斜投影投影射线与投影平面斜交,投影射线平行于某一固定方向的投影的投影称为平行投影,3-2中心投影的基本知识,一、中心投影与正射投影1、正射投影、中心投影航片是地面景物的中心投影；地形图（包括影像地图）是地面景物的正射投影；,3-2中心投影的基本知识,一、中心投影与正射投影2、正片P与负片P位置关系；投影中心关系；材质。后期研究主要以正片位置为主。,3-2中心投影的基本知识,二、空间点、直线、线段、平行线组的中心投影1、空间点的投影：无法认定投影点的位置2、空间直线的投影：i：合点；t：迹点；与it的交线。3、空间线段的投影：化为直线的投影来解决。4、平行线的投影：相交于合点。,第三章第一次课结束,3-3航摄像片上特殊的点、线、面,一、航空像片上特殊的点、线、面1、地面E、像片P、摄影中心S2、主垂面W:过S与P、E都垂直。与P交于vv,主纵线：像片上的倾斜最大方向线；与E交于VV,摄影方向线：地面上的倾斜最大方向线。3、四条线：S像主点o地面主点OS像底点n地底点NS等角点c地面等角点CS主合点i,3-3航摄像片上特殊的点、线、面,一、航空像片上特殊的点、线、面4、P上的几条水平线：hchc等比线、hoho主横线、hihi合线。TT透视轴或迹线。5、J：循点。6、真水平面Es。,S,J,i,航摄像片中的重要点、线、面,面：地面E像片面P主垂面W真水平面Es线：迹线TT主光线SoO主垂线SnN摄影方向线VV主纵线vv等角线ScC主合线hihi主横线hoho等比线hchc,重要的点线面,点：摄影中心S像主点o地主点O像底点n地底点N等角点c地面等角点C主合点i主遁点J,3-3航摄像片上特殊的点、线、面,二、几何关系已知：主距f，像片倾角.,重要点线的数学关系,S,J,i,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,N,n,重要的点线特征,等角点特性在倾斜像片和水平地面上，由等角点c和C所引出的一对透视对应线无方向偏差，保持着方向角相等,C,c,重要的点线特征,等比线特性等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，不受像片倾斜影响,重要的点线特征,标准点位的投影结果。,O,v,v,3-3航摄像片上特殊的点、线、面,三、投影作图,已知E平面上有A点，在像平面上作对应的像a,S,A,作图步骤：1）找迹点T12）找主合点i3）连T1i与SA，交点为a,中心投影作图,主合点,迹点,已知E平面上有AB直线，在像平面上作对应的像ab,S,作图步骤：1）找迹点T12）找合点i13）连T1i1与SA，交点为a4）连T1i1与SB，交点为b5）a与b连线,中心投影作图,主合点,迹点,T1,已知垂直物面的空间直线AB，在像平面上作对应的像ab,S,作图步骤：1）按E面上点作图方式确定a2）找像底点n3）连接na4）na与SB的交点为b5）a与b连线,中心投影作图,主合点,迹点,3-4摄影测量常用的坐标系,两大类：像方坐标系物方坐标系。,一、像方坐标系,1、像平面坐标系以框标坐标系作为像平面坐标系原点：框标连线交点pX轴：航向框标连线方向Y轴：旁像框标连线方向,一、像方坐标系,2、像空间坐标系将像平面坐标系平移至S为原点。,一、像方坐标系,3、像空间辅助坐标系S-uvwS为原点。uvw与地面摄影测量坐标系（D-XYZ）平行。,二、物方坐标系,1、地面测量坐标系国家、城市或地方坐标系,二、物方坐标系,2、地面摄影测量坐标系原点：测区内的西南角。X轴：航线方向；两个控制点的连线，一般近似指向东。Y轴：与X垂直，指向北。Z轴：垂直向上。特点：右手系，摄影测量专用。,3-4摄影测量常用的坐标系,投影中心S、地面点A、像点a在各坐标系中的表示：,3-5航摄像片的内、外方位元素,概述：摄影瞬间方位元素：摄影瞬间航摄像片的空间位置与姿态内方位元素：外方位元素：,3-5航摄像片的内、外方位元素,一、内方位元素1、定义：摄影物镜后节点与像片之间相互位置的参数三个参数（f，x0，y0）2、特点：只与相机有关3、作用：内业测图时恢复投影中心与像片之间的关系。内定向。,3-5航摄像片的内、外方位元素,二、外方位元素1、外方位直线元素：描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值（XS、YS、ZS）。,N,第三章第二次课结束,3-5航摄像片的内、外方位元素,二、外方位元素2、外方位角元素：三个角元素(、)，表示摄影光束空间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）.,(1)外方位角元素示意图：,旁向倾角,航向倾角,像片旋角,3-5航摄像片的内、外方位元素,二、外方位元素角元素的几个说明：几何意义：俯仰角、侧滚角、旋转角。旋转轴：V（主轴)、旋转后的U、旋转后的W。符号的确定：从旋转轴的正向看，逆时针为正。两种直观的判别方法。,(2)以U轴为主轴的、.,航向倾角,旁向倾角，,像片旋角，,，,，,，,3）以V轴为主轴的A、,方位角A,像片倾角,像片旋角,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,一、像点的空间坐标变换式,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,一、像点的空间坐标变换式,又称为方向余弦。,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,一、像点的空间坐标变换式R矩阵为正交矩阵。,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,二、确定方向余弦,x,y,1、像点的平面坐标变换,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,二、确定方向余弦,2、像点a的三次空间坐标变换从像空间坐标系S-xyz到S-UVW。变换过程(、)与角元素旋转过程相反。(、),三次空间坐标变换矩阵,3、方向余弦的表达式,4、旋转矩阵R特点（1）正交矩阵：行列式的值，逆等于转置；（2）9个方位元素，3个独立的观测值；（3）当3个角元素为小角度时，得到近似值。（4）由方位余弦计算角元素的公式：,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,三、中心投影构像方程式：共线方程,R,中心投影的构像方程,U,V,W,u,v,w,D,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,三、中心投影构像方程式：共线方程在S-UVW坐标系中，从S出发的SaA三点共线，S为坐标原点：,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,三、中心投影构像方程式：共线方程,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,三、中心投影构像方程式：共线方程,第三章第三次课结束,3-6像点的空间直角坐标变换与构像方程,三、中心投影构像方程式：1、表达式,三、中心投影构像方程式,（1）共线方程用地面坐标表示像片坐标；当内外方位元素已知，一个地面点对应唯一的像点；可以根据地面点的位置计算在像片上的位置。可以根据地面点的位置计算在其在理想像片上的位置。制作正射影像图。,三、中心投影构像方程式,（2）逆算式用像点坐标表示地面坐标；内外方位元素已知，一个像点对应地面上的一条直线；方程的表达式本身就是空间直线方程的表达式。一张像片无法确定像点的空间位置，就像一只眼睛无法观察物体的远近一样。,三、中心投影构像方程式,3、共线方程的应用（1）利用控制点计算内外方位元素；（2）已知内外方位元素的条件下，求地面点的坐标；（3）求像点a在水平像片上的坐标。倾斜像片坐标与水平像片坐标之间的关系。,三、中心投影构像方程式,2、内外方位元素的获取方法（1）内方位元素：相机鉴定；（2）外方位直线元素（XS、YS、ZS）：GPS（3）外方位角元素(、)：IMU（4）传统方法：利用控制点解共线方程解算。,POS系统,3-7航摄像片上的像点位移,概述像点位移：同理想像片（像片水平、地面平坦）相比较，地面点在像片上构像的点位偏离了正确位置。产生原因：像片不水平、地面有起伏,3-7航摄像片上的像点位移,一、地面水平时，像片倾斜引起的像点位移,a,一、地面水平时，像片倾斜引起的像点位移,O,v,v,规律：过等角点c的辐射线上。（1）等比线上；（2）主横线上部；（3）主横线下部；（4）主纵线上。,已知主距=150mm，倾斜角等于3。试求图中各点像片倾斜引起的像点位移。,23cm23cm,C,v,v,3-7航摄像片上的像点位移,二、地形起伏在水平像片上引起的像点位移1、地形起伏在倾斜像片上的像点位移