第三章摄影测量学2

,第三章摄影测量学,海洋科学学院海洋信息工程系,沈蔚博士shen,空间测量与制图4209903,目录,3.2摄影测量学基本原理,3.3平面与立体摄影测量,3.4空中三角测量与DEM,3.5数字摄影测量,3.1摄影测量学概述,3.6数字摄影测量与计算机视觉,3.2摄影测绘学基本原理,3.2.1航空摄影机3.2.2摄影比例尺3.2.3空中摄影3.2.4航空摄影坐标系3.2.5航片的内外方位元素3.2.6中心投影构像方程与投影变换,3.2摄影测绘学基本原理,航空摄影测量所得到的影像一般都是中心投影，而平常所使用的地形图则一般是正射投影，把中心投影的航摄影像纠正到正射投影的地形图是摄影测量学的主要任务之一。,正射投影：投射线垂直于投影平面。像片(或地图)比例尺处处一致，而日与投影距离无关。中心投影：投射线汇聚一点的投影。以一固定点为中心散射的一束连接空间物点的几何直线，被一平面所截，在平面上获得一组该束几何直线的交点。,3.2.1航空摄影机,概念航空摄影是以飞机、气球等飞行于大气层中的飞行器作为摄影平台。与航天遥感区别？航空摄影机小孔成像原理，在小孔处安装摄影物镜，在成像处放感光材料。拍摄时也通过快门瞬间开启，直接在感光材料上感光，经过暗室显、定影，形成底片，再经接触晒印，获得的正像即为航空像片。,航空摄影机结构图,航空摄影机基本参数,像机焦距（f）航空摄影机物镜中心到底片面的距离，称为航摄机主距，常用f表示。与物镜焦距的关系？像幅有18*18cm2与23*23cm2两种。主距长焦距（200mm）;中焦距（100200mm）短焦距（100o）,1）画幅式摄影机主要由收集器物镜和探测器感光胶片组成，暗盒、快门、光栏及机械传动装置等。自动暴光控制装备（太阳高度角，地物发射亮度等）;自动卷片；时间控制器像移改正装置（飞行器运动引起像移）如RMKA30/23摄影机f:305.18mm;像幅：2323mm；H:250km;1/m:1:820000;4-6s暴光一次。,航空摄影机类型,2）缝隙摄影机又称航带摄影机。在摄影瞬间获取影像，与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像。连续暴光，不需要快门。,Wp:航摄软片卷绕速度Wi:影像在航摄机焦平面内移动速度。W:飞机地速。,瞬间获取的一条缝隙宽度的影像，为中心投影。航迹线影像为正射投影，而其它部分影像为多中心投影。,航空摄影机类型,3）全景摄影机在物镜焦平面上平行于飞行方向设置一狭缝，随物镜作垂直航线方向扫描。由于物镜摆动的幅面很大，可将航线两边地平线内的影像摄入底片，故称全景摄影机。,扫描方向,飞行方向,航线,摆动物镜筒,缝隙,航空摄影机类型,4）多光谱摄影机多镜头型多光谱摄影机：由多个物镜构成的摄影机。单镜头分光束多光谱摄影机：在物镜后加分光装置，将光分解成多个光束；或利用响应不同波段的多感光层胶片进行多光谱摄影。,航空摄影机类型,3.2.2摄影比例尺即航片上某线段l地面相应线段的水平距离L之比，称之为摄影比例尺1/m。平坦地区、摄影时像片处于水平状态（垂直摄影），则像片比例尺等于像机焦距（f）与航高（H）之比。,f,H,比例尺=f/H,像平面,投影中心,地物,地面起伏，使得一张像片不同像点的比例尺变化。,f,H0,h1,h2,比例尺：,3.2.3航空摄影航摄设计：航摄比例尺：航摄比例尺大于测图比例尺。航线敷设（航高；航向）确定航线数及航高，航线按东西向直线飞行。航摄季节与时间：季节主要考虑气象条件和航测目的。根据太阳高度角和阴影倍数确定航摄时间。航摄仪器与软片选择参考：国家标准GB/T15661-1995地形图航空摄影规范,负片：已感光的底片经摄影处理后，所得到的是负片(航摄底片)正片：利用负片接触晒印在相纸上，得到正片。,航向重叠60%,旁向重叠30-20%,航向,Strip3,Strip2,Strip1,单片摄影,航摄设计实例,航空调查：晋城城市环境1)飞行平台与传感器选择双水獭飞机（低空、低速200280公里/小时、夜间自动导航）RC-10型航空摄影仪国产JHY-2热红外扫描仪器(工作波段814微米及35微米；空间分辨率1毫弧度；温度灵敏度0.1oC),2)图像比例尺城市航空遥感摄影比例尺主要考虑能否识别最小的城市要素（对应的影像尺寸不小于0.5mm.摄影死角区不大于3米。成像比例尺为：1/10000,航摄实例,航摄实例,3)像片重叠率彩红外像片航向重叠率不小于60旁向重叠率不小于15热红外扫描图像要求能接边。4)成像时相和大气条件中晚秋有利于林地，草地和农田区分。选择晴朗无云天气或能见度高的阴天。,测区飞行设计（彩红外）,航线布置示意图,测区边界点经纬度,测区飞行设计（热红外）,航线布置示意图,测区边界点经纬度,3.2.4航空摄影坐标系,像平面坐标系,选择适当坐标系定量描述像点和地面点，利用坐标系变换，从像方测量出相应点在物方的坐标。,物方空间坐标系,像空间坐标系,像空间辅助坐标系,中心投影：投射线汇聚一点的投影。以一固定点为中心散射的一束连接空间物点的几何直线，被一平面所截，在平面上获得一组该束几何直线的交点。正射投影：投射线垂直于投影平面。像片(或地图)比例尺处处一致，而日与投影距离无关。,像平面坐标系（框标坐标系）用来表示像点在像平面上的位置。通常以像主点为坐标原点，并采用右手坐标系，在数字摄影测量中，常常根据框标来确定像平面坐标系，称为相框坐标系。像平面坐标系在解析计算中常根据框标来确定像平面坐标系,存在两种情况:,1、当框标处在影像四边的中间时，以像片四边中点处的两对相对的像框标的连线作为xy轴。2、当框标处在影像四个顶点时，以像片四个顶点上的两对相对的像框标的连线的交点作为坐标原点，以对角框标夹角的平分线作为xy轴。,航片注记,1)Agrayscalestepwedge;2)notepad;3)altimeter4)fiducialmarks;5)clock;6)lensconeserialnumber;7)focallengthinmm;8)framenumber;9)missiondata;10)Navigationdata(invisible),框标,压平线,像空间坐标系以摄影中心S为坐标原点，x，y轴与像平面坐标系的x，y轴平行，z轴与主光轴重合，形成如图的像空间右手直角坐标系S-xyz。在这个坐标系中，每个像点的z坐标都等于-，而x，y坐标也就是像平面上的像点坐标x，y，即像点的像空间坐标为x，y，-。像空间坐标系是随着像片所处的空间位置而定，因此每张像片的像空间坐标系是各自独立的。,像空间辅助坐标系在立体摄影测量中，考虑到相邻像片或航线中各像片之间的联系，建立起与像空间坐标系共原点的像空间辅助坐标系S-XYZ通常以摄站点（或投影中心）S为坐标原点，坐标轴可根据需要选定，一般以铅垂方向（或设定的某一竖直方向）为Z轴，航线方向为X轴，如图所示。,地面坐标系统：具有地图投影的三维坐标系统（x,y,z）。地心坐标系统：原点在地球椭球体中心，以地球自转轴和穿过格林威治子午线为轴。站心坐标系统：以影像中心点为坐标原点，在切平面的中心点处定义坐标系统。,物方空间坐标系描述地面点在物方空间的位置。将像空间辅助坐标系沿着Z轴的反方向平移到某一地面点M，得到新的坐标系，称为摄影测量坐标系，也称物方空间坐标系。,彩红外摄影，绍兴，1998,3.2.4航空摄影坐标系,像平面坐标系,选择适当坐标系定量描述像点和地面点，利用坐标系变换，从像方测量出相应点在物方的坐标。,物方空间坐标系,像空间坐标系,像空间辅助坐标系,3.2.5航片的内外方位元素,摄影瞬间摄影中心与像片在地面设定的空间坐标系的位置与姿态？方位元素：描述这些位置和姿态的参数称为像片的方位元素。内方位元素：表示摄影中心与像片之间相关位置的参数称为内方位元素；外方位元素：表示摄影中心和像片在地面坐标系中的位置和姿态的参数称为外方位元素。,定义了相机内的几何特征，即描述摄影中心与像片之间相关位置的三个参数：,摄影中心S到像片得的垂距f，像主点o在像框标坐标系中的坐标x0,y0。,内方位元素（内定向）,外方位元素（外定向）,定义了影像与地面坐标系的关系的六个参数：三个直线元素：描述摄影中心的空间坐标值（X0,Y0,Z0）。三个角元素：表达像片面的空间姿态,航片的内外定向意义当求取像片的内外方位元素后，就能在室内恢复摄影光束的现状和空间位置，重建被摄影景物的立体模型，以获取地面景物的几何和物理信息。其中，内方位元素一般视为已知，由制造商检验摄影机并写在仪器说明书上。内方位元素值正确与否，直接影响测图精度，须对航摄机定期鉴定。,3.2.6共线方程,航片是中心投影，即摄影光线交于同一点.,X,Z,Y,Xs,Ys,D,S,x,z,y,x,y,XA-Xs,YA-Ys,N,-f,A,ZA-Zs,Zs,外方位元素,a,地面点(XA-Xs,YA-Ys,ZA-Zs),像点（x,y,-f）,共线方程（十二要素）影像坐标、地面坐标以及外方位参数之间的关系：x,y:影像坐标；X,Y,Z:地面坐标；XsYsZs：摄影中心的地面坐标。f:像片主距。a,b,c由三个角元素定义的33旋转矩阵的系数，目的将影像坐标换成地面坐标系统。,旋转矩阵,共线方程的作用若已知像片的内外方位元素及地面坐标，利用共线方程计算像点的坐标。若已知像点坐利用共线方程计算标及像片的内外方位元素，利用共线方程计算确定地面点的平面坐标。若需要同时知道地面点的高程，则在摄