《摄影测量学》第三章-单张航摄像片解译

摄影测量学,中国地质大学江城学院测绘工程专业,第三章摄影测量基础知识,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,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,问题的引出,为什么相交？航空影像具有什么几何特点？,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,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,书P20,书P1,一航摄像片的投影关系及其特征,1、投影Projection,用一组假想的直线，将空间物体投射到某个几何平面上，形成该物体在几何面的构象，称为投影。,物点、像点、投射线、像面（承影面）,物点,投射线,像面,像点,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,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？,投影中心摄站,投射线会聚于一点的投影，叫做中心投影,负片位置：投影中心位于物和像之间。正片位置：投影中心位于物和像同侧。,2、中心投影与平行投影,2、中心投影与平行投影,负片与正片之间的关系及转换,主距,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_。,点的中心投影,4、中心投影的主要特征,线段的中心投影,4、中心投影的主要特征,c,(d),相交线段的中心投影,4、中心投影的主要特征,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。,为什么相交？,平面曲线的中心投影,4、中心投影的主要特征,空间曲线的中心投影,4、中心投影的主要特征,S,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,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。,2、透视变换中的特别点、线、面,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,T,特殊线（8）：,透视轴（tt）,基本方向线（VV）,主纵线（vv）,合线或真水平线（hh）,主垂线(SN),2、透视变换中的特别点、线、面（EspecialPoints、Lines、Planes）,v,N,v,G,R,K,特殊点（9）：,像主点（o）,地主点（O）,像底点（n）,地底点（N）,主遁点（J）,主迹点（V）,主合点（i）,像等角点（c）,地等角点（C）,T,N,i,G,R,J,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,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,底点特性,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,iS=JV=ic=f/siniV=SJ=JC=?Vc=VC=iV-iS=?io=oc=on=cn=JN=?NC=?NO=?CO=?,3、主垂面内的几何关系（GeometryOfPrincipalVerticalPlane）,透视平行四边形（iSJV）,透视指数,Page24,H,？,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？,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。,用于表示像点量测坐标。,大地坐标系：,三常用的坐标系统,SO：主光轴,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,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,三常用的坐标系,像空间辅助坐标系S-XYZ,为了在同一条航线的不同像片间建立联系。,摄影中心S为坐标原点，通常，X、Y和Z轴分别与航线第一章像片的像空间坐标系对应的轴平行。,地面测量坐标系t-XtYtZt,原点、轴向、作用,三常用的坐标系,X,Z,Y,国家测图所采用的高斯-克吕格3带或6带投影的1980年西安坐标系和1985年国家高程基准黄海高程系。,摄影测量方法求得的地面点坐标最终也要以大地坐标形式提供给用户。,左手系,即：大地坐标系,地面摄影测量坐标系t-XpYpZp,原点、轴向、作用,三常用的坐标系,X,Z,Y,XP,YP,P,ZP,摄影测量坐标系,右手系,辅助坐标系,地面测量坐标系,转换,像平面坐标系,像空间坐标系,地面摄影测量坐标系,像点,地面点,摄影测量,关系？,关系？,地面测量坐标系,关系？,X,XP,YP,ZP,Z,Y,框标坐标系,像空间坐标系,摄影测量坐标系,地面测量坐标系,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,？,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,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,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,框标坐标系,像空间坐标系,地面摄影测量坐标系,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,外方位元素,像空间坐标系,地面摄影测量坐标,关系?,确定摄影时像空间坐标系在地面摄影测量坐标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,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。,确定像空系在地摄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,四像片的方位元素,S,y,确定像空系的原点S在地面摄影测量坐标系中的坐标；,外方位线元素,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,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,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,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,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,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,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,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,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,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,CentralProjectionandElementsoforientation,3）系统,主垂面方向角。z轴在XY面上的投影的负方向与Y轴的夹角。顺时针为正。,像片倾斜角。z轴与Z轴的夹角。恒为正。,旋角。Z轴在xy面上的投影与y轴的夹角。逆时针方向为正。,o,y,y,x,z,S,Y,X,Z,o,O,N,X,Y,x,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,3）系统,S-XYZ,Z-X-Z,S-xyz,x,地辅系,像空系,o,y,y,x,z,S,Y,X,Z,o,O,N,X,Y,以Z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,框标坐标系,像空间坐标系,地面摄影测量坐标系,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,线元素：,角元素：,内方位元素3个，外方位元素6个。,第二讲航摄像片的投影关系与方位元素,CentralProjectionandElementsoforientation,本讲小结,投影定义、中心投影与平行投影中