摄影测量基础知识教程

1、2021/7/41 第三章第三章 摄影测量基础知识摄影测量基础知识 2021/7/42 3-1 3-1 航空摄影航空摄影 一一 、摄影比例尺与摄影航高、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。 H f L l m 1 2021/7/43 H f L l m 1 f为摄影机主距为摄影机主距, ,H为航高为航高 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 a A S E P f H 摄 影 比 例 尺 2021/7/44 测 图 比 例 尺 比例尺类型比例尺类型航摄比例尺航摄

2、比例尺测图比例尺测图比例尺 大比例尺大比例尺 1:2000 1:3000 1:500 1:4000 1:6000 1:1000 1:8000 1:12000 1:2000, 1:5000 中比例尺中比例尺 1:150001:20000 1:5000 1:100001:35000 1:10000 小比例尺小比例尺 1:200001:30000 1:25000 1:350001:55000 1:50000 根据测图比例尺选择摄影比例尺 2021/7/45 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

3、摄影计划。 2021/7/46 3-1 3-1 航空摄影航空摄影 二二 、空中摄影过程、空中摄影过程 1. 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。 2021/7/47 %100% l p p 123 l p 航 向 重 叠 度 同一条航线上,相邻像片的影像重叠程度。 2021/7/48 2021/7/49 -1 -1 l q 旁 向 重 叠 度 %100% l q q 相邻航线上的像片影像重叠程度。 2021/7/410 航向相邻两个

4、摄影站间的距离D %)1 (pmlB P1 S1 P2 S2 B E 摄影基线 摄 影 基 线 %)1 (qmlD 2021/7/411 3-1 3-1 航空摄影航空摄影 二二 、空中摄影过程、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。 2021/7/412 2021/7/413 3-1 3-1 航空摄影航空摄影 三三 、对摄影资料的基本要求、对摄影资料的基本要求 1. 影像的色调:清晰,反差适中,阴影。 2. 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:

5、2021/7/414 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。 0 3要求 2021/7/415 4 4、航线弯曲度、航线弯曲度 航线弯曲度航线弯曲度: :航线两端像片主点间的航线两端像片主点间的直线距离直线距离L L与偏离与偏离 该直线最远的像主点到直线的该直线最远的像主点到直线的距离距离L L之比。之比。 L 0 0 0 0 3%100% R L L R要求 2021/7/416 5 5、像片旋转角、像片旋转角 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。方向的两框标连线间的夹角。

6、 0 6k要求 2021/7/417 返回目录返回目录 2021/7/418 返回目录返回目录 2021/7/419 返回目录返回目录 2021/7/420 返回目录返回目录 2021/7/421 3-2 中心投影的基本知识 一一 、中心投影与正射投影、中心投影与正射投影 用一组假想的直线将物体形状向几何面投影成像。用一组假想的直线将物体形状向几何面投影成像。 投影射线汇聚同一点的投影。投影射线汇聚同一点的投影。 中心投影射线的汇聚点。中心投影射线的汇聚点。 2021/7/422 3-2 中心投影的基本知识 一一 、中心投影与正射投影、中心投影与正射投影 1、正射投影、中心投影 正射投影:投影

7、射线相互平行且与投影平面正交的投影 。 2021/7/423 正射投影 投影射线投影射线 与投影平与投影平 面正交面正交 斜投影 投影射投影射 线与投线与投 影平面影平面 斜交斜交 投影射线平行于某一固定方向的投影的投影称为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 2021/7/424 3-2 中心投影的基本知识 一一 、中心投影与正射投影、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; 2021/7/425 3-2 中心投影的基本知识 一一 、中心投影与正射投影、中心投影与正射投影 2、正片P与负片P 位置关系;

8、 投影中心关系; 材质。 后期研究主要以正片位置为主。 2021/7/426 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 2021/7/427 3-3 航摄像片上特殊的点、线、面 一、航空像片上特殊的点、线、面一、航空像片上特殊的点、线、面 1、地面E、像片P、摄影中心S 2、主垂面W:过S与P、E都垂直。 与P交于vv,主纵线:像片上

9、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O S像底点n 地底点N S等角点c 地面等角点C S主合点i 2021/7/428 2021/7/429 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。 2021/7/430 E P T T v v V V S hi hi W ho ho hc hc Es J i N n O o C c 航摄像片中的重要点、线

10、、面 2021/7/431 面:地面地面E 像片面像片面P 主垂面主垂面W 真水平面真水平面Es 线:迹线迹线TT 主光线主光线SoO 主垂线主垂线SnN 摄影方向线摄影方向线VV 主纵线主纵线vv 等角线等角线ScC 主合线主合线hihi 主横线主横线hoho 等比线等比线hchc 重 要 的 点 线 面 点:摄影中心摄影中心S 像主点像主点o 地主点地主点O 像底点像底点n 地底点地底点N 等角点等角点c 地面等角点地面等角点C 主合点主合点i 主遁点主遁点J 2021/7/432 2021/7/433 3-3 航摄像片上特殊的点、线、面 二、几何关系二、几何关系 已知已知: :主距主距f

11、,f,像片倾角像片倾角. . 2021/7/434 ctgfoi tgfoc tgfon 2 重重 要要 点点 线线 的的 数数 学学 关关 系系 sin sin H iVSJ f ciSi 2 HtgCN HtgON E P T T v v V V S W J i N n O o C c 2021/7/435 底点特性 铅垂线在像平面铅垂线在像平面 上的构像位于以上的构像位于以 像底点像底点n为辐射为辐射 中心的相应辐射中心的相应辐射 线上线上 N n 重 要 的 点 线 特 征 2021/7/436 等角点特性 在倾斜像片和水在倾斜像片和水 平地面上平地面上,由等角由等角 点点c和和C所引

12、出的所引出的 一对透视对应线一对透视对应线 无方向偏差无方向偏差,保持保持 着方向角相等着方向角相等 C c 重 要 的 点 线 特 征 2021/7/437 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, 不受像片倾斜影响不受像片倾斜影响 重 要 的 点 线 特 征 2021/7/438 标准点位的投影结果。标准点位的投影结果。 O v v C 2021/7/439 3-3 航摄像片上特殊的点、线、面 三、投影作图三、投影作图 2021/7/440 已知已知 E E 平面上有平面上有 A 点点, ,在像平面上作对应的像在像平面上作对应的

13、像 a P T T S AT1 i 作图步骤作图步骤: : 1）找迹点）找迹点T1 2）找主合点）找主合点i 3）连连T1i与与SA, 交点为交点为a 中 心 投 影 作 图 主合点主合点 迹点迹点 a v v E 2021/7/441 已知已知 E E 平面上有平面上有 AB 直线直线, ,在像平面上作对应的像在像平面上作对应的像 ab P T T S i 作图步骤作图步骤: : 1）找迹点）找迹点T1 2）找合点）找合点i1 3）连连T1i1与与SA, 交点为交点为a 4）连连T1i1与与SB, 交点为交点为b 5）a与与b 连线连线 中 心 投 影 作 图 主合点主合点 迹点迹点 a v

14、 v E hi hi A B i1 b T1 2021/7/442 已知垂直物面的空间直线已知垂直物面的空间直线 AB, ,在像平面上作对应的像在像平面上作对应的像 ab P T T S i 作图步骤作图步骤: : 1）按）按E面上点作面上点作 图方式确定图方式确定a 2）找像底点）找像底点n 3）连接连接na 4） na与与SB的交点的交点 为为b 5）a与与b 连线连线 中 心 投 影 作 图 主合点主合点 迹点迹点 v v EA B b a 2021/7/443 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。 2021/7/444 一、像方坐标系 1、像平面坐标系 以框标

15、坐标系作为像平面坐标系 原点:框标连线交点p X轴:航向框标连线方向 Y轴:旁像框标连线方向 p x y o x y p x y 2021/7/445 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。 x y o P y z x s -f 2021/7/446 一、像方坐标系 3、像空间辅助坐标系 S-uvw S为原点。uvw与地面摄影测量坐标系（D-XYZ）平行。 x y o s x zy v u w D X Y Z 2021/7/447 二、物方坐标系 1、地面测量坐标系 国家、城市或地方坐标系 D X Y Z 2021/7/448 二、物方坐标系 2、地面摄影测量坐标系

16、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。 D X Y Z Tyt xt zt 2021/7/449 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: 坐标系aAS 像平面坐标系(o-xy)(x,y)- 像空间坐标系(S-xyz)(x,y,-f)-(0,0,0) 像空间辅助坐标系(S-UVW)(u,v,w)(X-XS,Y-YS,Z-ZS)(0,0,0) 地面摄影测量坐标系(D-XYZ)-(X,Y,Z)(XS,YS,ZS) 地面坐标系(T- XtYtZt)-(X

17、t,Yt,Zt)- 2021/7/450 3-5 航摄像片的内、外方位元素 概述概述: : 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: 2021/7/451 3-5 航摄像片的内、外方位元素 一一 、内方位元素、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。 x y c S f o x0 y0 2021/7/452 3-5 航摄像片的内、外方位元素 二二 、外方位元素、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

18、角坐标 系中的坐标值（XS、YS、ZS）。 X Y Z D p S Xs Ys Zs N 第三章第二次课结束 2021/7/453 3-5 航摄像片的内、外方位元素 二二 、外方位元素、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）. 2021/7/454 (1)外方位角元素示意图: X Y Z D Xs Ys Zs o ox U V W N S 旁向倾角 航向倾角 像片旋角 x y x y 2021/7/455 3-5 航摄像片的内、外方位元素 二二 、外方位元素、外方位元素 角元素的几个说明: u几何意义:俯仰角、侧滚角、旋转角。 u

19、旋转轴:V（主轴)、旋转后的U、旋转后的W。 u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。 2021/7/456 (2)以U轴为主轴的、 、 . 航向倾角, 旁向倾角, 像片旋角, X Y Z A S U V W N Xs Ys Zs ooY , , , x y 2021/7/457 3）以V轴为主轴的A、 方位角A 像片倾角 像片旋角 X Y Z A S U V W N A x y 2021/7/458 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 一一 、像点的空间坐标变换式、像点的空间坐标变换式 坐标系aAS 像平面坐标系(o-xy)(x,y)- 像空间坐标系(S-xy

20、z)(x,y,-f)-(0,0,0) 像空间辅助坐标系(S-UVW)(u,v,w)(X-XS,Y-YS,Z-ZS)(0,0,0) 地面摄影测量坐标系(D-XYZ)-(X,Y,Z)(XS,YS,ZS) 地面坐标系(T- XtYtZt)-(Xt,Yt,Zt)- 2021/7/459 x y o z x y sU V W 2021/7/460 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 一一 、像点的空间坐标变换式、像点的空间坐标变换式 VzVyVx VzVyVx UzUyUx ccc bbb aaa R fycxc fybxb fyaxa f y x R w v u coscoscos coscos

21、cos coscoscos 321 321 321 21 21 21 又称为方向余弦。 2021/7/461 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 一一 、像点的空间坐标变换式、像点的空间坐标变换式 R矩阵为正交矩阵。 WcVbUa WcVbUa WcVbUa w v u cba cba cba w v u R f y x 333 222 111 333 222 111 1 2021/7/462 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 二二 、确定方向余弦、确定方向余弦 y x R y x y x R y x 1 x y p x y a 1、像点的平面坐标变换 cossin sincos

22、 coscos coscos yyxy yxxx R 2021/7/463 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 二二 、确定方向余弦、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。 (、) 2021/7/464 三次空间坐标变换矩阵 , cos0sin 010 sin0cos R , cossin0 sincos0 001 R . 100 0cossin 0sincos R 2021/7/465 coscos c cossincos sinsin- c sinsincos cossin c sin- b cos

23、cos b sincos b cossin- a cossinsin- sincos- a sinsinsin -coscos a 3 2 1 3 2 1 3 2 1 3、方向余弦的表达式 2021/7/466 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: 2 1 3 3 3 tan sin tan b b b c a 1 1 1 R 2021/7/467 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 三三 、中心投影构像方程式、中心投影构像方程式: :共线方程共

24、线方程 坐标系aAS 像平面坐标系(o-xy)(x,y)- 像空间坐标系(S-xyz)(x(x, ,y y, ,-f)-f)-(0,0,0) 像空间辅助坐标系(S-UVW)(u(u, ,v v, ,w)w)(X-X(X-XS S,Y-Y,Y-YS S,Z-Z,Z-ZS S) )(0,0,0) 地面摄影测量坐标系(D-XYZ)-(X,Y,Z)(XS,YS,ZS) 地面坐标系(T- XtYtZt)-(Xt,Yt,Zt)- R 2021/7/468 中心投影的构像方程 U V W u v w D 2021/7/469 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 三三 、中心投影构像方程式、中心投影构像

25、方程式: :共线方程共线方程 在S-UVW坐标系中,从S出发的SaA三点共线,S为坐标原点: 1 sss ZZ w YY v XX u S S S S S S ZZ YY XX w v u w v u ZZ YY XX 1 2021/7/470 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 三三 、中心投影构像方程式、中心投影构像方程式: :共线方程共线方程 f y x ccc bbb aaa f y x R w v u ZZ YY XX S S S 321 321 321 S S S S S S ZZ YY XX cba cba cba ZZ YY XX R f y x 333 222 111

26、1 11 )()()( 1 )()()( 1 )()()( 1 333 222 111 SSS SSS SSS ZZcYYbXXaf ZZcYYbXXay ZZcYYbXXax 2021/7/471 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 三三 、中心投影构像方程式、中心投影构像方程式: :共线方程共线方程 )()()( 1 )()()( 1 )()()( 1 333 222 111 SSS SSS SSS ZZcYYbXXaf ZZcYYbXXay ZZcYYbXXax )()()( )()()( )()()( )()()( 333 222 333 111 SSS SSS SSS SSS

27、ZZcYYbXXa ZZcYYbXXa fy ZZcYYbXXa ZZcYYbXXa fx 第三章第三次课结束 2021/7/472 3-6 像点的空间直角坐标变换与构像方程 三三 、中心投影构像方程式、中心投影构像方程式: : 1、表达式 )()()( )()()( )()()( )()()( 333 222 0 333 111 0 SSS SSS SSS SSS ZZcYYbXXa ZZcYYbXXa fyy ZZcYYbXXa ZZcYYbXXa fxx fcycxc fbybxb fayaxa f y x ccc bbb aaa W V U ZZ YY XX S S S 321 321

28、 321 321 321 321 fcycxc fbybxb ZZ YY fcycxc fayaxa ZZ XX S S S S 321 321 321 321 2021/7/473 三三 、中心投影构像方程式、中心投影构像方程式 （1）共线方程 l 用地面坐标表示像片坐标; l 当内外方位元素已知,一个地面点对应唯一的像点; l 可以根据地面点的位置计算在像片上的位置。 l 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。 )()()( )()()( )()()( )()()( 333 222 0 333 111 0 SSS SSS SSS SSS ZZcYYbXXa ZZ

29、cYYbXXa fyy ZZcYYbXXa ZZcYYbXXa fxx 2021/7/474 三三 、中心投影构像方程式、中心投影构像方程式 （2 2）逆算式）逆算式 l 用像点坐标表示地面坐标用像点坐标表示地面坐标; ; l 内外方位元素已知内外方位元素已知, ,一个像点对应地面上的一条直线一个像点对应地面上的一条直线; ; l 方程的表达式本身就是方程的表达式本身就是空间直线方程空间直线方程的表达式。的表达式。 l 一张像片无法确定像点的空间位置一张像片无法确定像点的空间位置, ,就像一只眼睛无法就像一只眼睛无法 观察物体的远近一样。观察物体的远近一样。 fcycxc fbybxb ZZ

30、YY fcycxc fayaxa ZZ XX S S S S 321 321 321 321 fcycxc fbybxb fayaxa f y x ccc bbb aaa w v u ZZ YY XX S S S 321 321 321 321 321 321 2021/7/475 三三 、中心投影构像方程式、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。 2021/7/476 三三 、中心投影构像方程式、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。 2021/7/477 2021/7/478 POS系统系统 2021/7/479 3-7 航摄像片上的像点位移 概述概述 像点