第02讲_航摄像片的投影关系与内外方位元素

1、 航摄比例尺与航高航摄比例尺与航高 航片的重叠度航片的重叠度 像片的倾斜角像片的倾斜角 航线弯曲度航线弯曲度 航片旋偏角航片旋偏角 A a 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投影定义、中心投影与平行投影 中心投影的主要特征（重点）中心投影的主要特征（重点） 透视变换定义透视变换定义 透视变换中的特别点、线、面透视变换中的特别点、线、面 主垂面内的几何关系主垂面内的几何关系( (重点重点) ) 内容安排 五种常用的坐标系统五种常用的坐标系统 像片的内方位元素像片的内方位元素 像片的外方位元素像片的外方位元素 书P20 书P1 1 1、投影、投影 Projec

2、tion 一个空间点按一定方式在一个平面上的构像，一个空间点按一定方式在一个平面上的构像， 叫做叫做该空间点的投影该空间点的投影。 物点、像点、投射线、像面（承影面）物点、像点、投射线、像面（承影面） 物点 投射线 像面 像点 2 2、平行投影与中心投影、平行投影与中心投影 Central Projection & Parallel Projection 投射线互相平投射线互相平 行的投影，叫做行的投影，叫做 平行投影平行投影。 正射投影正射投影（垂直投影）（垂直投影） A B C D 地形图地形图a0 b0 c0 d0 地形图地形图在局部范围内是地面的在局部范围内是地面的正射投影正射投影！

3、航摄像片？航摄像片？ 2 2、平行投影与中心投影、平行投影与中心投影 地形图是地面的什么投影？地形图是地面的什么投影？ S 投影中 心 Center of Projectio n (COP). 摄站 所有投射线或其延长线都通过一个固定点的所有投射线或其延长线都通过一个固定点的 投影，叫做投影，叫做中心投影中心投影(Central Projection)(Central Projection)。 阴位阴位：投影中心位于物和像之间。：投影中心位于物和像之间。 阳位阳位：投影中心位于物和像同侧。：投影中心位于物和像同侧。 S S S f f A B b a b a 阳位与阴位之间阳位与阴位之间 的关

4、系及转换的关系及转换 主距 Principal distance 航摄仪焦距航摄仪焦距(Focus Length)：物镜节点到焦点的距离：物镜节点到焦点的距离 像片主距（像片主距（Principal distance）：）：物镜节点到像平面的物镜节点到像平面的 距离距离 关系？关系？ S 焦距焦距f 焦点焦点F 主光轴主光轴 像平面像平面 主距主距d 物距物距D a像点像点 物点物点A 如何将如何将中心投影的航摄像片中心投影的航摄像片转化为转化为垂直投影垂直投影 的地形图的地形图，就成为了航空摄影测量学的主要任务，就成为了航空摄影测量学的主要任务 之一。之一。 点点的中心投影是的中心投影是_。

5、 线段线段的中心投影是的中心投影是_。 相交线段相交线段的中心投影是的中心投影是_。 空间一组空间一组不与承影面平行的平行直线不与承影面平行的平行直线的中心投影的中心投影 是是_。 平面曲线平面曲线的中心投影是的中心投影是_。 空间曲线空间曲线的中心投影是的中心投影是_。 点点的中心投影的中心投影 A S a B 线段线段的中心投影的中心投影 A S a C c D B (d) E 相交线段相交线段的中心投影的中心投影 A B KS a b A B D C s b d a c 空间一组不与承影面空间一组不与承影面 平行的平行直线平行的平行直线的中心的中心 投影。投影。 s i i i 线束的顶

6、点是由过投影线束的顶点是由过投影 中心并与空间平行直线相平中心并与空间平行直线相平 行的投射线与承影面的交点，行的投射线与承影面的交点， 称为称为合点合点。 合点：合点：空间一组不与承空间一组不与承 影面平行的直线无穷远点处影面平行的直线无穷远点处 的中心投影。的中心投影。 为什么相交？ A B S 平面曲线平面曲线的中心投影的中心投影 a b 空间曲线空间曲线的中心投影的中心投影 S A B C a b c 点点的中心投影的中心投影一般一般是点（特例）。是点（特例）。 线段线段的中心投影一般是线段（特例）。的中心投影一般是线段（特例）。 相交线段相交线段的中心投影一般是相交线段。的中心投影一

7、般是相交线段。 （特例）（特例） 空间一组不与承影面平行的平行直线空间一组不与承影面平行的平行直线，其中，其中 心投影为一平面线束。心投影为一平面线束。 平面曲线平面曲线的中心投影一般是平面曲线。的中心投影一般是平面曲线。 （特例）（特例） 空间曲线空间曲线的中心投影是平面曲线。的中心投影是平面曲线。 两个平面之间两个平面之间 的中心投影变换，的中心投影变换， 称为称为透视变换透视变换。 在透视变换的在透视变换的 情况下，投影中心情况下，投影中心 称为称为透视中心透视中心。 T S P 基本要素（基本要素（S S、P P、T T） 主垂面（主垂面（W W） 特殊面（特殊面（3 3）：）： 真水

8、平面（真水平面（G G） 遁面（遁面（R R） T P W S G R T 特殊线（特殊线（8 8）：）： 透视轴（透视轴（tttt） 基本方向线（基本方向线（KVKV） 主纵线（主纵线（iViV） 灭线（灭线（kkkk） 真水平线（真水平线（gggg） 主垂线主垂线(SN)(SN) t t V N P W i g g G R K k k S 特殊点（特殊点（9 9）：）： 像主点（像主点（o o） 地主点（地主点（O O） 像底点（像底点（n n）地底点（地底点（N N） 主灭点（主灭点（K K） 主迹点（主迹点（V V） 主合点（主合点（i i） 像等角点（像等角点（c c） 地等角点（地

9、等角点（C C） T t t N P W i g g G R K k k S o O ho ho c C hc hc n V 主横线主横线(h(ho oh ho o) ) 等比线等比线(h(hc ch hc c) ) SOSO：主光轴：主光轴 p T S A0 a a0 t t V An N 底点特性底点特性: : 铅垂线在像平面上铅垂线在像平面上 的构像位于以像底的构像位于以像底 点点n n为辐射中心的相为辐射中心的相 应辐射线上应辐射线上. . 底点特性底点特性 底点特性底点特性: : 铅垂线在像平面上铅垂线在像平面上 的构像位于以像底的构像位于以像底 点点n n为辐射中心的相为辐射中心的

10、相 应辐射线上应辐射线上. . p T S A0 a a0 t t V An N iS=KV=ic=f/sin iV=SK=KC= ? Vc=VC=iV-iS= ? io= oc= on= cn= KN= ? NC= ? NO= ? CO= ? n N c CK V o O Si 透视平行四边形透视平行四边形（iSKV） 透视指数透视指数 Page 24 H ？ A a o S f 飞行方向 1 1、框标坐标系、框标坐标系(o-xy) o x y 如何表示像点如何表示像点量测坐标？量测坐标？ J I A o x y 2 2、扫描坐标系、扫描坐标系(AIJ) 用于表示用于表示扫描后数字影像的扫描

11、后数字影像的 量测象素坐标量测象素坐标 飞行方向 1 1、框标坐标系、框标坐标系(o-xy) o x y G X G Y G Z O 大地坐标系是指高斯平面大地坐标系是指高斯平面 坐标和高程所组成的坐标和高程所组成的左手空左手空 间系；间系； 描述地面点的空间位置；描述地面点的空间位置； 摄影测量的成果最终转化到摄影测量的成果最终转化到 该坐标系中。该坐标系中。 GGG ZYXO 用于表示像点用于表示像点量测坐标量测坐标。 o y x o SOSO：主光轴：主光轴 S o A a x y x y 原点、轴向、作用原点、轴向、作用 ox y y x o a a y x G X G Y G Z O

12、 2D 3D ？ S o A a x y x y S y x y x a -f y x z 像空间坐标系像空间坐标系 s-xyzs-xyz x y z 原点、轴向、作用原点、轴向、作用 G X G Y G Z O (x,y,-f) (x,y,-f) O 右手系 ？左手系 摄影测量坐标系摄影测量坐标系 S-XYZ 原点、轴向、作用原点、轴向、作用 S o A a x y x y x y z G X G Y G Z O T X T Y T Z T O X Z Y X Z Y X Z Y X Z Y M 原点、轴向、作用原点、轴向、作用 S o A a x y x y x y z G X G Y G

13、 Z O 地面辅助坐标系地面辅助坐标系 TTTT ZYXO T X T Y T Z 过渡性的地面坐标系统。过渡性的地面坐标系统。 Z轴铅垂的摄影测量坐标系轴铅垂的摄影测量坐标系 为地面辅助坐标系。为地面辅助坐标系。 摄影测量成果都在地面辅助摄影测量成果都在地面辅助 坐标系中表示。坐标系中表示。 简称地辅系。简称地辅系。 1 1、常用的坐标系统、常用的坐标系统(Coordinate System) 像空间坐标系像空间坐标系 摄影测量坐标系摄影测量坐标系 地面辅助坐标系地面辅助坐标系 大地坐标系大地坐标系 像平面坐标系像平面坐标系 Photo coordinate system Image spa

14、ce coordinate system Photogrammetric coordinates system Geodetic coordinate system Object space coordinate system 扫描坐标系扫描坐标系 Scan coordinate system 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 S o A a x y x y x y z G X G Y G Z O T X T Y T Z 关系？ 关系？ 已知 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 外方位元素

15、关系? 关系已知 ？ 内方位元素内方位元素 投影中心对航摄像片的相对位置叫做像投影中心对航摄像片的相对位置叫做像 片的片的内方位内方位；确定内方位的独立参数叫做；确定内方位的独立参数叫做内内 方位元素方位元素。 确定投影中心对像片的相对位置的参数；确定投影中心对像片的相对位置的参数； o y x 0 x 0 y o S f 内方位元素一般是已知的内方位元素一般是已知的 注意 x0，y0都为小值都为小值 框标坐标系 像空间坐标系 内方位元素 00 ,xyf x y z 内方位元素内方位元素 框标坐标系、像平面坐标系、框标坐标系、像平面坐标系、 像空系之间的关系像空系之间的关系 o y x 0 x

16、 0 y o S f x y z xx yy 0 x 0 y a ），（yx a ），（fyx 00 ,xyf 内方位元素内方位元素 每条摄影光线在像空系中 有一个确定的方向。 作用：作用： 1、像点的框标坐标系向像空系的、像点的框标坐标系向像空系的 改化；改化； 2、确定摄影光束的形状；、确定摄影光束的形状； S x y o a A f z x y ),( yx 00 ,xyf 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 外方位元素 关系? 关系已知 ？ 00 ,xyf S o A a x y x y x y z G X G Y G Z O

17、 T X T Y T Z 外方位元素外方位元素 像空间坐标系 地面辅助坐标系 外方位元素 关系? 外方位元素外方位元素 外方位线元素外方位线元素: :确定像空系的原点确定像空系的原点S S在地辅系中的坐标；在地辅系中的坐标； 外方位角元素外方位角元素: :确定像空系三轴在地辅系中的方向。确定像空系三轴在地辅系中的方向。 S o A a x y x y x y z T X T Y T Z T O 确定像空系的原点确定像空系的原点S S在地辅系在地辅系 中的坐标；中的坐标； SSS ZYX、 外方位线元素外方位线元素 Z Y X 确定像空系三轴在地辅系中的方向。确定像空系三轴在地辅系中的方向。 S

18、 o x y x yz 、 x 、 y V 、 外方位角元素外方位角元素 、 x x 、 x 作用作用X Z z x Y 、 o x y y x z S Y X Z o x O MN 、 x x h 、 x 作用作用 第一次旋转第一次旋转 x X Y X Y Z S 、 x 绕绕Y轴轴 x Y X Z X Y 、 x第二次旋转第二次旋转 绕绕 轴轴 x y X S Z X Y X Y o 、 x 绕绕 轴轴 第三次旋转第三次旋转 S x y y x z o z 、 x Y-X-Z 、 x x O o y y x z S Y X Z o x MN h 以以Y Y为主轴的外方位角元素为主轴的外方位角元素 x y y x z S Y X Z o y N y 、 y O M E h 、 y 、 y