太原理工大学摄影测量学-第五章双像解析摄影测量1-3

1、1. 双像解析摄影测量的方法双像解析摄影测量的方法2. 物点坐标的计算物点坐标的计算空间前方交会空间前方交会3. 空间后方交会与前方交会求解空间后方交会与前方交会求解地面点坐标的计算方法地面点坐标的计算方法第五章 立体摄影测量4. 立体像对相对定向立体像对相对定向5. 立体像对绝对定向立体像对绝对定向6. 双像后方交会双像后方交会光束法光束法1.双像解析摄影测量的方法一、双像解析摄影测量概念一、双像解析摄影测量概念二、立体像对中的特别点线面二、立体像对中的特别点线面三、双像解析处理立体像对的方法三、双像解析处理立体像对的方法1.双像解析摄影测量的方法SoxyxyxyzaATXTOTZTYfcy

2、cxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX321321321321fcycxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX321321321321利用单张像片为何不能唯一确定地面点的三维坐标利用单张像片为何不能唯一确定地面点的三维坐标?1.双像解析摄影测量的方法111333222333()()()()()()()()()()()()SSSSSSSSSSSSa XXb YYc ZZxfaXXb YYc ZZaXXb YYc ZZyfaXXb YYc ZZ 通过立体像对的同名通过立体像对的同名像点各自像点坐标，像点各自像点坐标，从方程个数来讲，有从方程个数来

3、讲，有4个方程，可以解算。个方程，可以解算。SoaxyxyxyzSoaxyxyzSoxyxyxyzaSoxyxyzATXTOTZTYaATXTOTZTY1.双像解析摄影测量的方法fcycxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX3213213213211.双像解析摄影测量的方法一、双像解析摄影测量概念一、双像解析摄影测量概念u由于利用单张像片不能唯一确定被摄物体的空间位置。要确定被摄由于利用单张像片不能唯一确定被摄物体的空间位置。要确定被摄物体的空间物置，必须利用具有一定重叠的两张像片，构成立体模型来物体的空间物置，必须利用具有一定重叠的两张像片，构成立体模型来确定被摄物

4、体的空间位置。确定被摄物体的空间位置。u按按立体像对立体像对与与被摄物体被摄物体的的几何关系几何关系，以数学计算方式，通过计算机，以数学计算方式，通过计算机解求被摄物体的三维空间坐标，称之为解求被摄物体的三维空间坐标，称之为双像解析摄影测量双像解析摄影测量，又称，又称立体摄立体摄影测量影测量。 S2 S1 o1o2Aa1a2立体像对立体像对 (Stereo Pair)：由不同摄站获取的，具有一定影像重叠的两张：由不同摄站获取的，具有一定影像重叠的两张像片。像片。 1.双像解析摄影测量的方法一、双像解析摄影测量概念一、双像解析摄影测量概念1.双像解析摄影测量的方法一、双像解析摄影测量概念一、双像

5、解析摄影测量概念u 理想像对理想像对: : 相邻相邻两像片水平、摄影两像片水平、摄影基线水平组成的像基线水平组成的像对对u 正直像对正直像对: : 相邻相邻两像片水平、摄影两像片水平、摄影基线不水平组成的基线不水平组成的像对像对u 竖直像对竖直像对: : 相邻相邻两像片不水平、摄两像片不水平、摄影基线不水平组成影基线不水平组成的像对的像对1.双像解析摄影测量的方法一、双像解析摄影测量概念一、双像解析摄影测量概念S2 S1 AP1a2a1P2BWAo1o2n1n2J2J1同名像点同名像点(a1,a2)同名光线同名光线(AS1,AS2)摄影基线摄影基线(S1S2)核面（垂核面、主核面）核面（垂核面

6、、主核面）核点核点核线（垂核线、主核线）核线（垂核线、主核线）1.双像解析摄影测量的方法二、立体像对中特别的点线面二、立体像对中特别的点线面1.双像解析摄影测量的方法二、立体像对中特别的点线面二、立体像对中特别的点线面u 摄影基线：摄影基线：Bu 同名光线：同名光线：AS1, AS2u 核线核线：核面与像面的交：核面与像面的交线，线， e.g. 垂核线，主核垂核线，主核线，同名核线线，同名核线u 摄影时所有的同名光线都处在各自对应的核面内摄影时所有的同名光线都处在各自对应的核面内u 同一个核面对应的左右像片上的核线叫做相应同一个核面对应的左右像片上的核线叫做相应(同名同名)核线，相应核线上的核

7、线，相应核线上的像点一定是一一对应的像点一定是一一对应的u 所有核面都通过摄影基线，而摄影基线与像面相交于一点，即核点，所以所有核面都通过摄影基线，而摄影基线与像面相交于一点，即核点，所以像面上所有核线必会聚于核点像面上所有核线必会聚于核点u 同名像点：同名像点：a1, a2u 核点核点：J1, J2u 核面核面：WA(过过A 点点)u 垂核面垂核面：过像底：过像底点的核面，只有一点的核面，只有一个个u 主核面主核面：过像主：过像主点的核面，左、右点的核面，左、右之分之分fcycxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX321321321321)()(1.双像解析摄影测量

8、的方法二、立体像对中特别的点线面二、立体像对中特别的点线面SoaxyxyxyzSoaxyxyzSoxyxyxyzaSoxyxyzATXTOTZTYaATXTOTZTY1.双像解析摄影测量的方法二、立体像对中特别的点线面二、立体像对中特别的点线面同名像点寻找问题？同名像点寻找问题？人工方法人工方法：人工立体观测：人工立体观测(如何提高效率如何提高效率)自动方法自动方法：数字影像匹配数字摄影测量核心问题：数字影像匹配数字摄影测量核心问题1.双像解析摄影测量的方法二、立体像对中特别的点线面二、立体像对中特别的点线面B根据摄影过程的根据摄影过程的几何反几何反转转原理，恢复了立体像对的原理，恢复了立体像

9、对的内内方位方位和和相对方位相对方位后，所有同名后，所有同名光线成对相交。由无数同名光光线成对相交。由无数同名光线相交交点构成的线相交交点构成的。 。几何模型几何模型B1.双像解析摄影测量的方法二、立体像对中特别的点线面二、立体像对中特别的点线面1BMB几何模型与实际地表之间关系几何模型与实际地表之间关系?1.双像解析摄影测量的方法二、立体像对中特别的点线面二、立体像对中特别的点线面外方位元素外方位元素相对方位元素相对方位元素绝对方位元素绝对方位元素立体像对立体像对实际地面实际地面几何模型几何模型1.双像解析摄影测量的方法二、立体像对中特别的点线面二、立体像对中特别的点线面根据摄得的立体像对的

10、根据摄得的立体像对的内在几何特性内在几何特性，按物点、摄站点与像点按物点、摄站点与像点构成的几何关系构成的几何关系，用数字计算方式求解物点的三维空间坐标的，用数字计算方式求解物点的三维空间坐标的方法有三种：方法有三种：u 用用单张像片单张像片的的空间后方空间后方与与立体像对立体像对前方交会前方交会方式求解物点的三方式求解物点的三维空间坐标。维空间坐标。u 用用相对定向相对定向和和绝对定向绝对定向方法求解地面点的三维空间坐标。方法求解地面点的三维空间坐标。u 采用采用光束法光束法求解地面点三维坐标。求解地面点三维坐标。三、双像解析处理立体像对的方法三、双像解析处理立体像对的方法1.双像解析摄影测

11、量的方法立体像对前方交会的概念立体像对前方交会的概念u只有利用立体像对上的同名像点，才能得到两条同名射线只有利用立体像对上的同名像点，才能得到两条同名射线在空间相交的点，即该地面点的空间位置。在空间相交的点，即该地面点的空间位置。u空间前方交会空间前方交会: :由立体像对中两张像片的内外方位元素和由立体像对中两张像片的内外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法。像点坐标来确定相应地面点的地面坐标的方法。2.物点坐标的计算空间前方交会由立体像对中两 张 像 片 的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点在物方空间坐标系中坐标的方法。XYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,

12、Z)a2(x2,y2)z2y2x2S22.物点坐标的计算空间前方交会X1Y1Z1MZtpYtpXtpX2Y2Z2Xs1Ys1Zs1Aa1s1Y1X1Z1a2s2一、一、(点点)投影系数法投影系数法2.物点坐标的计算空间前方交会一、一、(点点)投影系数法投影系数法2.物点坐标的计算空间前方交会222222XxYRyZf111111XxYRyZfR1/ R2 : 左左/右像片的旋转矩阵右像片的旋转矩阵摄影基线摄影基线BBX= Xs2 Xs1BY= Ys2 Ys1BZ= Zs2 Zs1s1s2同名光线投影同名光线投影Aa1s1Y1X1Z1YA-Ys1XA-Xs1ZA-Zs1a2s2A一、一、(点点)

13、投影系数法投影系数法2.物点坐标的计算空间前方交会N1/ N2 : 左左/右像点的投影系数右像点的投影系数)()(21222111YNYYNYYssA一、一、(点点)投影系数法：点投影法前方交会投影系数法：点投影法前方交会2.物点坐标的计算空间前方交会补充：补充：2.物点坐标的计算空间前方交会u 理想像对:21212100XSSYSSZSSBXXBBYYBZZ212121XSSYSSZSSBXXBYYBZZ12BNNp1112111212SSSSSSBBXXxXBxppBBYYyYyppBBZZfZfpp22222XxYyZf11111XxYyZf22112211121221XZXZB ZB

14、XNX ZX ZB ZB XNX ZX Zu获取已知数据获取已知数据：x0 , y0 , f , XS1, YS1, ZS1, 1, 1, 1 , XS2, YS2, ZS2 , 2, 2, 2u 量测像点坐标量测像点坐标： x1,y1 , x2,y2u 由外方位由外方位线元素线元素计算基线分量计算基线分量：BX, BY, BZu 由外方位角元素计算像空间辅助坐标由外方位角元素计算像空间辅助坐标：X1, Y1, Z1 , X2, Y2, Z2u 计算点投影系数计算点投影系数： N1 , N2u 计算地面坐标计算地面坐标 ： XA, YA, ZA 计算过程计算过程一、一、(点点)投影系数法：点投

15、影法前方交会投影系数法：点投影法前方交会2.物点坐标的计算空间前方交会一、一、(点点)投影系数法：点投影法前方交会投影系数法：点投影法前方交会2.物点坐标的计算空间前方交会1、1、1、 XS1、 YS1、 ZS1、 x1 、y12、2、2、XS2、 YS2、 ZS2、 x2 、y2R1、X1、Y1、Z1R2、X2、Y2、Z2Bu、Bv、Bw、N1、N2X、Y、Z前方交会的计算步骤为前方交会的计算步骤为u由已知的外方位元素及像点坐标，据由已知的外方位元素及像点坐标，据a式计算左右像空间辅助坐标；式计算左右像空间辅助坐标；u由外方位元素，按由外方位元素，按b式计算摄影基线分量式计算摄影基线分量BX

16、, BY, BZ;u 按按c式计算投影系数式计算投影系数;u 按按d式计算地面坐标；式计算地面坐标；一、一、(点点)投影系数法：点投影法前方交会投影系数法：点投影法前方交会2.物点坐标的计算空间前方交会二、共线条件方程式法二、共线条件方程式法(严密解法严密解法)2.物点坐标的计算空间前方交会共线方程决定了摄影中心点、像点和物点间共线方程决定了摄影中心点、像点和物点间严格的关系严格的关系11103332220333()()()()()()()()()()()()SSSSSSSSSSSSa XXb YYc ZZxxfa XXb YYc ZZaXXb YYc ZZyyfa XXb YYc ZZ 03

17、331110333222()()()()()()()()()()()()SSSSSSSSSSSSxx a XXb YYc ZZfa XXb YYc ZZyy a XXb YYc ZZfaXXb YYc ZZ 二、共线条件方程式法二、共线条件方程式法(严密解法严密解法)2.物点坐标的计算空间前方交会03331110333222()()()()()()()()()()()()SSSSSSSSSSSSxx a XXb YYc ZZfa XXb YYc ZZyy a XXb YYc ZZfaXXb YYc ZZ 031031031032032032()()()()()()0()()()()()()0S

18、SSSSSxx afaXXxx bfbYYxx cfcZZyy afaXXyy bfbYYyy cfcZZ12345600 xyl Xl Yl Zll Xl Yl Zl031031031032032032()()()()()()xSSSySSSlxx afa Xxx bfb Yxx cfc Zlyy afa Xyy bfb Yyy cfc Z二、共线条件方程式法二、共线条件方程式法(严密解法严密解法)2.物点坐标的计算空间前方交会一个像对一个像对u一对同名点一对同名点u4个线性方程个线性方程u3个未知数个未知数u最小二乘法最小二乘法n幅影像有同一空间点幅影像有同一空间点un个同名点个同名点u2n个线性方程个线性方程u3个未知数个未知数u最小二乘法最小二乘法共线条件方程式法共线条件方程式法u是一种严格的，不受像片数量约束的是一种严格的，不受像片数量约束的空间前方交会空间前方交会方法方法u由于解求线性方程组，无需空间坐标初