太原理工大学摄影测量学-第四章影像解析基础2-3

1、1.中心投影与透视变换中心投影与透视变换2.常用的坐标系常用的坐标系3.影像影像(摄影机摄影机)的内外方位元素的内外方位元素第四章 影像解析基础4.像点坐标变换像点坐标变换5.中心投影的构像方程中心投影的构像方程6.影像的比例尺与像点位移影像的比例尺与像点位移7.像对的立体观察与量测像对的立体观察与量测8.单像摄影测量单像摄影测量摄影测量几何处理的任务是根据像片上像点的位置确定相摄影测量几何处理的任务是根据像片上像点的位置确定相应的地面点的空间位置，为此，首失必须选择应的地面点的空间位置，为此，首失必须选择适当的坐标适当的坐标系来定量地描述像点和地面点系来定量地描述像点和地面点，然后，才能实现

2、坐标系的，然后，才能实现坐标系的变换，从像方量测值求出相应点在物方的坐标。变换，从像方量测值求出相应点在物方的坐标。摄影测量中常用的坐标系有两大类，一类是用于描述像点摄影测量中常用的坐标系有两大类，一类是用于描述像点的位置，称为的位置，称为像方空间坐标系像方空间坐标系，另一类是用于描述地面点，另一类是用于描述地面点的位置，称为的位置，称为物方空间坐标系物方空间坐标系。2.常用的坐标系像平面坐标系像平面坐标系像空间坐标系像空间坐标系像空间辅助坐标系像空间辅助坐标系摄影测量坐标系摄影测量坐标系(optional)地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系地面地面(大地大地)测量坐标系测量坐标系2.常用的

3、坐标系1 1、框标坐标系、框标坐标系框标坐标系是依像片框标坐标系是依像片上相应上相应框标连线框标连线作作为基准建立为基准建立直角坐直角坐标系标系。一、像平面上的直角坐标系一、像平面上的直角坐标系 像平面上的直角坐标系，用来确定像点在像片上的位置。像平面上的直角坐标系，用来确定像点在像片上的位置。2.常用的坐标系在在坐标量测坐标量测中，像点坐标值常用此坐标系表示。中，像点坐标值常用此坐标系表示。1 1、框标坐标系、框标坐标系u 以像片对边框标的连线作为以像片对边框标的连线作为x，y轴，与航线方轴，与航线方向相近的连线为向相近的连线为x轴轴, 旁向连线为旁向连线为y轴轴；u x，y轴交点作为轴交点

4、作为坐标原点坐标原点；u 轴系的正方向仍按轴系的正方向仍按右手定则右手定则确定。确定。2.常用的坐标系u 相对框标连线的交点作为相对框标连线的交点作为坐标原点坐标原点；u 两对相对框标连线在航线方向的夹角平分线为两对相对框标连线在航线方向的夹角平分线为x轴轴, 垂直垂直x轴的方向作轴的方向作y轴轴；u 轴系的正方向仍按轴系的正方向仍按右手定则右手定则确定。确定。2、像、像(主点主点)平面直角坐标系平面直角坐标系u 以以像主点像主点o为坐标原点；为坐标原点；u x，y轴分别平行于框标坐标系的轴分别平行于框标坐标系的x，y轴；轴；u 轴系的正方向仍按轴系的正方向仍按右手定则右手定则确定。确定。 在

5、在摄影测量解析计算摄影测量解析计算中中，像点的坐，像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。为此可坐标系中的坐标。为此可首先求出首先求出像主点在像平面中的坐标像主点在像平面中的坐标( (量测的像量测的像点坐标通过平面坐标转换为像平面点坐标通过平面坐标转换为像平面坐标坐标) )。2.常用的坐标系3、以主纵线为、以主纵线为y轴的直角坐标系轴的直角坐标系u 取像片上取像片上主纵线主纵线vv为坐标系的为坐标系的y轴轴，no为正方向；为正方向；u 坐标原点可依讨论问题的需要选取像主点坐标原点可依讨论问题的需要选取像主点o，像底点，像底点n，等，等角点角点c或主合

6、点或主合点i；u 横坐标轴横坐标轴x为过这些特别点的为过这些特别点的像水平线像水平线;u 正方向按右手定则正方向按右手定则。2.常用的坐标系yvvxnnhhncocchhoohh以主纵线为以主纵线为y轴的坐标系，只在讨轴的坐标系，只在讨论、分析单张像片的有关理论时论、分析单张像片的有关理论时使用。使用。二、像空间直角坐标系二、像空间直角坐标系(Sxyz)u 投影中心投影中心S作为像空间直角坐作为像空间直角坐标系标系Sxyz的的坐标原点坐标原点；u 轴轴z与与摄影方向摄影方向So重合重合，朝上，朝上为为z轴的正方向；轴的正方向；u x和和y轴分别平行于像平面坐轴分别平行于像平面坐标的相应轴，方向

7、一致。标的相应轴，方向一致。u 轴系的正方向仍按右手定则轴系的正方向仍按右手定则确定。确定。2.常用的坐标系 像点在此坐标系像点在此坐标系S-xyz的坐标值为的坐标值为(x, y, -f)，其中，其中x, y为像点的像平为像点的像平面直角坐标系的坐标，可以通过面直角坐标系的坐标，可以通过对像点的量测得到。对像点的量测得到。 像空间直角坐标系是随着每张航像空间直角坐标系是随着每张航摄像片摄影瞬间的空间方位而定摄像片摄影瞬间的空间方位而定的。所以，不同航摄像片的像空的。所以，不同航摄像片的像空间直角坐标系方向是不统一的。间直角坐标系方向是不统一的。2.常用的坐标系u 以摄站点以摄站点(或投影中心或

8、投影中心)S为为坐标原点；坐标原点；u 坐标轴可根据需要选定坐标轴可根据需要选定，一般以铅垂方向一般以铅垂方向(或设定的某或设定的某一竖直方向一竖直方向)为为Z轴；轴；u 航线方向为航线方向为X轴轴u 右手坐标系右手坐标系三、像空间辅助坐标系三、像空间辅助坐标系(SXYZ) 2.常用的坐标系oAaxyxyxyzXZYXZYXZYS像平面坐标系像平面坐标系像空间坐标系像空间坐标系像空间辅助坐标系像空间辅助坐标系摄影测量坐标系摄影测量坐标系(optional)地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系地面（大地）测量坐标系地面（大地）测量坐标系2.常用的坐标系u 将像空间辅助坐标系将像空间辅助坐标系S-

9、XYZ沿沿着着Z轴轴反方向反方向平移至平移至地面点地面点P，得，得到的坐标系。到的坐标系。u它与像空间辅助坐标系平行，它与像空间辅助坐标系平行，因此很容易由像点的像空间辅助因此很容易由像点的像空间辅助坐标求得相应的地面点的摄影测坐标求得相应的地面点的摄影测量坐标。量坐标。2.常用的坐标系四、摄影测量坐标系四、摄影测量坐标系(O1-XPYPZP)oAaxyxyxyzXZYXZYXZYSu摄影测量坐标系是物空间选定的一种符合摄影测量坐标系是物空间选定的一种符合右手定则右手定则的空的空间直角坐标系。间直角坐标系。u是航带网中一种统一的坐标系，用以是航带网中一种统一的坐标系，用以表示诸模型点在构表示诸

10、模型点在构成航带网后的统一坐标成航带网后的统一坐标。u坐标轴通常分别与第一张像片坐标轴通常分别与第一张像片(或第一个像对或第一个像对)的像空间的像空间辅助坐标系的各坐标轴平行。辅助坐标系的各坐标轴平行。2.常用的坐标系四、摄影测量坐标系四、摄影测量坐标系(O1-XPYPZP)u 地面测量坐标系是地面测量坐标系是左手系左手系航测外业联测是依大地测量成果航测外业联测是依大地测量成果为依据，测定的控制点坐标属于地面测量坐标系。为依据，测定的控制点坐标属于地面测量坐标系。u 一般指高斯平面坐标和高程所组成的左手空间系。一般指高斯平面坐标和高程所组成的左手空间系。u摄影测量求得的地面点坐标最终是以这种形

11、式提交给用户使摄影测量求得的地面点坐标最终是以这种形式提交给用户使用。用。2.常用的坐标系五、地面（大地）测量坐标系（五、地面（大地）测量坐标系（tXtYtZt）六、地面摄影测量坐标系六、地面摄影测量坐标系(A-XtpYtpZtp) u 摄影测量摄影测量(像空间辅助像空间辅助)坐标系来用的是右手系，而地面测量坐坐标系来用的是右手系，而地面测量坐标系采用的是左手系。标系采用的是左手系。u 在摄影测量在摄影测量(像空间辅助像空间辅助)坐标系与地面测量坐标系之间建立一坐标系与地面测量坐标系之间建立一种过渡性的坐标系，称为种过渡性的坐标系，称为地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系，用，用A-XtpYt

12、pZtp表表示。示。2.常用的坐标系六、地面摄影测量坐标系六、地面摄影测量坐标系(A-XtpYtpZtp) u 坐标原点坐标原点在测区内的在测区内的某一地面点某一地面点(控制点控制点)上上u Xtp轴与航向方向大致一致，轴与航向方向大致一致，Ytp轴与轴与Xtp正交正交u Ztp轴铅垂，向上为正，与轴铅垂，向上为正，与Zt平行平行u 右手直角坐标系。右手直角坐标系。2.常用的坐标系像方像方空间空间像空间直角坐标系像空间直角坐标系(S-xyz)像空间辅助坐标系像空间辅助坐标系(S-XYZ)平面平面(o-xy)像平面直角坐标系像平面直角坐标系框标坐标系框标坐标系像主点坐标系像主点坐标系主纵线坐标系

13、主纵线坐标系物方物方 摄影测量坐标系摄影测量坐标系( O1-XPYPZP )(如需要）如需要） 地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系( A-XtpYtpZtp ) 地面地面(大地）测量坐标系大地）测量坐标系( tXtYtZt )左手系左手系2.常用的坐标系已知E面的点A，在像平面上作对应的像a1)找迹点T12)找主合点i3)连T1i与SA，交点为aPTTSVVAT1iaE中心投影作图hihi中心投影作图已知E面的线AB，在像平面上作对应的像ab1) 找迹点T12) 找合点i13) 连T1 i1与SA，交点为a4) 连T1 i1与SB，交点为b5) a与b连线PTTSVVAT1iaEBhihii

14、1b已知垂直物面的空间直线AB，在像平面上作对应的像ab:1) 按E面上点作图方式确定a2) 找像底点n3) 连接na4) na与SB的交点为b5) a与b连线PTTSVVABbniaE中心投影作图hihiu 为了由像点反求物点，必须知道摄影时摄影物镜(或投影中心)、像片与地面三者之间的相关位置。u 确定摄影物镜(或投影中心)、像片与地面间相关位置的参数称为像片的方位元素，分为内方位元素和外方位元素两部分。3. 航摄像片的内、外方位元素一、像片一、像片( (摄影机摄影机) )的内方位元素的内方位元素 内方位元素(x0, y0, f) 确定摄影物镜后节点(或投影中心)相对于像片平面的关系。 测图

15、时利用像片的内方位元素建立和摄影光束完全相似的投影光束。 从解析观点看，利用像片的内方位元素，可将像点在框标坐标系P-xy中的量测坐标转换成像空间直角坐标系S-xyz中的坐标，用于解析计算。它是摄影测量中重要的基本数据。3. 航摄像片的内、外方位元素 在恢复像片内方位元素的基础上，确定像片摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数，称为像片的外方位元素。 如果已知像片的外方位元素，就能恢复像片在空间的位置和姿态。 一张像片有六个外方位元素。其中三个是描述摄影中心S(摄影物镜后节点)空间位置的坐标值，称为直线元素(Xs, Ys, Zs)。另外三个是表述摄影光束空间姿态的三个角元素(, , )

16、。3. 航摄像片的内、外方位元素二、像片二、像片( (摄影机摄影机) )的外方位元素的外方位元素 1、三个直线元素、三个直线元素三个直线元素是指摄影曝光时，摄影物镜S在地面选定的空间直角坐标系中的坐标值XS，YS，ZS。3. 航摄像片的内、外方位元素2、三个角元素、三个角元素描述像片在摄影瞬间空间姿态的要素。角元素(, )用以确定摄影机主光轴So在空间的方向，角元素则确定像片在像片面内的方位。 u当摄影主光轴铅垂，像片处于水平时，称为理像姿态。u像片由理想姿态到实际摄影时的姿态依次旋转的三个角值，也就是像片的三个外方位角元素。u根据讨论问题和仪器设计的需要，像片外方位角元素通常有三种表达方式。

17、3. 航摄像片的内、外方位元素3. 航摄像片的内、外方位元素Geometry of a tilted photograph showing tilt-swing-azimuth angular orientation.The position of the principal line on the photo with respect to the reference fiducial axis system is given by s, the swing angle.3. 航摄像片的内、外方位元素u主轴-副轴(次主轴)-第三轴： - (Y-X-Z)； - (X-Y-Z) ； A-V (Z

18、-X-Y) u主轴：primary axis-Yu副轴：secondary axis-Xu第三轴：tertiary axis-Z3. 航摄像片的内、外方位元素u主轴-副轴(次主轴)-第三轴： - (Y-X-Z)； - (X-Y-Z) ； A-V (Z-X-Y) 3. 航摄像片的内、外方位元素u主轴-副轴(次主轴)-第三轴： - (Y-X-Z)； - (X-Y-Z) ； A-V (Z-X-Y) u主轴：primary axis-YuY坐标值不变3. 航摄像片的内、外方位元素u主轴-副轴(次主轴)-第三轴： - (Y-X-Z)； - (X-Y-Z) ； A-V (Z-X-Y) u副轴：secondary axis-XuX坐标值不变3. 航摄像片的内、外方位元素u主轴-副轴(次主轴)-第三轴： - (Y-X-Z)； - (X-Y-Z) ； A-V (Z-X-Y) u第三轴：t