摄影测量解析基础概要

摄影测量解析基础概要第1页/共87页内容提要一、航摄像片的投影关系二、共线方程三、单幅影像解析基础四、立体像对相对定向与核线几何五、立体像对空间前方交会六、单元模型的绝对定向七、立体影像对光束法严密解第2页/共87页§2.1航摄像片的投影关系第3页/共87页一、航空摄影与航摄像片二、航摄像片与地形图的差别三、中心投影透视变换作图主要内容第4页/共87页ZSS利用安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影§2.1.1

航空摄影与航摄像片第5页/共87页像场角常角：(视场角<75。)宽角：(视场角＝75。

~100。)特宽角：(视场角>100。)长焦距：(主距>200mm)中焦距：(主距＝100～200mm)短焦距：(主距<100mm)焦距第6页/共87页航摄像片为量测像片，有光学框标和机械框标航摄像片的大小为18cm×18cm,23cm×23cm航摄像片第7页/共87页光学框标机械框标第8页/共87页航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面§2.1.1

航空摄影与航摄像片航空摄影第9页/共87页

摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于30，夹角为像片倾角铅垂线像片SA摄影机主光轴像片竖直摄影第10页/共87页沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠§2.1.1

航空摄影与航摄像片航空摄影第11页/共87页123Lxpx航向重叠度第12页/共87页І-1Ⅱ-1Lypy旁向重叠度第13页/共87页航向相邻两个摄影站间的距离P1S1P2S2BE摄影基线摄影基线第14页/共87页f为摄影机主距，H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aASEPfH摄影比例尺第15页/共87页测图比例尺航摄比例尺分母测图比例尺分母比例尺类型航摄比例尺测图比例尺大比例尺1:2000～1:30001:5001:4000～1:60001:1000

1:8000

～1:120001:2000，1:5000中比例尺1:15000～1:200001:50001:10000～1:350001:10000小比例尺1:20000～1:300001:250001:35000～1:550001:50000试计算f为200mm，航摄比例尺分母为8000的飞机飞行高度（相对）第16页/共87页第17页/共87页

把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各张像片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称航线弯曲

航线弯曲度：航线最大弯曲矢量与航线长度之比的百分数。要求航线弯曲度<3%Ll航线弯曲第18页/共87页o2

一张像片上相邻主点连线与同方向框标连线间的夹角。要求像片旋角<60像片旋角过大会减少立体像对的有效范围o1像片旋角第19页/共87页§2.1.2航摄像片与地形图投影方式投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射投影射线：投影的直线投影平面：投影的几何面第20页/共87页投影射线会聚于一点的投影称为中心投影投影中心投影平面投影点投影射线物点第21页/共87页正射投影投影射线与投影平面正交斜投影投影射线与投影平面斜交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第22页/共87页航摄像片为中心投影，地形图为正射投影SBbAaCc中心投影AaBbCc正射投影第23页/共87页地形图的特点1、图上任意两点间的距离与相应地面点的水平距离之比为一常数，等于图比例尺2、图上任意一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角第24页/共87页地形起伏引起的像点位移spacbABCB0BbAA0sEpb0aa0像片倾斜引起的像点位移航摄像片的特点当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称像点位移第25页/共87页投影方式：地图为正射投影，航片为中心投影比例尺：地图有统一比例尺，航片无统一比例尺表示方法：地图为线划图，航片为影像图表示内容：地图需要综合取舍（制图规则），航片内容丰富几何差异：航摄像片可组成像对立体观察摄影测量的主要任务之一：把地面按中心投影规律获取的摄影比例尺航摄像片转换成以测图比例尺表示的正射投影地形图航摄像片与地图的关系主观、艺术所见即所得第26页/共87页§2.1.3透视变换作图

将空间点、线作中心投影，在投影平面P上得到一一对应的点、线，这种经中心投影取得的一一对应的投影关系称为透视变换第27页/共87页EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCc航摄像片中的重要点、线、面第28页/共87页面：地面E

像片面P

主垂面W

真水平面Es线：迹线TT

主光线SoO

主垂线SnN

摄影方向线VV

主纵线vv

等角线ScC

主合线hihi

主横线hoho

等比线hchc重要的点线面点：摄影中心S

像主点o

地主点O

像底点n

地底点N

等角点c

地面等角点C

主合点i

主遁点J

第29页/共87页重要点线的数学关系EPTTvvVVSWJiNnOoCc第30页/共87页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Nn重要的点线特征第31页/共87页等角点特性在倾斜像片和水平地面上，由等角点c和C所引出的一对透视对应线无方向偏差，保持着方向角相等Cc重要的点线特征第32页/共87页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，不受像片倾斜影响重要的点线特征第33页/共87页

已知E平面上有A

点，在像平面上作对应的像aPTTSAT1i作图步骤：1）找迹点T12）找主合点i3）连T1i与SA，交点为a中心投影作图主合点迹点avvE第34页/共87页

已知E平面上有AB

直线，在像平面上作对应的像abPTTSi作图步骤：1）找迹点T12）找合点i13）连T1i1与SA，交点为a4）连T1i1与SB，交点为b5）a与b

连线中心投影作图主合点迹点avvEhihiABi1bT1第35页/共87页

已知垂直物面的空间直线AB，在像平面上作对应的像abPTTSi作图步骤：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

连线中心投影作图主合点迹点vvEABba第36页/共87页§2.2共线方程第37页/共87页主要内容一、摄影测量常用坐标系二、航摄像片的方位元素三、空间直角坐标变换四、共线方程第38页/共87页§2.2.1摄影测量常用坐标系像平面直角坐标系pxyoxyaa(x,y)第39页/共87页像空间直角坐标系sxyxyzoaa(x,y,-f)xy第40页/共87页地面测量坐标系sxyoA(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtA地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐标为高斯-克吕格3度带或6度带投影（1980西安坐标系），高程为1985黄海高程系a第41页/共87页像空间辅助坐标系sxyoYXZaa(X,Y,Z)第42页/共87页地面摄影测量坐标系sxyAao原点为地面某一控制点，Ztp轴与地面测量坐标系的Zt轴平行，Xtp轴与航线一致MZtpXtpYtp第43页/共87页xyzXYZAas(x,y,-f)(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtMZtpYtpXtp摄影测量中的各种坐标系第44页/共87页§2.2.2航摄像片的方位元素确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相关位置关系的参数第45页/共87页确定摄影物镜后节点与像片之间相互位置关系的参数内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束xyp像片内方位元素fx0y0So第46页/共87页soAYXZ确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数像片外方位元素ZsXsYs外方位线元素：描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的位置(Xs、Ys、Zs)外方位角元素：描述像片在摄影瞬间的空间姿态第47页/共87页AXYZ像片外方位角元素以Y

轴为主轴的--

转角系统XYZN航向倾角旁向倾角像片旋角osxyzOX第48页/共87页AXYZ像片外方位角元素以X

轴为主轴的’-’-’

转角系统XYZN旁向倾角’航向倾角’osxyzOY像片旋角’第49页/共87页AXYZ像片外方位角元素以Z

轴为主轴的A--v转角系统XYZN像片倾角方位角A像片旋角vosxyz第50页/共87页§2.3空间直角坐标变换平面坐标变换xyox’y’aaa第51页/共87页xyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像空间坐标与像空间辅助坐标的变换可以理解为：像空间坐标系是像空间辅助坐标系（相当于摄影光束的起始位置）依次绕相应的坐标轴旋转，，三个角度以后的位置。第52页/共87页aS-XYZ坐标系绕Y轴旋转角到S-XYZXZSYXZ(Y)以Y轴为主轴的--转角系统的坐标变换第53页/共87页S-XYZ坐标系绕X轴旋转角到S-XYz以Y轴为主轴的--转角系统的坐标变换第54页/共87页S-XYz坐标系绕z轴旋转角到S-xyz以Y轴为主轴的--转角系统的坐标变换第55页/共87页以Y轴为主轴的--转角系统的坐标变换第56页/共87页以Y轴为主轴的--转角系统的坐标变换第57页/共87页以X轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换第58页/共87页正交变换矩阵的特点由高等数学知道，一个坐标系按三个角元素顺次地绕坐标轴旋转即可变换为一个同原点的坐标系，这种变换为正交变换第59页/共87页正交变换矩阵的特点旋转矩阵只有3个独立参数第60页/共87页以X轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换第61页/共87页以Z轴为主轴的A--v系统的坐标变换第62页/共87页以Z轴为主轴的A--v系统的坐标变换第63页/共87页2.3共线条件方程第64页/共87页主要内容一、共线条件方程的一般形式二、共线条件方程的应用三、共线条件方程的线性化第65页/共87页像片的基本知识回顾什么是共线条件方程共线条件方程的简单推导一、共线条件方程的一般形式中心投影内外方位元素常用坐标系空间坐标变换第66页/共87页基本知识回顾航摄仪sxyxyzMZYXAaoXYZ第67页/共87页共线条件xyzXYZAasXsYsZsNYXZXA-XsYA-Ys(x,y,-f)(XA,YA,ZA)MZYX第68页/共87页共线条件方程第69页/共87页求像底点坐标单像空间后方交会和多像空间前方交会摄影测量中的数字投影基础航空影像模拟光束法平差的基本数学模型利用DEM制作数字正射影像图二、共线条件方程的应用第70页/共87页求像底点坐标第71页/共87页像片仿真已知内、外方位元素地面点空间坐标

DEM模拟影像XYZa(x,y)xyzS(Xs,Ys,Zs)A(X,Y,Z)第72页/共87页目的观测值x,y未知数Xs,Ys,Zs,,,,

X,Y,Z,x0,y0,f泰勒级数展开三、共线条件方程的线性化第73页/共87页

影像内定向第74页/共87页

单片空间