2影像获取.ppt

1、第二章：影像获取 Image Acquisition,在像平面处放置感光材料，物体的入射光线经物镜后投射到感光材料上，经摄影处理形成影像。同时，感光材料有正性和负性，分别产生正片和负片（底片）。,摄影原理,2-1 航空影像获取,摄影物镜, 无论物镜由多少个透镜组成，经过多少次的折射，其结果都相当于在主平面Q和Q上发生折射，因此可以用主平面代替等价物镜。 主平面将空间分为两部分，物体所在的空间称为物方空间，影像所在的空间称为像方空间。 Q 和Q也相应称为物方主平面和像方主平面。, 共轭光线：在由物点发射的诸入射光线和经物镜出射的诸成像光线中，有一对共轭光线，其入射光线与主光轴的夹角和出射光线与主

2、光轴的夹角相等。此时，共轭光线与主光轴的交点分别为 ， 分别称为前方节点（物方节点）和后方节点（像方节点）。,共轭光线表达了像点和物点之间一一对应的关系,1、量测用摄影机的基本要求： 物镜要求具备良好的光学特性，物镜的畸变差要小，分辨率要高，透光率强。 机械结构要稳定。 航空摄影机应同时具备摄影过程的自动化装置，使安装在飞机上的此类摄影机能对地面连续的进行摄影。,一、 航空摄影机（量测用）(Metric Camera),2、量测用摄影机的特征： 量测用摄影机的像距是一个固定的已知值 用于测绘地形的航摄仪，摄影的物距要比像距大的多，摄影时摄影物镜固定调焦于无穷远点处，因此，像距是一个定值，约等于

3、摄影物镜的焦距（Focal length）。, 摄影机像面框架上有框标标志(fiducial marks) 像平面与物镜的主光轴垂直，同时像平面也是一个框标平面，因此像点在像片平面上的位置，可以根据像片上的框标坐标系来确定。, 内方位元素(Interior orientation elements)的数值是已知的,像主点（Principal point）：摄影机主光轴与像平面的交点。 像片主距（ f ）：摄影机物镜后节点到到像片主点的垂距。,二、非量测摄影机,第三章：摄影测量基础知识 Foundamentals of Photogrammetry,中心投影有两种状态：1）投影平面和物点在投影中

4、心的两侧，此时像片为负片。2）投影平面和物点在投影中心的同一侧，此时像片为正片。3）无论像片处在正片还是负片，像点与物点之间的几何关系不变。,中心投影的正、负片,一、摄影比例尺与摄影航高,摄影比例尺的选择：摄影比例尺。控制摄影计划设计时的像片比例尺。比例尺的选取与成图比例尺、摄影测量内业成图方法和成图精度等因素有关。,3-1 航空摄影, 像片比例尺。 航高：指摄影飞机在摄影瞬间相对于某一水准面的高度，从该水准面起算向上为正。航高分为相对航高和绝对航高。,二、空中摄影过程： 摄影类型：竖直航空摄影分为：面积航空摄影、条状地带航空摄影、独立地块航空摄影。,三、摄影测量生产对摄影资料的基本要求,1、

5、影像的色调 2、像片重叠 3、像片倾角 4、航线弯曲 5、像片旋角,1、影像的色调：（清晰，色调一致）,2、 像片重叠度 像片重叠度。摄影测量使用的航摄像片，要求沿航线飞行方向两相邻像片上对所摄地面有一定的重叠影像，这种重叠部分称为航向重叠度(heading overlap)。对于面积航空摄影而言，要求两相邻航带之间也需要有一定的影像重叠，这种重叠部分称为旁向重叠度(side overlap)。像片的重叠部分是立体观察和像片连接所必须的条件。,2367,2368,2369,2370,3、像片倾角,垂直摄影：以测绘地形图为目的的空中摄影多采用垂直摄影的方式。要求航摄机在曝光的瞬间物镜主光轴垂直于

6、地面。像片倾角要小于 2 3 ,3-2 中心投影的基本知识,一、中心投影和正射投影, 投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影。 其投射线称为投影射线，投影的几何面称为投影平面。, 中心投影：当投影射线汇聚于一点时，称为中心投影。投影射线的汇聚点S称为投影中心。, 正射投影：当诸投影射线都平行于某一固定方向时，称为平行投影。平行投影中，当投影射线与投影平面成斜交时，成为斜投影。当投影射线与投影平面成正交时称正射投影。, 测量中地面与地形图的投影关系为正射投影。,地形图的数学特征为： 地形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（成图比例尺）。 由地形图上任意一点引出的两方

7、向线之间的夹角，等于地面上对应的水平角。,3-4 摄影测量常用的坐标系统,一、像方坐标系,1、像平面上的直角坐标系（o-xy）： 是影像平面内的直角坐标系，用以表示像点在像平面上的位置。主要有两种表示方法：框标坐标系和像平面直角坐标系。,像平面直角坐标系,y,x,x,y,o,P,2、像空间(直角)坐标系（S-xyz）, 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。,3、像空间辅助坐标系（S - uvw）,是一种过渡性的坐标系，w 轴可以取铅垂方向,而 u 轴通常与航向一致。,S,x,o,x,y,y,z,u,v,w,二、物方坐标

8、系,1、地面测量坐标系（T X t Y t Z t ）,地面测量坐标系是指国家统一的、国家测图所用的G-K 3带或6带投影的1980西安坐标系和1985国家高程基准黄海高程系。,S,x,o,x,y,y,z,u,v,w,2、地面摄影测量坐标系（D X Y Z ）, 摄影测量中，习惯用右手空间直角坐标系，而野外控制测量提供的控制点坐标是属于左手系的地面测量坐标，由于摄影测量工作的需要，需要将地面控制点的左手系坐标转化为右手系坐标，最后再将摄影测量成果转化到地面测量坐标系，地面摄影测量坐标系就是摄影测量坐标与地面测量坐标互相转换的过渡性坐标系。 地面摄影测量坐标系是一种过渡的符合右手规则的空间直角坐

9、标系，原点通常选在地面某一控制点， Z tp 轴为过该点的铅垂线，向上为正，和地面测量坐标系的Z t 轴平行， X tp 轴与航线方向一致。,地摄坐标系,S,x,o,x,y,y,z,u,v,w,原点为地面某一控制点， Z轴与地面测量坐标系的Zt轴平行， X轴与航线一致,3-5 航摄像片的内、外方位元素 (Interior & Exterior Orientation Elements) (Internal & External Parameters),摄影瞬间像片、地面和摄站点之间的几何关系,不同摄站点S1，S2的像片、地面和摄站点之间的几何关系,多个摄站点的像片、地面和摄站点之间的几何关系,

10、一、内方位元素（interior orientation elements ）,(在S-xyz中)确定摄影中心相对于影像位置关系的参数称为影像的内方位元素。利用内方位元素可将像点在框标坐标系 P x y 中的量测坐标转换为像空坐标系中的坐标 S x y z 。用于解析计算。, 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外方位元素。一张像片有6个外方位元素。3个直线元素和3个角元素。,二、外方位元素（ exterior orientation elements ）,S,O,（x0，y0）,P,x0 , y0 , -f,S,O,（x0，y0）,P,x0

11、 , y0 , -f,S,O,（x0，y0）,P,x0 , y0 , -f,三个直线元素是指摄影机曝光时，物镜 S 相对于地面选定的地面空间直角坐标系中的坐标值X S， Y S ，Z S ，地面空间直角坐标系可以是左手系的地面直角坐标系，也可以是右手系的地面摄影测量坐标系。（如不特殊说明，一般是指地面摄影测量坐标系）,外方位元素（三个直线元素）,Z S,S,x,o,x,y,y,z,X,Y,Z,X S,Y S,N,Z S,S,x,o,x,y,y,z,X S,Y S,N, 三个角元素是用来描述像片在摄影瞬间空间姿态的要素。理想姿态（主光轴铅垂，水平）到实际摄影时的姿态（要旋转三个角度）。, 航向倾

12、角（ ）：主光轴 SO 在 XZ 平面上的投影 SOX 与 Z 坐标轴的夹角。 旁向倾角（ ）：投影方向 SO 与其在 XZ 平面上的投影 SOX 的夹角。 像片旋角（ ）：Y坐标轴与 SOXO 组成的平面与像平面的交线和 y轴的夹角。,外方位元素（三个角元素）以 Y 轴为主轴,Z S,S,x,o,x,y,y,z,u,v,w,X S,Y S,N,OX,D,X,Y,Z,3-6 像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程,一、像点空间坐标变换,三、中心投影构像方程示（共线方程 ）,问题的提出：我们已经知道了确定摄影模型所需要的参数。但是，要进行模型的解析运算，还要确定模型的数学解析关系式。为了研究像点与地面对应点的数学关系，必须建立中心投影的构像方程。,v,u,w,y,Z,Y,X,