第二章攝影測量基礎知識

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容鏡箱鏡箱暗箱暗箱攝影物鏡攝影物鏡A AB Ba ab一 、攝影機、攝影機1、攝影物鏡、攝影物鏡 攝影物鏡：相機上由凸透鏡或凹凸透鏡組攝影物鏡：相機上由凸透鏡或凹凸透鏡組 合成的精密光學成像系統(tǒng)。合成的精密光學成像系統(tǒng)。組合透鏡成像組合透鏡成像 1、利用單個透鏡逐次成像分析、利用單個透鏡逐次成像分析方方法法 2、利用透鏡組的、利用透鏡組的“等效透鏡等效透鏡”成成像像 主光軸：主光軸： 透鏡組諸透鏡球面曲率的中心連線。 主焦點（主焦點（F,F): 平行于主光軸的光線通過透鏡組后 與主光軸的交點。 主平面（主平面（Q,Q): 過等效折射點（h,h)且垂直于主光 軸的平面。 主點（主點

2、（s,s)： 主平面與主光軸的交點。 主焦距：主焦距： 主焦點到主點間距離。 節(jié)點（節(jié)點（k,k）：）： 主光軸上角的放大率為1的一對光學 共軛點。（光線通過共軛節(jié)點時，角 放大率為1；物方與像方同介質(zhì)時， k,k分別與s,s重合）。 三、攝影機簡介三、攝影機簡介 1、普通攝影機 哈蘇哈蘇555ELD555ELD相機相機哈蘇哈蘇H1D 數(shù)碼相機數(shù)碼相機2、改造后的數(shù)碼相機（航空攝影測量用）、改造后的數(shù)碼相機（航空攝影測量用）JXDC45航空數(shù)碼相機JXDC58航空數(shù)碼相機2 量測用攝像機量測用攝像機 航空攝像機航空攝像機近景攝影機近景攝影機近景攝影機近景攝影機 航空攝影機特性：航空攝影機特性：

3、 物鏡成像分解力高物鏡成像分解力高 物鏡成像畸變差小物鏡成像畸變差小 （1 1）光學特性）光學特性 物鏡透光率高物鏡透光率高 光學影像反差大光學影像反差大 焦面照度均勻焦面照度均勻 （2 2）焦面上設置有框標）焦面上設置有框標 （3 3）有膠片壓平系統(tǒng)）有膠片壓平系統(tǒng) （4 4）像距為定值（主距）像距為定值（主距） （5 5）有減震裝置）有減震裝置 （6 6）有影像位移補償裝置）有影像位移補償裝置 （7 7）抗溫差、抗過載抗溫差、抗過載 安裝在航攝飛機上的航安裝在航攝飛機上的航攝儀從空中一定角度對攝儀從空中一定角度對地面物體進行攝影，飛地面物體進行攝影，飛行航線一般為東西方向，行航線一般為東西

4、方向，要求航線相鄰兩張像片要求航線相鄰兩張像片應有應有60%60%左右的重疊度，左右的重疊度，相鄰航線的像片應有相鄰航線的像片應有30%30%左右的重疊度左右的重疊度, ,航攝航攝機在攝影曝光的瞬間物機在攝影曝光的瞬間物鏡主光軸保持垂直地面。鏡主光軸保持垂直地面。1、航空攝影航空攝影航空攝影激光掃描范圍激光掃描范圍圖像圖像機載數(shù)碼成像系統(tǒng)航空攝影測量子系統(tǒng)簡介航空攝影測量子系統(tǒng)簡介1、平臺蜜蜂3型主要參數(shù)：翼展：翼展：9.6m9.6m機身全長：機身全長：6.1m6.1m機機 高：高：2.0m2.0m最大航速：最大航速：132km/h132km/h最大起飛重量：最大起飛重量：360kg360kg

5、續(xù)航時間：續(xù)航時間：1.5-5.0h1.5-5.0h；航；航程程140-550km140-550km轉(zhuǎn)場：可用卡車、火車對轉(zhuǎn)場：可用卡車、火車對飛機進行轉(zhuǎn)場飛機進行轉(zhuǎn)場跑道最低條件：跑道最低條件： 6m6m200m200m土路，無需機場土路，無需機場檢影器檢影器重力穩(wěn)定平臺重力穩(wěn)定平臺攝影員所攝影員所在位置在位置飛行員所飛行員所在位置在位置數(shù)碼相機數(shù)碼相機2 2、穩(wěn)定平臺、穩(wěn)定平臺 在進行航空攝影測量時，應使相機拍攝時的主光在進行航空攝影測量時，應使相機拍攝時的主光軸垂直于地面。但在攝影作業(yè)過程中，各種因素對相軸垂直于地面。但在攝影作業(yè)過程中，各種因素對相機的影響很大很。穩(wěn)定平臺很好地解決這一

6、問題。機的影響很大很。穩(wěn)定平臺很好地解決這一問題。重力穩(wěn)定重力穩(wěn)定平臺平臺 航空相機是進行航空攝影測量航空相機是進行航空攝影測量時重要的部件，航空相機從出現(xiàn)到時重要的部件，航空相機從出現(xiàn)到目前，經(jīng)歷了多個產(chǎn)品階段，如早目前，經(jīng)歷了多個產(chǎn)品階段，如早期的期的RC-10,RC-20,RC-30,RC-10,RC-20,RC-30,現(xiàn)階段出現(xiàn)階段出現(xiàn)的數(shù)碼航攝儀，如現(xiàn)的數(shù)碼航攝儀，如DMCDMC、 UltraCamUltraCam、 ADS40ADS40和和SWDC SWDC 。3 3、航空相機、航空相機UltraCam（奧地利）（奧地利）DMCDMC（美國）（美國）ADS40（德國）（德國）SWD

7、C (中國)4 4、數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取后（數(shù)字影像），需要通過專數(shù)據(jù)獲取后（數(shù)字影像），需要通過專門的處理軟件來對影像進行處理，并最終門的處理軟件來對影像進行處理，并最終得到所需的成果。目前，數(shù)字后處理的核得到所需的成果。目前，數(shù)字后處理的核心軟件為數(shù)字攝影工作站。如我國的心軟件為數(shù)字攝影工作站。如我國的VirtuoZoVirtuoZo和和JX-4CJX-4C。數(shù)碼航數(shù)碼航空攝影空攝影測量作測量作業(yè)流程業(yè)流程注意與傳統(tǒng)注意與傳統(tǒng)航空攝影測航空攝影測量作業(yè)流程量作業(yè)流程比較？比較？3、攝影比例尺：航攝像片上一線段為航攝像片上一線段為l l與地面上相應線與地面上相應線段的水平距

8、段的水平距L L之比，用之比，用1/M1/M表示表示. .由于影像片有傾角，地形由于影像片有傾角，地形有起伏，所以攝影比例尺在像片上處處不相等有起伏，所以攝影比例尺在像片上處處不相等 HfLlm1f為攝影機像片主距，H為航高 攝影像片當作水像片，地面取平均高程時，這時像片上的一段l與地面上相應的水平距L之比為攝影比例尺。fHaASEPlL比例尺類別比例尺類別航攝比例尺航攝比例尺成圖比例尺成圖比例尺大比例尺大比例尺1:2000 1:30001:2000 1:30001 1： 500 500 1:4000 1:60001:4000 1:60001 1：1 0001 0001:8000 1:1200

9、 1:8000 1:1200 1 1：2 0002 0001:5 0001:5 000中比例尺中比例尺1:15 000 1:20 000(1:15 000 1:20 000(像幅像幅 23 23* *23) 23) 1:10 000 1:25 0001:10 000 1:25 0001:25 000 1:35 000(1:25 000 1:35 000(像幅像幅 23 232323）1:10 0001:10 000小比例尺小比例尺1:20 000 1:30 0001:20 000 1:30 0001:25 0001:25 0001:35 000 1:55 0001:35 000 1:55 00

10、01:50 0001:50 000 對于采用數(shù)碼傳感器進行航空攝影測量時，對于采用數(shù)碼傳感器進行航空攝影測量時，一般講地面分辨率一般講地面分辨率(Ground Sample Distance (Ground Sample Distance ，GSD)GSD)，一般不再談攝影比例尺，一般不再談攝影比例尺(Photo Scale)(Photo Scale)。需要注意需要注意：ADS40 6.5 m CCDSensor with 12 m CCDDigital image 12,000 pixels across trackSensor data CCD: 12,000 pixels 6.5 mLe

11、ns: f = 63 mm, FOV 64 Flight data for 10cm GSDFlying height 965 mPhoto Scale 1 : 15,384Swath 1,200 m Sensor data CCD: 12,000 pixels 12 mLens: f = 120 mm, FOV 62 Flight data for 10cm GSDFlying height 1,000 mPhoto Scale 1 : 8,333Swath 1,200 mEqual GSD at different image scales - even when the CCD pixe

12、l size is differentSwath on ground 1200 mSwath on ground 1200 m1 Pixel = 10 cm GSD1 Pixel = 10 cm GSD不同數(shù)碼影像其攝影比例尺不相關不同數(shù)碼影像其攝影比例尺不相關 攝影機相對某一水準面的高度。 攝影機相對某一基準面的高度。（通常基準面取測區(qū)地表平均高程平面，有 ） 攝影機相對平均海水面的高度。mfH 豎直攝影：攝影瞬間攝影機的主光軸近似與攝影瞬間攝影機的主光軸近似與 地面垂直，偏離鉛垂線的夾角小于地面垂直，偏離鉛垂線的夾角小于3 30 0，夾角，夾角為像片傾角。為像片傾角。A攝影機主光軸鉛垂線A

13、為像片傾角地面地面航向重疊度：航線相鄰兩張像片的重疊度航線相鄰兩張像片的重疊度%100%Lxpxpx123Lxpx航線方向航線方向旁向重疊度：相鄰航線像片的重疊度相鄰航線像片的重疊度%100%Lypypy-1-1Lypy航線方向航線方向航線方向航線方向山西稷山某測區(qū)航線及地標點布設圖山西稷山某測區(qū)航線及地標點布設圖例例. .給定了一個測區(qū)的位置，且確定了此次航攝成給定了一個測區(qū)的位置，且確定了此次航攝成圖要求（成圖比例尺、采用航空數(shù)碼相機的類型、圖要求（成圖比例尺、采用航空數(shù)碼相機的類型、相機的主距相機的主距f f），怎么設計航線。（若此次成圖比），怎么設計航線。（若此次成圖比例尺為例尺為1:

14、5001:500） 焦距焦距35mm35mm 光圈光圈3.5-323.5-32 快門快門1-1/800s1-1/800s，連續(xù)曝光最小時間間隔，連續(xù)曝光最小時間間隔2.5s2.5s 5440 544040804080像素，像素尺寸像素，像素尺寸9um9um 畸變小于畸變小于2um2um 天底點角分辨率天底點角分辨率1/38881/3888JXDC45數(shù)碼航攝儀參數(shù)由已知條件，地面分辨率可確定為由已知條件，地面分辨率可確定為5cm5cm；由由f/H=9um/5cmf/H=9um/5cm，可得航高，可得航高H H；還可根據(jù)地面分辨率大小，計算圖幅的大小；還可根據(jù)地面分辨率大小，計算圖幅的大??；根據(jù)

15、事先定好的航向重疊根據(jù)事先定好的航向重疊60%60%，旁向重疊，旁向重疊30%30%，計算基線計算基線B B、兩條航線間的間隔、兩條航線間的間隔D D及每條航向及每條航向上相機曝光點的點位坐標；上相機曝光點的點位坐標；計算過程如下：計算過程如下：航攝像片為量測像片，有光學框標和機械框標。航攝像片為量測像片，有光學框標和機械框標。航攝像片的大小為航攝像片的大小為1818cmx18cm,23cmx23cm,30cmx30cm,cmx18cm,23cmx23cm,30cmx30cm,也被也被稱為像幅（稱為像幅（FormatFormat）。）。2 航攝像片光學框標機械框標像主點：攝影機投影中心像主點：

16、攝影機投影中心S S在像片平面上的垂足，即主光在像片平面上的垂足，即主光軸與像片平面的交點。軸與像片平面的交點。主光軸：過攝影機投影中心主光軸：過攝影機投影中心S S且垂直于像片平面的直線。且垂直于像片平面的直線。S主光軸主光軸像片平面像片平面O攝影基線：航向相鄰兩個攝影站間的距離攝影基線：航向相鄰兩個攝影站間的距離P1S1P2S2SES:攝影基線航空攝影機的物鏡焦距與像片主距近似相等。航空攝影機的物鏡焦距與像片主距近似相等。fdD111像片主距：物鏡節(jié)點到像平面的距離。像片主距：物鏡節(jié)點到像平面的距離。攝影機焦距：物鏡節(jié)點到焦點的距離攝影機焦距：物鏡節(jié)點到焦點的距離4、航線彎曲：把一條航線的

17、航攝像片根據(jù)地物影像拼接起來，各張像片的主點連線不在一條直線上，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線，稱航線彎曲 。航向彎曲影響旁向重疊度。 Ll5、像對：航向相鄰兩張像片組成一個像對理想像對：相鄰兩像片水平、攝影基線水平組成的像對正直像對：相鄰兩像片水平、攝影基線不水平組成的像對豎直像對：相鄰兩像片不嚴格水平、攝影基線不水平組成 的像對p1S1Ep2S2p1S1P2S2E理想像對正直像對像對左片像對左片像對右片像對右片6、同名光線、同名像點、核線、核面核面同名核線同名核線同名像點同名像點攝影基線攝影基線l1AS1p1l2p2S2同名像點：同一地面點發(fā)出的兩條光線經(jīng)左右攝影中心在左右像片上構(gòu)成的像點稱為同名

18、像點同名光線：同一地面點發(fā)出的兩條光線稱同名光線核面：攝影基線與同一地面點發(fā)出的兩條同名光線組成的面同名核線：核面與左右像片面的交線為同名核線3-3 1 1. .中心投影：投射線會聚于一點的投影稱為中心投影中心投影：投射線會聚于一點的投影稱為中心投影。 投影平面投影射線投影點投影中心 投影：投影：用一組假想的直線將物體形狀向幾何面投影成像。幾何平面稱為投影平面；投影的直線為投影線；投影平面上得到的圖像為投影。 中心投影：中心投影：投影射線匯聚同一點的投影。 投影中心投影中心S:S:中心投影射線的匯聚點。 2 2、平行投影：投射線相互平行的投影為平行投影。、平行投影：投射線相互平行的投影為平行投

19、影。 投影射線相互平行且與投影平面正交的投影投影射線相互平行且與投影平面正交的投影 。正射投影斜投影 二二. . 航片是地面景物的中心投影航片是地面景物的中心投影 航片是地面景物的中心投影；地形圖（包括影像地圖）是地面景物的正射投影；攝影測量的主要任務之一，即是把記錄在中心投影像片上的地面景物轉(zhuǎn)換成按圖比例尺的正射投影地圖。三三 、中、中 正正 心心 、 投投 負負 影影 片片 的的 位位 置置 a ab bc cd do ox xy yC CB BA AD Dx xy yb bc ca ad d 四、透視變換中的重要點、線、面四、透視變換中的重要點、線、面 四、透視變換中的重要點、線、面四、透視變換中的重要點、線、面透