攝影測量解析基礎(chǔ)

1、第二章第二章 攝影測量解析基礎(chǔ)攝影測量解析基礎(chǔ)攝影測量學(xué)攝影測量學(xué)第二章第二章地環(huán)學(xué)院地環(huán)學(xué)院 地信系地信系ZSSq 利用安裝在航攝飛機(jī)上利用安裝在航攝飛機(jī)上的航攝儀從空中一定角的航攝儀從空中一定角度對(duì)地面進(jìn)行攝影度對(duì)地面進(jìn)行攝影 像場角常角常角：(視場角100。)長焦距長焦距：(主距200mm)中焦距中焦距：(主距100200mm)短焦距短焦距：(主距100mm)焦距航攝像片為航攝像片為量測像片量測像片，有，有光學(xué)框標(biāo)和機(jī)械框標(biāo)光學(xué)框標(biāo)和機(jī)械框標(biāo)航攝像片的大小為航攝像片的大小為18cm18cm, 23cm23cm航攝像片光學(xué)框標(biāo)機(jī)械框標(biāo)q 航攝儀在曝光的瞬間物航攝儀在曝光的瞬間物鏡主光軸保持

2、垂直地面鏡主光軸保持垂直地面 航空攝影航空攝影 攝影瞬間攝影機(jī)的主光軸近似與地面垂直，攝影瞬間攝影機(jī)的主光軸近似與地面垂直，偏離鉛垂線的夾角小于偏離鉛垂線的夾角小于3 30 0，夾角為像片傾角，夾角為像片傾角鉛垂線像片SA攝影機(jī)主光軸像片豎直攝影q 沿航線方向相鄰兩張沿航線方向相鄰兩張像片應(yīng)有像片應(yīng)有60%60%左右的航左右的航向重疊，相鄰航線間向重疊，相鄰航線間的像片應(yīng)有的像片應(yīng)有30%30%左右的左右的旁向重疊旁向重疊 航空攝影航空攝影123Lxpx航向重疊度-1-1Lypy旁向重疊度航向相鄰兩個(gè)攝影站間的距離航向相鄰兩個(gè)攝影站間的距離P1S1P2S2BE攝影基線攝影基線HfLlm1f為攝

3、影機(jī)主距，為攝影機(jī)主距，H為航高為航高視攝影像片水平、地面取平均高程時(shí)，像片上的線段 l 與地面上相應(yīng)的水平距L 之比為攝影比例尺aASEPfH攝影比例尺kbmcm 測圖比例尺航攝比例尺分航攝比例尺分母母測圖比例尺分測圖比例尺分母母比例尺類型比例尺類型航攝比例尺航攝比例尺測圖比例尺測圖比例尺大比例尺大比例尺 1:2000 1:3000 1:500 1:4000 1:6000 1:1000 1:12000 1:2000， 1:5000中比例尺中比例尺 1:150001:20000 1:5000 1:100001:35000 1:10000小比例尺小比例尺 1:200001:30000 1:250

4、00 1:350001:55000 1:50000試計(jì)算試計(jì)算f為為200mm，航攝比例尺分母為，航攝比例尺分母為8000的飛機(jī)飛行高度（相對(duì)）的飛機(jī)飛行高度（相對(duì)） 把一條航線的航攝像片根據(jù)地物影像拼接起把一條航線的航攝像片根據(jù)地物影像拼接起來，各張像片的主點(diǎn)連線不在一條直線上，來，各張像片的主點(diǎn)連線不在一條直線上，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線，稱航線彎曲稱航線彎曲 Ll航線彎曲o2 一張像片上相鄰主點(diǎn)連線與同方向框一張像片上相鄰主點(diǎn)連線與同方向框標(biāo)連線間的夾角。要求像片旋角標(biāo)連線間的夾角。要求像片旋角60像片旋角過大會(huì)減少立體像對(duì)的有效范圍o1像片旋角投影方式投影：用一組

5、假想的直線將物體向幾何面投射用一組假想的直線將物體向幾何面投射投影射線：投影的直線投影的直線投影平面：投影的幾何面投影的幾何面投影射線會(huì)聚于一點(diǎn)的投影稱為投影射線會(huì)聚于一點(diǎn)的投影稱為中心投影投影中心投影中心投影平面投影平面投影點(diǎn)投影點(diǎn)投影射線投影射線物點(diǎn)物點(diǎn)正射投影投影射線投影射線與投影平與投影平面正交面正交斜投影投影射投影射線與投線與投影平面影平面斜交斜交投影射線平行于某一固定方向的投影的投影稱為投影射線平行于某一固定方向的投影的投影稱為平行投影航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影SBbAaCc中心投影AaBbCc正射投影地形圖的特點(diǎn)1、圖上任意兩點(diǎn)間的距離與相應(yīng)地面點(diǎn)、圖上任意兩點(diǎn)間的距離

6、與相應(yīng)地面點(diǎn) 的水平距離之比為一常數(shù)，等于的水平距離之比為一常數(shù)，等于圖比圖比 例尺例尺2、圖上任意一點(diǎn)引畫的兩條、圖上任意一點(diǎn)引畫的兩條方向線方向線間的間的 夾角等于地面上對(duì)應(yīng)的水平角夾角等于地面上對(duì)應(yīng)的水平角地形起伏引起的像點(diǎn)位移spacbABCB0BbAA0sEpb0aa0像片傾斜引起的像點(diǎn)位移航攝像片的特點(diǎn)當(dāng)像片傾斜、地面起伏時(shí)，地面點(diǎn)在航攝像片上當(dāng)像片傾斜、地面起伏時(shí)，地面點(diǎn)在航攝像片上構(gòu)像相對(duì)于理想情況下的構(gòu)像所產(chǎn)生的位置差異構(gòu)像相對(duì)于理想情況下的構(gòu)像所產(chǎn)生的位置差異稱稱像點(diǎn)位移像點(diǎn)位移投影方式投影方式：地圖為正射投影，航片為中心投影地圖為正射投影，航片為中心投影比比 例例 尺尺：

7、地圖有統(tǒng)一比例尺，航片無統(tǒng)一比例尺地圖有統(tǒng)一比例尺，航片無統(tǒng)一比例尺表示方法表示方法：地圖為線劃圖，航片為影像圖地圖為線劃圖，航片為影像圖表示內(nèi)容表示內(nèi)容：地圖需要綜合取舍（制圖規(guī)則），航片內(nèi)容豐富地圖需要綜合取舍（制圖規(guī)則），航片內(nèi)容豐富幾何差異幾何差異：航攝像片可組成像對(duì)立體觀察航攝像片可組成像對(duì)立體觀察攝影測量的主要任務(wù)之一攝影測量的主要任務(wù)之一：航攝像片與地圖的關(guān)系主觀、藝術(shù)主觀、藝術(shù)所見即所得所見即所得 將空間點(diǎn)、線作中心投影，在投影平將空間點(diǎn)、線作中心投影，在投影平面面P P上得到一一對(duì)應(yīng)的點(diǎn)、線，這種上得到一一對(duì)應(yīng)的點(diǎn)、線，這種經(jīng)中心投影取得的一一對(duì)應(yīng)的投影關(guān)經(jīng)中心投影取得的一一

8、對(duì)應(yīng)的投影關(guān)系稱為系稱為透視變換EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCc航攝像片中的重要點(diǎn)、線、面面：地面地面E 像片面像片面P 主垂面主垂面W 真水平面真水平面Es線：跡線跡線TT 主光線主光線SoO 主垂線主垂線SnN 攝影方向線攝影方向線VV 主縱線主縱線vv 等角線等角線ScC 主合主合線線hihi 主橫線主橫線hoho 等比線等比線hchc重要的點(diǎn) 線 面點(diǎn)：攝影中心攝影中心S 像主點(diǎn)像主點(diǎn)o 地主點(diǎn)地主點(diǎn)O 像底點(diǎn)像底點(diǎn)n 地底點(diǎn)地底點(diǎn)N 等角點(diǎn)等角點(diǎn)c 地面等角點(diǎn)地面等角點(diǎn)C 主合點(diǎn)主合點(diǎn)i 主遁點(diǎn)主遁點(diǎn)J 重要點(diǎn)線的數(shù)學(xué)關(guān)系2HtgCNHtgONEPTT

9、vvVVSWJiNnOoCc底點(diǎn)特性鉛垂線在像平面鉛垂線在像平面上的構(gòu)像位于以上的構(gòu)像位于以像底點(diǎn)像底點(diǎn)n為輻射為輻射中心的相應(yīng)輻射中心的相應(yīng)輻射線上線上Nn重要的點(diǎn) 線特征等角點(diǎn)特性在傾斜像片和水在傾斜像片和水平地面上，由等平地面上，由等角點(diǎn)角點(diǎn)c和和C所引出所引出的一對(duì)透視對(duì)應(yīng)的一對(duì)透視對(duì)應(yīng)線無方向偏差，線無方向偏差，保持著方向角相保持著方向角相等等Cc重要的點(diǎn) 線特征等比線特性 等比線的構(gòu)像比例尺等于水平像片上的攝影比例尺，等比線的構(gòu)像比例尺等于水平像片上的攝影比例尺，不受像片傾斜影響不受像片傾斜影響重要的點(diǎn) 線特征 已知已知 E E 平面上有平面上有 A 點(diǎn)，在像平面上作對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)，在

10、像平面上作對(duì)應(yīng)的像 aPTTSAT1i作圖步驟：作圖步驟：1）找跡點(diǎn)）找跡點(diǎn)T12）找主合點(diǎn)）找主合點(diǎn)i3）連）連T1i與與SA， 交點(diǎn)為交點(diǎn)為a中心投影作圖主合點(diǎn)主合點(diǎn)跡點(diǎn)跡點(diǎn)avvE 已知已知 E E 平面上有平面上有 AB 直線，在像平面上作對(duì)應(yīng)的像直線，在像平面上作對(duì)應(yīng)的像 abPTTSi作圖步驟：作圖步驟：1）找跡點(diǎn)）找跡點(diǎn)T12）找合點(diǎn)）找合點(diǎn)i13）連）連T1i1與與SA， 交點(diǎn)為交點(diǎn)為a4）連）連T1i1與與SB， 交點(diǎn)為交點(diǎn)為b5）a與與b 連線連線中心投影作圖主合點(diǎn)主合點(diǎn)跡點(diǎn)跡點(diǎn)avvEhihiABi1bT1 已知垂直物面的空間直線已知垂直物面的空間直線 AB，在像平面上作

11、對(duì)應(yīng)的像，在像平面上作對(duì)應(yīng)的像 abPTTSi作圖步驟：作圖步驟：1）按）按E面上點(diǎn)作面上點(diǎn)作圖方式確定圖方式確定a2）找像底點(diǎn)）找像底點(diǎn)n3）連接）連接na4） na與與SB的交點(diǎn)的交點(diǎn)為為b5）a與與b 連線連線中心投影作圖主合點(diǎn)主合點(diǎn)跡點(diǎn)跡點(diǎn)vvEABba像像平平面面直直角角坐坐標(biāo)標(biāo)系系pxyoxyaa(x,y)像像空空間間直直角角坐坐標(biāo)標(biāo)系系sxyxyzoaxy地地面面測測量量坐坐標(biāo)標(biāo)系系sxyotYtXtZtA地面測量坐標(biāo)為國家統(tǒng)一坐標(biāo)系，平面坐標(biāo)為高斯-克呂格3度帶或6度帶投影（1980西安坐標(biāo)系），高程為1985黃海高程系a像像空空間間輔輔助助坐坐標(biāo)標(biāo)系系sxyoYXZaa(X,

12、Y,Z)地地面面攝攝影影測測量量坐坐標(biāo)標(biāo)系系sxyAao原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，Ztp軸與地面測量坐標(biāo)系的Zt軸平行， Xtp軸與航線一致MZtpXtpYtpxyzXYZAas(x,y,-f)(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtMZtpYtpXtp攝影測量中的各種坐標(biāo)系攝影測量中的各種坐標(biāo)系確定攝影時(shí)攝影中心、像片與地面確定攝影時(shí)攝影中心、像片與地面三者之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)三者之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)確定攝影物鏡后節(jié)點(diǎn)與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)確定攝影物鏡后節(jié)點(diǎn)與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)內(nèi)方位元素（x0,y0,f）可恢復(fù)攝影光束xyp像像片片內(nèi)內(nèi)方方位位元元素素fx0y0SosoAYXZ確定攝

13、影瞬間像片在地面直角坐標(biāo)系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)確定攝影瞬間像片在地面直角坐標(biāo)系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)像像片片外外方方位位元元素素ZsXsYs外方位線元素：描述攝影描述攝影中心在地面空間直角坐標(biāo)中心在地面空間直角坐標(biāo)系中的位置系中的位置(Xs、Ys、Zs)外方位角元素：描述像片在攝影描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)瞬間的空間姿態(tài)AXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素以Y 軸為主軸的- 轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN航向傾角航向傾角 旁向傾角旁向傾角 像片旋角像片旋角 osxyzOXAXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素以X 軸為主軸的- 轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN旁向傾角旁向傾角 航向傾角航向傾角 osxyzOY像片

14、旋角像片旋角 AXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素以Z 軸為主軸的A-v轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN像片傾角像片傾角方位角方位角A像片旋角像片旋角vosxyz平平面面坐坐標(biāo)標(biāo)變變換換xyoxyacossinsincosyxyyxxyxyxcossinsincosxyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像像空空間間坐坐標(biāo)標(biāo)與與像像空空間間輔輔助助坐坐標(biāo)標(biāo)的的變變換換可以理解為：像空間坐標(biāo)系是像空間輔助坐標(biāo)系（相當(dāng)于攝影光束的起始位置）依次繞相應(yīng)的坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)， 三個(gè)角度以后的位置。ZYXZYXZYXRcos0sin010sin0coscossinsincosZXZYYZXXaS-XYZ坐標(biāo)系繞Y 軸

15、旋轉(zhuǎn)角到S-XYZXZSYXZ (Y)以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換ZYXZYXZYXRcossin0sincos0001S-XYZ坐標(biāo)系繞X軸旋轉(zhuǎn)角到S-XYz以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換zyxzyxZYXR1000cossin0sincosS-XYz坐標(biāo)系繞z軸旋轉(zhuǎn)角到S-xyz以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos0001cos0sin010sin0coscccbbbaaaRRRR以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換以X 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角

16、系統(tǒng)的坐標(biāo)變換zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscos0sin010sin0coscossin0sincos0001cccbbbaaaRRRR正交變換矩陣的特點(diǎn)正交變換矩陣的特點(diǎn)100010001333222111321321321TcbacbacbacccbbbaaaRR100010001321321321333222111TcccbbbaaacbacbacbaRR由高等數(shù)學(xué)知道，一個(gè)坐標(biāo)系按三個(gè)角元素順次地繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)即可變換由高等數(shù)學(xué)知道，一個(gè)坐標(biāo)系按三個(gè)角元素順次地繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)即可變換為一個(gè)同原點(diǎn)的為一個(gè)同原點(diǎn)的坐標(biāo)系，這種變換為坐標(biāo)系，這種

17、變換為正交變換正交變換正交變換矩陣的特點(diǎn)正交變換矩陣的特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矩陣只有旋轉(zhuǎn)矩陣只有3 3個(gè)獨(dú)立參數(shù)個(gè)獨(dú)立參數(shù)以X 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換以Z 軸為主軸的A-v系統(tǒng)的坐標(biāo)變換zyxzyxZYXvARRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos00011000cossin0sincoscccbbbaaaAAAAvvvvvARRRR以Z 軸為主軸的A-v系統(tǒng)的坐標(biāo)變換n像片的基本知識(shí)回顧n什么是共線條件方程n共線條件方程的簡單推導(dǎo)一、共線條件方程的一般形式一、共線條件方程的一般形式中心投影中心投影內(nèi)外方位元素內(nèi)外方位元素常用坐標(biāo)系常用坐標(biāo)系空間坐標(biāo)變換

18、空間坐標(biāo)變換基本知識(shí)回顧航攝儀sxyxyzMZYXAaoXYZ共線條件xyzXYZAasXsYsZsNYXZXA- XsYA- Ys(x,y,-f)(XA,YA,ZA)MZYX共線條件方程u求像底點(diǎn)坐標(biāo)u單像空間后方交會(huì)和多像空間前方交會(huì)u攝影測量中的數(shù)字投影基礎(chǔ)u航空影像模擬u光束法平差的基本數(shù)學(xué)模型u利用DEM制作數(shù)字正射影像圖二、共線條件方程的應(yīng)用二、共線條件方程的應(yīng)用求像底點(diǎn)坐標(biāo))()()()()()()()()()()()(333222333111sNsNsNsNsNsNnsNsNsNsNsNsNnZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx像片仿真已知已知內(nèi)、外方位元素內(nèi)、外方位元素地面點(diǎn)空間坐標(biāo)地面點(diǎn)空間坐標(biāo)DEM模擬影像模擬影像XYZa (x,y)xyzS(Xs, Ys, Zs)A(X,Y,Z)n目的n觀測值 x,yn未知數(shù) Xs, Ys, Zs, , , , X, Y, Z , x0