攝影的基本知識和影象誤差處理

攝影的基本知識和影象誤差處理第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*2/511、攝影原理與攝影機（2）攝影機的基本知識攝影物鏡鏡箱暗箱ABab（1）攝影原理（攝影的誕生與發(fā)展）第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*3/51

小孔成像原理，在小孔處安裝攝影物鏡，在成像處放感光材料。拍攝時也通過快門瞬間開啟，直接在感光材料上感光，經(jīng)過暗室顯、定影，形成底片，再經(jīng)接觸曬印，獲得的正像即為航空像片。航空攝影機鏡箱暗箱1、攝影原理與攝影機第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*4/51①攝影物鏡

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)。

組合透鏡成像分析方法：

●利用單個透鏡逐次成像●利用透鏡組的“等效透鏡”成像

1、攝影原理與攝影機－（2）攝影機的基本知識第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*5/51BADCF′H′h′abcdFHhSS′主光軸：透鏡組諸透鏡球面曲率的中心連線主平面（H,H’)：過等效折射點（h,h’)且垂直于主光軸的平面主點（S,S’)：主平面與主光軸的交點主焦點（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焦距：

主焦點到主點間距離節(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；當物方與像方同介質(zhì)時，k,k’分別與s,s’重合，像方焦距也等于物方焦距，此時的透鏡組合即為理想的物鏡）。等效透鏡的基本點、線、面

1、攝影原理與攝影機－（2）攝影機的基本知識第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六像場與像場角直徑為ab的明亮圓的范圍稱為視場，照度從中間向邊緣遞減。物鏡的像方主點與視場直徑ab所張的角度2α，稱為視場角。在視場面積內(nèi)能夠清晰獲得影像的區(qū)域，稱為像場。物鏡的像方主點與像場直徑cd所張的角度2β，稱為像場角。為了取得全面清晰的構(gòu)像，應(yīng)取像場的內(nèi)接正方形或矩形為最大像幅。像幅決定著物面或物空間有多大的范圍可被物鏡成像于像面。第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*7/51②物鏡的成像公式高斯成像公式：牛頓成像公式：1、攝影原理與攝影機－（2）攝影機的基本知識B第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*8/51

1、調(diào)節(jié)物鏡使用面積

作用（；d-有效孔徑）2、控制焦面光通量3、調(diào)節(jié)成像景深③物鏡的光圈和光圈號數(shù)●光圈:控制物鏡進光面積的可變光闌。光圈是衡量鏡頭能通過光線多少的重要參數(shù)1、攝影原理與攝影機－（2）攝影機的基本知識第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*9/51●光圈號數(shù)：相對孔徑的倒數(shù)（f/δ）稱為光圈號數(shù)，用k表示。有效孔徑：平行光束經(jīng)物鏡折射后通過光圈，此時的光束直徑稱為有效孔徑，用δ表示。相對孔徑：有效孔徑與物鏡焦距之比，稱為相對孔徑δ/f。光圈號數(shù)標在物鏡筒光圈環(huán)上標志的光圈號數(shù)的排列順序是以為公比的等比級數(shù)。如：

1.422.845.6811162332說明：光圈號數(shù)越大，相應(yīng)的相對孔徑越小，能夠增強縱深景物影像的清晰度，所以說攝影的時候，為了增強縱深景物構(gòu)像的清晰度，應(yīng)采用小的相對孔徑，即大的光圈號數(shù)，同時相應(yīng)地增長了曝光時間。1、攝影原理與攝影機－（2）攝影機的基本知識第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*10/51景深④景深對某一攝影機而言，景深與對光調(diào)焦的物距、允許的模糊圓直徑和所取的光圈號數(shù)成正比，而與攝影物鏡的焦距f成反比。1、攝影原理與攝影機－（2）攝影機的基本知識第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*11/51快門：控制曝光時間的裝置。

作用：1、控制曝光時間2、與光圈配合控制曝光量

快門速度t：快門從開啟到關(guān)閉所經(jīng)歷的時間。

t以1/2為公比成等比級數(shù)排列，標刻在物鏡外框（1，1/2,1/4，1/8，1/15，1/30，1/60，1/125,1/250…)⑤攝影機快門

常用的快門有中心快門和簾式快門。中心快門的特點是打開快門之后，感光材料就能滿幅同時感光。簾式快門的特點是感光材料各部分的曝光量相同，且這種機構(gòu)設(shè)計可以做到曝光時間很短，如1／500秒或1／1000秒。1、攝影原理與攝影機－（2）攝影機的基本知識第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*12/51負片：對黑白攝影而言，黑白灰度與被攝物的明亮程度相反(底片）。正片：黑白灰度與被攝物的明亮程度一致。1、攝影原理與攝影機－（2）攝影機的基本知識⑥負片和正片第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*13/51（3）攝影機簡介①普通攝影機1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*14/51②量測用攝影機

這類攝影機是指航空攝影機、地面攝影測量用的攝影經(jīng)緯儀以及近景攝影測量用的攝影機。這種攝影機的特點是：

a、物鏡具備良好的光學特性，其物鏡的畸變差要小，分辨力要高，透光率強，攝影機結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

b、量測用攝影機的像距是一個固定值，幾乎等于攝影機物鏡的焦距。

c、量測用攝影機承片框上具有框標。1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*15/51什么是框標？框標：設(shè)置在攝影機焦平面（承影面）上位置固定的光學機械標志，用于在焦平面上（亦即像片上）建立像方坐標系?？驑说男问接校簷C械框標光學框標1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*16/51光學框標機械框標1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*17/51d、攝影機主光軸與像平面的交點稱為像片主點，攝影機物鏡后節(jié)點到像片主點的垂距稱為攝影機主距，也叫像片主距，一般用宇母f表示。攝影機結(jié)構(gòu)設(shè)計時要求像片主點應(yīng)與框標坐標系原點重合。由于制造技術(shù)上的誤差，常常是達不到完全重合的要求，但是必須精確地測定像片主點在框標坐標系中的坐標值x0,y0，把f,x0,y0就稱為像片的內(nèi)方位元素，內(nèi)方位元素是否已知也是量測用攝影機的特點。1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*18/51航攝機可按攝影機物鏡的焦距分類，可分為；矩焦距航攝機，其焦距為F≤100mm。中焦距航攝機，其焦距為100mm～200mm。長焦距航攝機，其焦距為F≥200mm。航攝機的像幅有18×18與23×23兩種，現(xiàn)代攝影機多用后者。1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*19/51幾種量測用攝影機展示1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*20/51航空攝影機結(jié)構(gòu)示意圖1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*21/51航空攝影機RC301、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*22/51近景攝影機WILDP321、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*23/51ADS40數(shù)字航攝儀1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*24/51P31攝影經(jīng)緯儀近景影像1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*25/51航空光學影像1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*26/51ADS40數(shù)字航空影像1、攝影原理與攝影機－(3)攝影機簡介第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*27/511、攝影原理與攝影機－(4)攝影處理攝影處理分以下幾步：

①感光材料的顯影處理

顯影：使曝光后感光材料上的潛像經(jīng)顯影液的氧化還原作用，將潛像轉(zhuǎn)化成可見影像。②感光材料的定影處理定影:用化學方法溶解掉顯影后感光材料上剩余的鹵化銀，穩(wěn)定已顯出影像的過程。③感光材料的水洗與晾干處理④像片的曬?。?）攝影處理第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*28/51

以測繪地形為目的的空中攝影多采用豎直攝影方式，要求航攝機在曝光的瞬問物鏡主光軸保持垂直于地面。實際上，由于飛機的穩(wěn)定性和攝影操作的技能限制，航攝機主光軸在曝光時總會有微小的傾斜，按規(guī)定要求像片傾角應(yīng)小于2到3度．這種攝影方式稱為豎直攝影。2、航空攝影的基本要求第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*29/512、航空攝影的基本要求第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*30/512、航空攝影的基本要求—（1）航空攝影安裝在航攝飛機上的航攝儀從空中一定角度對地面物體進行攝影，飛行航線一般為東西方向，要求航線相鄰兩張像片應(yīng)有60%左右的重疊度，相鄰航線的像片應(yīng)有30%左右的重疊度,航攝機在攝影曝光的瞬間物鏡主光軸保持垂直地面。（1）航空攝影第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*31/51第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*32/51123Lxpx航向重疊度：航線相鄰兩張像片的重疊度一般情況下在航線方向三張相鄰像片必須要有公共重疊影象，稱為三度重疊。航向重疊度保持在60%～65%。2、航空攝影的基本要求—（1）航空攝影第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*33/51?-1Ⅱ-1Lypy旁向重疊度：相鄰航線像片的重疊度旁向重疊度保持在15%～30%。2、航空攝影的基本要求—（1）航空攝影第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*34/512、航空攝影的基本要求—（1）航空攝影第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*35/51★攝影基線：航向相鄰兩個攝影站間的距離。P1S1P2S2SES:攝影基線2、航空攝影的基本要求—（1）航空攝影第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*36/512、航空攝影的基本要求—（2）攝影比例尺（2）攝影比例尺

嚴格地講，攝影比例尺是指航攝像片上一線段長為l與地面上相應(yīng)線段的水平距離L之比。但由于攝影像片有傾角，地形有起伏，所以攝影比例尺處處不等。我們一般指的攝影比例尺，是把攝影像片當作水平像片，地面取平均高程，這時像片上的一線段l與地面上相應(yīng)線段的水平距離L之比，稱為攝影比例尺1/m。第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*37/51f為攝影機主距，H為航高2、航空攝影的基本要求—（2）攝影比例尺P17第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六攝影比例尺在不同像點處不同fH0h1h2比例尺：第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*39/51另外，測量規(guī)范還規(guī)定同一航帶內(nèi)最大航高與最小航高之差不得大于30m；攝影區(qū)域內(nèi)實際航高與設(shè)計航高之差不得大于50m。航高是指攝影飛機在攝影瞬間相對某一水準面的高度，從該水準面起算向上為正號。根據(jù)所取基準面的不同，航高可分為相對航高和絕對航高。相對航高是指攝影機物鏡相對于某一基準面的高度，常稱為攝影航高。它是相對于被攝區(qū)域內(nèi)地面平均高程基準面的設(shè)計航高。是確定航攝飛機飛行的基本數(shù)據(jù)，按H＝mf計算得到．絕對航高是相對干平均海平面的航高，是指攝影物鏡在攝影瞬間的真實海拔高度。通過相對航高H與攝影地區(qū)地面平均高度A。計算得到H絕＝H＋A2、航空攝影的基本要求—（2）攝影比例尺第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六飛機到底飛多高才好？航高？所以事先就要確定好飛機飛多高？絕對航高！地表面大地水準面H絕Z平均地表高程值平均H攝影航高注意：航空攝影的時候，攝影比例尺是已知的，等于多少？規(guī)范規(guī)定：1/M為成圖比例尺則攝影比例尺為3M≤m≤5M如：要做1/2000地形圖，則攝影比例尺為6000≤m≤10000注意：比例尺越大，花的錢越多，重慶攝影m=8000第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*41/512、航空攝影的基本要求—（2）攝影比例尺比例尺類別航攝比例尺成圖比例尺大比例尺1:20001:30001：5001:40001:60001：10001:80001:12001：20001:5000中比例尺1:150001:20000(像幅23×23)1:100001:250001:250001:35000(像幅23×23）1:10000小比例尺1:200001:300001:250001:350001:550001:50000攝影比例尺的選擇第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*42/512、航空攝影的基本要求—（3）航線彎曲度（3）航線彎曲度航線彎曲：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。航線彎曲度：航線兩端像片的像主點間的直線距離l與偏離該直線最遠的像主點到直線的距離之比。第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*43/512、航空攝影的基本要求—（4）像片旋偏角（4）像片旋偏角像片旋偏角：相鄰兩張像片的像主點連線與像幅沿航線方向的兩框標連線間的夾角。像片旋角過大會減少立體像對的有效范圍第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*44/513、航攝像片的誤差及處理引起光學影像系統(tǒng)性誤差的因素攝影機物鏡構(gòu)像畸變感光材料變形大氣折光地球曲率（1）物鏡構(gòu)像畸變差及其改正

這種誤差是系統(tǒng)誤差，無法徹底杜絕；它是攝影機本身在制造過程中產(chǎn)生的；這些誤差使得經(jīng)過物鏡的入射光線與出射光線不平行，使像點偏離理論位置。徑向畸變：表現(xiàn)為畸變在以像主點為中心的輻射線上。切向畸變：由于鏡頭光學中心和幾何中心不一致引起的誤差，它使構(gòu)像點沿徑向方向和垂直于徑向方向都偏離其正確位置，是一種非對稱性畸變。僅為徑向畸變差的1/5~1/7，一般不考慮。第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*45/51畸變差以對稱性的徑向畸變差為主，可表示為：

式中為徑向畸變差系數(shù)（通常由廠家提供)ora(x,y)yx由△r引起的像點坐標改正式為:3、航攝像片的誤差及處理像點的徑向半徑即像片上像點到像主點的距離第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期六*46/513、航攝像片的誤差