攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)

攝影測量基礎(chǔ)知識(shí)《攝影測量學(xué)》第三章一、航空攝影二、中心投影的基礎(chǔ)知識(shí)三、航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面四、攝影測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)五、航攝像片的內(nèi)外方位元素六、像點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)變換七、中心投影構(gòu)象方程八、航攝像片上的像點(diǎn)位移主要內(nèi)容3.1、攝影比例尺與攝影航高

f為攝影機(jī)主距，H為航高攝影像片當(dāng)作水像片，地面取平均高程時(shí)，這時(shí)像片上的一段l與地面上相應(yīng)的水平距L之比為攝影比例尺。aASEPfH一、攝影比例尺攝影航高絕對航高航攝像片上一線段為l與地面上相應(yīng)線段的水平距L之比。測圖比例尺討論1:航攝比例尺與測圖比例尺有何規(guī)律？比例尺類型航攝比例尺測圖比例尺大比例尺1:2000～1:30001:5001:4000～1:60001:10001:8000～1:120001:2000，1:5000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測繪小比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺大于測圖比例尺測繪中比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺接近測圖比例尺測繪大比例尺地形圖時(shí)，航攝比例尺小于測圖比例尺二、空中攝影過程利用安裝在航攝飛機(jī)上的航攝儀從空中一定角度對地面進(jìn)行攝影航空攝影ZSS航空攝影過程攝影過程確定測區(qū)范圍選擇攝影機(jī)確定攝影比例尺及航高需要像片的數(shù)量、日期及航攝成果的驗(yàn)收武漢市轄區(qū)面積：8406平方千米；航拍過程中像幅大小為23cm*23cm計(jì)算要獲取1：500的比例尺地形圖，大致需要多少張影像？攝影過程是如何實(shí)施的？攝影基線：航向相鄰兩個(gè)攝影站間的距離P1S1P2S2SES:攝影基線ZSS負(fù)片：對黑白攝影而言，黑白灰度與被攝物的明亮程度相反。正片：黑白灰度與被攝物的明亮程度一致。負(fù)片和正片沿航線方向相鄰兩張像片應(yīng)有60%左右的航向重疊，相鄰航線間的像片應(yīng)有30%左右的旁向重疊航空攝影三、攝影測量生產(chǎn)對攝影資料的基本要求1、像片重疊攝影過程中具有的最大的特征是什么？思考：為什么要求有重疊？重疊范圍航向重疊度：航線相鄰兩張像片的重疊度123Lxpx旁向重疊度：相鄰航線像片的重疊度?-1Ⅱ-1Lypy2、豎直攝影：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30，夾角為像片傾角。A攝影機(jī)主光軸鉛垂線A為像片傾角3、比例尺像片比例尺是由攝影機(jī)的主距和攝影的高度來確定的：式中m為像片比例尺分母，f為攝影機(jī)主距，H為攝影高度或稱航高。按照攝影測量要求，像片比例尺分母的相對誤差一般不應(yīng)超過5％。因此，空中攝影測量飛行航高H的變換量也稱航高差應(yīng)限制為：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(shí)際航高與設(shè)計(jì)航高之差不得大于50m。這里的航高是指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對某一水準(zhǔn)面的高度，從該水準(zhǔn)面起算向上為正號(hào)。4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(diǎn)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：航線最大彎曲矢量與航線長度之比的百分?jǐn)?shù)。要求航線彎曲度不得大于3%。Ll5像片旋角：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。要求旋片角不得大于60像片旋角過大會(huì)減少立體像對的有效范圍a1a2

6像對：航向相鄰兩張像片組成一個(gè)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(yán)格水平、攝影基線不水平組成的像對p1S1Ep2S2p1S1P2S2E理想像對正直像對7同名光線、同名像點(diǎn)、核線、核面核面同名核線同名像點(diǎn)攝影基線l1AS1p1l2p2S2核面：攝影基線與同一地面點(diǎn)發(fā)出的兩條同名光線組成的面核線：核面與左右像片面的交線為同名核線同名像點(diǎn)：同一地面點(diǎn)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(diǎn)稱為同名像點(diǎn)同名光線：同一地面點(diǎn)發(fā)出的兩條光線稱同名光線二、中心投影的基本知識(shí)投影方式投影：用一組假想的直線將物體向幾何面投射投影射線：投影的直線投影平面：投影的幾何面投影射線會(huì)聚于一點(diǎn)的投影稱為中心投影投影中心投影平面投影點(diǎn)投影射線物點(diǎn)正射投影投影射線與投影平面正交斜投影投影射線與投影平面斜交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)的水平距離之比為一常數(shù)，等于圖比例尺2、圖上任意一點(diǎn)引畫的兩條方向線間的夾角等于地面上對應(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)在航攝像片上構(gòu)像相對于理想情況下的構(gòu)像所產(chǎn)生的位置差異稱像點(diǎn)位移比例尺：地圖有統(tǒng)一比例尺，航片無統(tǒng)一比例尺表示方法：地圖為線劃圖，航片為影像圖表示內(nèi)容：地圖需要綜合取舍幾何差異：航攝像片可組成像對立體觀察攝影測量的主要任務(wù)之一：把地面按中心投影規(guī)律獲取的攝影比例尺航攝像片轉(zhuǎn)換成以測圖比例尺表示的正射投影地形圖三、航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面

將空間點(diǎn)、線作中心投影，在投影平面P上得到一一對應(yīng)的點(diǎn)、線，這種經(jīng)中心投影取得的一一對應(yīng)的投影關(guān)系稱為透視變換EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCc航攝像片中的重要點(diǎn)、線、面面：地面E像片面P主垂面W真水平面Es線：跡線TT主光線SoO主垂線SnN攝影方向線VV主縱線vv等角線ScC主合線hihi主橫線hoho等比線hchc重要的點(diǎn)線面點(diǎn)：攝影中心S像主點(diǎn)o地主點(diǎn)O像底點(diǎn)n地底點(diǎn)N等角點(diǎn)c地面等角點(diǎn)C主合點(diǎn)i主遁點(diǎn)J

重要點(diǎn)線的數(shù)學(xué)關(guān)系EPTTvvVVSWJiNnOoCc

已知E平面上有A

點(diǎn)，在像平面上作對應(yīng)的像aPTTSAT1i作圖步驟：1）找跡點(diǎn)T12）找主合點(diǎn)i3）連T1i與SA，交點(diǎn)為a中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)avvE

已知E平面上有AB

直線，在像平面上作對應(yīng)的像abPTTSi作圖步驟：1）找跡點(diǎn)T12）找合點(diǎn)i13）連T1i1與SA，交點(diǎn)為a4）連T1i1與SB，交點(diǎn)為b5）a與b

連線中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)avvEhihiABi1bT1

已知垂直物面的空間直線AB，在像平面上作對應(yīng)的像abPTTSi作圖步驟：1）按E面上點(diǎn)作圖方式確定a2）找像底點(diǎn)n3）連接na4）na與SB的交點(diǎn)為b5）a與b

連線中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)vvEABba1、像平面直角坐標(biāo)系(p-xy)四、攝影測量常用坐標(biāo)系pxyox’y’pxy(一）像方坐標(biāo)系2、像空間直角坐標(biāo)系(S-xyz)xyoPyzxs-f3、像空間輔助坐標(biāo)系(S-XYZ)xyosxzyYXZ4攝影測量坐標(biāo)系(Op-XpYpZp)5地面測量坐標(biāo)系(t-XtYtZt)tytxtztpXpYpZpXYZS地面測量坐標(biāo)為國家統(tǒng)一坐標(biāo)系，平面坐標(biāo)系為高斯-克呂格三度帶或六度帶1980西安坐標(biāo)系，高程坐標(biāo)系為1985黃海高程系(二）物方坐標(biāo)系6地面攝影測量坐標(biāo)系(A-XtpYtpZtp)原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，Ztp軸與地面測量坐標(biāo)系的z軸平行，Xtp軸與航線一致XtpYtpZtpA（1）以像空間坐標(biāo)系為像空間輔助坐標(biāo)（2）地面點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地面攝影測量坐標(biāo)系（3）再轉(zhuǎn)換為地面測量坐標(biāo)系畫出以上出現(xiàn)的幾種坐標(biāo)系統(tǒng)。習(xí)題1：選取地面攝影測量坐標(biāo)系D-XYZ及像空間輔助坐標(biāo)系S-uvw,并使兩種坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸彼此平行。攝攝影中心與地面點(diǎn)A在地面攝影測量坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為Xs,Ys,Zs,和X,Y,Z，地面點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為多少？像點(diǎn)a在像輔助空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為u,v,w.畫出以上出現(xiàn)的坐標(biāo)系，并在坐標(biāo)系中將S，a，A三點(diǎn)標(biāo)識(shí)出來。習(xí)題2：已知一像對，基線長為B，將左片置平，以左片的像空間坐標(biāo)系作為本像對的像空間輔助坐標(biāo)系，則左片的攝影中心S1在該像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為多少？右片攝影中心S2在該空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)又為多少，與基線B有何關(guān)系？五、航攝像片的內(nèi)、方位元素方位元素：確定攝影時(shí)攝影中心、像片與地面三者之間相關(guān)位置的參數(shù)內(nèi)方位元素外方位元素如何描述攝影瞬間的相互位置？1、像片的內(nèi)方位元素：攝影中心與像片之間相互位置的參數(shù)恢復(fù)內(nèi)方位元素可恢復(fù)攝影時(shí)的攝影光束xycSfox0y02像片外方位元素：已建立的攝影光束，確定像片攝影瞬間在地面直角坐標(biāo)系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)XYZApS三個(gè)直線元素+三個(gè)角元素三個(gè)直線元素，描述攝影中心在地面空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(Xs、Ys、Zs)。三個(gè)角元素(、、)，表示攝影光束空間姿態(tài)(像片在攝影瞬間空間姿態(tài)的要素）XYZApSXsYsZs1）以V軸為主軸的、、XYZAXsYsZsooxUVWN

S旁向傾角

航向傾角

像片旋角

xyUVW思考：若選用以像片的像空間坐標(biāo)系為像輔助坐標(biāo)系為參考標(biāo)準(zhǔn)，則像片的外方位元素是什么？2）以X軸為主軸的

，、，、，航向傾角

,旁向傾角，

像片旋角

，XYZASXYZNXsYsZsooY

，

，

，xy3）以Z軸為主軸的A、、方位角A像片傾角

像片旋角

XYZASXYZNA

xy1像點(diǎn)的平面坐標(biāo)變換六、像點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)變換xypx’y’a

xypx’y’oy0x0a2像點(diǎn)空間坐標(biāo)變換R稱為旋轉(zhuǎn)矩陣，R為正交矩陣，由三個(gè)獨(dú)立參數(shù)確定xyozxysXYZ1）以Y軸為主軸的、、系統(tǒng)的坐標(biāo)變換S-XYZ繞Y軸旋轉(zhuǎn)角到S-X

YZ

XYZSX

Z

a

S-X

YZ

繞X

軸旋轉(zhuǎn)角到S-X

Y

Z

YX

Z

SY

Z

a

S-X

Y

Z

繞Z

軸旋轉(zhuǎn)角到S-X

Y

Z(s-xyz)a

X

Z

YSX

Y

a1=cosφcosκ-sinφsinωsinκa2=-cosφsinκ

–sinφsinωcosκa3=-sinφcosωb1=cosωsinκb2=cosωcosκb3=-sinωc1=sinφcosκ+cosφsinωsinκc2=-sinφsinκ

+cosφsinωcosκc3=cosφcosω

2）以X軸為主軸的

，、，、，系統(tǒng)的坐標(biāo)變換YzSXY’Z’’’aaX’Z’’Xz’SY’’’X’’Y’’’’X’z’’SY’aa1=cosφ’cosκ’a2=-cosφ’sinκ’

a3=-sinφ’b1=cosω’sinκ’

–sinω’

sinφ’cosκ’

b2=cosω’cosκ’+

sinω’

sinφ’sinκ’

b3=-sinω’

cosφ’c1=sinω’sinκ’+cosω’sinφ’cosκ’c2=sinω’cosκ’-cosω’sinφ’sinκ’c3=cosφ’cosω’

3）以Z軸為主軸的A

v系統(tǒng)的坐標(biāo)變換a1=cosAcosκv+sinAcossinv

a2=-cosAsinκv+sinAcos

cosv

a3=-sinAsin

b1=-sinAcosκv+cosAcossinv

b2=sinAsinv+

cosAcoscosv

b3=-cosAsin

c1=sin

sinv

c2=sincosv

c3=cos

旋轉(zhuǎn)矩陣的構(gòu)成用a2,a3,b3作為獨(dú)立參數(shù)解求旋轉(zhuǎn)矩陣正交矩陣從(a)式含a1、a2、a3的方程式含b1、b2、b3的方程式含c1、c2、c3的方程式可解從(a)式中從(c)式中從(b)式中從(c)式中從(a)式中七、中心投影的構(gòu)像方程與投影變換航攝像片是地面景物的中心投影構(gòu)像，地圖在小范圍內(nèi)可認(rèn)為是地面景物的正射投影，這是兩種不同性質(zhì)