摄影的基本知识与航空摄影测量对摄影的基本要求.ppt
第二章 摄影的基本知识与航空摄影测量对摄影的基本要求,第一节 摄影的基本知识一、凸透镜成像规律由初中物理知道：其中，u是物距，v是像距，f是焦距。当u2f时，f2f，成倒立，放大，实像 例如：幻灯机，投影机，电影机。当u=f时，v=无穷大，此时无像；当uf，成正立、放大、虚像 例如：放大镜,二、摄影的基本原理 照相机是人们经常接触的东西，照相机的镜头相当于凸透镜，胶卷相当于光屏，机壳相当于暗室，被拍照的物体到镜头的距离要远远大于焦距才能在胶卷上得到倒立、缩小的实像。照相机的摄影的基本原理就是根据凸透镜的成像的原理，用一个摄影物镜代替凸透镜，在像面出放置感光材料，物体的投射光线经摄影物镜后聚焦于感光材料上，感光材料受成像光线的光化学作用后生成潜像，再经过摄影处理得到光学影像。下面根据这个原理谈几个术语 负片和正片，摄影物镜，物镜的光圈和光圈号数，景深和无穷远起点，摄影机；摄影处理。,1、负片和正片负片：对黑白摄影而言，黑白灰度与被摄物的明亮程度相反。正片：黑白灰度与被摄物的明亮程度一致。,2、摄影物镜 摄影机物镜是一个复杂的光学系统，一般由几个组合透镜组合而成。为了分析的方便，可把这一系列的透镜看作一个透镜。如图：AB是一条平行于主光轴的光线；CD是其折射光线；CD与主光轴的交点 F称为像方主焦点或后主焦点；对应地，F称为物方焦点。图中的Q和 Q 可看作等价物镜，在作图时用它们代表物镜实体。Q和Q分别称为物方主平面和像方主平面；Q和 Q 与物镜主光轴的交点S和S 称为物方主点和像方主点。自物方主点到物方焦点的距离称为物镜的物方焦距，相应的称为像方焦距；,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光轴的夹角恰好相等；此时，共轭光线与主光轴的交点分别为k和 k，称k为前方节点，k为后方节点。对于理想物镜而言，前方节点，后方节点分别与物方主点和像方主点重合。假定物镜的两个主平面重合，则共轭光线重合为一条直线，此时，投射光线和折射光线为一条直线，称为主光线，在像平面位置确定时，可由主光线来确定物点在像片面上的影像。,3、物镜的光圈和光圈号数 实际使用的物镜都不是理想的，通过物镜边缘部分的投射光线都会引起较大的影像模糊和变形，为限制物镜边缘部分的使用，并控制和调节进入物镜的光量，通常在物镜筒中间设置一个光圈。现代摄影机都采用虹形光圈，它是由多个镰形黑色金属簿片组成，中央形成一个圆孔孔径的大小可用光圈环调节它是一个可以改变的光栏。光圈的起着控制光束柱面积的真实光圈孔径称为有效孔径，以d表示。有效孔径与物镜焦距F之比，作为控制影像亮度的一个因素，称之为相对孔径，其倒数就是光圈号数。,焦面上影像的亮度与光圈号数的平方成反比，使用的光圈号数越大，影像亮度就越小，摄影时只要选择适当的光圈号数和配以一定的曝光时间就能得到需要的曝光量。HEt（其中E为照度，t为曝光时间）曝光时间与照度的关系为：曝光时间与光圈号数的关系为 如果曝光时间改变一倍，则光圈号数则改变 倍。,4、景深和无穷远点 用摄影机摄取有限距离的景物时，根据物镜构像公式，在摄取某一物距为D的物点A时，只有在像距为d时才能得到清晰像点a。取过a点作一垂直物镜主光轴的平面为像平面，如图所示。物距大于或小于D的景物如B和C点，在像面上的构像将形成一个模糊圆斑，此圆斑称为模糊圆、由于人眼观察分辩能力有限，当模糊圆的直径小到一定限度时，模糊圆的影像仍是一个清晰点。这样，在摄影时虽对光于A点，但在远景点B和近景点C之间，沿主光轴这一段间距内的所有景物，在像面上仍可以认为获得的影像是清晰的、把摄影对光调焦于D距离时远景点B和近景点C之间的纵深间距称为景深。,计算算景深D.F公式为,由上式看出：景深与物距、光圈号数及物镜焦距有关。物距愈大或光圈号数愈大，景深也愈大、在摄影时宁愿取较大光圈号数，即较小的相对孔径，而增长曝光时间、以增大景深。使摄影对光不很准确时，仍可获得清晰影像。当物镜对光无穷远，像面位于焦面处，这时设离物镜距离为D的某近物点，在像面上像点的模糊圆直径等于允许的极限值，那么比该物点更远的所有景物都能在对光于无穷远时的像面上取得清晰的构像。在焦面上能构成清晰影像的最近物距称为无穷远起点。无穷远起点就是对光于无穷远时景深的近景点距离，它将随光圈号数等因素而定。,5、摄影机快门 摄影机快门是控制曝光时间的机件装置，它是摄影机的重要部件之一。快门从打开到关闭所经历的时间称为曝光时间，或称快门速度。常用的快门有中心快门和帘式快门。中心快门的特点是打开快门之后，感光材料就能满幅同时感光。帘式快门的特点是感光材料各部分的曝光量相同，且这种机构设计可以做到曝光时间很短，如1500秒或11000秒。,6、量测用摄影机 这类摄影机是指的航空摄影机，地面摄影测量用的摄影经纬仪以及近景摄影测量用的摄影机。这种摄影机的特点是：物镜具备良好的光学特性，其物镜的畸变差要小，分辨力要高，透光率强，摄影机结构稳定。安装在飞机上对地面自动地迸行连续摄影的摄影机称为航摄机。,量测用摄影机的三个特点1：量测用摄影机的像距是一个固定值，几乎等于摄影机物镜的焦距。2：摄影机像面框架有无框标标志，是作为区分量测用摄影机和非量测用摄影机的重要标志。3：摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点，摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影机主距，也叫像片主距，一般用宇母f表示。摄影机结构设计时要求像片主点应与框标坐标系原点重合。由于制造技术上的误差常常是达不到完全重合的要求，但是必须精确地测定像片主点在框标坐标系中的坐标值x0,y0,把f,x0,y0就称为像片的内方位元素，内方位元素是否已知也是量测用摄影机的特点。,航摄机可按摄影机物镜的焦距分类，可分为；矩焦距航摄机，其焦距为F150m。中焦距航摄机，其焦距为150mm300mm。长焦距航摄机，其焦距为F300mm。,摄影处理：分以下几步：一、感光材料的显影处理二、感光材料的定影处理三、感光材料的水洗与晾干处理四、像片的晒印,第二节、航空摄影对摄影的基本要求以测绘地形为目的的空中摄影多采用竖直摄影方式，要求航摄机在曝光的瞬问物镜主光轴保持垂直于地面。实际上，由于飞机的稳定性和摄影操作的技能限制，航摄机主光轴在曝光时总会有微小的倾斜，按规定要求像片倾角应小于2到3度这种摄影方式称为竖直摄影。竖直航空摄影可分为面积航空摄影、条状地带航空摄影和独立地块航空摄影三种。,摄影比例尺及其选择严格地讲，摄影比例尺是指航摄像片上一线段长为l与 地面上相应线段的水平距离L之比。但由于摄影像片有倾角，地形有起伏，所以摄影比例尺处处不等。我们一般指的摄影比例尺，是把摄影像片当作水平像片，地面取平均高程，这时像片上的一线段l与地面上相应线段的水平距离L之比，称为摄影比例尺1/m。即：1/m=l/L=f/H 其中，f为航摄机主距，H为平均高程面的航摄高度，称为航高。,当测绘小、中等比例尺地形图，摄影比例尺略大于或接近于测图比例尺。当测绘大比例尺地形图时，摄影比例尺一般小于测图比例尺，为测图比例尺的35倍。,摄影测量对空中摄影的基本要求1：摄影测量的飞行质量的基本要求像片比例尺是由摄影机的主距和摄影的高度来确定的：式中m为像片比例尺分母，f为摄影机主距，H力摄影高度或称航高。按照摄影测量要求，像片比例尺分母的相对误差一般不应超过5。因此，空中摄影测量飞行航高H的变换量也称航高差应限制为：,另外，测量规范还规定同一航带内最大航高与最小航高之差不得大于30m；摄影区域内实际航高与设计航高之差不得大于50m。这里的航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的高度，从该水准面起算向上为正号。根据所取基准面的不同，航高可分为相对航高和绝对航高。相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度，常称为摄影航高。它是相对于被摄区域内地面平均高程基准面的设计航高。是确定航摄飞机飞行的基本数据，按Hmf计算得到绝对航高是相对干平均海平面的航高，是指摄影物镜在摄影瞬间的真实海拔高度。通过相对航高H与摄影地区地面平均高度A。计算得到 H绝HA,2：像片重叠度 像片的重叠部分是立体观察和像片连接所必需的条件、在航向方向必须要三张相邻像片有公共重叠影像，这一公共重叠部分称之为三度重叠部分（如图所示，这是摄影测量选定控制点的要求。因此，三度重叠中的1，3像片的重叠部分不能太小。因为像片最边缘部分的影像，清晰度很差，会影响量测的精度。所以，一般情况下要求航向重叠度最小不能小于53，旁向重叠度不能小于15。最好航向保持在6065，旁向重叠度保持1530。,3：航带弯曲 航带弯曲度是指航带两端像片主点之间的直线距离L与偏离该直线最远的像主点到该直线垂距的反比，一般用百分数表示，航带弯曲度一般规定不得超过3。4：像片旋偏角 相邻两像片的主点连线与像幅沿航带飞行方向的两框标连线之间的夹角称为像片的旋偏角，对像片的旋偏角一般要求小于6度，个别最大不应大于8度。而且不能连续三片有超过6度的情况。,第三节 像片影像的误差及处理1 摄影机物镜畸变对像片影像的影响 这种误差是系统误差，无法彻底杜绝；它是摄影机本身在制造过程中产生的；2 摄影感光材料的变形的影响 感光材料在摄影、摄影处理、负片保存的过程中，常会发生感光材料的变形；这类变形可根据对像片上框标位置的量测进行改正；式中，x,y为量测的像点坐标值，x,y为正确的像点坐标值；为变换的待定参数。由已知的框标坐标值和量测值求得转换参数进而求得每个量测的像点坐标值的正确值。,3 大气折光的影响大气密度随着高度的增大而减小，大气的折射率也随高度增大而减小。因此，摄影光线通过大气时就不是沿理想的直线前进，而是一折线、地面A点的理想构想为a，实际光线通过物镜后成像于a 的位置，aa就是像点位移的距离。这种大气折光引起的像点位移及改正公式如下：,4、地球曲率对像点坐标的影响地球的水准面是曲面，而地形面的基准面是一水平面，摄影的像片平面在摄影测量处理中是取与水平面平行，这样地面上点的构像于像片平面上是要受到影响的、如图所示。当不考虑大气折光差的影响时，地面点A在像片上的构像为a点。A点在基准平面E上的投影为A0。A0点在像片上的构像点a。线段aa 即为地球弯曲引起的像点移位。,
