双像解析摄影测量.ppt

第三章 双像解析摄影测量,双像解析摄影测量,第三章 双像解析摄影测量,本章主要内容:航摄像对的立体观察与量测 立体像对的前方交会公式 解析法相对定向、绝对定向 解析法空中三角测量,双像解析摄影测量,重点内容,双像解析摄影测量重点内容,主要知识点:立体像对前方交会的基本公式空间后方交会前方交会求解地面点坐标方法,3-1-1 立体视觉原理,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,人眼基本构造,视网膜上大约有108个杆状细胞，直径2mm；6.5106个锥状细胞，直径28mm,3-1-1 立体视觉原理,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,人眼感知过程,来自物体的光刺激视网膜的杆状和锥状细胞（物理过程）使其感光（生理过程），通过视神经纤维传至后大脑视觉中心，经记忆加入已有的概念与经验（心理过程），从而形成感知,3-1-1 立体视觉原理,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,人眼分辨力,单眼能够判别最小物体的能力称单眼分辨力 用单眼所能观察出两点间的最小距离称第一分辨力 用单眼所能观察出两平行线间的最小距离称第二分辨力,双眼观察精度比单眼提高,3-1-1 立体视觉原理,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,人眼立体视觉,人用双眼观察景物可判断其远近，得到景物的立体效应，这种现象称为人眼的立体视觉,3-1-1 立体视觉原理,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,人造立体视觉的产生,A,B,3-1-1 立体视觉原理,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,立体像对 分像条件 两像片上相同景物（同名像点）的连线 与眼基线应大致平行 两像片的比例尺应相近（差别15）,人造立体观察的条件,立体效应,立体模型与实物相似,立体模型与实物相反(正立体效应基础上左右像片旋转180),零立体：起伏的视模型变平(正立体效应基础上左右像片旋转90),3-1-2 像对的立体观察,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,像对的立体观察方法,立体镜观察 桥式立体镜 在一个桥架上安置两个相同的简单透镜 透镜光轴平行，间距约为眼基距，高度等于透镜主距,3-1-2 像对的立体观察,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,像对的立体观察方法,立体镜观察 反光立体镜 扩大眼基距，可对大像幅进行立体观察,3-1-2 像对的立体观察,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,叠映影像立体观察 互补色法 在投影器中插入互补色滤光片（品红色、蓝绿色）观测者双眼分别带上同色镜片,像对的立体观察方法,3-1-2 像对的立体观察,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,像对的立体观察方法,叠映影像立体观察 光闸法 在两投影光路中各安装一光闸（一个打开、一个关闭）观测者双眼分别带上与投影器 光闸同步的光闸眼镜 光闸起闭频率10Hz,3-1-2 像对的立体观察,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,叠映影像立体观察 偏振光法 在两投影光路中安装两块偏振 平面互成90的起偏镜 观测者带上一副检偏镜 镜片与起偏镜相同 左右偏振平面相互垂直,像对的立体观察方法,3-1-3 像点坐标获取,双像解析摄影测量像对的立体观察与量测,立体量测原理,摄影测量不仅要在室内看到能观察到构成的地面立体模型，而且要在模型上进行量测，以确定地面点的三维坐标。,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,主要内容:,立体像对的重要点线面立体像对前方交会定义前方交会的基本公式,A,同名光线同一地面点发出的两条光线,同名像点同名光线在左右像片上的构像,同名核线核面与左右像片面的交线,核面摄影基线与某一地面点组成的平面,一、立体像对的重要点线面,摄影基线相邻两摄站的连线,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点在物方空间坐标系中坐标的方法,二、定义,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,三、基本公式,利用点投影系数的空间前方交会方法,利用共线方程的严格解法,三、基本公式,1、点投影系数法,M,Ztp,Ytp,Xtp,(XA,YA,ZA),3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,摄影基线,B,BX=Xs2 Xs1,BY=Ys2 Ys1,BZ=Zs2 Zs1,同名光线投影,点投影法前方交会,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,获取已知数据x0,y0,f,XS1,YS1,ZS1,1,1,1,XS2,YS2,ZS2,2,2,2量测像点坐标 x1,y1,x2,y2由外方位线元素计算基线分量 BX,BY,BZ由外方位角元素计算像空间辅助坐标 X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2计算点投影系数 N1,N2计算地面坐标 XA,YA,ZA,计算过程：,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,已知值 x0,y0,f,Xs,Ys,Zs,观测值 x1,y1,x2,y2未知数 X,Y,Z,2、严密解法,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,整理得,其中：,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,空间后方交会前方交会求解地面点坐标计算过程：,选点刺点加注说明,1）野外像片控制测量,野外用地面测量方法测出四个控制点的地面测量坐标,平高控制点,所求地面点,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,空间后方交会前方交会求解地面点坐标计算过程：,2）量测像点坐标 a、四个控制点的像片上的坐标；b、需要解求的地面点的像点坐标。,3）空间后方交会计算两张像片的各自六个外方位元素 4）空间前方交会计算未知点地面坐标,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,双像解析摄影测量按照立体像对与被摄物体的几何关系，以数学计算方式，通过计算机解求被摄物体的三维空间坐标。任务研究立体像对与被摄物体之间的数学关系；如何计算被摄物体的三维空间位置。,3-2 像对的前方交会公式,双像解析摄影测量像对的前方交会公式,利用像片的空间的后方交会与前方交会解求地面目标空间坐标。利用像对相对定向和绝对定向求解地面点的空间坐标。利用光束法双像解析摄影测量解求地面点的空间坐标。,双像解析测量方法,本节课重点及作业,双像解析摄影测量知识回顾 1,重点内容:单像空间后方交会公式立体像对前方交会的基本公式空间后方交会前方交会求解地面点坐标方法,本节课重点及作业,双像解析摄影测量作业 1,2 双像解析摄影测量确定待定点坐标有哪几种方法？6 什么是空间前方交会？它能解决什么问题？什么是单像空间后方交会？其观测值和未知数各是什么？至少需要几个控制点？如何估计单像空间后方交会的解算精度？,思考题,思考题：P.97，第2题，第6题,下节课预习内容,双像解析摄影测量预习内容 1,主要知识点:解析法相对定向 解析法绝对定向 光束法严密解法（一步定向法）,第三章 双像解析摄影测量,双像解析摄影测量,上节课重点,双像解析摄影测量重点回顾,重点内容:单像空间后方交会公式 立体像对前方交会的基本公式 空间后方交会前方交会求解地面点坐标方法,基本要求：掌握空间后方交会公式及应用；理解双像测图原理；掌握空间后方交会空间前方交会求解地面点坐标的过程。,本节课内容,双像解析摄影测量重要知识点,主要知识点:解析法相对定向 模型点坐标计算 解析法绝对定向 光束法严密解法（一步定向法）,基本要求：理解像对解析相对定向的概念、相对定向元素解算过程。掌握模型解析绝对定向目的和过程；了解光束法双像解析摄影测量。,3-3 解析法相对定向,双像解析摄影测量解析法相对定向,主要内容,相对定向元素 解析相对定向原理 相对定向元素计算 模型点坐标计算,3-3 解析法相对定向,双像解析摄影测量解析法相对定向,利用立体像对中摄影时存在的同名光线S1a1A和S2a2A对应相交的几何关系，通过量测的像点坐标(x1、y1)和（x2、y2），以解析计算的方法，解求两像片的相对方位元素的过程，称为解析相对定向。,3-3-1 相对定向元素,双像解析摄影测量解析法相对定向,确定立体像对中两张像片相对位置和姿态关系的参数，称之为相对定向元素。,相对定向的目的是建立一个与被摄物体相似的几何模型，以确定模型点的三维坐标。,双像解析摄影测量解析法相对定向,3-3-2 解析相对定向原理,相对定向的方法:,连续法解析相对定向 单独法解析相对定向,双像解析摄影测量解析法相对定向,3-3-2 解析相对定向原理,连续法相对定向系统,当像空间辅助坐标系的原点选在摄站点上，其坐标轴系保持与立体像对中左片的像空间坐标系分别重合，则左片对像空间辅助坐标系的外方位元素的角元素为零，两像片外方位元素相对差为：,By，Bz，就是连续法相对定向元素,BX只决定立体模型的大小，不影响相对方位,以左像空间坐标系为基础，右像片相对于左像片的相对方位元素,连续法相对定向元素：By，Bz，,连续法相对定向元素,双像解析摄影测量解析法相对定向,3-3-2 解析相对定向原理,单独法相对定向系统,当像空间辅助坐标系的原点选在立体像对中左片的摄站点上，坐标系的X轴向保持与摄影基线B的方向重合，并使坐标系的Z轴落在像片中左片的主核面内。此时有：,B只决定立体模型的比例尺，不影响相对方位,1，1，2，2，2就是单独法相对定向元素,单独法相对定向元素,2,单独法相对定向元素：1，1，2，2，2,1,在以左摄影中心为原点、左主核面为 XZ 平面、摄影基线为 X 轴的右手空间直角坐标系中，左右像片的相对方位元素,2,2,1,3-3-2 解析相对定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,同名光线对对相交于核面内,共面条件方程,1、连续法解析相对定向原理,连续法解析相对定向原理,泰勒级数展开成一次项线性式为：,其中，F0为函数F的近似值,双像解析摄影测量解析法相对定向,3-3-2-1 连续法定向原理,偏导数 1,双像解析摄影测量解析法相对定向,偏导数 2,3-3-2-1 连续法定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,偏导数 2-1,3-3-2-1 连续法定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,偏导数 2-1,3-3-2-1 连续法定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,线性化方程,等式两边同时除以,3-3-2-1 连续法定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,系数约简,3-3-2-1 连续法定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,常数项约简,3-3-2-1 连续法定向原理,连续法相对定向中常数项的几何意义,误差方程及法方程的建立,量测 5 个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素,2、单独法解析相对定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,3-3-2-2 单独法定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,偏 导数 3-1,3-3-2-2 单独法定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,偏导数 3-2,3-3-2-2 单独法定向原理,双像解析摄影测量解析法相对定向,3-3-2-2 单独法定向原理,线性化方程,双像解析摄影测量解析法相对定向,3-3-2-2 单独法定向原理,常数项约简,单独法相对定向中常数项的几何意义,q为相当于像空间辅助坐标系中一对理想像对上同名像点的上下视差当一个立体像对完成相对定向，q0当一个立体像对未完成相对定向，即同名光线不相交，q 0,误差方程及法方程的建立,量测 5 个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素,3-3-3 相对定向元素计算,双像解析摄影测量解析法相对定向,获取已知数据 x0,y0,f,x1,y1,x2,y2 假定摄影基线 Bx=x1-x2设定相对定向元素的初值 0 由相对定向元素计算像空间辅助坐标 X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2逐点计算误差方程式的系数和常数项并法化解法方程，求相对定向元素改正数求相对定向元素的新值判断迭代是否收敛（限差0.01=3105）,3-3-4 模型点坐标计算,双像解析摄影测量解析法相对定向,X1,Y1,Z1,X2,a1,Z2,建立摄影测量坐标系轴系：让摄测坐标系各坐标轴与像空间辅助坐标系的相对应的坐标轴平行；原点P：选在Z1轴上，与S1的距离为mf。左片摄影中心S1坐标：0，0，mf.,模型点坐标系,a2,3-3-4 模型点坐标计算,双像解析摄影测量解析法相对定向,模型（摄影测量）坐标计算公式,根据空间前方交会公式,模型的概念:用三维坐标描述的地面的几何形状。,3-3-4 模型点坐标计算,双像解析摄影测量解析法相对定向,模型点坐标,3-4 解析法绝对定向,双像解析摄影测量解析法绝对定向,主要内容,绝对定向元素 三维空间相似变换原理 相似变换参数计算 地面坐标计算,3-4 解析法绝对定向,双像解析摄影测量解析法绝对定向,要确定立体模型在实际物空间坐标系中的正确位置，则需要把模型点的摄影测量坐标转化为物空间坐标。这种坐标系的变换，称之为立体模型的绝对定向,3-4-1 绝对定向元素,双像解析摄影测量解析法绝对定向,描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数称 目的：将建立的模型坐标纳入到地面坐标系统中，并归化为规定的比例尺 方法：通过将相对定向建立的立体模型进行缩放、旋转和平移，使其达到绝对位置,O,Zt,Xt,Yt,绝对定向元素：，X0，Y0，Z0，,绝对定向元素,3-4-2 三维空间相似变换原理,双像解析摄影测量解析法绝对定向,相似变换参数：，X0，Y0，Z0，,立体模型空间相似坐标变换，数学上是一个不同原点的三维空间相似变换，其公式为,3-4-2 三维空间相似变换原理,双像解析摄影测量解析法绝对定向,相似变换参数：，X0，Y0，Z0，,3-4-2 三维空间相似变换原理,双像解析摄影测量解析法绝对定向,三维空间相似变换方程线性化,记,式中，F0为用绝对定向元素近似值代入得到的近似值。,3-4-2 三维空间相似变换原理,双像解析摄影测量解析法绝对定向,偏导数,3-4-2 三维空间相似变换原理,双像解析摄影测量解析法绝对定向,常数项,为解这七个未知数，至少需要两个平高控制点和一个高程控制点，或是两个平面控制点和三个高程控制点，且三个高程控制点不能在一条直线上。,3-4-2 三维空间相似变换原理,双像解析摄影测量解析法绝对定向,三维空间相似变换误差方程,设,则,3-4-2 三维空间相似变换原理,双像解析摄影测量解析法绝对定向,法方程的建立与求解,量测 2 个平高和 1 个高程以上的控制点可以按最小二乘平差原理求绝对定向元素,3-4-3 相似变换参数的计算,双像解析摄影测量解析法绝对定向,获取控制点的两套坐标 Xp,Yp,Zp,Xtp,Ytp,Ztp 给定相似变换参数的初值 1,0,X0=Y0=Z0=0,计算地面摄测坐标系和空间辅助坐标系重心化坐标,计算误差方程式的系数和常数项解法方程，求相似变换参数改正数计算相似变换参数的新值判断迭代是否收敛,3-4-3 相似变换参数的计算,双像解析摄影测量解析法绝对定向,重心坐标的一般求法 对参加解求绝对定向元素的控制点取其算术平均值求出。,概念：选取模型的重心为坐标系的原点（用g表示），称为重心化坐标。,重心坐标,重心化坐标,目的,减少模型点坐标在计算过程中的有效位数，以保证计算的精度使法方程的系数简化，个别项数值变为零，部分未知数可以分开求解，以提高计算速度,相似变换的误差方程,双像解析摄影测量解析法绝对定向,设,则,相似变换的法方程,双像解析摄影测量解析法绝对定向,重心化坐标的特点：,3-4-4 地面点坐标计算,双像解析摄影测量解析法绝对定向,3-5 立体像对光束法严密解,双像解析摄影测量光束法严密解,光束法双像解析摄影测量概念：用已知的少数控制点以及待求的地面点，以共线方程为基础，在像对内同时解求两张像片的外方位元素与待定点的坐标，称该方法为光束法双像解析摄影测量。俗称一步定向法。,公式推导：内方位元素已知时的共线方程为,式中，像片的外方位元素()和待定点的地摄坐标（略去角符）均为未知数。将上式线性化，则一次项展开式为,3-5 立体像对光束法严密解,双像解析摄影测量光束法严密解,式中，为待定点的坐标改正数,根据空间后方交会共线方程线性化的推导可求得经线性化的各偏导数，代入线性化式中，经过一系列变化，可列出一个像对的总误差方程式，其矩阵表达式为：,双像解析摄测三种方法比较,双像解析摄影测量解析法绝对定向,本节课重点内容,双像解析摄影测量知识回顾2,主要知识点:解析法相对定向 解析法绝对定向 光束法严密解法（一步定向法）,要求：掌握解析法相对定向、绝对定向,本节课作业,双像解析摄影测量作业2,（P97.7)绝对定向的数学模型是什么?它一般是在哪两个坐标系之间进行？需要多少控制点？解析相对定向中哪些是未知数?观测值是什么？需不需要提供地面控制点坐标？当量测了一个立体像对上若干点的影像坐标，且其中包括有GCP时，如何计算待定点的地面坐标？有哪几种方法可选择？各有何优缺点？b.每种方法至少需要多少个GCP和多少个像点坐标值？,下节课预习内容,双像解析摄影测量预习内容2,主要知识点:解析法空中三角测量 航带法空中三角测量 独立模型法区域网空中三角测量 光束法空中三角测量,