摄影测量ppt课件.ppt

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1、第二章 摄影测量基础知识,主要内容,航摄像片上的像点位移,航空摄影,中心投影的基本知识,航摄像片上的特殊点、线、面,摄影测量常用坐标系,航摄像片的内、外方位元素,像点的空间直角坐标变换与中心投影构象方程,2.1 摄影机,暗箱,镜箱,摄影物镜,等效透镜的基本点、线、面,主光轴：透镜组诸透镜球面曲率的中心连线。主焦点（F,F):平行于主光轴的光线通过透镜组后与主光轴的交点。主平面（Q,Q):过等效折射点（h,h)且垂直于主光轴的平面。主点（s,s)：主平面与主光轴的交点。主焦距：主焦点到主点间距离。节点（k,k）：主光轴上角的放大率为1的一对光学共轭点。光线通过共轭节点时，角放大率为1；物方与像方

2、同介质时，k,k分别与s,s重合）。,高斯成像公式：,牛顿成像公式：,当uf，成正立、放大、虚像。例如：放大镜,凸透镜成像规律,其中，u是物距，v是像距，f是焦距。,当u2f时，fv2f，成倒立，缩小，实像。例如：照相机,当u2f时，v=2f，成倒立，等大，实像,当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；,照相机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。,摄影的基本原理,照相机的镜头相当于凸透镜

3、，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。,一、量测用框幅式光学（胶片）航摄仪,主要工作平台为飞机。框幅式指每次摄影只能取得一帧影像。,1、结构：,物镜(镜箱)、光圈、快门、暗箱、检影器、座架及其控制系统的各种设备、压平装置、像移补偿器，以减少像片的压平误差与摄影过程的像移误差。,航摄像片的大小为18cmx18cm,23cmx23cm,30cmx30cm,承片框上四个边的中点各安置一个机械框标，在四个角设定四个光学框标来建立像平面坐标。,框标：设置在摄影机焦平面（承影面）上位置固定 的光学机械标志，用于在焦平面上（亦即像片上）建立

4、 像方坐标系。,框标的形式有,直线LL称为主光轴：组成物镜的各个透镜的光学中心位于该直线上,F1：物方主焦点，F2：像方主焦点,过焦点垂直于光轴的平面称为焦平面,在镜头的主光轴上，节点s1，s2分别称为物镜的物方(或前)节点和像方(或后)节点,从节点至焦点的距离称为镜头的焦距，用 F 表示，F=s1F1=s2F2,通常把两个节点看做一点，称为物镜中心 s,长焦距(焦距255mm)中焦距(焦距102255mm)短焦距(焦距102mm),摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点o，摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影机主距f，也叫像片主距，它与物镜焦距基本一致。,摄影机结构设计时要求像片主点o应

5、与框标坐标系原点p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o在框标坐标系中的坐标值x0,y0,把f,x0,y0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。,2、量测用胶片航摄仪的特性：,（1）光学特性,物镜成像分解力高,物镜成像畸变差小,物镜透光率高,光学影像反差大,焦面照度均匀,（2）焦面上设置有框标,（3）有胶片压平系统,（4）像距为定值（主距）,（5）有减震装置,（6）有影像位移补偿装置,（7）抗温差、抗过载,（8）有系列焦距和滤光片,像场：物镜焦面上中央成像清晰的范围像场角2：像场直径对物镜后节点的夹角,3、胶片航摄仪的感光

6、特性,感光度：感光材料对光的敏感程度,反差系数：景物反差与影像反差的比值,宽容度：能按比例记录景物亮度的曝光量最大范围,灰雾密度：未曝光试片显影后所产生的密度,显影动力学曲线：感光特性随显影时间而改变的特性曲线,4、胶片航摄仪的感光材料,（1）黑白感光材料,红外片：可感受红外光,（2）彩色感光材料,彩色反转片：记录原景物颜色的影像,盲色片：只能感受波长500nm以下的蓝紫光,正色片：只能感受波长580nm以下的（紫，兰，青，绿，黄绿）,全色片：感受全部可见光波,彩色负片：记录原景物颜色的补色影像,彩色正片：将彩色负片拷贝或放大成透明正片,感色性：感光材料对各种波长光的敏感程度。,5、胶片航摄仪

7、的胶片处理,干燥：使膨胀了的明胶层中水分蒸发,显影：将已曝光的卤化银变成可见的由银粒组成的影像,定影：固定显出的影像,水洗：用水洗掉乳剂层中残留的可溶性银络合物,（1）黑白摄影处理:显影，中间水洗，定影，最后水洗，干燥,胶片航摄仪摄影过程中已曝光的感光片经过摄影处理（冲洗），才能将已曝光的感光片转变成一张负像底片。,（2）彩色摄影处理,水洗：,彩显：将已曝光的卤化银还原成金属银，其显影剂氧化产物与成色剂起作用生成染料。,漂白：将金属银及黄色滤光层溶解为可溶性银盐。,定影：将未曝光的卤化银溶解，将可溶性银盐溶解。,6、航空摄影对胶片航摄仪主距的选择原则,（1）综合法测图,应选择长焦距（常角或窄角

8、）物镜，使由于地形起伏引起的投影差最小。如大比例尺测图中的正射影像制作。,（2）立体测图,1）平坦地区 坡度 20,选择较短的焦距（宽角或特宽角），可以提高基高比（垂直夸大），从而提高立体量测精度。,综合法测图应选择长焦距物镜，使由于地形起伏引起的投影差最小。立体测图时，平坦地区:选择短焦距物镜，可以提高基高比，提高立体量测精度。山区:选择长焦距物镜，减少摄影死角的影响、减少像片的数量、改善立体观测条件。,2）丘陵、山区 选择长焦距,原因：,减少摄影死角的影响减少像片的数量改善立体观测条件,结论：,二、量测用数码航摄仪,（1）面阵数码相机,1）DMC,分为框幅式（面阵CCD）和推扫式（线阵CC

9、D）两种。,采用8个镜头同步曝光，4个全色波段航飞获得的数字影像有部分重叠，通过镜头的几何检校、影像匹配、相机自检校和光束法空三技术等将4个全色波段获得的4个中心投影影像拼接成1幅具有虚拟投影中心、固定虚拟焦距（120）的虚拟中心投影“合成”影像，分辨率为768013824，实现对地的大面积覆盖。,同样，4个多光谱波段获得的数字影像与4个全色波段获得的数字影像重叠，通过影像匹配和融合技术，可将4个多光谱波段获得的数字影像与全色的“合成”影像进行融合，进而获得高分辨率的真彩色或彩红外影像（分辨率为7680 13824）,有四个全色波段和四个多光谱波段（近红外红绿兰）,2）UCX,（2）线阵数码相

10、机,3）UCD,1）SWDC,有四个全色波段和四个多光谱波段（近红外红绿兰）,有九个全色波段和四个多光谱波段（近红外红绿兰）,有四个全色波段和四个多光谱波段（近红外红绿兰）,ADS40采用单个镜头成像，可见光通过ADS40的分光镜主件时被按照RGB三种色光分出，落在焦平面上各自对应的不同区域，RGB三种色光及近红外波段能够同时对地面相同的区域获取影像。,2）Leica ADS40/80,利用GPS和IMU技术，三行线阵CCD推扫式，多中心投影影像，每次摄影得到的一行影像对应其单独的投影中心，拍摄得到的是一整条带状无缝隙的影像，同一条航线的影像不存在拼接的问题。,（前视（全色）下视（全色）后视（

11、全色）（近红外红绿兰）（多光谱安置于全色阵列之间）全色多光谱利用三个航空摄影条带进行摄影测量,三、航摄影像的分辩率,地面分辨率（Rg）地面上所能分辨的最小地物宽度，也称之为几何分辨率。,动态分辨率底片（反映摄影系统的质量）,静态分辨率物镜或胶片,物镜的分辨率R物镜分辨微小细部的能力。（线对/毫米）在整个像幅内R不同，一般R中心R边缘。航摄仪有效使用面积内镜头分辨率的要求为每毫米内不少于25线对,只有地物大于2个像元时才能从图像上正确地分辨出来，即像片上能根据光谱特征判读出地物性质的最小单元的地面宽度。,空间分辨率（传感器瞬时视场内观察到地面的宽度，或像素所代表的地面范围的大小Instantan

12、eous Field Of View(IFOV)），也可用地面采样距离GSD(Ground Sample Distance)表示。,一个光敏元件通过光学系统后，投影在地面上的长度。,地面分辨率（Rg）和空间分辨率（IFOV）的区别：,预估扫描成像为模拟图像后的最大成像比例尺：,若=0.1mm,1、数字影像的分辨率,对于数字航空影像或航天遥感影像而言，影像分辨率通常指空间分辨率(IFOV)或地面采样距离GSD，一般以一个像素所代表的地面的大小来表示（米/像素），并不代表能从照片上识别地面物体的最小尺寸。,对于数字航空影像，其成图比例尺与数码相机像素空间分辨率对应关系如下表所示：,对于航天遥感影像

13、，常用卫星空间分辨率与影像成图比例尺对应关系如下表所示：,2、胶片影像分辩率,像片上或底片上1mm内分辨出线条的数目。它只与航摄仪、感光材料二者有关。单位：线对/毫米。“线对”指的是一条白线和宽度相等的间隔（黑色）。反映了线条及其背景间的特定反差比，相当于物镜的分辨率R。通常情况下，胶片式航空摄影不直接对影像空间分辨率提出要求，如需要，可以通过胶片摄影分辨率和摄影比例尺来推算。,3、扫描影像的分辨率,当采用胶片影像进行数字摄影测量生产时，需要用影像扫描仪进行扫描数字化，扫描影像以扫描分辨率表示（微米/像素）。扫描分辨率指影像扫描仪在实现图像的模数转换时，通过扫描元件将扫描对象表示成像素所采用的

14、最小面元单位，即一个扫描像素在原始胶片上的实际尺寸。,如果采用大比例尺航摄资料，底片（胶片）扫描分辨率最大不得超过60m，,R=20（m/M）,R为航片扫描分辨率（m）；m为成图比例尺分母；M为航摄比例尺分母。,扫描影像的地面分辨率可以通过原始胶片影像的摄影分辨率、摄影比例尺及扫描分辨率测算，应优于正射影像的地面分辨率。,4、多光谱扫描图像与多光谱摄影图像的区别,（1）多光谱摄影（Multi Spectral Photography）,将几个焦距相同的摄影机组装在一起，各物镜的光轴彼此平行，在每个物镜前分别带上不同的波谱滤光片，快门同步，同时对地面进行黑白摄影。,（2）多光谱扫描（Multi

15、Spectral Scanning）,地物的亮度反射到多光谱扫描仪，经过分光系统分成n个波段，然后分别被光敏元件接收，再将模拟信号进行模/数转换，以二进制形式记录在磁带上。,（3）数据记录的形式,摄影图像以密度的形式记录在胶片上,摄影图像以对数记录,扫描图像以亮度的形式记录在磁带上,扫描图像以真数记录,四、航摄仪的检定,检校内容,检校要求,像主点位置：x0,y0与主距f的测定；摄影物镜光学畸变差或畸变系数大小的测定；底片压平误差的测定；框标间距以及框标坐标系的垂直性的测定。,距前次检定时间超过2年或快门曝光次数超过20000次经过大修或主要部件更换以后使用或运输过程中产生剧烈震动,检校方法,实

16、验室检校法试验场检校法自检校法,2.2 航空摄影,一、航空摄影过程,航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面。,安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面物体进行摄影,飞行航线一般为东西方向,要求航线相邻两张像片应有60%左右的重叠度,相邻航线的像片应有30%左右的重叠度,机载数码成像系统,竖直摄影：摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于30，夹角为像片倾角，也叫航摄倾角。,1、航摄倾角,二、航空摄影的基本要求,航空摄影分类,按摄影倾角,竖直航空摄影：像片倾角 2 3 倾斜航空摄影：,按摄影方式,面积航空摄影；线状航空摄影；独立地块航空摄影,按摄影比例尺,大比例尺航空

17、摄影：1/10000中比例尺航空摄影：1/100001/50000小比例尺航空摄影：1/50000,三度重叠（立体观测和像片模型连接必需的条件）,航线方向相邻两张像片的重叠部分占像幅的百分比,个别点的航向重叠度,高差,应达到56%65%，最小应有50%,2、像片重叠度：,（1）航向重叠度：,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片（三度）重叠部分（摄影测量选定控制点的要求）。二度重叠中的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

18、，旁向重叠度保持1530。,摄影基线B：航向相邻两个摄影站间的距离,像片航向重叠度,l 像幅边长b 像片基线长度B 摄影基线长度,相邻航线像片的重叠部分占像幅的百分比,个别点的旁向重叠度,高差,应达到30%35%,旁向航带间距为,（2）旁向重叠度：,（3)摄影基线（Bx）及航线间距（By）,Bx相邻两个摄站的距离（摄影基线）,By相邻两条航线之间的距离(航线间距),（4)一个立体像对的有效面积S有效,（5)摄区（S）的像片数T,（6)若已知一条航线上相邻两张像片的重叠度为：q 1.2,则：,S有效=Bx By,视摄影像片水平、地面取平均高程时，像片上的线段l与地面上相应的水平距L之比称为摄影比

19、例尺,绝对航高：摄影机相对平均海水面的高度。通过相对航高H与摄影地区地面平均高度h基，计算得到H绝,f为摄影机主距，H为航高,相对航高：摄影机相对某一基准面的高度。（通常基准面取测区地表平均高程平面），简称航高。,3、摄影比例尺的选择原则,（2）主比例尺：由像主点航高计算出来的比例尺，概略地代表该张航片的比例尺。,（1）平均比例尺：以各点的平均高程为起始面计算出来的比例尺,地面起伏，使得一张像片不同像点的比例尺变化,1）从判读的角度,通常：K=1/2R1/4R，R为航摄资料的质量，K为图像比。,2）从测图的角度分析,图像比K与测绘一幅地形图所需要的立体模型数N有关,航摄资料的质量（R）能否满足

20、图像比（K）的要求,（3）选择原则,一个立体像对的有效面积S有效=BxBy=(1-qx)(1-qy)lx.lym2,摄区（S）的像片数T,已知：qx=60%qy=20%lx=ly=55 mm,f=50mm W=80km/h 1/m=1/10000,则：Bx=(1-qx)lxm=(1-60%)5510000=220m,若每条航线共有像片24张,一条基线所需时间=Bx/w=2203600/(801000)=9.9(s),一条航线约为4分钟（考虑转弯，定为10分钟）,则：一小时可摄影6条航线，,S=(6-1)(24-3)(1-60%)(1-20%)0.552100002=10.2km2,即：一小时就

21、能完成摄影面积10平方公里。,一个立体像对的有效面积S有效=BxBy=(1-qx)(1-qy)lx.lym2,6条航线的有效面积为：,mb：为航摄比例尺分母 mk：为成图比例尺分母,测绘小比例尺地形图时，航摄比例尺大于测图比例尺测绘中比例尺地形图时，航摄比例尺略大或接近测图比例尺测绘大比例尺地形图时，航摄比例尺小于测图比例尺,4、航线弯曲：,航线弯曲度：,把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起来，各张像片的主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线，称航线弯曲,航线最大弯曲矢量与航带两端像主点连线L之比的百分数。要求航线弯曲度不得大于3%。,一张像片上相邻主点连线与同方向框标连线间的夹角。

22、要求旋片角不得大于6，个别最大不能超过8。,像片旋角过大会减少立体像对的有效范围,5、像片旋角：,6)在一个摄区内出现最大旋偏角的像片不得超过摄区像片总数的4%。,规范规定（2005年10月）：,1）1/m 1:7000，相对航高1200m时，60，最大不超过80,2）1:35001/m 1:7000，80，最大不超过100,3)1/m 1:3500，100，最大不超过120,4)当采用数字测图法时可在上述各项规定的基础上，相应放宽20执行。,5)在一条航线上，达到或接近最大旋偏角的像片数不得超过三片，且不得连续。,同一条航线上相邻像片的航高差不应大于20m；同一航带内最大航高与最小航高之差不

23、得大于0m；摄影分区内实际航高与设计航高之差不得大于50m；当相对航高大于1000米时，其实际航高与设计航高之差不得大于设计航高的5。,6、航高保持(大比例尺航空摄影）：,测量规范航高规定：,三、航空摄影工作的实施,设计用图应选择可靠、出版时间较近的地形图作为航摄设计用图；其比例尺一般应根据测图比例尺来选择，在兼顾设计精度和设计工作量的同时，保证设计用图比例尺和航摄比例尺的倍率在2一5倍之间。,2）根据成图比例尺选择设计用图比例尺,选择原则：,1）摄区新近出版的基本比例尺地形图,（1）确定航摄设计用图,1、航摄准备,（2）确定航摄分区,1）原则,a 分区界线应与图廓线相一致；分区内的地物景物反

24、差/地貌类型应尽量一致。,b 分区内的地形高差一般不大于四分之一航高；当航摄比例尺大于或等于1：7000时,一般不应大于六分之一航高,c 若情况允许，航摄分区的跨度应尽量划大，应考虑用户提出的加密方法和布点方案的要求；,e 划分航摄分区时，应考虑航摄飞机侧前方安全距离与安全高度。,f 当采用GPS辅助空三航摄时，划分分区除应遵守上述规定外，还应确保分区界线与加密分区界线相一致或一个摄影分区内可涵盖多个完整的加密分区。,d 当地面高差突变，地形特征差别显著或有特殊要求时，可以破图幅划分航摄分区。,a 划分摄影分区,1/m1:8000时 h最高-h最低H摄/4,1/m1:8000时 h最高-h最低

25、H摄/6,2）实施过程,b 绘制分区截面图,c 计算（对某一摄影分区而言）,H相=f m,h平=(h最高+h最低)/2,h=h平-h最高,H绝=H相+h平 H低=H绝-h最大,摄影基线,航线间距,每一条航线的相片数,分区航线数,摄影分区总相片数,允许最长曝光时间,航空摄影选用RC-30航摄仪，焦距选用152.4mm，像幅为23cm*23cm。,摄区东西向132km，南北向112km，为一矩形区域，总面积为14784km2。,测区包含平面和丘陵两种地形，海拔高度平地最低点为23m，最高海拔为247m。测区内低点平均高程为32m，高点平均高程为198m。,例如：,航向重叠要求为65%，最小不得小于

26、60%；旁向重叠要求为35%，最小不得小于25%。,（3）航线敷设按常规的东西向敷设；航向覆盖超出测区边界线不少于2条基线，旁向覆盖超出测区边界线不少于像幅的50%。,（4）采用GPS导航，按设计坐标曝光；不敷设构架航线,高差,（3）航线和航线敷设,a)航线飞行方向：东西向直线飞行，特定条件下可根据需要调整,b)航线应平行于图廓线，位于摄区边缘的首末航线应设计在摄区边界线上或边界线外；,c)航线按图幅中心线或按相邻两排成图图幅的公共图廓线敷设时，应确保最高点对摄区边界图廓保证的影响和与相邻航线重叠度,d)尽可能避免像主点落水；,e)采用GPS领航和辅助空三航摄时，应计算出每条航线首末摄站的经纬

27、度。,f)GPS辅助空三航摄时，加密分区航线两端按合同要求布设构架航线。,2、航摄实施,原则：利于缩短成图周期、降低成本、提高测绘综合效率,（1）航摄比例尺的选择,前提：确保测图精度,5）彩红外、真彩色摄影，在北方一般避开冬季,（2）航摄时间的确定,选择最佳航摄时间需要考虑的因素:,1）摄区晴天日数多,2）大气透明度好,3）光照充足,4）地表植被及覆盖物对摄影和成图的影响最小,1）既保证充足的光照度又避免过大的阴影。对高差特大的陡峭山区和高层建筑物密集的大城市，应进行专门的设计。,选择最佳航摄时间选定原则:,3）彩红外与真彩色摄影应在色温4500K6800K范围内进行；雨后绿色植被表面水滴未干

28、时不应进行彩红外摄影。,2）沙漠戈壁滩等地面反光强烈的地区，一般在正午前后各2h内不应摄影。,（3）航摄仪的选择,根据测图精度要求、测图的仪器设备、测图比例尺、测图方法以及现有航摄设备等综合考虑确定光学航摄仪或数码航摄仪,3、航摄质量检查,航摄漏洞；漏洞补摄应按原设计航迹进行，补摄航线的两端应超出漏洞之外不少于一条基线。,（1）飞行质量要求与检查,像片重叠度要求；,像片旋倾角、旋偏角、弯曲度；,航高差；,测区、分区和图廓覆盖；,构架航线；,（2）摄影质量要求与检查,（3）成果提交,灰雾密度，最小密度，最大密度；,密度差；,底片视觉效果；,光学框标；,最大曝光时间；,压平误差,4、航摄组织,需试

29、飞和试摄的情况包括：,新改装的航摄飞机，在正式作业前须进行试飞；,新编成的航摄机组，在正式作业前须组织试飞和试摄；,航摄机组为掌握摄区的地形特征及气象条件等实况在正式作业前组织的视察飞行；,每年正式作业前，须对每台航摄仪（包括新购进的、检修后的和油封后重新启用的航摄仪）进行试摄。,通过对所获成果的分析研究，确认各项设备参数是否符合正常工作状态，如果不符合须进行相应的调整，满足要求后，方可正式开始航摄。,组织管理的工作主要包括：,确定航摄过程的各个环节,确定人员配置，明确各人员的责任，并授予相应的权力,制订规章制度，建立和健全组织结构中的相互关系,2.3 中心投影的基本知识,正片：黑白灰度与被摄

30、物的明亮程度一致。,一、中心投影与正射投影,地形图为正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面；航摄像片为中心投影，即摄影光线交于同一点。,负片：对黑白摄影而言，黑白灰度与被摄物的明亮程度相反。,投影射线会聚于一点的投影称为中心投影,投影中心投影射线物点投影平面投影点,中心投影的正、负片位置,投影射线平行于某一固定方向的投影的投影称为平行投影,斜投影投影射线与投影平面斜交,正射投影投影射线与投影平面正交,摄影测量的主要任务就是把地面按中心投影规律获得的摄影比例尺像片转换成按图比例尺要求的正射投影地形图。,中心投影透视变换,将平面上的点、线作中心投影，在投影平面P上，得到一一对应的点、线。,只有在地面

31、水平（无高差）且像片也水平，即平行于地面时，中心投影与正射投影无差异。,两个投影中心和两个投影平面当作一个整体，对同一个物体进行投影。,双心投影：,竖直像对：相邻两像片不严格水平、摄影基线不水平组成的像对,像对：航向相邻两张像片组成一个像对,理想像对：相邻两像片水平、摄影基线水平组成的像对,正直像对：相邻两像片水平、摄影基线不水平组成的像对,核面：摄影基线与同一地面点发出的两条同名光线组成的面,同名光线：同一地面点发出的两条光线称同名光线,同名像点：同一地面点发出的两条光线经左右摄影中心在左右像片上构成的像点称为同名像点,核线：核面与左右像片面的交线为同名核线,6、几何上的不同：航摄像片可组成

32、像对立体观察,二、航摄像片与地形图的区别,1、投影方式的不同：地形图为正射投影，航摄像片为中心投影,2、航片存在两项误差：像片倾斜引起的像点位移，地形起伏引起的像点位移,3、比例尺的不同：地图有统一比例尺；航片无统一比例尺，比例尺因点而异,4、表示方法的不同：地图为线划图；航片为影像图,5、表示内容的不同：地图需要综合取舍；航片所见即所得,地地形图的特点,图上任意两点间的距离与相应地面点的水平距离之比为一常数，等于图比例尺,图上任意一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角,航摄像片的特点,当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称像点位移。

33、从像片上某点作出的方向线与地面对应点画出的方向线的方位角不等，这种差异称为方向偏差。,像片倾斜引起的像点位移,地形起伏引起的像点位移,投影距离的影响,正射投影:和投影距离无关，投影面上投影点的相对位置不变；有统一的比例尺,中心投影:与投影距离、航高、焦距有关；焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变,中心投影受平台高度H（图a）与焦距f（图b）的影响,投影面倾斜的影响,正射投影:投影点之间的相对距离与实际距离成比例关系,中心投影：投影点间的距离与实际地物距离无比例关系，航片各部分的比例尺不同,地形起伏影响,正射投影：投影点之间的相对位置不变或成比例，地形起伏无影响,中心投影：地形起伏越大，投影误

34、差就越大，但有规律可循，航片各部分的比例尺不同,2.4 航摄像片上的特殊点、线、面,地面E、像片面P、主垂面W、真水平面Es,摄影中心S、像主点o、地主点O、像底点n、地底点N、等角点c、地面等角点C、主合点i、遁点J,点：,线：,基本方向线VV、主纵线vv、主光轴SoO、主垂线SnN、等角线ScC、合线hihi、主横线hoho、等比线hchc、迹线TT,面：,主垂面w：过主光轴so和铅垂线sn的铅垂面。,等比线hchc：过等角点c且平行于合线的直线,摄影方向线vv：主垂面w与地平面的交线。,等角点c：osn的角平分线与像平面的交点。,像底点n：垂直于地平面上的平行线组在P面上的构象的合点。,

35、主合点i：地平面上一组平行于摄影方向线的光束在像片上的构像（合线与主纵线的交点i）。,合点：过投影点中心作物面上一直线的平行线和像平面的交点。,合面：过投影中心s且平行于地面的水平面,合线hihi：合面与像平面的交线（合点的集）,迹点T：物像二重点。,主纵线vv：主垂面w与像平面的交线。,在倾斜像片和水平地面上，由等角点c和C所引出的一对透视对应线无方向偏差，保持着方向角相等。,等角点特性,当地面为水平时，取等角点c和C为辐射中心，在像平面和地面上的任意一对透视对应点所引绘的方向，与相应的对应起始线之间的夹角是相等的。,等比线特性,等比线既在航摄像片P上，又在理想的水平像片P0上，故等比线的构

36、像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺f/H，不受像片倾斜影响。,诸地平面的一组铅垂线在像面上的的构像应位于以像底点n为中心的辐射线上。,像底点特性,中心投影作图,作图步骤：,2）找主合点i,3）连T1i与SA，交点为a,已知E平面上有A点，在像平面上作对应的像a,1）找迹点T1,已知 E 平面上有 AB 直线，在像平面上作对应的像 ab,作图步骤：,中心投影作图,1）找迹点T1,2）找合点i1,3）连T1i1与SA，交点为a,4）连T1i1与SB，交点为b,5）a与b 连线,已知垂直物面的空间直线 AB，在像平面上作对应的像 ab,作图步骤：,3）连接na,4）na与SB的交点为b,5）a与b

37、连线,中心投影作图,1）按E面上点作图方式确定a,2）找像底点n,2.5 摄影测量常用坐标系,根据像片上像点的位置确定相应的地面点的空间位置。,地面测量坐标系(T-XtYtZt),像方坐标系（像点的位置）,像平面上的坐标系(p-xy)及（o-xy)）,像空间直角坐标系(S-xyz),像空间辅助坐标系(S-uvw),物方坐标系（地面点的位置）,地面摄影测量坐标系(D-XYZ),一、像方坐标系,1、像平面上的坐标系,（1）像框标坐标系(p-xy),以像片对边框标的连线作为x，y轴，其交点p作为坐标原点，与航线方向相近的连线为x轴。在坐标量测中，像点坐标值常用此坐标系表示。,原点：像主点ox、y轴：

38、分别平行于p-xy的坐标轴,在摄影测量解析计算中，像点的坐标应采用以像主点o为原点的像平面坐标系中的坐标。为此可首先求出像主点在像框标坐标系p-xy中的坐标。,(2)像平面坐标系(o-xy),2、像空间直角坐标系(S-xyz),以摄影中心S为坐标原点，x,y轴与像平面坐标系的x,y轴平行，z轴与主光轴重合（os方向为正），形成像空间右手直角坐标系Sxyz。a（x,y,-f），每张像片的像空间坐标系都是独立的。,3、像空间辅助坐标系(S-uvw),（3）以每个像片对的左片摄影中心为原点，摄影基线为u轴，左主核面为uw平面的右手空间直角坐标系。,原点在摄影中心S，坐标轴的选择视需要而定，有三种选取

39、方法,（1）取u、v、w轴系分别平行于地面摄影测量坐标系(D-XYZ)，这样同一像点a在像空间直角坐标系(S-xyz)中的坐标为x，y，z=（-f），而在像空间辅助坐标系(S-uvw)中的坐标为u，v，w。,（2）以每条航线第一张像片的像空间直角坐标系(S-xyz)作为像空间辅助坐标系(S-uvw)。,2、地面测量坐标系(T-XtYtZt),国家统一坐标系，平面坐标系为高斯-克吕格三度带或六度带1980西安坐标系，高程坐标系为1985黄海高程系。这是一种左手坐标系，摄影测量求得的地面点坐标最终是以这种形式提交给用户使用。,二、物方坐标系,1、地面摄影测量坐标系(D-XYZ),原点为地面某一控制

40、点，Z轴与地面测量坐标系的zt轴平行，铅垂向上，X轴与航线一致，构成右手直角坐标系,2.6 航摄像片的内、外方位元素,为了由像点坐标反求物点坐标，首先要确定航空控影瞬间摄影中心、像片与地面三者之间相关位置的参数，描述这些位置和姿态的参数称为像片的方位元素。,表示摄影中心与像片之间相关位置的参数称为内方位元素，表示摄影中心和像片在地面坐标系中的位置和姿态的参数称为外方位元素。,摄影物镜后节点与像片之间相互位置的参数，包括三个参数，即摄影中心到像片的垂距（主距）f及像主点在像框标坐标系中的坐标x0,y0。,恢复内方位元素可恢复摄影时的摄影光束,一、像片的内方位元素,表示摄影光束空间姿态（像片在摄影

41、瞬间空间姿态的要素）；（二个角度确定主光轴方位，另一个角度确定像片在像平面内的方位）,二、像片外方位元素,在恢复了内方位元素（恢复了摄影光束）的基础上，确定摄影光束摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数，称为外方位元素。一张像片的外方位元素包括六个参数。,描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值(Xs、Ys、Zs),三个直线元素(Xs、Ys、Zs),三个角元素(、),1、三个直线元素(Xs、Ys、Zs),外方位三个角元素可看作是摄影机光轴从起始的铅垂方向绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转形成的。先绕第一轴旋转一个角度，其余两轴的空间方位随同变化；再绕变动后的第二轴旋转一个角度，两次旋

42、转的结果达到恢复摄影机主光轴的空间方位；最后绕经过两次变动后的第三轴（即主光轴）旋转一个角度，亦即像片在其自身平面内绕像主点旋转一个角度。,2、外方位角元素,（1）以v轴为主轴的三个角元素、,航向倾角（逆时针）将光轴So投影在S-uw平面内，得到投影Sou，此时Sw、Su、Sou均在一个平面内，Sou与w轴的夹角为,像片旋角（逆时针）,旁向倾角（逆时针）,转换顺序：2、1、3,从S-uvw（旧，从SN位置）顺序转、，到S-xyz（新，SN与SO重合）,（2)以u轴为主轴的、,旁向倾角（逆时针）,航向倾角（逆时针）,像片旋角（逆时针）,转换顺序：1、2、3,从S-uvw（旧，从SN位置）顺序转、

43、，到S-xyz（新，SN与SO重合）,（3)以w轴为主轴的A、,方位角A（顺时针）,像片倾角（逆时针）,像片旋角（逆时针）,转换顺序：3、1、3,从S-uvw（旧，从SN位置）顺序转A、，到S-xyz（新，SN与SO重合）,框标坐标系,像空间坐标系,地面辅助坐标系,大地坐标系,像点,地面点,摄影测量,关系?,内方位元素,关系?,关系已知,像片的方位元素,2.7 像点的空间直角坐标变换与中心投影构象方程,1、像点的平面坐标变换,规定：右手直角坐标系中，逆时针正，顺时针为负；左手直角坐标系中，逆时针为负，顺时针为正,xx表示x轴与x轴间的夹角，其余类推,2、像点空间坐标变换,R称为旋转矩阵，为正交

44、矩阵，虽有九个参数，但只有三个是独立的。这三个参数可以是一个空间直角坐标系(S-uvw)按照三个旋转轴顺次旋转至另一个空间直角坐标系(S-xyz)的三个旋转角。,旋转矩阵的构成,一个坐标系按三个角元素顺次地绕坐标轴旋转即可变换为一个同原点的坐标系，这种变换为正交变换,用a2,a3,b3作为独立参数解求旋转矩阵,正交变换矩阵的特点,旋转矩阵只有3个独立参数,从(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,旋转矩阵中的每一个元素等于其代数余子式,从(a)式中,从(b)式中,从(c)式中,从(a)式中,从(c)式中,（1）以v轴为主轴的、系统的坐标变

45、换,S-uvw绕v轴旋转角到S-uvw,S-uvw绕u轴旋转角到S-uvw，到与像空间坐标系S-xyz 重合为止。,S-uvw绕w 轴旋转角到S-u v w(s-xyz),a1=coscos-sinsinsina2=-cossin sinsincosa3=-sincosb1=cossinb2=coscos b3=-sinc1=sincos+cossinsinc2=-sinsin+cossincosc3=coscos,（2）以u轴为主轴的、系统的坐标变换,a1=coscosa2=-cossin a3=-sinb1=cossin sin sincos b2=coscos+sin sinsin b3

46、=-sin cosc1=sinsin+cossincosc2=sincos-cossinsinc3=coscos,（3）以w轴为主轴的A、v系统的坐标变换,A角定义顺时针为负,a1=cosAcosv+sinAcossinv a2=-cosAsinv+sinAcoscosv a3=-sinAsinb1=-sinAcos v+cosAcossinv b2=sinAsinv+cosAcoscosv b3=-cosAsinc1=sin sinv c2=sincosv c3=cos,同一张像片在同一坐标系中，由不同转角系统的角度计算的旋转矩阵是唯一的,选取地面摄影测量坐标系(D-XYZ)与像空间辅助坐标

47、系(S-uvw)的坐标轴彼此平行。,3、中心投影构象方程,中心投影变换,将倾斜像片的中心投影转换为规定比例尺的水平像片的中心投影，把倾斜的像片纠正为水平的像片。,若地面水平，对应水平像片而言,为常数,为两平面间中心投影的构像方程式，又称透视变换公式。,上式的反算式为：,共线条件方程的应用求像底点坐标单像空间后方交会和多像空间前方交会摄影测量中的数字投影基础航空影像模拟光束法平差的基本数学模型利用DEM制作数字正射影像图利用DEM进行单张像片测图,求像底点坐标,已知内、外方位元素像点坐标DEM,对于单张航摄像片而言，其通过正解法（直接法）数字微分纠正制作正射影像的步骤为：,a.量测像点坐标（x、

48、y）,b.取一高程近似值Z,c.将（x、y）及Z，代入共线方程式，计算出地面平面坐标近似值（X1，Y1）,单像测图,用单张像片与DEM制作正射影像是一个迭代求解过程,d.将（X1、Y1）及DEM内插出高程Z1,e.重复（d、e）两步骤，直至（Xi+1,Yi+1,Zi+1）与（Xi,Yi,Zi）之差小于给定的限差。,所取点的高程Zp一般是在规则点位的数字地面模型中内插而得。由于Zp是Xp和Yp的函数。所以需逐渐趋近。所以正解法实际上是由一个二维图像（x，y）变换到三维空间（X，Y，Z）的过程。,理想像片：若像片水平，地面也水平，此时任意两像点间的距离与相应地面点的水平距离之比为一常数。,2.8

49、航摄像片上的像点位移,理想像片上任意一点引画的两条方向线间的夹角，等于对应平面上的水平角。可以作为地形图使用。,地形起伏引起的像点位移,实际情况中，像片不可能完全水平，地面又总是有起伏。地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称像点位移。此时的航摄像片将不再具有地形图的数学特征。,像片倾斜引起的像点位移,1、地面水平时像片倾斜引起的像点位移与方向偏差,（1）像片倾斜引起像点位移的概念,为像点a的像片倾斜位移,有关系式,式中:,为水平像片上的像点坐标及倾斜像片上的像点坐标,在以等角点C为坐标原点，主纵线为y轴，等比线为x轴的坐标系中,可得,可见：倾斜像片上自等角点C划引的方向

50、（或角度）与水平像片上相应方向（或角度）相等。,式中,为像点a对c点的向径长度,为a的极角（等比线方向为极轴）,为像点的倾斜位移,（2）像片倾斜位移的数学表达式,对于竖直投影的航摄像片，像片倾角一般很小，所以又有,2）当像点位于位于等比线hchc上时，无倾斜像点位移；等比线将影像分为上下两部分，上半部分（包含像主点0）影像比例尺小于等比线影像比例尺（同一航高水平像片比例尺）；下半部分（包含像底点n）影像比例尺大于等比线影像比例尺,（3）倾斜像片上像点位移的特性,1）倾斜像片上像点位移出现在以等角点c为中心的辐射线上,3）当sin=1，此时，=90,270，此时主纵线vv上的像点位移为最大值。,