测量平差教案第二章

1、摄影测量的摄影测量的解析基础解析基础2-1 航空摄影航空摄影一一、摄影机：摄影机： 1、摄影原理：、摄影原理： 小孔成像原理。小孔成像原理。P、S组成摄影机，组成摄影机，P称为像片，包括：称为像片，包括：正片（影像的灰度与被摄物的明亮程度一致）正片（影像的灰度与被摄物的明亮程度一致）负片（影像的灰度与被摄物的明亮程度相反）负片（影像的灰度与被摄物的明亮程度相反）被摄物成像平面物镜SPEv2 2、摄影机的结构：、摄影机的结构：v 镜箱：物镜、快门、光圈、像框镜箱：物镜、快门、光圈、像框平面、镜箱体平面、镜箱体v 暗箱：存放摄影材料暗箱：存放摄影材料2 2、摄影机分类：、摄影机分类：普通摄影机普通

2、摄影机：为生活娱乐而设计。为生活娱乐而设计。 镜箱和暗箱连为一体。镜箱和暗箱连为一体。量测用摄影机量测用摄影机：为摄影测量目的而设计制造。为摄影测量目的而设计制造。 航空摄影机、航空摄影机、摄影经纬仪。摄影经纬仪。v 量测用摄影机的特点：量测用摄影机的特点： 物镜具备良好的光学性能（分辨率高、畸变物镜具备良好的光学性能（分辨率高、畸变差小、透光性强）；差小、透光性强）； 机械结构稳定机械结构稳定 ；具有自动装置和压平装置；具有自动装置和压平装置； 同一台摄影机的像距是固定的已知值；同一台摄影机的像距是固定的已知值； 摄影机像平面的框架上有框标标志；摄影机像平面的框架上有框标标志； 内方位元素已

3、知；内方位元素已知； 像幅：像幅：23cm23cm* *23cm,18cm23cm,18cm* *18cm ,13cm18cm ,13cm* *18cm18cm数码航摄仪：数码航摄仪：v传统航摄像机使用传统航摄像机使用胶片胶片作为记录信息的载体作为记录信息的载体, ,通通过对航片进行高精度扫描获取数字影像过对航片进行高精度扫描获取数字影像; ;v数码航摄像机使用数码航摄像机使用光敏元件光敏元件作为成像器件作为成像器件, ,将光将光学信号转换成数字信息学信号转换成数字信息, ,直接获取数字影像。直接获取数字影像。v第第20 20 届届 ISPRSISPRS，国际著名公司展出数码航摄像，国际著名公

4、司展出数码航摄像机。机。v数码航摄像机的推出与成功应用数码航摄像机的推出与成功应用, ,已成为航空摄已成为航空摄影测量的又一个影测量的又一个里程碑里程碑。数码航摄仪：数码航摄仪：v数码航摄像机的核心元件：光敏成像元件数码航摄像机的核心元件：光敏成像元件-CCD -CCD vCCD-CCD-电荷耦合元件，由为数众多的微小光电二极电荷耦合元件，由为数众多的微小光电二极管及译码寻址电路构成的固态电子感光成像部件管及译码寻址电路构成的固态电子感光成像部件v光电二极管的排列方式有光电二极管的排列方式有2 2 种：种：v一是平面阵列。众多光电二极管排列成一个平面一是平面阵列。众多光电二极管排列成一个平面,

5、 ,同时感受光信号同时感受光信号( (色彩、强度等色彩、强度等) ,) ,成像方式与传统成像方式与传统的胶片方式类似的胶片方式类似; ;v二是线状阵列二是线状阵列, ,多个光电二极管排列成一条直线多个光电二极管排列成一条直线, ,逐逐行进行感光成像行进行感光成像, ,其工作原理与扫描仪类似。其工作原理与扫描仪类似。中心投影：中心投影：摄影像片摄影像片是被摄物的中心投影。是被摄物的中心投影。地形图地形图（正射影像图）是被摄物的正射投影。（正射影像图）是被摄物的正射投影。投影：用一组假想的直线，将物体投射向投影投影：用一组假想的直线，将物体投射向投影平面，在投影平面上得到的图形称为投影。平面，在投

6、影平面上得到的图形称为投影。包括：中心投影，平行投影（正射投影）包括：中心投影，平行投影（正射投影）当物面是水平面，投影平面与物面平行时，中心投影相当物面是水平面，投影平面与物面平行时，中心投影相当于正射投影。当于正射投影。正片位置正片位置，负片位置负片位置。中心投影中心投影 正射投影正射投影BAbaABabSab摄影比例尺（摄影比例尺（1 1：mm）：）： 1 : m = l : L = f : H1 : m = l : L = f : H f - 摄影机主距摄影机主距 H - 平均高程面的航摄高平均高程面的航摄高 度，航高度，航高 摄影比例尺要根据测绘地形图的精摄影比例尺要根据测绘地形图的

7、精 度或获取地面信息的需要确定。度或获取地面信息的需要确定。 （表（表2-2） fSHLl航空摄影：航空摄影： 按按航带设计航带设计要求，要求，确保像片质量的前确保像片质量的前提下飞行。提下飞行。 航带设计航带设计: : 航测工作中航测工作中,根据所选定的根据所选定的线路方案、测图比例尺、线路方案、测图比例尺、航测外业规范航测外业规范, 在（在（1/5万）地形图上确定万）地形图上确定航摄范围、划定航摄测段航摄范围、划定航摄测段和航带数目和航带数目,合理选择航摄合理选择航摄比例尺、航摄仪类型、焦比例尺、航摄仪类型、焦距、计算航空摄影工作量距、计算航空摄影工作量（期限、费用）的工作（期限、费用）的

8、工作1、在整个摄区，飞机按规定的航高和设计方向，呈直线、在整个摄区，飞机按规定的航高和设计方向，呈直线飞行，并保持各航线相互平行。飞行，并保持各航线相互平行。2、采用竖直摄影，像片倾角小于、采用竖直摄影，像片倾角小于3。3、航片应覆盖整个测区，航向重叠不小于、航片应覆盖整个测区，航向重叠不小于60%，旁向重，旁向重叠不小于叠不小于24%。4、同一航带内最大航高与最小航高差不大于、同一航带内最大航高与最小航高差不大于5%H（50 m）5、航带弯曲度小于、航带弯曲度小于3%。6、像片旋偏角小于、像片旋偏角小于6。7、摄影质量检查。、摄影质量检查。航摄仪的基本性能要求：航摄仪的基本性能要求：1、 航

9、摄仪宜使用航摄仪宜使用23cm*23cm的像幅，焦距：的像幅，焦距：150毫米或毫米或210毫米毫米2、物镜镜头分解力：中心部分不低于每毫米、物镜镜头分解力：中心部分不低于每毫米50线，边缘线，边缘不低于不低于20Lp/mm3、物镜径向畸变差在像片有效使用范围内应小于、物镜径向畸变差在像片有效使用范围内应小于0.015mm4、各色滤色片齐全，暗合压平质量良好、各色滤色片齐全，暗合压平质量良好航空摄影测量规范航空摄影测量规范 航摄比例尺与地形图比例尺的关系表航摄比例尺与地形图比例尺的关系表地形图比例尺地形图比例尺航摄比例尺航摄比例尺正射影象图比正射影象图比例尺例尺航摄比例尺航摄比例尺1：5001

10、：40001：80001：5001：40001：60001：20001：80001：180001：20001：80001：120001：100001：200001：400001：100001：100001：35000摄影像片上的特殊点线摄影中心摄影中心S:物镜中心物镜中心主光轴主光轴SO:过过S作像平面的垂线作像平面的垂线像主点像主点O:SO与像平面的交点与像平面的交点像片倾角像片倾角a:像平面与地平面的夹角像平面与地平面的夹角铅垂光线铅垂光线SN:过过S作地平面的垂线作地平面的垂线像底点像底点n:SN与像平面的交点与像平面的交点地底点地底点N:SN 与地平面的交点与地平面的交点2-2 2-2

11、 摄影测量常用坐标系摄影测量常用坐标系一、像平面上的直角坐标系：一、像平面上的直角坐标系：1 1、框标坐标系：、框标坐标系：p-xyp-xy 选择框标连线的交点选择框标连线的交点 p p为原点，框标为原点，框标连线为连线为x,yx,y轴，航线方向为轴，航线方向为xx轴的正轴的正轴。轴。2、像平面直角坐标系(o-xy)：v像片的像主点o为原点，x、y轴分别平行于框标坐标系的x、y轴。v P在o-xy中的坐标：x0,y0，及摄影机的主距f，称为摄影机的内方位元素。oxypxyoxy二、像空间直角坐标系(S-xyz): 摄影中心S为坐标原点，x,y轴分别平行于像平面坐标系的x,y轴，摄影机主光轴指向

12、S方向为z轴正轴，构成空间右手直角坐标系。xyoPyzxs-f三、像空间辅助坐标系(S-XYZ)：摄影中心摄影中心S为坐标系原点，为坐标系原点，坐标轴的选择依需要而定，如：铅垂方向为坐标轴的选择依需要而定，如：铅垂方向为Z轴，航向为轴，航向为X轴，构成右手直角坐标系；或，航带第一张航片的像空间轴，构成右手直角坐标系；或，航带第一张航片的像空间坐标系坐标系S1-x1y1z1。xyosxzyYXZ四 摄影测量坐标系(Op-XpYpZp) S-XYZ的的Z轴与地面的轴与地面的交点交点P作为原点，坐标轴作为原点，坐标轴XP、YP、ZP分别平行于分别平行于X、Y、Z轴。轴。五 地面测量坐标系(t-XtY

13、tZt)tytxtztpXpYpZpXYZS地面测量坐标为国家统一坐标系，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黄海高程系六六 地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系(A-XtpYtpZtp(A-XtpYtpZtp) )将右手系的将右手系的摄测坐标系转换至左手系的地面测量坐标系的过渡性坐标摄测坐标系转换至左手系的地面测量坐标系的过渡性坐标系。系。原点为地面某一控制点，原点为地面某一控制点，ZtpZtp轴与地面测轴与地面测量坐标系的量坐标系的z z轴平行，轴平行，XtpXtp轴与航线一致轴与航线一致XtpYtpZtpA2-3 航测像片的方位元素方位元素：描述

14、摄影瞬间，描述摄影瞬间，S与像片在地面坐标系中的位置与像片在地面坐标系中的位置 和姿态的参数，称为像片的方位元素。和姿态的参数，称为像片的方位元素。 包括：内方位元素包括：内方位元素 外方位元素外方位元素 用于用于 确定摄影时摄影物镜（摄影中心）确定摄影时摄影物镜（摄影中心） 、像片与地面、像片与地面 三者之间相关位置的参数三者之间相关位置的参数一、像片的内方位元素：摄影物镜中心S与像片 之间相互位置的参数 x0,y0,f恢复内方位元素可恢复摄影时的摄影光束xycSfox0y0二、像片外方位元素：在恢复像片的内方位元素的基 础上（已建立的摄影光束），确定像片摄影瞬间在 地面直角坐标系中空间位置

15、和姿态的参数XYZApS一张像片有六个外方位元素。三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值(Xs、Ys、Zs)。三个角元素(、)，表示摄影光束空间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）XYZApSXsYsZs以Y轴为主轴的、 、 XYZAXsYsZsooxXYZNS旁向倾角：主光轴SO方向与SOX的夹角航向倾角：主光轴SO在XZ平面上的投影SOX与Z轴的夹角。像片旋角： YSO平面与像平面的交线与像平面坐标系y轴的夹角。xy1 像点的平面坐标变换yxAyxyxAyx1cossinsincoscoscoscoscosyyxyyxxxA2-4、像点坐标变换xypxya0000001c

16、ossinsincosyxyxAyxyxyxyxyxAyxxypxyoy0 x0a2 像点空间坐标变换zZyZxZzYyYxYzXyXxXcccbbbaaaRfyxRZYXcoscoscoscoscoscoscoscoscos321321321R称为旋转矩阵，R为正交矩阵，由三个独立参数确定xyozxysXYZ1）以Y轴为主轴的、系统的坐标变换S-XYZ绕Y轴旋转角到S-XYZZYXZYXRZYXcos0sin010sin0cosXYZSXZaS-XYZ绕X轴旋转角到S-XYZZYXZYXRZYXcossin0sincos0001YXZSY ZaS-XYZ绕Z轴旋转角到S-XYZ(s-xyz)fyxfyxRZYX1000cossin0sincosaXZYSXYfyxRfyxRRRZYX3213213211000cossin0sincoscossin0sincos0001cos0sin010sin0coscccbbbaaaRRRRa1 = coscos - sinsinsina2 = -cossin sinsincosa3 = -sincosb1= cossinb2 = coscos b3 = -sinc1 = sincos+