工学摄影测量学第三章2课件

摄影测量学

测绘工程系：杜子涛1摄影测量学测绘工程系：杜子涛13.1航空摄影3.2中心投影的基本知识3.3航摄像片上特殊的点、线、面3.4摄影测量常用的坐标系统3.5航摄像片的内、外方位元素3.6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程3.7航摄像片上的像点位移

第三章摄影测量基本知识23.1航空摄影第三章摄影测量基本知识2

一、像平面上的坐标系

原点：框标连线交点P

1、框标坐标系(p-)

轴：航向框标连线方向 轴：旁像框标连线方向

§3-4摄影测量常用坐标系统3一、像平面上的坐标系§3-4摄影测量常用坐标系统32、像平面坐标系（O-xy）

原点：像主点ox、y轴：分别平行于p-xy的坐标轴

a(x,y)

§3-4摄影测量常用坐标系统42、像平面坐标系（O-xy）§3-4摄影测量常用坐标x像平面a(x,y)y直角apo坐标系原点：像主点x、y轴：分别平行于p-xy的坐标轴5x像a(x,y)y直apo坐原点：像主点5像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。当像主点与框标连线交点不重合时，须将像框标坐标系原点平移至像主点。若像主点在像框标坐标系中的坐标为xo、yo时，测量出的像点坐标x、y，化算到以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标为x-xo、y-yo。§3-4摄影测量常用坐标系统6像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。§3-二、像空间坐标系（S-xyz）原点：投影中心Sx、y轴：分别平行于o-xy的坐标轴

z轴：主光轴方向（os方向为正）

a（x,y,-f）

§3-4摄影测量常用坐标系统7二、像空间坐标系（S-xyz）§3-4摄影测量常用坐像空间直角zsy

oay

xx坐标系a(x,y,-f)原点：投影中心Sx、y轴：分别平行于o-xy的坐标轴z轴：主光轴方向（os方向为正）8像zsy oy x坐系a(x,y,-f)原点：投影中心S8三、像空间辅助坐标系（S-uvw）

原点：投影中心Su、v、w轴：分别平行于地面摄影测量坐标系的坐标轴

a（u,v,w）

过渡性坐标系统，S-uvw也可根据需要设置§3-4摄影测量常用坐标系统9三、像空间辅助坐标系（S-uvw）§3-4摄影测量常用三、像空间辅助坐标系（S-uvw）以每条航线第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系；以每个像片对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为u轴，以摄影基线及左片光轴构成的平面作为uw平面，过原点且垂直于uw平面(左核面)的轴为p构成右手直角坐标系。§3-4摄影测量常用坐标系统10三、像空间辅助坐标系（S-uvw）§3-4摄影测量常用w像空v间su辅助坐标系a(X,Y,Z)

oayx原点：投影中心Su、v、w轴：分别平行于地面摄影坐标系的坐标轴S-uvw也可根据需要设置（过渡性坐标系统）

11w像v间su辅a(X,Y,Z) oyx原点：投影中心S11四、地面摄影测量坐标系（D-X,Y,Z）

原点：测区地面某点DX轴：大致平行航线方向

Z轴：铅垂向上

A(X,Y,Z)

§3-4摄影测量常用坐标系统12四、地面摄影测量坐标系（D-X,Y,Z）§3-4摄影测量常地面摄原点为地面某一控制点，Z轴与地面测量坐标系的Zt轴平行，X轴与航线一致s影测量Zaoyx坐标系MYAX13地原点为地面某一控制s影Zaoyx坐MYAX13

五、地面测量坐标系（T－XtYtZt）

大地坐标系，国家高程基准左手系

A（Xt，Yt，Zt）§3-4摄影测量常用坐标系统14五、地面测量坐标系（T－XtYtZt）§3-4摄影测量常地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐标为高斯-克地面测量坐Ztsaoyx吕格3度带或6度带投影（1980西安坐标系），高程为1985黄海高程系标Xt系tA

A(Xt,Yt,Zt)Yt15地面测量坐标为国家统一坐地Ztsaoyx吕格3度带或6度带投Z)w摄影测量中的各种坐标系zy

uxZsa(x,y,-f)

u

(XA,tY,ttZtXtYtMYtX16Z)w摄影测量中的各种坐标系zy uZsa(x,y,-f)用摄影测量方法研究被摄物体的几何信息和物理信息时，必须建立该物体与像片之间的数学关系。描述航空摄影瞬间摄影中心与像片在地面设定的空间坐标系中的位置与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。§3－5像片的内、外方位元素17用摄影测量方法研究被摄物体的几何信息和物理信息时，必须建立该

一、像片(摄影机)的内方位元素

内方位元素：确定投影中心（物镜后节点）相对于像平面位置关系的参数。具体包括三个:像主点O在框标坐标系中坐标（x0,y0）主距f

§3－5像片的内、外方位元素18§3－5像片的内、外方位元素18确定投影中心（物镜后节点）与像片之间相互位置关系的参数像片内方yfS位元

opx0y0x素

内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束具体包括:像主点O在框标坐标系中坐标（x0,y0）主距f19确定投影中心（物镜后节点）与像片之间相互位置关系的参数像y

二、像片（摄影机）的外方位元素

外方位元素：确定摄影瞬间像片在空间坐标系中 位置和姿态的参数。

三个线元素具体包括六个 三个角元素

§3－5像片的内、外方位元素20二、像片（摄影机）的外方位元素二、像片（摄影机）的外方位元素

1、三个线元素:

摄影瞬间投影中心S在空间坐标系中坐标(Xs，Ys，Zs)

2、三个角元素摄影瞬间像片在空间坐标系中的姿态角（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）§3－5像片的内、外方位元素21二、像片（摄影机）的外方位元素§3－5像片的内、外方位元素确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数

外方位线元素：描述摄影像片中心在地面空间直角坐标系中的位置(Xs、Ys、Zs)s外方位ZXZso元素AXsYsY外方位角元素：描述像片在摄影瞬间的空间姿态具体包括三个线元素三个角元素22确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数像中心以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统像片外航向倾角

ϕzsvyv

xu方位角ZYo像片旋角

κ元素ANOX

X旁向倾角

ω23以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统像航向倾角zsvyvu方ZY（1）

以v为主轴的φωκ转角系统

航向倾角φ（绕v轴转）旁向倾角ω（绕uφ轴转）像片旋角κ（绕轴转）

绕v轴转φ绕uφ轴转ω绕wφω轴转κS－uvwS－uφvφwφS－uφωvφωwφωS－xyz

§3－5像片的内、外方位元素24（1）

以v为主轴的φωκ转角系统§3－5像片的内、外方位以u轴为主轴的ω’-ϕ’-κ’转角系统像片zsZyY

xX外方位Z旁向倾角

ω’o像片旋角

κ’角元素AYNOYX航向倾角

ϕ’25以u轴为主轴的ω’-ϕ’-κ’转角系统像zsZyYX外Z旁以w轴为主轴的A-α-κv转角系统像片zsZyY

xX外方位Z像片倾角

αo像片旋角

κv角Y元素ANX方位角

A26以w轴为主轴的A-α-κv转角系统像zsZyYX外Z像片倾平面坐标变换§3－6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程27平换§3－6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程27)y像空间w坐标与zy

vx像空间辅助s(X,Y,Z)a(x,,-fu坐标的变换28)y像w坐zy v像s(X,Y,Z)a(x,,-fu坐28以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换S-uvw坐标系绕v轴旋转ϕ角到S-XϕYZϕ29以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换S-uvw坐标系绕以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换S-XϕYZϕ坐标系绕uϕ轴旋转ω角到S-XϕYωz30以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换S-XϕYZϕ坐标以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换S-XϕYωz坐标系绕w轴旋转κ角到S-xyz31以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换S-XϕYωz坐标以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换32以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换32以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换33以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统的坐标变换33以u轴为主轴的ω’-ϕ’-κ’转角系统的坐标变换34以u轴为主轴的ω’-ϕ’-κ’转角系统的坐标变换34

以u轴为主轴的ω’-ϕ’-κ’转角系统的坐标变换35 以u轴为主轴的ω’-ϕ’-κ’转角系统的坐标变换35以w轴为主轴的A-α-κv系统的坐标变换36以w轴为主轴的A-α-κv系统的坐标变换36

以w轴为主轴的A-α-κv系统的坐标变换37 以w轴为主轴的A-α-κv系统的坐标变换37像点的空间直角坐标变换对于同一张像片在同一坐标系中，当取不同旋角系统的三个角度计算方向余弦时，其表达式不同，但是相应的方向余弦值是彼此相等的，即由不同旋角系统的角度计算的旋转矩阵是惟一的，且九个方向余弦中只有三个独立参数。

38像点的空间直角坐标变换对于同一张像片在同一坐标系中，当取不同中心投影构像方程式39中心投影构像方程式39中心投影构像方程式中心投影的构像方程式，它描述了像点a、摄影中心S何地面点A位于一条直线上，又称为共线方程式。

40中心投影构像方程式中心投影的构像方程式，它描述了像点a、摄影中心投影构像方程式共线方程式中包括有12个数据：以像主点为原点的像点坐标x、y，相应地面点坐标X、Y、Z,像片主f及外方位元素Xs、Ys、Zs、ψ、ω、κ。41中心投影构像方程式共线方程式中包括有12个数据：以像主点为原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42共线条件方程的应用求像底点坐标42摄影测量学

测绘工程系：杜子涛43摄影测量学测绘工程系：杜子涛13.1航空摄影3.2中心投影的基本知识3.3航摄像片上特殊的点、线、面3.4摄影测量常用的坐标系统3.5航摄像片的内、外方位元素3.6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程3.7航摄像片上的像点位移

第三章摄影测量基本知识443.1航空摄影第三章摄影测量基本知识2

一、像平面上的坐标系

原点：框标连线交点P

1、框标坐标系(p-)

轴：航向框标连线方向 轴：旁像框标连线方向

§3-4摄影测量常用坐标系统45一、像平面上的坐标系§3-4摄影测量常用坐标系统32、像平面坐标系（O-xy）

原点：像主点ox、y轴：分别平行于p-xy的坐标轴

a(x,y)

§3-4摄影测量常用坐标系统462、像平面坐标系（O-xy）§3-4摄影测量常用坐标x像平面a(x,y)y直角apo坐标系原点：像主点x、y轴：分别平行于p-xy的坐标轴47x像a(x,y)y直apo坐原点：像主点5像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。当像主点与框标连线交点不重合时，须将像框标坐标系原点平移至像主点。若像主点在像框标坐标系中的坐标为xo、yo时，测量出的像点坐标x、y，化算到以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标为x-xo、y-yo。§3-4摄影测量常用坐标系统48像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。§3-二、像空间坐标系（S-xyz）原点：投影中心Sx、y轴：分别平行于o-xy的坐标轴

z轴：主光轴方向（os方向为正）

a（x,y,-f）

§3-4摄影测量常用坐标系统49二、像空间坐标系（S-xyz）§3-4摄影测量常用坐像空间直角zsy

oay

xx坐标系a(x,y,-f)原点：投影中心Sx、y轴：分别平行于o-xy的坐标轴z轴：主光轴方向（os方向为正）50像zsy oy x坐系a(x,y,-f)原点：投影中心S8三、像空间辅助坐标系（S-uvw）

原点：投影中心Su、v、w轴：分别平行于地面摄影测量坐标系的坐标轴

a（u,v,w）

过渡性坐标系统，S-uvw也可根据需要设置§3-4摄影测量常用坐标系统51三、像空间辅助坐标系（S-uvw）§3-4摄影测量常用三、像空间辅助坐标系（S-uvw）以每条航线第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系；以每个像片对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为u轴，以摄影基线及左片光轴构成的平面作为uw平面，过原点且垂直于uw平面(左核面)的轴为p构成右手直角坐标系。§3-4摄影测量常用坐标系统52三、像空间辅助坐标系（S-uvw）§3-4摄影测量常用w像空v间su辅助坐标系a(X,Y,Z)

oayx原点：投影中心Su、v、w轴：分别平行于地面摄影坐标系的坐标轴S-uvw也可根据需要设置（过渡性坐标系统）

53w像v间su辅a(X,Y,Z) oyx原点：投影中心S11四、地面摄影测量坐标系（D-X,Y,Z）

原点：测区地面某点DX轴：大致平行航线方向

Z轴：铅垂向上

A(X,Y,Z)

§3-4摄影测量常用坐标系统54四、地面摄影测量坐标系（D-X,Y,Z）§3-4摄影测量常地面摄原点为地面某一控制点，Z轴与地面测量坐标系的Zt轴平行，X轴与航线一致s影测量Zaoyx坐标系MYAX55地原点为地面某一控制s影Zaoyx坐MYAX13

五、地面测量坐标系（T－XtYtZt）

大地坐标系，国家高程基准左手系

A（Xt，Yt，Zt）§3-4摄影测量常用坐标系统56五、地面测量坐标系（T－XtYtZt）§3-4摄影测量常地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐标为高斯-克地面测量坐Ztsaoyx吕格3度带或6度带投影（1980西安坐标系），高程为1985黄海高程系标Xt系tA

A(Xt,Yt,Zt)Yt57地面测量坐标为国家统一坐地Ztsaoyx吕格3度带或6度带投Z)w摄影测量中的各种坐标系zy

uxZsa(x,y,-f)

u

(XA,tY,ttZtXtYtMYtX58Z)w摄影测量中的各种坐标系zy uZsa(x,y,-f)用摄影测量方法研究被摄物体的几何信息和物理信息时，必须建立该物体与像片之间的数学关系。描述航空摄影瞬间摄影中心与像片在地面设定的空间坐标系中的位置与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。§3－5像片的内、外方位元素59用摄影测量方法研究被摄物体的几何信息和物理信息时，必须建立该

一、像片(摄影机)的内方位元素

内方位元素：确定投影中心（物镜后节点）相对于像平面位置关系的参数。具体包括三个:像主点O在框标坐标系中坐标（x0,y0）主距f

§3－5像片的内、外方位元素60§3－5像片的内、外方位元素18确定投影中心（物镜后节点）与像片之间相互位置关系的参数像片内方yfS位元

opx0y0x素

内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束具体包括:像主点O在框标坐标系中坐标（x0,y0）主距f61确定投影中心（物镜后节点）与像片之间相互位置关系的参数像y

二、像片（摄影机）的外方位元素

外方位元素：确定摄影瞬间像片在空间坐标系中 位置和姿态的参数。

三个线元素具体包括六个 三个角元素

§3－5像片的内、外方位元素62二、像片（摄影机）的外方位元素二、像片（摄影机）的外方位元素

1、三个线元素:

摄影瞬间投影中心S在空间坐标系中坐标(Xs，Ys，Zs)

2、三个角元素摄影瞬间像片在空间坐标系中的姿态角（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）§3－5像片的内、外方位元素63二、像片（摄影机）的外方位元素§3－5像片的内、外方位元素确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数

外方位线元素：描述摄影像片中心在地面空间直角坐标系中的位置(Xs、Ys、Zs)s外方位ZXZso元素AXsYsY外方位角元素：描述像片在摄影瞬间的空间姿态具体包括三个线元素三个角元素64确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数像中心以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统像片外航向倾角

ϕzsvyv

xu方位角ZYo像片旋角

κ元素ANOX

X旁向倾角

ω65以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转角系统像航向倾角zsvyvu方ZY（1）

以v为主轴的φωκ转角系统

航向倾角φ（绕v轴转）旁向倾角ω（绕uφ轴转）像片旋角κ（绕轴转）

绕v轴转φ绕uφ轴转ω绕wφω轴转κS－uvwS－uφvφwφS－uφωvφωwφωS－xyz

§3－5像片的内、外方位元素66（1）

以v为主轴的φωκ转角系统§3－5像片的内、外方位以u轴为主轴的ω’-ϕ’-κ’转角系统像片zsZyY

xX外方位Z旁向倾角

ω’o像片旋角

κ’角元素AYNOYX航向倾角

ϕ’67以u轴为主轴的ω’-ϕ’-κ’转角系统像zsZyYX外Z旁以w轴为主轴的A-α-κv转角系统像片zsZyY

xX外方位Z像片倾角

αo像片旋角

κv角Y元素ANX方位角

A68以w轴为主轴的A-α-κv转角系统像zsZyYX外Z像片倾平面坐标变换§3－6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程69平换§3－6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程27)y像空间w坐标与zy

vx像空间辅助s(X,Y,Z)a(x,,-fu坐标的变换70)y像w坐zy v像s(X,Y,Z)a(x,,-fu坐28以v轴为主轴的ϕ-ω-κ转