第三章-摄影测量单张像片解析基础(一)课件

摄影测量学photogrammetry摄影测量学photogrammetry1主要内容

中心投影的基本知识常用坐标系内外方位元素共线条件方程像点位移与方向偏差单张像片后方交会主要内容中心投影的基本知识2问题的引出摄影测量是通过量测像片来获得地面目标的几何信息，这就要研究像片和地面之间的几何投影关系。Aa问题的引出摄影测量是通过量测像片来获得地面目标3为什么相交？航空影像具有什么几何特点？为什么相交？41、投影[Projection]一个空间点按一定方式在一个平面上的构像，叫做该空间点的投影。物点、像点、投射线、像面（承影面）物点投射线像面像点一、中心投影的基本知识1、投影[Projection]一个空间点按一定方式52、平行投影与中心投影投射线互相平行的投影，叫做平行投影。正射投影（垂直投影）一、中心投影的基本知识2、平行投影与中心投影投射线互相平行的投影，叫做平行投影6一、中心投影的基本知识ABCD地形图a0b0c0d0地形图在局部范围内是地面的正射投影！航摄像片？？2、平行投影与中心投影地形图是地面的什么投影？一、中心投影的基本知识ABCD地形图a0b0c0d0地形图在7S投影中心－摄站所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，叫做中心投影(CentralProjection)。阴位：投影中心位于物和像之间。阳位：投影中心位于物和像同侧。SS一、中心投影的基本知识S投影中心所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，8一、中心投影的基本知识SffABbab'a'阳位与阴位之间的关系及转换主距一、中心投影的基本知识SffABbab'a'阳位与阴位之间的9

如何将中心投影的航摄像片转化为垂直投影的地形图，就成为了航空摄影测量学的主要任务之一。一、中心投影的基本知识如何将中心投影的航摄像片转化为垂直投影的地形图，就成为了航103、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识两个平面之间的中心投影变换，称为透视变换。在透视变换的情况下，投影中心称为透视中心。TSP3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识两个11基本要素（S、P、T）主垂面（W）特殊面（3）：真水平面（G）遁面（R）TPWSGR3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识基本要素（S、P、T）主垂面（W）特殊面（3）：真水平面（G123、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识T特殊线（8）：透视轴（tt）基本方向线（KV）主纵线（iV）灭线（kk）真水平线（gg）主垂线(SN)ttVNPWiggGRKkkS3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识T特殊13特殊点（9）：像主点（o）地主点（O）像底点（n）地底点（N）主灭点（K）主迹点（V）主合点（i）像等角点（c）地等角点（C）TttNPWiggGRKkkSoOhohocChchcnV主横线(hoho)等比线(hchc)SO：主光轴3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识特殊点（9）：像主点（o）地主点（O）像底点（n）地底点（N14SA0aa0αAnN像底点特性:铅垂线在像平面上的构像位于以像底点n为辐射中心的相应辐射线上.像底点特性3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识SA0aa0αAnN像底点特性:像底点特性3、透视变换及其特15像底点特性:铅垂线在像平面上的构像位于以像底点n为辐射中心的相应辐射线上.SA0aa0αAnN像底点特性:SA0aa0αAnN16

等角点的特性：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3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识TttNPWiggGRKkkSoOhohocChchcnV等角点的特性：在倾斜像片和水平地面上，由等角点c和C所引173、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识等比线的特性：等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，不受像片倾斜影响。3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识等比线18？数学分析方法第一步：数学描述，建立坐标系第二步：建立关系方程AaoSf航摄像片是地面的中心投影。如何建立像点与地面点之间的关系？？数学分析方法AaoSf航摄像片是地面的中心投影。19二、常用坐标系1、框标坐标系(o'-x'y')o'x'y'如何表示像点量测坐标？o'x'y'扫描坐标系(A－IJ)用于表示扫描后数字影像的量测象素坐标二、常用坐标系1、框标坐标系(o'-x'y')o'x'y'如20二、常用坐标系飞行方向1、框标坐标系(o'-x'y')o'x'y'大地坐标系是指高斯平面坐标和高程所组成的左手空间系；描述地面点的空间位置；摄影测量的成果最终转化到该坐标系中。

2、大地坐标系

用于表示像点量测坐标。二、常用坐标系飞行方向1、框标坐标系(o'-x'y')o'x21二、常用坐标系SO：主光轴二、常用坐标系SO：主光轴22二、常用坐标系SoAa3、像平面坐标系o-xy

表示像点在像平面内位置的平面直角坐标系。xyxy原点、轴向、作用o'x'y'yxoayx2D3D？二、常用坐标系SoAa3、像平面坐标系o-xyxyxy原点23SoAaxyxySyxyxa-fyxz4、像空间坐标系s-xyz表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。xyz原点、轴向、作用(x,y,-f)(x,y,-f)O右手系？？左手系二、常用坐标系SoAaxyxySyxyxa-fyxz4、像空间坐标系s24二、常用坐标系5、像空间辅助坐标系

S-XYZ

原点、轴向、作用像空间和物空间过渡性的坐标系；用于表示模型空间各点的位置，也可表示像点的空间位置。X轴大体上与航线方向或者反方向一致，Y、Z轴分别接近水平和铅垂。右手系SoAaxyxyxyzXZYXZYXZYXZYM二、常用坐标系5、像空间辅助坐标系S-XYZ25二、常用坐标系原点、轴向、作用SoAaxyxyxyz6、地面摄影测量坐标系过渡性的地面坐标系统。Z轴铅垂的摄影测量坐标系为地面辅助坐标系。摄影测量成果都在地面辅助坐标系中表示。简称地辅系。二、常用坐标系原点、轴向、作用SoAaxyxyxyz6、地面26二、常用坐标系物方坐标系像方坐标系AaoSf构建多个坐标系的目的？多个坐标系间变换的关键？二、常用坐标系物方坐标系像方坐标系AaoSf构建多个坐标27框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量SoAaxyxyxyz关系？关系？已知地面摄影测量系已知XZY框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测28框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系关系？关系？内方位元素外方位元素三、方位元素框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系关系？关系？内方位元素外方29三、方位元素确定投影中心对像片的相对位置的参数；•内方位元素一般是已知的注意•x0，y0都为小值框标坐标系像空间坐标系内方位元素xyz1、内方位元素三、方位元素确定投影中心对像片的相对位置的参数；•内方位30三、方位元素框标坐标系、像平面坐标系、像空间系之间的关系xyza在框标坐标系中的坐标为a在像空系中的坐标为1、内方位元素三、方位元素框标坐标系、像平面坐标系、像空间系之间的关系xy31三、方位元素1、内方位元素每条摄影光线在像空系中有一个确定的方向。作用：1、像点的框标坐标系向像空系的改化；2、确定摄影光束的形状；SxyoaAzxy三、方位元素1、内方位元素每条摄影光线在像空系中有一个确定的32框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量关系？关系？已知地面摄影测量系已知内方位元素外方位元素三、方位元素？？框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测33三、方位元素SoAaxyxyxyz确定摄影时像空系在地面摄影测量系中位置和方向的元素叫做航摄像片的外方位元素。2、外方位元素三、方位元素SoAaxyxyxyz确定摄影时像空系在地面34三、方位元素2、外方位元素外方位线元素:确定像空系的原点S在地辅系中的坐标；外方位角元素:确定像空系三轴在地辅系中的方向。

确定像空系在地辅系中位置和方向所需要的元素。线元素角元素三、方位元素2、外方位元素外方位线元素:确定像空系的原点S在35SoAaxyxyxyz确定像空系的原点S在地辅系中的坐标；外方位线元素三、方位元素2、外方位元素SoAaxyxyxyz确定像空系的原点S在地辅系中的坐标；外36ZYX确定像空系三轴在地辅系中的方向。Soxyxyz外方位角元素三、方位元素2、外方位元素1)

2)3)系统

系统系统ZYX确定像空系三轴在地辅系中的方向。Soxyxyz外方位角37三、方位元素2、外方位元素-角元素旁向倾角航向倾角像片旋角oxyyxzSYXZoOMNh确定x，y轴在自身平面内的方向

确定z轴的方向三、方位元素2、外方位元素-角元素旁向倾角航向倾角像片38S-X'Y'Z'S-XYZ第一次旋转xXYXYZS绕Y轴系统S-X'Y'Z'S-XYZ第一次旋转xXYXYZS绕Y轴系39系统S-XYZ第二次旋转绕

X'轴xy’X'X'Y'Z'SZ''S-X'Y'Z'o系统S-XYZ第二次旋转绕X'轴xy’X'X40系统绕

Z轴S-xyz第三次旋转ZX''YSxyyxzS-XYZYX''oz系统绕Z轴S-xyz第三次旋转ZX''YSx41S-XYZS-xyzY-X-Z像空辅像空系

xOoyyxzSYXZoxMNh以Y为主轴的外方位角元素系统S-XYZS-xyzY-X-Z像空辅像空系xOoyyxzS42系统旋转矩阵S-X'Y'Z'S-XYZ绕Y轴第一次旋转系统旋转矩阵S-X'Y'Z'S-XYZ绕Y轴第一次旋转43旋转矩阵第二次旋转S-XYZ绕

X'轴S-X'Y'Z'系统旋转矩阵第二次旋转S-XYZ绕X'轴S-X'Y44绕

Z轴S-xyzS-XYZ旋转矩阵第三次旋转系统绕Z轴S-xyzS-XYZ旋转矩阵第三次旋45旋转矩阵系统旋转矩阵系统46a1=cosφcosκ-sinφsinωsinκa2=-cosφsinκ

–sinφsinωcosκa3=-sinφcosωb1=cosωsinκb2=cosωcosκb3=-sinωc1=sinφcosκ+cosφsinωsinκc2=-sinφsinκ

+cosφsinωcosκc3=cosφcosω

a1=cosφcosκ-sinφsinωsinκ47三、方位元素2、外方位元素-角元素

系统xyyxzSYXZoy'NOMEφh逆时针方向为正航向倾角,旁向倾角，

像片旋角，以X为主轴的外方位角元素三、方位元素2、外方位元素-角元素系统xyyxzSYXZ48三、方位元素2、外方位元素-角元素系统oyyxzSYXZoONXYx方位角A像片倾角像片旋角以Z为主轴的外方位角元素S-XYZZ-X-ZS-xyz地辅系

像空系

z三、方位元素2、外方位元素-角元素系统oyyxzSYXZo49小结正交矩阵不同的转角系统所表示的旋转矩阵不同，但其值是相同的。小结正交矩阵不同的转角系统所表示的旋转矩阵不同，50原则：1）三个元素互相独立，故该三个元素不能位于同一行、同一列。（自乘和为1，不独立）2）尽量不在对角线上（不便于求解其它的方向余弦）。原则：51框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量关系？关系？已知地面摄影测量系已知内方位元素外方位元素线元素：角元素：内方位元素3个，外方位元素6个。三、方位元素框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测52摄影测量学photogrammetry摄影测量学photogrammetry53主要内容

中心投影的基本知识常用坐标系内外方位元素共线条件方程像点位移与方向偏差单张像片后方交会主要内容中心投影的基本知识54问题的引出摄影测量是通过量测像片来获得地面目标的几何信息，这就要研究像片和地面之间的几何投影关系。Aa问题的引出摄影测量是通过量测像片来获得地面目标55为什么相交？航空影像具有什么几何特点？为什么相交？561、投影[Projection]一个空间点按一定方式在一个平面上的构像，叫做该空间点的投影。物点、像点、投射线、像面（承影面）物点投射线像面像点一、中心投影的基本知识1、投影[Projection]一个空间点按一定方式572、平行投影与中心投影投射线互相平行的投影，叫做平行投影。正射投影（垂直投影）一、中心投影的基本知识2、平行投影与中心投影投射线互相平行的投影，叫做平行投影58一、中心投影的基本知识ABCD地形图a0b0c0d0地形图在局部范围内是地面的正射投影！航摄像片？？2、平行投影与中心投影地形图是地面的什么投影？一、中心投影的基本知识ABCD地形图a0b0c0d0地形图在59S投影中心－摄站所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，叫做中心投影(CentralProjection)。阴位：投影中心位于物和像之间。阳位：投影中心位于物和像同侧。SS一、中心投影的基本知识S投影中心所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，60一、中心投影的基本知识SffABbab'a'阳位与阴位之间的关系及转换主距一、中心投影的基本知识SffABbab'a'阳位与阴位之间的61

如何将中心投影的航摄像片转化为垂直投影的地形图，就成为了航空摄影测量学的主要任务之一。一、中心投影的基本知识如何将中心投影的航摄像片转化为垂直投影的地形图，就成为了航623、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识两个平面之间的中心投影变换，称为透视变换。在透视变换的情况下，投影中心称为透视中心。TSP3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识两个63基本要素（S、P、T）主垂面（W）特殊面（3）：真水平面（G）遁面（R）TPWSGR3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识基本要素（S、P、T）主垂面（W）特殊面（3）：真水平面（G643、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识T特殊线（8）：透视轴（tt）基本方向线（KV）主纵线（iV）灭线（kk）真水平线（gg）主垂线(SN)ttVNPWiggGRKkkS3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识T特殊65特殊点（9）：像主点（o）地主点（O）像底点（n）地底点（N）主灭点（K）主迹点（V）主合点（i）像等角点（c）地等角点（C）TttNPWiggGRKkkSoOhohocChchcnV主横线(hoho)等比线(hchc)SO：主光轴3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识特殊点（9）：像主点（o）地主点（O）像底点（n）地底点（N66SA0aa0αAnN像底点特性:铅垂线在像平面上的构像位于以像底点n为辐射中心的相应辐射线上.像底点特性3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识SA0aa0αAnN像底点特性:像底点特性3、透视变换及其特67像底点特性:铅垂线在像平面上的构像位于以像底点n为辐射中心的相应辐射线上.SA0aa0αAnN像底点特性:SA0aa0αAnN68

等角点的特性：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3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识TttNPWiggGRKkkSoOhohocChchcnV等角点的特性：在倾斜像片和水平地面上，由等角点c和C所引693、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识等比线的特性：等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，不受像片倾斜影响。3、透视变换及其特殊的点、线、面一、中心投影的基本知识等比线70？数学分析方法第一步：数学描述，建立坐标系第二步：建立关系方程AaoSf航摄像片是地面的中心投影。如何建立像点与地面点之间的关系？？数学分析方法AaoSf航摄像片是地面的中心投影。71二、常用坐标系1、框标坐标系(o'-x'y')o'x'y'如何表示像点量测坐标？o'x'y'扫描坐标系(A－IJ)用于表示扫描后数字影像的量测象素坐标二、常用坐标系1、框标坐标系(o'-x'y')o'x'y'如72二、常用坐标系飞行方向1、框标坐标系(o'-x'y')o'x'y'大地坐标系是指高斯平面坐标和高程所组成的左手空间系；描述地面点的空间位置；摄影测量的成果最终转化到该坐标系中。

2、大地坐标系

用于表示像点量测坐标。二、常用坐标系飞行方向1、框标坐标系(o'-x'y')o'x73二、常用坐标系SO：主光轴二、常用坐标系SO：主光轴74二、常用坐标系SoAa3、像平面坐标系o-xy

表示像点在像平面内位置的平面直角坐标系。xyxy原点、轴向、作用o'x'y'yxoayx2D3D？二、常用坐标系SoAa3、像平面坐标系o-xyxyxy原点75SoAaxyxySyxyxa-fyxz4、像空间坐标系s-xyz表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。xyz原点、轴向、作用(x,y,-f)(x,y,-f)O右手系？？左手系二、常用坐标系SoAaxyxySyxyxa-fyxz4、像空间坐标系s76二、常用坐标系5、像空间辅助坐标系

S-XYZ

原点、轴向、作用像空间和物空间过渡性的坐标系；用于表示模型空间各点的位置，也可表示像点的空间位置。X轴大体上与航线方向或者反方向一致，Y、Z轴分别接近水平和铅垂。右手系SoAaxyxyxyzXZYXZYXZYXZYM二、常用坐标系5、像空间辅助坐标系S-XYZ77二、常用坐标系原点、轴向、作用SoAaxyxyxyz6、地面摄影测量坐标系过渡性的地面坐标系统。Z轴铅垂的摄影测量坐标系为地面辅助坐标系。摄影测量成果都在地面辅助坐标系中表示。简称地辅系。二、常用坐标系原点、轴向、作用SoAaxyxyxyz6、地面78二、常用坐标系物方坐标系像方坐标系AaoSf构建多个坐标系的目的？多个坐标系间变换的关键？二、常用坐标系物方坐标系像方坐标系AaoSf构建多个坐标79框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量SoAaxyxyxyz关系？关系？已知地面摄影测量系已知XZY框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测80框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系关系？关系？内方位元素外方位元素三、方位元素框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系关系？关系？内方位元素外方81三、方位元素确定投影中心对像片的相对位置的参数；•内方位元素一般是已知的注意•x0，y0都为小值框标坐标系像空间坐标系内方位元素xyz1、内方位元素三、方位元素确定投影中心对像片的相对位置的参数；•内方位82三、方位元素框标坐标系、像平面坐标系、像空间系之间的关系xyza在框标坐标系中的坐标为a在像空系中的坐标为1、内方位元素三、方位元素框标坐标系、像平面坐标系、像空间系之间的关系xy83三、方位元素1、内方位元素每条摄影光线在像空系中有一个确定的方向。作用：1、像点的框标坐标系向像空系的改化；2、确定摄影光束的形状；SxyoaAzxy三、方位元素1、内方位元素每条摄影光线在像空系中有一个确定的84框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量关系？关系？已知地面摄影测量系已知内方位元素外方位元素三、方位元素？？框标坐标系像空间坐标系像空辅坐标系大地坐标系像点地面点摄影测85三、方位元素SoAaxyxyxyz确定摄影时像空系在地面摄影测量系中位置和方向的元素叫做航摄像片的外方位元素。2、外方位元素三、方位元素SoAaxyxyxyz确定摄影时像空系在地面86三、方位元素2、外方位元素外方位线元素:确定像空系的原点S在地辅系中的坐标；外方位角元素:确定像空系三轴在地辅系中的方向。

确定像空系在地辅系中位置和方向所需要的元素。线元素角元素三、方位元素2、外方位元素外方位线元素:确定像空系的原点S在87SoAaxyxyxyz确定像空系的原点S在地辅系中的坐标；外方位线元素三、方位元素2、外方位元素SoAaxyxyxyz确定像空系的原点S在地辅系中的坐标；外88ZYX确定像空系三轴在地辅系中的方向。Soxyxyz外方位角元素三、方位元素2、外方位元素1)

2)3)系统

系统系统ZYX确定像空系三轴在地辅系中的方向。Soxyxyz外方位角89三、方位元素2、外方位元素-角元素旁向倾角航向倾角像片旋角oxyyxzSYXZoOMNh确定x，y轴在自身平面内的方向

确定z轴的方向三、方位元素2、外方位元素-角元素旁向倾角航向倾角像片90S-X'Y'Z'S-XYZ第一次旋转xXYXYZS绕Y轴系统S-X'Y'Z'S-XYZ第一次旋转xXYXYZS绕Y轴系91系统S-XYZ第二次旋转绕

X'轴xy’X'X'Y'Z'SZ''S-X'Y'Z'o系统S-XYZ第二次旋转绕X'轴xy’X'X92系统绕

Z轴S-xyz第三次旋转ZX''YSxyyxzS-XYZYX''oz系统绕Z轴S-xyz第三次旋转ZX''YSx93S-XYZS-xyzY-X-Z像空辅像空系

xOoyyxzSYXZoxMNh