第二三章影像获取

第二三章影像获取第1页，共57页，2023年，2月20日，星期三在像平面处放置感光材料，物体的入射光线经物镜后投射到感光材料上，经摄影处理形成影像。同时，感光材料有正性和负性，分别产生正片和负片（底片）。摄影原理AbaBO成像平面摄影物镜§2-1

航空影像获取第2页，共57页，2023年，2月20日，星期三摄影物镜第3页，共57页，2023年，2月20日，星期三•无论物镜由多少个透镜组成，经过多少次的折射，其结果都相当于在主平面Q和Q’上发生折射，因此可以用主平面代替等价物镜。•主平面将空间分为两部分，物体所在的空间称为物方空间，影像所在的空间称为像方空间。Q和Q’也相应称为物方主平面和像方主平面。第4页，共57页，2023年，2月20日，星期三•共轭光线：在由物点发射的诸入射光线和经物镜出射的诸成像光线中，有一对共轭光线，其入射光线与主光轴的夹角和出射光线与主光轴的夹角相等。此时，共轭光线与主光轴的交点分别为，分别称为前方节点（物方节点）和后方节点（像方节点）。共轭光线表达了像点和物点之间一一对应的关系第5页，共57页，2023年，2月20日，星期三1、量测用摄影机的基本要求：•物镜要求具备良好的光学特性，物镜的畸变差要小，分辨率要高，透光率强。•机械结构要稳定。•航空摄影机应同时具备摄影过程的自动化装置，使安装在飞机上的此类摄影机能对地面连续的进行摄影。一、

航空摄影机（量测用）(MetricCamera)第6页，共57页，2023年，2月20日，星期三第7页，共57页，2023年，2月20日，星期三第8页，共57页，2023年，2月20日，星期三第9页，共57页，2023年，2月20日，星期三2、量测用摄影机的特征：①量测用摄影机的像距是一个固定的已知值用于测绘地形的航摄仪，摄影的物距要比像距大的多，摄影时摄影物镜固定调焦于无穷远点处，因此，像距是一个定值，约等于摄影物镜的焦距（Focallength）。第10页，共57页，2023年，2月20日，星期三②摄影机像面框架上有框标标志(fiducialmarks)像平面与物镜的主光轴垂直，同时像平面也是一个框标平面，因此像点在像片平面上的位置，可以根据像片上的框标坐标系来确定。第11页，共57页，2023年，2月20日，星期三第12页，共57页，2023年，2月20日，星期三第13页，共57页，2023年，2月20日，星期三第14页，共57页，2023年，2月20日，星期三③内方位元素(Interiororientationelements)的数值是已知的像主点（Principalpoint）：摄影机主光轴与像平面的交点。像片主距（f）：摄影机物镜后节点到到像片主点的垂距。第15页，共57页，2023年，2月20日，星期三二、非量测摄影机第16页，共57页，2023年，2月20日，星期三第三章：摄影测量基础知识

FoundamentalsofPhotogrammetry第17页，共57页，2023年，2月20日，星期三中心投影有两种状态：1）投影平面和物点在投影中心的两侧，此时像片为负片。2）投影平面和物点在投影中心的同一侧，此时像片为正片。3）无论像片处在正片还是负片，像点与物点之间的几何关系不变。中心投影的正、负片负片正片第18页，共57页，2023年，2月20日，星期三第19页，共57页，2023年，2月20日，星期三一、摄影比例尺与摄影航高摄影比例尺的选择：摄影比例尺。控制摄影计划设计时的像片比例尺。比例尺的选取与成图比例尺、摄影测量内业成图方法和成图精度等因素有关。比例尺类别航摄比例尺成图比例尺大比例尺1：2000~1：30001：5001：4000~1：60001：1000中比例尺1：15000~1：200001：100001：25000~1：35000小比例尺1：35000~1：550001：50000§3-1航空摄影第20页，共57页，2023年，2月20日，星期三•像片比例尺。•航高：指摄影飞机在摄影瞬间相对于某一水准面的高度，从该水准面起算向上为正。航高分为相对航高和绝对航高。ffHH第21页，共57页，2023年，2月20日，星期三二、空中摄影过程：摄影类型：竖直航空摄影分为：面积航空摄影、条状地带航空摄影、独立地块航空摄影。第22页，共57页，2023年，2月20日，星期三三、摄影测量生产对摄影资料的基本要求1、影像的色调2、像片重叠3、像片倾角4、航线弯曲5、像片旋角第23页，共57页，2023年，2月20日，星期三1、影像的色调：（清晰，色调一致）第24页，共57页，2023年，2月20日，星期三2、像片重叠度•像片重叠度。摄影测量使用的航摄像片，要求沿航线飞行方向两相邻像片上对所摄地面有一定的重叠影像，这种重叠部分称为航向重叠度(headingoverlap)。对于面积航空摄影而言，要求两相邻航带之间也需要有一定的影像重叠，这种重叠部分称为旁向重叠度(sideoverlap)。像片的重叠部分是立体观察和像片连接所必须的条件。第25页，共57页，2023年，2月20日，星期三236723682369237023892388238724472448244924502467246624652464第26页，共57页，2023年，2月20日，星期三3、像片倾角垂直摄影：以测绘地形图为目的的空中摄影多采用垂直摄影的方式。要求航摄机在曝光的瞬间物镜主光轴垂直于地面。像片倾角要小于2°~3°第27页，共57页，2023年，2月20日，星期三§3-2中心投影的基本知识一、中心投影和正射投影

•投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影。其投射线称为投影射线，投影的几何面称为投影平面。•中心投影：当投影射线汇聚于一点时，称为中心投影。投影射线的汇聚点S称为投影中心。第28页，共57页，2023年，2月20日，星期三•正射投影：当诸投影射线都平行于某一固定方向时，称为平行投影。平行投影中，当投影射线与投影平面成斜交时，成为斜投影。当投影射线与投影平面成正交时称正射投影。•测量中地面与地形图的投影关系为正射投影。第29页，共57页，2023年，2月20日，星期三地形图的数学特征为：①地形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（成图比例尺）。②由地形图上任意一点引出的两方向线之间的夹角，等于地面上对应的水平角。第30页，共57页，2023年，2月20日，星期三§3-4摄影测量常用的坐标系统PS物方像方问题的提出：第31页，共57页，2023年，2月20日，星期三一、像方坐标系

1、像平面上的直角坐标系（o-xy）：是影像平面内的直角坐标系，用以表示像点在像平面上的位置。主要有两种表示方法：框标坐标系和像平面直角坐标系。像平面直角坐标系yxxyoPyxxyoP第32页，共57页，2023年，2月20日，星期三2、像空间(直角)坐标系（S-xyz）•像空间直角坐标系是随着每张航摄像片摄影瞬间的空间方位而定的。所以，不同航摄像片的像空间直角坐标系方向是不统一的。Sxoxyyz第33页，共57页，2023年，2月20日，星期三3、像空间辅助坐标系（S-uvw）是一种过渡性的坐标系，w轴可以取铅垂方向,而u轴通常与航向一致。Sxoxyyzuvw第34页，共57页，2023年，2月20日，星期三二、物方坐标系

1、地面测量坐标系（T–XtYtZt）地面测量坐标系是指国家统一的、国家测图所用的G-K3°带或6°带投影的1980西安坐标系和1985国家高程基准黄海高程系。Sxoxyyzuvw第35页，共57页，2023年，2月20日，星期三2、地面摄影测量坐标系（D–XYZ）•摄影测量中，习惯用右手空间直角坐标系，而野外控制测量提供的控制点坐标是属于左手系的地面测量坐标，由于摄影测量工作的需要，需要将地面控制点的左手系坐标转化为右手系坐标，最后再将摄影测量成果转化到地面测量坐标系，地面摄影测量坐标系就是摄影测量坐标与地面测量坐标互相转换的过渡性坐标系。•地面摄影测量坐标系是一种过渡的符合右手规则的空间直角坐标系，原点通常选在地面某一控制点，Ztp轴为过该点的铅垂线，向上为正，和地面测量坐标系的Zt

轴平行，Xtp轴与航线方向一致。第36页，共57页，2023年，2月20日，星期三地摄坐标系Sxoxyyzuvw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轴与航线一致第37页，共57页，2023年，2月20日，星期三§3-5

航摄像片的内、外方位元素(Interior&ExteriorOrientationElements)

(Internal&ExternalParameters)PS摄影瞬间像片、地面和摄站点之间的几何关系第38页，共57页，2023年，2月20日，星期三Aa1a2S1S2不同摄站点S1，S2的像片、地面和摄站点之间的几何关系第39页，共57页，2023年，2月20日，星期三多个摄站点的像片、地面和摄站点之间的几何关系第40页，共57页，2023年，2月20日，星期三PS一、内方位元素（interiororientationelements）SO（x0，y0）Px0,y0,-f(在S-xyz中)确定摄影中心相对于影像位置关系的参数称为影像的内方位元素。利用内方位元素可将像点在框标坐标系P–xy中的量测坐标转换为像空坐标系中的坐标S–xyz。用于解析计算。第41页，共57页，2023年，2月20日，星期三•在恢复像片内方位元素的基础上，确定像片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。一张像片有6个外方位元素。3个直线元素和3个角元素。二、外方位元素（exteriororientationelements）SO（x0，y0）Px0,y0,-fSO（x0，y0）Px0,y0,-fSO（x0，y0）Px0,y0,-f第42页，共57页，2023年，2月20日，星期三三个直线元素是指摄影机曝光时，物镜S相对于地面选定的地面空间直角坐标系中的坐标值XS，YS，ZS，地面空间直角坐标系可以是左手系的地面直角坐标系，也可以是右手系的地面摄影测量坐标系。（如不特殊说明，一般是指地面摄影测量坐标系）外方位元素（三个直线元素）ZSSxoxyyzXYZXSYSN第43页，共57页，2023年，2月20日，星期三ZSSxoxyyzXSYSN•三个角元素是用来描述像片在摄影瞬间空间姿态的要素。理想姿态（主光轴铅垂，水平）到实际摄影时的姿态（要旋转三个角度）。第44页，共57页，2023年，2月20日，星期三•航向倾角（

）：主光轴SO在XZ平面上的投影SOX

与Z坐标轴的夹角。•旁向倾角（

）：投影方向SO与其在XZ平面上的投影SOX

的夹角。•像片旋角（）：Y坐标轴与SOXO组成的平面与像平面的交线和y轴的夹角。外方位元素（三个角元素）以Y轴为主轴ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ第45页，共57页，2023年，2月20日，星期三§3-6像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程一、像点空间坐标变换ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ第46页，共57页，2023年，2月20日，星期三第47页，共57页，2023年，2月20日，星期三三、中心投影构像方程示（共线方程）问题的提出：我们已经知道了确定摄影模型所需要的参数。但是，要进行模型的解析运算，还要确定模型的数学解析关系式。为了研究像点与地面对应点的数学关系，必须建立中心投影的构像方程。ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ第48页，共57