第二章 摄影测量解析基础

第二章单像影像解析基础西北师范大学张彦丽地环学院地信系内容提要一、航摄像片的投影关系二、共线方程三、单幅影像解析基础§2.1航摄像片的投影关系一、航空摄影机二、航空摄影与航摄像片三、航摄像片与地形图的差别四、中心投影透视变换作图主要内容像场角常角：(视场角<75。)宽角：(视场角＝75。

~100。)特宽角：(视场角>100。)长焦距：(主距>200mm)中焦距：(主距＝100～200mm)短焦距：(主距<100mm)焦距主光轴：通过薄透镜两个球面球心的直线像平面、框标(机械框标、光学框标)、框标坐标系物距、像距（两者比例大小在遥感中的特点）像主点、像片内方位元素§2.1.1

光学航空摄影机像幅18cm×18cm23cm×23cm30cm×30cm航摄像片为量测像片，有光学框标和机械框标航摄像片的大小为18cm×18cm,23cm×23cm航摄像片光学框标机械框标单面阵航空数码相基本参数见P15多面阵航空数码相机大幅面CCD生产技术困难，因此，由小面阵拼接而成大面阵三线阵航空数码相机ADS40能为每条航线上获取三个不同投影方向（前视、下视和后视）的影像。很多卫星影像立体像对均提供这样三个不同投影图像前视、下视和后视。如，ASTER、WORLDBIEW、ALOS等。§2.1.1

数码航空摄影机-无框标可携带GPS、惯性测量装置IMU，有规则像素排列而成，无框标设备。ZSS利用安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影§2.1.2

航空摄影与航摄像片航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面§2.1.2

航空摄影与航摄像片航空摄影沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠。全程采用竖直摄影方式。按航摄计划要求，按规定的行高和设计的方向呈直线飞行，且保持各航线的相互平行。

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，夹角为像片倾角铅垂线像片SA摄影机主光轴像片竖直摄影123Lxpx航向重叠度І-1Ⅱ-1Lypy旁向重叠度思考：像片重叠度的用途及要求？航向相邻两个摄影站间的距离P1S1P2S2BE摄影基线摄影基线f为摄影机主距，H为航高视摄影像片水平、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

之比为摄影比例尺fH摄影比例尺思考：摄影像片实际的摄影比例尺特点？根据基准面的不同，航高分为相对航高和绝对航高。测图比例尺航摄比例尺分母测图比例尺分母比例尺类型航摄比例尺测图比例尺大比例尺1:2000～1:30001:5001:4000～1:60001:1000

1:8000

～1:120001:2000，1:5000中比例尺1:15000～1:200001:50001:10000～1:350001:10000小比例尺1:20000～1:300001:250001:35000～1:550001:50000摄影比例尺的选择综合考虑成图比例尺、摄影测量内业成图方法和成图精度等因素，同时兼顾经济性和摄影资料的可使用性。

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

航线弯曲度：航线最大弯曲矢量与航线长度之比的百分数。要求航线弯曲度<3%Ll航线弯曲为了确保摄影测量精度，提出了摄影质量和飞行质量的基本要求。思考：航线弯的危害？o2

一张像片上相邻主点连线与同方向框标连线间的夹角。要求像片旋角<60产生的原因及危害？航摄机定向不准。像片旋角过大会减少立体像对的有效范围、增加内业困难o1

像片旋角§2.1.3航摄像片与地形图投影方式投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射投影射线：投影的直线投影平面：投影的几何面投影射线会聚于一点的投影称为中心投影投影中心投影平面投影点投影射线物点正射投影投影射线与投影平面正交斜投影投影射线与投影平面斜交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航摄像片为中心投影，地形图为正射投影SBbAaCc中心投影AaBbCc正射投影地形起伏引起的像点位移spacbABCB0BbAA0sEpb0aa0像片倾斜引起的像点位移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投影方式：地图为正射投影，航片为中心投影比例尺：地图有统一比例尺，航片无统一比例尺表示方法：地图为线划图，航片为影像图表示内容：地图需要综合取舍（制图规则），航片内容丰富几何差异：航摄像片可组成像对立体观察摄影测量的主要任务之一：把地面按中心投影规律获取的摄影比例尺航摄像片转换成以测图比例尺表示的正射投影地形图航摄像片与地图的关系主观、艺术所见即所得§2.1.4透视变换作图像点平面与物点平面这两个平面之间的中心投影变换关系称为透视变换面：地面E

像片面P

主垂面W

真水平面Es线：迹线TT

主光线SoO

主垂线SnN

摄影方向线VV

主纵线vv

等角线ScC

主合线hihi

主横线hoho

等比线hchc重要的点线面点：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

主遁点J

EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCc航摄像片中的重要点、线、面透视轴、迹线重要点线的数学关系EPTTvvVVSWJiNnOoCc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Nn重要的点线特征等角点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Cc重要的点线特征等比线特性等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，不受像片倾斜影响重要的点线特征

已知E平面上有A

点，在像平面上作对应的像aPTTSAT1i作图步骤：1）找迹点T12）找主合点i3）连T1i与SA，交点为a中心投影作图主合点迹点avvE

已知E平面上有AB

直线，在像平面上作对应的像abPTTSi作图步骤：1）找迹点T12）找合点i13）连T1i1与SA，交点为a4）连T1i1与SB，交点为b5）a与b

连线中心投影作图主合点迹点avvEhihiABi1bT1

已知垂直物面的空间直线AB，在像平面上作对应的像abPTTSi作图步骤：1）按E面上点作图方式确定a2）找像底点n3）连接na4）na与SB的交点为b5）a与b

连线中心投影作图主合点迹点vvEABba§2.2共线方程主要内容一、摄影测量常用坐标系二、航摄像片的方位元素三、空间直角坐标变换四、共线方程五、有理函数模型一、

摄影测量常用坐标系像平面直角坐标系pxyoxyaa(x,y)思考：1、像平面坐标系与框标坐标系的关系？2、内方位元素的作用？地面测量坐标系sxyoA(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtA地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐标为高斯-克吕格3度带或6度带投影（1954北京\1980西安\CGCS2000坐标系），高程为1985黄海高程系。a（物方）思考：1、摄影测量的主要任务？2、基本途径是由像点坐标获得其地面点坐标，但如何实现？像空间直角坐标系sxyxyzoaa(x,y,-f)思考：1、与像平面坐标系的联系？2、像点在该坐标系的特点？3、内方位元素的作用？像空间辅助坐标系sxyoYXZaa(X,Y,Z)思考：1、像空间坐标系与像空间辅助坐标系之间的联系？2、该坐标系建立的目的？地面摄影测量坐标系sxyAao原点为地面某一控制点，坐标轴与像空间辅助坐标轴平行。MZtpXtpYtp思考：1.摄影测量坐标系与像空间辅助坐标系的联系？2.摄影测量坐标系作用?xyzXYZAas(x,y,-f)(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtMZtpYtpXtp摄影测量中的各种坐标系两种物方坐标系三种像方坐标系。最主要的坐标系为像平面坐标系和地面侧坐标系，其他三种均为过渡坐标系。二、

像片的方位元素确定摄影时刻摄影中心、像片与地面三者之间相关位置关系的参数叫像片的方位元素确定投影中心与像片之间相互位置关系的参数内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束xyp像片内方位元素fx0y0So一般由摄影机检校确定。soAYXZ确定摄影光束摄影时刻在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数：

包括两类：3个线元素和3个角元素像片外方位元素ZsXsYs外方位线元素：描述摄影中心在物方空间坐标系中的位置(Xs、Ys、Zs)外方位角元素：描述像片在摄影瞬间的空间姿态AXYZ像片外方位角元素以Y

轴为主轴的

-

-

转角系统XYZN航向倾角

旁向倾角

像片旋角

osxyzOX我国习用的转角系统思考：像片9个方位元素在摄影测量几种坐标系相互转化过程中的作用？三、

空间直角坐标变换平面坐标变换xyox’y’aaa转换为矩阵的形式：xyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像空间坐标与像空间辅助坐标的变换可以理解为：像空间坐标系是像空间辅助坐标系（相当于摄影光束的起始位置）依次绕相应的坐标轴旋转

，

，

三个角度以后的位置。

aS-XYZ坐标系绕Y轴旋转

角到S-X

YZ

XZSYX

Z

(Y

)以Y轴为主轴的

--转角系统的坐标变换S-X

YZ

坐标系绕X

轴旋转

角到S-X

Y

Z

以Y轴为主轴的

--转角系统的坐标变换S-X

Y

Z

坐标系绕z轴旋转

角到S-xyz以Y轴为主轴的

--转角系统的坐标变换以Y轴为主轴的

--转角系统的坐标变换正交变换矩阵的特点由高等数学知道，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正交变换矩阵的特点旋转矩阵只有3个独立参数以Y轴为主轴的

--转角系统的坐标变换以X轴为主轴的

’-’-

’转角系统的坐标变换以X轴为主轴的

’-’-

’转角系统的坐标变换以Z轴为主轴的A--v系统的坐标变换以Z轴为主轴的A--v系统的坐标变换四、共线条件方程主要内容