《摄影测量坐标系》课件

摄影测量坐标系摄影测量坐标系是摄影测量中使用的坐标系，用于描述目标点的空间位置。它通常基于地球椭球体，并通过投影变换将三维空间坐标转换为二维图像坐标。内容提要坐标系概述介绍摄影测量中使用的坐标系。相机坐标系描述相机镜头的位置和方向。地面坐标系表示地面上的点的位置。投影关系解释不同坐标系之间的转换关系。坐标系概述坐标系是摄影测量中描述空间位置和方向的基准。它是定义空间点位置的数学框架，为不同坐标系之间的转换提供依据。摄影测量中常用坐标系包括相机坐标系、图像坐标系和地面坐标系。相机坐标系原点相机坐标系的原点位于相机的光心，即透镜的中心。X轴X轴与相机光轴平行，指向相机前方。Y轴Y轴垂直于相机光轴，指向相机右侧。Z轴Z轴垂直于X轴和Y轴，指向相机上方。图像坐标系图像坐标系是二维平面直角坐标系，用于描述图像上的点的位置。图像坐标系以图像的左上角为原点，x轴水平向右，y轴垂直向下。图像坐标系是摄影测量中常用的坐标系，用于记录图像上的点的位置信息。地面坐标系地理坐标系使用经度和纬度来定义地球表面上的位置。平面直角坐标系将地球表面投影到平面，使用X轴和Y轴来表示位置。高程坐标系使用高程值来表示点相对于参考面的高度。投影关系相机投影相机镜头将三维世界中的物体投影到二维图像平面上。这个过程类似于用投影仪将图片投射到屏幕上。航空摄影投影航空摄影中，相机以一定高度拍摄地面，将三维地物投影到二维照片上。不同的航空摄影方式会产生不同的投影关系，例如正射投影、倾斜投影。数字摄影投影数字摄影测量中，使用数字相机进行摄影，并利用软件进行图像处理和三维重建。数字相机采用不同的投影模型，如透视投影、正射投影等。航空摄影测量中的投影关系1影像航空摄影得到的影像2摄影机航空摄影使用的摄影机3地面被摄影的地面航空摄影测量中，影像、摄影机和地面之间存在着一定的投影关系。由于摄影机在空中飞行时，其位置和姿态不断变化，因此影像与地面之间的投影关系也是不断变化的。投影关系是航空摄影测量中非常重要的一个概念，它决定了影像与地面之间的几何关系，是进行影像测量和三维重建的基础。数字图像测量中的投影关系1透视投影摄像机镜头通过透视投影将三维世界映射到二维图像平面，图像平面上的像素点对应于三维世界中的点。2几何模型数字图像测量中，采用几何模型描述摄影测量坐标系之间的转换关系。3参数求解通过对图像中控制点的测量和计算，求解投影参数，建立图像坐标系与地面坐标系之间的关系。内定向定义内定向是指确定相机内部几何参数的过程，这些参数描述了相机的内部结构和成像特性。意义通过内定向，可以建立相机坐标系与图像坐标系之间的精确关系，为后续的影像测量和三维重建奠定基础。参数内定向参数包括焦距、主点坐标和畸变系数等，这些参数决定了相机成像的几何模型。内定向的定义相机内部参数内定向是指确定相机内部几何参数的过程。这些参数描述了相机镜头和图像传感器之间的相对位置。几何关系内定向建立了相机坐标系与图像坐标系之间的几何关系，为后续的坐标变换提供了基础。内定向的几何意义内定向是指确定相机内部几何参数的过程。通过内定向，可以建立相机坐标系与图像坐标系之间的对应关系。内定向的几何意义在于将图像上的点与相机坐标系中的点建立联系，为后续的外定向和空间坐标变换提供基础。内定向参数11.焦距焦距是相机镜头的重要参数，它决定了影像的放大倍率。22.主点坐标主点坐标是指镜头光轴与像平面交点的坐标，是影像几何中心的重要参考。33.畸变系数畸变系数反映了镜头成像的非线性误差，主要包括径向畸变和切向畸变。44.其他参数其他参数还包括像元大小、传感器尺寸等，它们共同影响着影像的几何精度。内定向的确定方法1测量精确测量相机内部参数2标定利用标定物进行标定3计算使用数学模型计算参数4验证通过实验验证参数精度内定向过程通常需要使用专门的标定设备，例如标定板或三维坐标测量仪。通过测量和计算，可以得到相机的内方位元素，例如焦距、主点坐标和畸变系数等。内定向参数的精度直接影响着摄影测量的精度，因此需要进行严格的验证和校准。外定向定义外定向是指确定相机在拍摄时刻的空间位置和姿态的过程。几何意义将相机坐标系与地面坐标系建立联系，确定相机在拍摄时刻的空间方位。参数外定向参数包括三个平移参数和三个旋转参数，共六个参数。确定方法通过地面控制点进行计算，确定相机坐标系相对于地面坐标系的位置和姿态。外定向的定义11.相机位置外定向是指确定相机在拍摄瞬间的空间位置和姿态。22.相机姿态相机姿态是指相机在空间中的方向，通常用三个角度来描述。33.坐标系转换外定向可以将图像坐标系转换为地面坐标系，实现图像与现实世界的对应关系。外定向的几何意义外定向是指将摄影像机在摄影时所处的位置和姿态确定下来。它决定了影像空间位置和方向。通过外定向参数，可以将影像上的点与地面点建立起对应关系，这是摄影测量中重要的环节。外定向参数旋转参数描述相机坐标系相对于地面坐标系的旋转关系。平移参数描述相机坐标系原点相对于地面坐标系原点的平移关系。比例尺参数描述图像坐标与地面坐标之间的比例关系。外定向的确定方法1直接线性变换法直接利用影像坐标和地面坐标建立线性关系，解算外方位元素。2共线方程法利用摄影机、像点和地面点之间的几何关系，建立共线方程组，解算外方位元素。3空间后方交会法利用多幅影像的几何关系，通过空间后方交会，确定摄影机的空间位置和姿态。4其他方法包括最小二乘法、卡尔曼滤波等方法，可用于提高外定向精度。坐标变换图像坐标系到相机坐标系图像坐标系是二维平面坐标系，相机坐标系是三维空间坐标系，需要将图像坐标系中的像素坐标转换到相机坐标系下的三维坐标。相机坐标系到地面坐标系相机坐标系和地面坐标系是不同的坐标系，需要通过外方位元素进行转换，将相机坐标系下的三维坐标转换到地面坐标系下的三维坐标。从图像坐标系到相机坐标系1图像坐标系图像坐标系是以像点为原点，以像主点为坐标中心，以像主点与像点连线方向为x轴方向，与x轴垂直的方向为y轴方向。2相机坐标系相机坐标系是以相机光心为原点，以相机光心到像主点的连线方向为z轴方向，与z轴垂直且与x轴平行方向为x轴方向。3坐标变换通过内方位元素将图像坐标系中的像点坐标变换到相机坐标系中的空间坐标。从相机坐标系到地面坐标系旋转矩阵使用旋转矩阵将相机坐标系中的点旋转到地面坐标系中。平移向量使用平移向量将旋转后的点平移到地面坐标系原点。坐标转换公式使用坐标转换公式将相机坐标系中的点转换为地面坐标系中的点。综合坐标变换过程1图像坐标系图像平面上的点坐标2相机坐标系相机光心为原点3地面坐标系地面上的点坐标综合坐标变换将图像坐标系上的点坐标转化到地面坐标系上，需要经过两个步骤：首先将图像坐标系上的点坐标转化到相机坐标系上，然后将相机坐标系上的点坐标转化到地面坐标系上。坐标变换的应用实例坐标变换在摄影测量中至关重要，它将图像坐标系、相机坐标系和地面坐标系联系起来，实现三维空间信息的获取。例如，在航空摄影测量中，通过坐标变换可以将航空照片上的目标点坐标转换为地面坐标，实现地形图制作、三维模型重建等应用。地形图制作三维模型重建摄影测量中的坐标系应用地形测绘利用摄影测量技术获取地面高程数据，创建数字高程模型，用于地形图制作和工程建设。三维模型重建将多张照片的信息整合，生成三维模型，用于城市规划、文物保护、考古研究等领域。空间信息提取通过影像分析和解译，提取土地利用、植被覆盖、水体分布等信息，用于资源管理、环境监测、灾害预警等。航空摄影测量中的坐标系应用地形图测绘航空摄影测量可以用于生成高精度地形图。利用航空摄影数据，可以获取地面特征的精确三维坐标，并生成数字高程模型（DEM）和数字表面模型（DSM）。城市规划航空摄影测量可以帮助城市规划师了解城市发展情况，进行规划和设计。例如，利用航空摄影数据，可以生成城市三维模型，用于城市规划和土地利用管理。数字摄影测量中的坐标系应用1三维模型重建数字摄影测量通过多幅图像的几何关系，构建真实世界的三维模型，在城市规划、虚拟现实等领域有着广泛应用。2目标定位利用图像信息和坐标系变换，实现对目标的精准定位，广泛应用于工程测量、资源调查等领域。3变化监测通过对比不同时期的图像数据，监测目标的变化情况，例如地质灾害、土地利用变化等。4场景理解将图像信息与空间信息结合，实现对场景的理解，在自动驾驶、机器人导航等领域有重要作用。小结坐标系转换摄影测量中，不同坐标系之间转换至关重要，需要准确理解各个坐标系之间的关系。参数确定内定向参数和外定向参数是摄影测量