第3章__摄影测量基础知识(武汉大学)

第3章__摄影测量基础知识(武汉大学).txt和英俊的男人握握手，和深刻的男人谈谈心，和成功的男人多交流，和普通的男人过日子。本文由linhuixznu贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第三章摄影测量基础知识3.1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航摄像片上的内、外方位元素3.6像点的空间直角坐标变换3.7中心投影构像方程3.8航摄像片上的像点位移本章主要内容本章主要讲述摄影测量基础知识，重点掌握摄影测量生产对摄影资料的基本要求，摄影测量常用的坐标系统像方坐标系和物方坐标系，航摄像片的内、外方位元素；理解像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程；了解航摄像片上的像点位移。3.1航空摄影航一、航空摄影前的准备1、确定摄区范围摄区太大时，要进行分区划2、航摄仪的选择平坦地区大比例尺测图非平坦地区综合法测图长焦距窄角摄计全能法测图中焦距常角或宽角综合法测图【planimetricphoto】指的是航空摄影和普通测量相结合的测图方法，地物平面位置用航空摄影方法求得，地面高程或等高线用普通测量方法求得。只用在平坦地区。全能法测图【universalphoto】指的是在航空摄影测量作业中，用同一种仪器对地物、地貌测绘成地形图的方法。3、摄影比例尺的确定摄影比例尺(又称像片比例尺）定义：航摄像片上一线段为l的影像与地面上相应线段的水平距离L之比。航摄像片上影像线段的长1l严格定义：=地面上对应线段的水平距离mL摄影比例尺是像片的平均比例尺1f=mHf:摄影机主距H:摄影航高，以摄区内的平均高程面作为摄影基准面，摄影机的物镜中心至该面的距离4、摄影航高的确定航高：航摄飞机在摄影瞬间相对与地面的高度。航高：航摄飞机在摄影瞬间相对与地面的高度。相对航高：相对于某一基准面或某一点的高度。相对航高：相对于某一基准面或某一点的高度。摄影航高：相对于摄区平均高程面的高度。摄影航高：相对于摄区平均高程面的高度。H=mf绝对航高：绝对航高：摄影瞬间摄影机物镜中心相对于平均海平面的航高5、摄影比例尺的选择摄影比例尺越大，像片地面的分辨率越高，摄影比例尺越大，像片地面的分辨率越高，有利于影像的解译与提高成图精度，但摄影比例尺过大，影像的解译与提高成图精度，但摄影比例尺过大，增加工作量及费用，所以，作量及费用，所以，摄影比例尺要根据测绘地形图的精度要求与获取地面信息的需要来确定。要求与获取地面信息的需要来确定。考虑因素：成图比例尺、测图方法、成图精度、考虑因素：成图比例尺、测图方法、成图精度、经济性等因素，以及经济性和航摄像片以后的使用可能性。性等因素，以及经济性和航摄像片以后的使用可能性。航摄比例尺与成图比例尺的关系当选定了摄影机和摄影比例尺后，即f和m为已知，航空摄影时就要求按计算的航高H飞行摄影，以获得符合生产要求的摄影像片。当然，飞机在飞行中很难精确确定航高，但是差异一般不得大于5﹪。同一航线内，各摄影站的高差不得大于50m。二、空中摄影过程实质：将地球表面上的地物、地貌等信息，穿过大气层，进入摄影机物镜，到达航摄胶片上形成影像的传输过程。航摄负片不仅详细地记录了地物、地貌特征以及地物之间的相互关系，而且记录摄影机装载各种仪表在摄影瞬间的各种信息。这些信息及起始数据能从负片提取，是航空摄影成图或建立影像数据库最重要的原始资料之一。二、空中摄影过程航空摄影前的准备1、确定摄区范围：摄区太大时，要进行分区2、根据测区的地形条件、成图比例尺等因素选用航摄仪平坦地区大比例尺测图非平坦地区综合法测图长焦距窄角全能法测图中焦距常角或宽角3、确定摄影比例尺及航高；4、需用像片的数量、日期及航摄成果的验收等。综合法测图【planimetricphoto】指的是航空摄影和普通测量相结合的测图方法，地物平面位置用航空摄影方法求得，地面高程或等高线用普通测量方法求得。只用在平坦地区。全能法测图【universalphoto】指的是在航空摄影测量作业中，用同一种仪器对地物、地貌测绘成地形图的方法。飞行过程中摄影基线B摄站点航空摄影略图摄站点：摄影的曝光过程是飞机在飞行中瞬间完成的，在这一曝光时刻，摄影机物镜所在的空间位置称为摄站点。摄影基线：航线方向相邻两摄站点间的空间距离称为摄影基线，通常用B表示。飞行完毕后负片：将感光的底片进行摄影处理，得到航摄底片，称为负片。正片：利用负片在相纸上接触晒印，得到正片。最后，对像片的色调、重叠度、航线弯曲等项进行检查验收与评定，不合要求时要重摄或补摄。摄影方式竖直航空摄影：航摄仪在曝光瞬间物镜主光轴与地面垂直，通常规定像片倾角小于2-3度，常用的航空摄影方式，其影像质量无论从判读或量测方面来看都比倾斜摄影要好，但直观性稍差。我国目前进行的航空摄影绝大多数都是竖直航空摄影。倾斜航空摄影：其像片倾角a大于3度的航空摄影称为倾斜航空摄影。这种摄影像片具有较强的透视感，对地物和目标判读特别有利。竖直航空摄影包括：面积航空摄影：主要用于测绘地形图，或进行大面积资源调查。在指定摄区内布设一系列互相平行的直线摄影航线并覆盖整个区域的航空摄影。条状地块航空摄影：主要用于公路、铁路、输电线路定线和江、河流域的规划与治理工程，通常只拍摄一条或几条航线，即沿狭长地带或规定线路进行的航空摄影。独立地块航空摄影：主要用于大型工程建设矿山勘探部门，只拍摄少数几张具有一定重叠度的像片。三、摄影测量生产对摄影资料的基本要求1、影像的色调影像清晰、色调一致、反差适中，影像清晰、色调一致、反差适中，像片上不应有妨碍测图的阴影。阴影。2、像片倾角像片倾斜角的要求，一般为2度之间。像片倾斜角的要求，一般为2-3度之间。像片倾斜角：在摄影瞬间摄影机发生像片倾斜角：了倾斜，了倾斜，航空摄影机主光轴与铅垂线的夹角。的夹角。时为最理想的情形。α＝0时为最理想的情形。但飞机受气流的影响，航摄机不可能完全置平，气流的影响，航摄机不可能完全置平，一般要求倾角不大于2一般要求倾角不大于2度，最大不超过3度3、像片重叠航向重叠度与旁向重叠度航向重叠：同一航线内相邻像片应有一定的影像重叠。旁向重叠：相邻航线也应有一定的重叠。航向、旁向重叠小于最低要求称航摄漏洞，需要在航测外业做补救。重叠反映在航摄片上的同名影像是以像幅尺寸的百分数表示。一般情况下，要求航向重叠度最好为60%-65%，最小不能少于53%；旁向重叠要求30%-40%，最小不少于15%。航向重叠度旁向重叠度4、航线弯曲航线弯曲：把一条航线内的像片根据地物的影像叠拼起来，各张像片的像主点连线不在一条直线上，而呈现为弯弯曲曲的折线航线弯曲度：一条航线内各张像片主点至首尾两张像主点连线的的最大偏离度⊿L⊿LL⊿LL≤3%航线弯曲度一般不得超过3%航线弯曲度一般不得超过3%5、对像片旋角的要求像片旋角：相邻两像片的主点的连线与像片沿航线方向的两框标连线之间的夹角，以k表示。对像片旋角的要求：一般情况下小于6度，个别不应大于8对像片旋角的要求：一般情况下小于6度，个别不应大于8度，而且不能有连续三张像片的旋角超过6而且不能有连续三张像片的旋角超过6度的情况。6、对航高差的要求航高差：空中摄影时飞行航高的变化量H≤5%H规范还规定：同一航带内最大航高与最小航高之差不得大于30规范还规定：同一航带内最大航高与最小航高之差不得大于30米，摄区同一航线内各摄影站的高差不得大于50米。米，摄区同一航线内各摄影站的高差不得大于50米。四、空中摄影质量的评定（1）负片上影像是否清晰、框标影像是否齐全、像幅四周指示器件的影像（如水准气泡等）是否清晰可辨；（2）由于太阳高度角的影响，地物阴影长度是否超过摄影规范的规定，地物阴暗和明亮部分的细部能否辨认清楚；（3）航摄负片上是否存在云影、划痕、乳剂层脱落等现象；（4）负片上的黑度是否符合要求，影像反差等不得大于规范要求；（5）航带的直线性、航带间的平行性、像片影像的重叠度、航高差和摄影比例尺等等都要检查评定，并不得超出规定的技术指标。3.2中心投影的基本知识一、中心投影与正射投影投影：用一组假想的直线将物体向几何面上投射投影：用一组假想的直线将物体向几何面上投射投影的分类:投影的分类:中心投影：投影射线会聚于一点投影斜投影：投影射线与投影平行投影平面斜交正射投影:正射投影:若投影光线相互平行且垂直于投影面斜投影正摄投影二、航片是地面的中心投影航片是地面景物的中心投影；地形图是地面景物的正射投影；Q摄影测量的主要任务之一，即是把记录在中心投影像片上的地面景物转换成按图比例尺的正射投影地图S当航空摄影机向地面摄影时，地面点光线通过物镜后，在底片上成像，即可得航摄像片。此时，负片为投影面P，物镜中心为投影中心S，地面点ABCD至S的光线为投影光线。如图右所示。所以，航摄像片是所摄地面的中心投影，称负片P是地面的透视图。PbcQSadcb’’dP’Da’’CAB三、中心投影的正片位置与负片位置负片位置指投影平面与物点负片位置指投影平面与物点在投影中心的两侧正片位置指投影平面与物点在正片位置指投影平面与物点在投影中心的同一侧无论正片位置还是负片位置，像点与物点的几何关系不变，数学表达式不变ABDQbcSadd’a’c’b’C四、空间点、直线、线段、平行线组的中心投影1、空间点的中心投影是一个确定的点。过一个物点只能建立一条投射光线，在投影平面内也只有一个交点。APaS图3-8点的中心投影2、空间直线的中心投影空间直线是由无数空间点构成的，点A、B、C在P面上的构像为a、b、c，过S作直线L的平行线，与P面的交点为i，称i是该直线上无穷远点的像，且称i点为合点。直线L与投影面P的交点为t，称t为迹点或二重点，则it为直线L的中心投影或称为直线L的像。因而，空间直线与投影面相交时，其中心投影为一线段。图3-9空间直线的中心投影tiScbaABLC3、线段的中心投影若直线L上有线段AB，那么，若直线L上有线段AB，那么，ABAB的中心投影也必定在it上AB的中心投影也必定在it上，的中心投影也必定在it根据中心投影三点共线的原则，由投影中心作直线SA、由投影中心作直线SA、SASB，交线段it得点aSB，交线段it得点a、b，那it得点么线段ab为线段AB的中心投么线段ab为线段AB的中心投ab为线段AB影。tiScbaABLC图3-10空间线段的中心投影4、平行线组的中心投影若有一组平行于L的空间直线L1、L2，……，显然这组平行的无穷远点的构像S仍然是投影面上的合点i，因此，平行线组L1、L2，……在投影面P上的中心投影，乃是以点i与各平行线相应迹点的连线所组成的辐射直线束it1、it2，……，it。it2t1tL2L1LP图3-11平行线组的中心投影3.3航摄像片上特殊的点、线、面研究航摄影像片的摄影中心与地面之间的投影关系以及确定航摄像片的空间位置时，首先要研究航摄像片上的一些特殊的点、线、面。将空间点、线作中心投影，在投影平面P上得到一一对应的点、线、这种经过中心投影取得的一一对应的投影关系称为透视变换。如图3-11所示，P为倾斜的像片，即投影面，E为水平的地面（物面），也称为基准面，S为摄影中心，E面与P面的交线TT又称为透视轴，透视轴上的点称为二重点。1、航摄像片上特殊的点、线、面像片倾角摄影中心主合点主纵线主垂面合线主横线基准面遁点基本方向线地底点透视轴地面主点投影面地面等角点（像片）重要的点、线、面过S向P面作的垂线与像片面相交于o，与地面交于O，So称为摄影机轴，o称为像主点，So=f称为摄影机主距。摄影机轴与地面的交点称为地面主点O。过S作垂直面E的铅垂线称主垂线，主垂线与像片面P的交点n称为像底点，与地面E的交点N称为地底点，SN称为航高，用H表示。摄影机轴So与主垂线Sn的夹角α称为像片倾角。作角α的平分线与像平面交于点c称为等角点，相应与地面E的交点为地面等角点C。过主垂线Sn及摄影机轴So的垂面W称为主垂面。主垂面垂直于像片平面P，又垂直于地面E。主垂面W与像平面P的交线称