测绘讲义摄影测量学中

1摄影测量学测绘工程系：李浩2河海大学土木工程学院2003年4月3目录第一章绪论1-1摄影测量的定义和任务1-2影像信息科学的形成与内涵1-3影像信息科学的组成第二章摄影的基本知识与影像误差处理2-1摄影原理与摄影机2-2黑白感光材料2-3摄影处理与像片晒印2-4航空摄影及摄影测量对摄影的基本要求2-5像片影像的误差及其处理4第三章单张航摄像片解析3-1中心投影的基本知识3-2摄影测量常用坐标系3-3像片的内外方位元素3-4像点在不同坐标系中的变换3-5中心投影的构像方程(共线方程)3-6像点位移3-7单像空间后方交会目录5第四章立体观察和立体量测4-1人眼的立体视觉4-2人造立体视觉4-3像对的立体观察4-4像对的立体量测第五章双像解析摄影测量5-1双像解析摄影测量概念5-2双像空间前方交会5-3单像空间后方交会及双像空间前方交会作业流程5-4解析相对定向及模型坐标计算5-5模型绝对定向5-6解析相对定向及解析绝对定向作业流程5-7单模型光束法(双像后方交会)目录6第六章解析空中三角测量概述6-1解析空中三角测量的分类6-2单航带航带法空中三角测量概述6-3光束法空中三角测量概述第七章解析立体测图仪及立体测图作业7-1解析立体测图仪的基本原理7-2解析立体测图仪硬、软件构成7-3解析立体测图仪上的立体测图内业过程7-4航测立体测图作业工序流程目录7目录第八章数字地面模型概述第九章像片纠正、正射投影技术及综合法测图9-1像片纠正的概念与分类9-2透视投影变换纠正（常规纠正）9-3数字纠正9-4综合法测图8第十章数字摄影测量基础知识10-1数字影像10-2基于灰度的影像匹配10-3同名核线与一维匹配概念10-4数字摄影测量系统及数字摄影测量生产第十一章摄影测量的外业11-1像片控制点联测11-2像片调绘目录9第四章立体观察和立体量测人眼的立体视觉§4—1人眼的立体视觉返回目录1011一、人造立体视觉的产生人造立体视觉：一定条件下，观察立体像对能获得与观察景物同样的生理视差，由此产生的立体感觉。视模型：观察立体像对获得的景物立体景像。第四章立体观察和立体量测§4—2人造立体视觉返回目录12二、人造立体观察条件1.观察立体像对2.两眼分别观察一张像片上的同名像点3.使同名像点连线与眼基线大致平行第四章立体观察和立体量测§4—2人造立体视觉返回目录13一、立体镜方式观察立体1、立体镜法2、左右光路仪器的立体观察系统第四章立体观察和立体量测§4—3像对的立体观察返回目录14二、重叠影像方式观察立体1、互补色法2、光闸法(液晶闪闭式）3、偏振光法第四章立体观察和立体量测§4—3像对的立体观察返回目录15第四章立体观察和立体量测双测标立体量测原理量测时，可记录显然有或记录),,,(),,,(112211qpyxyxyxqyypxx2121§4-4像对的立体量测返回目录(像片的左右视差）（像片的上下视差）16§4-5立体坐标量测仪一、HCZ-1型立体坐标量测仪（同Zeisssteko1818型）结构示意图第四章立体观察和立体量测yqPx返回目录17§4-5立体坐标量测仪1、仪器结构⑴基座⑵观察系统左右光路分别观察左右像片测标为φ＝0.06mm黑点，设在光路中；光路放大8×⑶x车架带动左右像片共同作x方向运动带动x读数装置（0.02mm）⑷y车架带动左右光路系统（连同测标）共同作y方向运动带动y读数装置（0.02mm）第四章立体观察和立体量测返回目录18§4-5立体坐标量测仪⑸p车架带动右像片相对左像片作x方向运动（左片不动）带动p读数装置（0.01mm）⑹q车架带动右光路相对左光路作y方向运动（左光路不动）带动q读数装置（0.01mm）⑺像片盘18cm×18cm或23cm×23cm第四章立体观察和立体量测返回目录19第四章立体观察和立体量测⑻照明设备一般使用透明正片或负片§4-5立体坐标量测仪返回目录20第四章立体观察和立体量测2、立体坐标量测作业过程⑴像片归心使像平面上坐标系（一般采用框标坐标系）原点与坐标仪原点重合⑵像片定向使像平面上坐标系的轴系与坐标仪轴系重合§4-5立体坐标量测仪返回目录21第四章立体观察和立体量测⑶测定仪器零位置将左右测标分别对准像平面上坐标系原点读取x.y.p.q值检校好的仪器标准零位置为:⑷立体量测a.动x.y手轮使测标对准a1b.动p.q手轮使测标对准a2c.立体观察下,动x.y.p.q手轮使测标立体切准模型点Ad.记录读数x.y.p.q00.1000.000.10000.1000000qpyx)()(0120120101qqyyppxxyyyxxx§4-5立体坐标量测仪返回目录22第四章立体观察和立体量测二、其它精密立体坐标量测仪器1、专门的精密立体坐标量测仪坐标量测精度达1µm具有坐标自动记录功能2、解析立体测图仪（使用立体坐标量测功能）坐标量测精度1～3µm具有坐标自动记录功能具有对像片坐标的后续处理功能§4-5立体坐标量测仪返回目录23第五章双像解析摄影测量双像解析摄影测量：根据立体像对中的物像几何关系，用数学计算方法解求被摄目标空间坐标的理论方法。常用的理论方法有：1、单像空间后方交会+双像空间前方交会2、解析相对定向+解析绝对定向3、光线束法空中三角测量§5-1双像解析摄影测量概念返回目录24立体摄影测量返回目录25双像空间前方交会：在已知立体像对的两张像片的内、外方位元素前提下，由同名光线交会确定物点空间坐标的计算过程。一、空间前方交会计算公式:式中（X,Y,Z）——物点的物方坐标（通常为地面摄测坐标）——投影中心的物方坐标——像点的像空间辅助坐标N——投影系数投影系数的计算式:ZYX111sssZYX111N1aaaZYX222(sssZYX)N2222aaaZYX122122N1aaaaaZaXZXZXXBZB122111N2aaaaaZaXZXZXXBZBsssZYXaaaZYX第五章双像解析摄影测量§5-2双像空间前方交会返回目录26双像空间前方交会返回目录27二、空间前方交会计算过程输入已知数据();()i=1,2,3…m;f等111111sssZYX222222sssZYXiyxyx2211ZYXBBB计算第五章双像解析摄影测量§5-2双像空间前方交会返回目录2821RR计算计算;iaaaZYX111iaaaZYX222计算iN1第五章双像解析摄影测量§5-2双像空间前方交会返回目录29121212ssZssYssXZZBYYBXXB其中：aaaZYXfyxRiZYX计算计算其它点？输出N第五章双像解析摄影测量§5-2双像空间前方交会返回目录30像片控制测量获得像控点物方坐标像点坐标量测，得（x1,y1,x2,y2）i;(x1,y1,x2,y2)j;单像空间后方交会，分别得左右像片的外方位元素1,1,1zs1,ys1,xs1,双像空间前方交会得待定点物方坐标（x,y,z）j2,2,2zs2,ys2,xs2,第五章双像解析摄影测量§5-3单像空间后交+双像空间前交作业流程3|),,(iZYXi返回目录31解析相对定向：利用立体像对中存在的同名光线共面的几何关系，以解析计算方法解求两张像片的相对方位元素的过程。相对定向目的：由立体影像建立被摄目标的几何模型（几何相似形态）。一、立体像对的共面条件方程相对定向元素：确定立体像对中两张像片相对方位的参数。第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录321、连续法相对定向系统像对的像空间辅助坐标系选择与重合xyzs1XYZS1第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录33连续法相对定向系统返回目录34相对定向元素为：显然，在中,00111111SSSZYX22222;;;;2KBZBYsBXZSYXSXYZS12,2,2Bz,By,第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录35为什么BX不是相对定向元素?第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录1s2s2'sZB'2a2'aYB'XB'XBYBZBmA1aAZYX362、单独法相对定向系统原为点像对的像空间辅助坐标系X轴为连线方向Z轴位于左主核面内(及所在平面)1SXYZS121SS21SS1o第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录37单独法相对定向系统返回目录38相对定向元素为:显然,在中，22211,,,,XYZS10111SSSZYX111;0;;0;0;222sSSZYBX22;2;第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录393、共面条件方程第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录40因摄影时同名光线与摄影基线共面,故由影像重建几何模型时,任何一对同名光线都应满足共面条件式:当各向量坐标表达式为:则共面条件式的行列式表达式为:第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算0)(221121aSaSSS),,(21ZYXBBBSS),,(11111aaaZYXaS),,(22222aaaZYXaS0222111aaaaaaZYXZYXZYXBBB返回目录41二、连续法相对定向1、定向公式因所以(式中对下标作简化,如即为）XXZXXYBtgBBBtgBB)cos(0222111ZYXZYXBBBFXXX1X1Xa第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录42将F按泰勒级数展开,取至一次项,得未知数(相对定向元素)的线性方程式00dkFdFdFdFdFFF第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算偏导系数表达式示例:222111ZYXZYXBBBFXXX)(0101221222111XZXZBZYXZYXBXX返回目录43对F展开式整理得:式中,Q为推导过程中引入符号,为Q的几何意义为模型点的上下视差。dkNXdNZYZdNZYXdvBZYdBXX2222222222222)()(Q＝YBYNYN－－＝2211Q第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录44模型点上的上下视差Q返回目录S1a1S2a2452、定向计算过程相对定向标准点位将Q视为观测值QdNXdNZYZdNZYXdBZYdBVxxQ2222222222222)(第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录46计算流程输入已知数据等fiyxyxi5|),,,(2211第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录4721,RR确定相对定向元素初值计算)0(000101012100020202xxBX第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录48iiZYXZYX222111,计算计算,,,,,,21ZYBBQNN第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录49计算误差方程系数组成误差方程组成法方程，并解计算未知数新值dd00第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回目录50immmZYX),,(Ydμ，…，dκ小于限差计算模型点坐标输出N第五章双像解析摄影测量§5-4解析相对定向及模型坐标计算返回