第二章 摄影测量解析基础

第二章摄影测量解析基础《摄影测量学》第二章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、单幅影像解析基础四、立体像对相对定向与核线几何五、立体像对空间前方交会六、单元模型的绝对定向七、立体影像对光束法严密解§2.1航摄像片的投影关系一、航空摄影与航摄像片二、航摄像片与地形图的差别三、中心投影透视变换作图主要内容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§2.1.1航空摄影与航摄像片像场角常角：(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航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面§2.1.1航空摄影与航摄像片航空摄影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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§2.1.1航空摄影与航摄像片航空摄影%100%xxxLpp123Lxpx航向重叠度І-1Ⅱ-1Lypy旁向重叠度%100%yyyLpp航向相邻两个摄影站间的距离P1S1P2S2BE摄影基线摄影基线HfLlm1f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aASEPfH摄影比例尺kbmcm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1:2000～1:30001:5001:4000～1:60001:10001:8000～1:120001:2000，1:5000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试计算f为200mm，航摄比例尺分母为8000的飞机飞行高度（相对）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像片旋角过大会减少立体像对的有效范围o1像片旋角§2.1.2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正射投影地形图的特点1、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，等于图比例尺2、图上任意一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角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§2.1.3透视变换作图将空间点、线作中心投影，在投影平面P上得到一一对应的点、线，这种经中心投影取得的一一对应的投影关系称为透视变换EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCc航摄像片中的重要点、线、面面：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ctgfoitgfoctgfon2重要点线的数学关系sinsinHiVSJfciSi2HtgCNHtgON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avvEABi1bT1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§2.2.1摄影测量常用坐标系像平面直角坐标系pxyoxyaa(x,y)像空间直角坐标系sxyxyzoaa(x,y,-f)xy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（1980西安坐标系），高程为1985黄海高程系a像空间辅助坐标系sxyoYXZaa(X,Y,Z)地面摄影测量坐标系sxyAao原点为地面某一控制点，Ztp轴与地面测量坐标系的Zt轴平行，Xtp轴与航线一致MZtpXtpYtpxyzXYZsMZtpYtpXtp摄影测量中的各种坐标系§2.2.2航摄像片的方位元素确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相关位置关系的参数确定摄影物镜后节点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fx0y0SosoAYXZ确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数像片外方位元素ZsXsYs外方位线元素：描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的位置(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osxyzOXAXYZ像片外方位角元素以X轴为主轴的’-’-’转角系统XYZN旁向倾角’航向倾角’osxyzOY像片旋角’AXYZ像片外方位角元素以Z轴为主轴的A--v转角系统XYZN像片倾角方位角A像片旋角vosxyz§3.3空间直角坐标变换平面坐标变换xyox’y’acos'sin'sin'cos'yxyyxxyxyxcossinsincosxyzXYZs像空间坐标与像空间辅助坐标的变换ZYXZYXZYXRcos0sin010sin0coscossinsincosZXZYYZXX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ZYXZYXZYXRcossin0sincos0001S-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zyxzyxZYXR1000cossin0sincosS-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zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos0001cos0sin010sin0coscccbbbaaaRRRR以Y轴为主轴的--转角系统的坐标变换)(arctg)arcsin()(arctg21333bbbca以Y轴为主轴的--转角系统的坐标变换coscoscossincossinsinsinsincoscossinsincoscossincoscossincossinsinsincossinsinsincoscos321321321cccbbbaaa以X轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscos0sin010sin0coscossin0sincos0001cccbbbaaaRRRR以X轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换)(arctg)arcsin()(arctg12333aaacbcoscossinsincoscossincossincossinsincossinsinsinsincoscoscossinsinsincossinsincoscoscos321321321cccbbbaaa以Z轴为主轴的A--v系统的坐标变换zyxzyxZYXvARRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos00011000cossin0sincoscccbbbaaaAAAAvvvvvARRRR以Z轴为主轴的A--v系统的坐标变换)(arctg)arccos()(arctg21333cccbaAvcoscossinsinsinsincoscoscoscossinsinsincoscoscossinsinsincoscossinsincossincossincoscos321321321cccAbAAbAAbAaAAaAAavvvvvvvvvv正交变换矩阵的特点10001000