摄影测量解析基础概要课件.ppt

1、ZSSq 利用安装在航摄飞机上利用安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影度对地面进行摄影 像场角常角常角：(视场角100。)长焦距长焦距：(主距200mm)中焦距中焦距：(主距100200mm)短焦距短焦距：(主距100mm)焦距航摄像片为航摄像片为量测像片量测像片，有，有光学框标和机械框标光学框标和机械框标航摄像片的大小为航摄像片的大小为18cm18cm,23cm23cm航摄像片光学框标机械框标q 航摄仪在曝光的瞬间物航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面镜主光轴保持垂直地面 航空摄影航空摄影 摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，摄影瞬间摄影机的主光轴近

2、似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于偏离铅垂线的夹角小于3 30 0，夹角为像片倾角，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q 沿航线方向相邻两张沿航线方向相邻两张像片应有像片应有60%60%左右的航左右的航向重叠，相邻航线间向重叠，相邻航线间的像片应有的像片应有30%30%左右的左右的旁向重叠旁向重叠 航空摄影航空摄影%100%xxxLpp123Lxpx航向重叠度-1-1Lypy旁向重叠度%100%yyyLpp航向相邻两个摄影站间的距离航向相邻两个摄影站间的距离P1S1P2S2BE摄影基线摄影基线HfLlm1f为摄影机主距，为摄影机主距，H为航高为航高视摄影像片水平、地面取平均高

3、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航摄比例尺分母母测图比例尺分测图比例尺分母母比例尺类型比例尺类型航摄比例尺航摄比例尺测图比例尺测图比例尺大比例尺大比例尺 1:2000 1:3000 1:500 1:4000 1:6000 1:1000 1:12000 1:2000，1:5000中比例尺中比例尺 1:150001:20000 1:5000 1:100001:35000 1:10000小比例尺小比例尺 1:200001:30000 1:25000 1:350001:55000 1:50000试计算试计算f为为

4、200mm，航摄比例尺分母为，航摄比例尺分母为8000的飞机飞行高度（相对）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，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，而呈现为弯弯曲曲的折线，称航线弯曲称航线弯曲 Ll航线弯曲o2 一张像片上相邻主点连线与同方向框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像片旋角投影方式投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射用一组假想的直线将物体向几何面投射投影射线

5、：投影的直线投影的直线投影平面：投影的几何面投影的几何面投影射线会聚于一点的投影称为投影射线会聚于一点的投影称为中心投影投影中心投影中心投影平面投影平面投影点投影点投影射线投影射线物点物点正射投影投影射线投影射线与投影平与投影平面正交面正交斜投影投影射投影射线与投线与投影平面影平面斜交斜交投影射线平行于某一固定方向的投影的投影称为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、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，等于的水平距离之比为一常数，等于

6、图比图比 例尺例尺2、图上任意一点引画的两条、图上任意一点引画的两条方向线方向线间的间的 夹角等于地面上对应的水平角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构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称称像点位移像点位移投影方式投影方式：地图为正射投影，航片为中心投影地图为正射投影，航片为中心投影比比 例例 尺尺：地图有统一比例尺，航片无统一比例尺地图有统一比例尺，航片无统一比例尺表

7、示方法表示方法：地图为线划图，航片为影像图地图为线划图，航片为影像图表示内容表示内容：地图需要综合取舍（制图规则），航片内容丰富地图需要综合取舍（制图规则），航片内容丰富几何差异几何差异：航摄像片可组成像对立体观察航摄像片可组成像对立体观察摄影测量的主要任务之一摄影测量的主要任务之一：航摄像片与地图的关系主观、艺术主观、艺术所见即所得所见即所得 将空间点、线作中心投影，在投影平将空间点、线作中心投影，在投影平面面P P上得到一一对应的点、线，这种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经中心投影取得的一一对应的投影关系称为系称为透视变换EPTTvvVVShihiWhohoh

8、chcEsJiNnOoCc航摄像片中的重要点、线、面面：地面地面E 像片面像片面P 主垂面主垂面W 真水平面真水平面Es线：迹线迹线TT 主光线主光线SoO 主垂线主垂线SnN 摄影方向线摄影方向线VV 主纵线主纵线vv 等角线等角线ScC 主合线主合线hihi 主横线主横线hoho 等比线等比线hchc重要的点 线 面点：摄影中心摄影中心S 像主点像主点o 地主点地主点O 像底点像底点n 地底点地底点N 等角点等角点c 地面等角点地面等角点C 主合点主合点i 主遁点主遁点J ctgfoitgfoctgfon2重要点线的数学关系sinsinHiVSJfciSi2HtgCNHtgONEPTTvv

9、VVSWJiNnOoCc底点特性铅垂线在像平面铅垂线在像平面上的构像位于以上的构像位于以像底点像底点n为辐射为辐射中心的相应辐射中心的相应辐射线上线上Nn重要的点 线特征等角点特性在倾斜像片和水在倾斜像片和水平地面上，由等平地面上，由等角点角点c和和C所引出所引出的一对透视对应的一对透视对应线无方向偏差，线无方向偏差，保持着方向角相保持着方向角相等等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，等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，不受像片倾斜影响不受像片倾斜影响重要的点 线特征 已知已知 E E 平面上有平面上有 A 点，在像平面上作对应的像点，在像平

10、面上作对应的像 aPTTSAT1i作图步骤：作图步骤：1）找迹点）找迹点T12）找主合点）找主合点i3）连）连T1i与与SA，交点为交点为a中心投影作图主合点主合点迹点迹点avvE 已知已知 E E 平面上有平面上有 AB 直线，在像平面上作对应的像直线，在像平面上作对应的像 abPTTSi作图步骤：作图步骤：1）找迹点）找迹点T12）找合点）找合点i13）连）连T1i1与与SA，交点为交点为a4）连）连T1i1与与SB，交点为交点为b5）a与与b 连线连线中心投影作图主合点主合点迹点迹点avvEhihiABi1bT1 已知垂直物面的空间直线已知垂直物面的空间直线 AB，在像平面上作对应的像，

11、在像平面上作对应的像 abPTTSi作图步骤：作图步骤：1）按）按E面上点作面上点作图方式确定图方式确定a2）找像底点）找像底点n3）连接）连接na4）na与与SB的交点的交点为为b5）a与与b 连线连线中心投影作图主合点主合点迹点迹点vvEABba像像平平面面直直角角坐坐标标系系pxyoxyaa(x,y)像像空空间间直直角角坐坐标标系系sxyxyzoaxy地地面面测测量量坐坐标标系系sxyotYtXtZtA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像像空空间间辅辅助助坐坐标标系系sxyoYXZaa(X,Y,Z)地地

12、面面摄摄影影测测量量坐坐标标系系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MZtpXtpYtpxyzXYZAas(x,y,-f)(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtMZtpYtpXtp摄影测量中的各种坐标系摄影测量中的各种坐标系确定摄影时摄影中心、像片与地面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像像片片内内方方位位元元素素fx0y0SosoAYXZ确定摄影瞬间像片在地

13、面直角坐标系中空间位置和姿态的参数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像片片外外方方位位元元素素ZsXsYs外方位线元素：描述摄影描述摄影中心在地面空间直角坐标中心在地面空间直角坐标系中的位置系中的位置(Xs、Ys、Zs)外方位角元素：描述像片在摄影描述像片在摄影瞬间的空间姿态瞬间的空间姿态AXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素以Y 轴为主轴的-转角系统XYZN航向倾角航向倾角 旁向倾角旁向倾角 像片旋角像片旋角 osxyzOXAXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素以X 轴为主轴的-转角系统XYZN旁向倾角旁向倾角 航向倾角航向倾角 osxyzOY像片旋角像片旋角 AX

14、YZ像像片片外外方方位位角角元元素素以Z 轴为主轴的A-v转角系统XYZN像片倾角像片倾角方位角方位角A像片旋角像片旋角vosxyz平平面面坐坐标标变变换换xyoxyacossinsincosyxyyxxyxyxcossinsincosxyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像像空空间间坐坐标标与与像像空空间间辅辅助助坐坐标标的的变变换换可以理解为：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。ZYXZYXZYXRcos0sin010sin0coscossinsincosZXZYYZXXaS-XYZ坐标系绕Y 轴旋转角到S-XYZX

15、ZSYXZ(Y)以Y 轴为主轴的-转角系统的坐标变换ZYXZYXZYXRcossin0sincos0001S-XYZ坐标系绕X轴旋转角到S-XYz以Y 轴为主轴的-转角系统的坐标变换zyxzyxZYXR1000cossin0sincosS-XYz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zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos0001cos0sin010sin0coscccbbbaaaRRRR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

16、-转角系统的坐标变换coscoscossincossinsinsinsincoscossinsincoscossincoscossincossinsinsincossinsinsincoscos321321321cccbbbaaa以X 轴为主轴的-转角系统的坐标变换zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscos0sin010sin0coscossin0sincos0001cccbbbaaaRRRR正交变换矩阵的特点正交变换矩阵的特点100010001333222111321321321TcbacbacbacccbbbaaaRR100010001321321

17、321333222111TcccbbbaaacbacbacbaRR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为一个同原点的坐标系，这种变换为坐标系，这种变换为正交变换正交变换000111332211332211332211232221232221232221cbcbcbcacacabababacccbbbaaa000111323232313131212121232323222222212121ccbbaaccbbaaccbbaacbacbacba正交变换矩阵的特点正交变换矩阵的特点旋转矩阵只有旋

18、转矩阵只有3 3个独立参数个独立参数以X 轴为主轴的-转角系统的坐标变换)(arctg)arcsin()(arctg12333aaacbcoscossinsincoscossincossincossinsincossinsinsinsincoscoscossinsinsincossinsincoscoscos321321321cccbbbaaa以Z 轴为主轴的A-v系统的坐标变换zyxzyxZYXvARRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos00011000cossin0sincoscccbbbaaaAAAAvvvvvARRRR以Z 轴为主轴的A-v

19、系统的坐标变换)(arctg)arccos()(arctg21333cccbaAvcoscossinsinsinsincoscoscoscossinsinsincoscoscossinsinsincoscossinsincossincossincoscos321321321cccAbAAbAAbAaAAaAAavvvvvvvvvvn像片的基本知识回顾n什么是共线条件方程n共线条件方程的简单推导一、共线条件方程的一般形式一、共线条件方程的一般形式中心投影中心投影内外方位元素内外方位元素常用坐标系常用坐标系空间坐标变换空间坐标变换基本知识回顾航摄仪sxyxyzMZYXAaoXYZ共线条件xyzXY

20、ZAasXsYsZsNYXZXA-XsYA-Ys(x,y,-f)(XA,YA,ZA)MZYX1sAsAsAZZZYYYXXX共线条件方程sAsAsAZZYYXXZYX1fyxcccbbbaaafyxZYX321321321R)()()()()()()()()()()()(333222333111ssssssssssssZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxu求像底点坐标u单像空间后方交会和多像空间前方交会u摄影测量中的数字投影基础u航空影像模拟u光束法平差的基本数学模型u利用DEM制作数字正射影像图二、共线条件方程的应用二、共线条件方程的应用求像底点坐

21、标NsssNNNHZYXZYX)()()()()()()()()()()()(333222333111sNsNsNsNsNsNnsNsNsNsNsNsNnZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx32323131)()()()(ccfZZcZZcfyccfZZcZZcfxsNsNnsNsNn像片仿真)()()()()()()()()()()()(333222333111ssssssssssssZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx已知已知内、外方位元素内、外方位元素地面点空间坐标地面点空间坐标DEM模拟影像模拟影像

22、XYZa(x,y)xyzS(Xs,Ys,Zs)A(X,Y,Z)n目的n观测值 x,yn未知数 Xs,Ys,Zs,X,Y,Z,x0,y0,fn泰勒级数展开三、共线条件方程的线性化三、共线条件方程的线性化yyffyyyyxxyZZyYYyXXyZZyYYyXXyyyyvxxffxyyxxxxZZxYYxXXxZZxYYxXXxxxxvssssssyssssssx0000000000一、定义一、定义根据影像覆盖范根据影像覆盖范围内一定数量的围内一定数量的分布合理的地面分布合理的地面控制点（已知其控制点（已知其像点和地面点的像点和地面点的坐标），利用共坐标），利用共线条件方程求解线条件方程求解像片外方

23、位元素像片外方位元素XYZaxyzs(Xs,Ys,Zs)ACBbcn已知值 x0,y0,f,m,X,Y,Zn观测值 x,yn未知数 Xs,Ys,Zs,n泰勒级数展开二、误差方程二、误差方程yyZZyYYyXXyyyyvxxZZxYYxXXxxxxvssssssyssssssx00共线条件方程ZYfZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZXfZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxssssssssssss)()()()()()()()()()()()(33322203331110ssssssZZYYXXZZYYXXcbacbacbaZYX1333222111R偏导数 1)(1)(1)()(

24、031313122xxafaZaZXffaZXaZaZfXXZZXXZfXxsss偏导数 2)(2XZZXZfx)()()(21322132ZXbZYbZXfZYfbfbXbYbZXYbZbZfZZXXZfxcoscossin)(cos)()(sin)(coscos)(sincos)()(sin)(coscos00000000fyyxxfxxyyfxxfyyxxyyfx偏导数 2-11111111111111)(RRRRRRRRRRRRRRR001000100sin0cos000cos0sincos0sin010sin0cos1RRssssssZZYYXXZZYYXXZYX0010001001

25、11RRRR偏导数 2-2XbYbZbXbYbZbZYXbbbbbbZYXcacacacacacacacacacacacaZYXcccbbbaaaacacacZYXZYX2113321213233223311323322112133112213213213213322111000000000001000100RRsssZZYYXXZYX1R正交矩阵的每一正交矩阵的每一个元素等于它的个元素等于它的代数余子式代数余子式误差方程yyaaaZaYaXavxxaaaZaYaXavsssysssx02625242322210161514131211垂直摄影情况下，可取垂直摄影情况下，可取 0，保留，保留，

26、则，则)(sin)(cos)(sin)(cos)(sincos0162000150020140131211yyafxxffyyxxafyyxxfxxfaHxxaHfaHfa)(sin)(cos)(sin)(cos)(cossin0260020252000240232221xxafyyxxfyyfafyyffyyxxaHyyaHfaHfa外方位元素的计算lAxV当一张像片上至少有三个控制点时，误差方程矩阵形式当一张像片上至少有三个控制点时，误差方程矩阵形式26252423222116151413121100,aaaaaaaaaaaayyxxZYXvvsssyxAlxV)()(T1TlAAAx62T0nVViixximQ01T)(AAQxxn获取已知数据 m,x0,y0,f,Xtp,Ytp,Ztpn量测控制点像点坐标 x,yn确定未知数初值 Xs0,Ys0,Zs0,0,0,0 n组成误差方程式并法化n解求外方位元素改正数n检查迭代是否收敛三、计算过程三、计算过程2020/11/587谢谢观赏！