1、第二章第二章 攝影測量解析基礎(chǔ)攝影測量解析基礎(chǔ)攝影測量學攝影測量學第二章第二章地環(huán)學院地環(huán)學院 地信系地信系ZSSq 利用安裝在航攝飛機上利用安裝在航攝飛機上的航攝儀從空中一定角的航攝儀從空中一定角度對地面進行攝影度對地面進行攝影 像場角常角常角：(視場角100。)長焦距長焦距：(主距200mm)中焦距中焦距：(主距100200mm)短焦距短焦距：(主距100mm)焦距航攝像片為航攝像片為量測像片量測像片，有，有光學框標和機械框標光學框標和機械框標航攝像片的大小為航攝像片的大小為18cm18cm, 23cm23cm航攝像片光學框標機械框標q 航攝儀在曝光的瞬間物航攝儀在曝光的瞬間物鏡主光軸保持

2、垂直地面鏡主光軸保持垂直地面 航空攝影航空攝影 攝影瞬間攝影機的主光軸近似與地面垂直，攝影瞬間攝影機的主光軸近似與地面垂直，偏離鉛垂線的夾角小于偏離鉛垂線的夾角小于3 30 0，夾角為像片傾角，夾角為像片傾角鉛垂線像片SA攝影機主光軸像片豎直攝影q 沿航線方向相鄰兩張沿航線方向相鄰兩張像片應有像片應有60%60%左右的航左右的航向重疊，相鄰航線間向重疊，相鄰航線間的像片應有的像片應有30%30%左右的左右的旁向重疊旁向重疊 航空攝影航空攝影123Lxpx航向重疊度-1-1Lypy旁向重疊度航向相鄰兩個攝影站間的距離航向相鄰兩個攝影站間的距離P1S1P2S2BE攝影基線攝影基線HfLlm1f為攝

3、影機主距，為攝影機主距，H為航高為航高視攝影像片水平、地面取平均高程時，像片上的線段 l 與地面上相應的水平距L 之比為攝影比例尺aASEPfH攝影比例尺kbmcm 測圖比例尺航攝比例尺分航攝比例尺分母母測圖比例尺分測圖比例尺分母母比例尺類型比例尺類型航攝比例尺航攝比例尺測圖比例尺測圖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 1:250

4、00 1:350001:55000 1:50000試計算試計算f為為200mm，航攝比例尺分母為，航攝比例尺分母為8000的飛機飛行高度（相對）的飛機飛行高度（相對） 把一條航線的航攝像片根據(jù)地物影像拼接起把一條航線的航攝像片根據(jù)地物影像拼接起來，各張像片的主點連線不在一條直線上，來，各張像片的主點連線不在一條直線上，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線，稱航線彎曲稱航線彎曲 Ll航線彎曲o2 一張像片上相鄰主點連線與同方向框一張像片上相鄰主點連線與同方向框標連線間的夾角。要求像片旋角標連線間的夾角。要求像片旋角60像片旋角過大會減少立體像對的有效范圍o1像片旋角投影方式投影：用一組

5、假想的直線將物體向幾何面投射用一組假想的直線將物體向幾何面投射投影射線：投影的直線投影的直線投影平面：投影的幾何面投影的幾何面投影射線會聚于一點的投影稱為投影射線會聚于一點的投影稱為中心投影投影中心投影中心投影平面投影平面投影點投影點投影射線投影射線物點物點正射投影投影射線投影射線與投影平與投影平面正交面正交斜投影投影射投影射線與投線與投影平面影平面斜交斜交投影射線平行于某一固定方向的投影的投影稱為投影射線平行于某一固定方向的投影的投影稱為平行投影航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影SBbAaCc中心投影AaBbCc正射投影地形圖的特點1、圖上任意兩點間的距離與相應地面點、圖上任意兩點間的距離

6、與相應地面點 的水平距離之比為一常數(shù)，等于的水平距離之比為一常數(shù)，等于圖比圖比 例尺例尺2、圖上任意一點引畫的兩條、圖上任意一點引畫的兩條方向線方向線間的間的 夾角等于地面上對應的水平角夾角等于地面上對應的水平角地形起伏引起的像點位移spacbABCB0BbAA0sEpb0aa0像片傾斜引起的像點位移航攝像片的特點當像片傾斜、地面起伏時，地面點在航攝像片上當像片傾斜、地面起伏時，地面點在航攝像片上構(gòu)像相對于理想情況下的構(gòu)像所產(chǎn)生的位置差異構(gòu)像相對于理想情況下的構(gòu)像所產(chǎn)生的位置差異稱稱像點位移像點位移投影方式投影方式：地圖為正射投影，航片為中心投影地圖為正射投影，航片為中心投影比比 例例 尺尺：

7、地圖有統(tǒng)一比例尺，航片無統(tǒng)一比例尺地圖有統(tǒng)一比例尺，航片無統(tǒng)一比例尺表示方法表示方法：地圖為線劃圖，航片為影像圖地圖為線劃圖，航片為影像圖表示內(nèi)容表示內(nèi)容：地圖需要綜合取舍（制圖規(guī)則），航片內(nèi)容豐富地圖需要綜合取舍（制圖規(guī)則），航片內(nèi)容豐富幾何差異幾何差異：航攝像片可組成像對立體觀察航攝像片可組成像對立體觀察攝影測量的主要任務之一攝影測量的主要任務之一：航攝像片與地圖的關(guān)系主觀、藝術(shù)主觀、藝術(shù)所見即所得所見即所得 將空間點、線作中心投影，在投影平將空間點、線作中心投影，在投影平面面P P上得到一一對應的點、線，這種上得到一一對應的點、線，這種經(jīng)中心投影取得的一一對應的投影關(guān)經(jīng)中心投影取得的一一

8、對應的投影關(guān)系稱為系稱為透視變換EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCc航攝像片中的重要點、線、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線：跡線跡線TT 主光線主光線SoO 主垂線主垂線SnN 攝影方向線攝影方向線VV 主縱線主縱線vv 等角線等角線ScC 主合主合線線hihi 主橫線主橫線hoho 等比線等比線hchc重要的點 線 面點：攝影中心攝影中心S 像主點像主點o 地主點地主點O 像底點像底點n 地底點地底點N 等角點等角點c 地面等角點地面等角點C 主合點主合點i 主遁點主遁點J 重要點線的數(shù)學關(guān)系2HtgCNHtgONEPTT

9、vvVVSWJiNnOoCc底點特性鉛垂線在像平面鉛垂線在像平面上的構(gòu)像位于以上的構(gòu)像位于以像底點像底點n為輻射為輻射中心的相應輻射中心的相應輻射線上線上Nn重要的點 線特征等角點特性在傾斜像片和水在傾斜像片和水平地面上，由等平地面上，由等角點角點c和和C所引出所引出的一對透視對應的一對透視對應線無方向偏差，線無方向偏差，保持著方向角相保持著方向角相等等Cc重要的點 線特征等比線特性 等比線的構(gòu)像比例尺等于水平像片上的攝影比例尺，等比線的構(gòu)像比例尺等于水平像片上的攝影比例尺，不受像片傾斜影響不受像片傾斜影響重要的點 線特征 已知已知 E E 平面上有平面上有 A 點，在像平面上作對應的像點，在

10、像平面上作對應的像 aPTTSAT1i作圖步驟：作圖步驟：1）找跡點）找跡點T12）找主合點）找主合點i3）連）連T1i與與SA， 交點為交點為a中心投影作圖主合點主合點跡點跡點avvE 已知已知 E E 平面上有平面上有 AB 直線，在像平面上作對應的像直線，在像平面上作對應的像 abPTTSi作圖步驟：作圖步驟：1）找跡點）找跡點T12）找合點）找合點i13）連）連T1i1與與SA， 交點為交點為a4）連）連T1i1與與SB， 交點為交點為b5）a與與b 連線連線中心投影作圖主合點主合點跡點跡點avvEhihiABi1bT1 已知垂直物面的空間直線已知垂直物面的空間直線 AB，在像平面上作

11、對應的像，在像平面上作對應的像 abPTTSi作圖步驟：作圖步驟：1）按）按E面上點作面上點作圖方式確定圖方式確定a2）找像底點）找像底點n3）連接）連接na4） na與與SB的交點的交點為為b5）a與與b 連線連線中心投影作圖主合點主合點跡點跡點vvEABba像像平平面面直直角角坐坐標標系系pxyoxyaa(x,y)像像空空間間直直角角坐坐標標系系sxyxyzoaxy地地面面測測量量坐坐標標系系sxyotYtXtZtA地面測量坐標為國家統(tǒng)一坐標系，平面坐標為高斯-克呂格3度帶或6度帶投影（1980西安坐標系），高程為1985黃海高程系a像像空空間間輔輔助助坐坐標標系系sxyoYXZaa(X,

12、Y,Z)地地面面攝攝影影測測量量坐坐標標系系sxyAao原點為地面某一控制點，Ztp軸與地面測量坐標系的Zt軸平行， Xtp軸與航線一致MZtpXtpYtpxyzXYZAas(x,y,-f)(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtMZtpYtpXtp攝影測量中的各種坐標系攝影測量中的各種坐標系確定攝影時攝影中心、像片與地面確定攝影時攝影中心、像片與地面三者之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)三者之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)確定攝影物鏡后節(jié)點與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)確定攝影物鏡后節(jié)點與像片之間相互位置關(guān)系的參數(shù)內(nèi)方位元素（x0,y0,f）可恢復攝影光束xyp像像片片內(nèi)內(nèi)方方位位元元素素fx0y0SosoAYXZ確定攝

13、影瞬間像片在地面直角坐標系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)確定攝影瞬間像片在地面直角坐標系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)像像片片外外方方位位元元素素ZsXsYs外方位線元素：描述攝影描述攝影中心在地面空間直角坐標中心在地面空間直角坐標系中的位置系中的位置(Xs、Ys、Zs)外方位角元素：描述像片在攝影描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)瞬間的空間姿態(tài)AXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素以Y 軸為主軸的- 轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN航向傾角航向傾角 旁向傾角旁向傾角 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 軸為主軸的- 轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN旁向傾角旁向傾角 航向傾角航向傾角 osxyzOY像片

14、旋角像片旋角 AXYZ像像片片外外方方位位角角元元素素以Z 軸為主軸的A-v轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN像片傾角像片傾角方位角方位角A像片旋角像片旋角vosxyz平平面面坐坐標標變變換換xyoxyacossinsincosyxyyxxyxyxcossinsincosxyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像像空空間間坐坐標標與與像像空空間間輔輔助助坐坐標標的的變變換換可以理解為：像空間坐標系是像空間輔助坐標系（相當于攝影光束的起始位置）依次繞相應的坐標軸旋轉(zhuǎn)， 三個角度以后的位置。ZYXZYXZYXRcos0sin010sin0coscossinsincosZXZYYZXXaS-XYZ坐標系繞Y 軸

15、旋轉(zhuǎn)角到S-XYZXZSYXZ (Y)以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換ZYXZYXZYXRcossin0sincos0001S-XYZ坐標系繞X軸旋轉(zhuǎn)角到S-XYz以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換zyxzyxZYXR1000cossin0sincosS-XYz坐標系繞z軸旋轉(zhuǎn)角到S-xyz以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos0001cos0sin010sin0coscccbbbaaaRRRR以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換以Y 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換以X 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角

16、系統(tǒng)的坐標變換zyxzyxZYXRRRR3213213211000cossin0sincoscos0sin010sin0coscossin0sincos0001cccbbbaaaRRRR正交變換矩陣的特點正交變換矩陣的特點100010001333222111321321321TcbacbacbacccbbbaaaRR100010001321321321333222111TcccbbbaaacbacbacbaRR由高等數(shù)學知道，一個坐標系按三個角元素順次地繞坐標軸旋轉(zhuǎn)即可變換由高等數(shù)學知道，一個坐標系按三個角元素順次地繞坐標軸旋轉(zhuǎn)即可變換為一個同原點的為一個同原點的坐標系，這種變換為坐標系，這種

17、變換為正交變換正交變換正交變換矩陣的特點正交變換矩陣的特點旋轉(zhuǎn)矩陣只有旋轉(zhuǎn)矩陣只有3 3個獨立參數(shù)個獨立參數(shù)以X 軸為主軸的-轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標變換以Z 軸為主軸的A-v系統(tǒng)的坐標變換zyxzyxZYXvARRRR3213213211000cossin0sincoscossin0sincos00011000cossin0sincoscccbbbaaaAAAAvvvvvARRRR以Z 軸為主軸的A-v系統(tǒng)的坐標變換n像片的基本知識回顧n什么是共線條件方程n共線條件方程的簡單推導一、共線條件方程的一般形式一、共線條件方程的一般形式中心投影中心投影內(nèi)外方位元素內(nèi)外方位元素常用坐標系常用坐標系空間坐標變換

18、空間坐標變換基本知識回顧航攝儀sxyxyzMZYXAaoXYZ共線條件xyzXYZAasXsYsZsNYXZXA- XsYA- Ys(x,y,-f)(XA,YA,ZA)MZYX共線條件方程u求像底點坐標u單像空間后方交會和多像空間前方交會u攝影測量中的數(shù)字投影基礎(chǔ)u航空影像模擬u光束法平差的基本數(shù)學模型u利用DEM制作數(shù)字正射影像圖二、共線條件方程的應用二、共線條件方程的應用求像底點坐標)()()()()()()()()()()()(333222333111sNsNsNsNsNsNnsNsNsNsNsNsNnZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx像片仿真已知已知內(nèi)、外方位元素內(nèi)、外方位元素地面點空間坐標地面點空間坐標DEM模擬影像模擬影像XYZa (x,y)xyzS(Xs, Ys, Zs)A(X,Y,Z)n目的n觀測值 x,yn未知數(shù) Xs, Ys, Zs, , , , X, Y, Z , x0