測量平差教案第二章ppt課件

1、攝影測量攝影測量的的解析基礎(chǔ)解析基礎(chǔ)2-1 航空攝影航空攝影一、攝影機(jī)：一、攝影機(jī)： 1、攝影原理：、攝影原理： 小孔成像原理。小孔成像原理。P、S組成攝影機(jī)，組成攝影機(jī)，P稱為像片，包括：稱為像片，包括：正片影像的灰度與被攝物的明亮程度一致）正片影像的灰度與被攝物的明亮程度一致）負(fù)片影像的灰度與被攝物的明亮程度相反）負(fù)片影像的灰度與被攝物的明亮程度相反）被攝物成像平面物鏡SPEv2、攝影機(jī)的結(jié)構(gòu)：v 鏡箱：物鏡、快門、光圈、像框平面、鏡箱體v 暗箱：存放攝影材料2 2、攝影機(jī)分類：、攝影機(jī)分類：普通攝影機(jī)：普通攝影機(jī)：為生活娛樂而設(shè)計。為生活娛樂而設(shè)計。 鏡箱和暗箱連為一體。鏡箱和暗箱連為一

2、體。量測用攝影機(jī)：量測用攝影機(jī)：為攝影測量目的而設(shè)為攝影測量目的而設(shè)計制造。計制造。 v航空攝影機(jī)、航空攝影機(jī)、v攝影經(jīng)緯儀。攝影經(jīng)緯儀。v 量測用攝影機(jī)的特點(diǎn)：量測用攝影機(jī)的特點(diǎn)： 物鏡具備良好的光學(xué)性能分辨率高、畸變差小、物鏡具備良好的光學(xué)性能分辨率高、畸變差小、透光性強(qiáng)）；透光性強(qiáng)）； 機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 ；具有自動裝置和壓平裝置；具有自動裝置和壓平裝置； 同一臺攝影機(jī)的像距是固定的已知值；同一臺攝影機(jī)的像距是固定的已知值； 攝影機(jī)像平面的框架上有框標(biāo)標(biāo)志；攝影機(jī)像平面的框架上有框標(biāo)標(biāo)志； 內(nèi)方位元素已知；內(nèi)方位元素已知； 像幅：像幅：23cm*23cm,18cm*18cm ,13

3、cm*18cm數(shù)碼航攝儀：數(shù)碼航攝儀：v傳統(tǒng)航攝像機(jī)使用膠片作為記錄信息的載體傳統(tǒng)航攝像機(jī)使用膠片作為記錄信息的載體, ,通通過對航片進(jìn)行高精度掃描獲取數(shù)字影像過對航片進(jìn)行高精度掃描獲取數(shù)字影像; ;v數(shù)碼航攝像機(jī)使用光敏元件作為成像器件數(shù)碼航攝像機(jī)使用光敏元件作為成像器件, ,將光將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息學(xué)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息, ,直接獲取數(shù)字影像。直接獲取數(shù)字影像。v第第20 20 屆屆 ISPRSISPRS，國際著名公司展出數(shù)碼航攝像，國際著名公司展出數(shù)碼航攝像機(jī)。機(jī)。v數(shù)碼航攝像機(jī)的推出與成功應(yīng)用數(shù)碼航攝像機(jī)的推出與成功應(yīng)用, ,已成為航空攝已成為航空攝影測量的又一個里程碑。影測量的又一

4、個里程碑。數(shù)碼航攝儀：數(shù)碼航攝儀：v數(shù)碼航攝像機(jī)的核心元件：光敏成像元件數(shù)碼航攝像機(jī)的核心元件：光敏成像元件-CCD -CCD vCCD-CCD-電荷耦合元件，由為數(shù)眾多的微小光電二極電荷耦合元件，由為數(shù)眾多的微小光電二極管及譯碼尋址電路構(gòu)成的固態(tài)電子感光成像部件管及譯碼尋址電路構(gòu)成的固態(tài)電子感光成像部件v光電二極管的排列方式有光電二極管的排列方式有2 2 種：種：v一是平面陣列。眾多光電二極管排列成一個平面一是平面陣列。眾多光電二極管排列成一個平面, ,同時感受光信號同時感受光信號( (色彩、強(qiáng)度等色彩、強(qiáng)度等) ,) ,成像方式與傳統(tǒng)成像方式與傳統(tǒng)的膠片方式類似的膠片方式類似; ;v二是線

5、狀陣列二是線狀陣列, ,多個光電二極管排列成一條直線多個光電二極管排列成一條直線, ,逐逐行進(jìn)行感光成像行進(jìn)行感光成像, ,其工作原理與掃描儀類似。其工作原理與掃描儀類似。中心投影：中心投影：攝影像片是被攝物的中心投影。攝影像片是被攝物的中心投影。地形圖正射影像圖是被攝物的正射投影。地形圖正射影像圖是被攝物的正射投影。投影：用一組假想的直線，將物體投射向投影投影：用一組假想的直線，將物體投射向投影平面，在投影平面上得到的圖形稱為投影。平面，在投影平面上得到的圖形稱為投影。包括：中心投影，平行投影正射投影）包括：中心投影，平行投影正射投影）當(dāng)物面是水平面，投影平面與物面平行時，中心投影相當(dāng)物面是

6、水平面，投影平面與物面平行時，中心投影相當(dāng)于正射投影。當(dāng)于正射投影。正片位置，負(fù)片位置。正片位置，負(fù)片位置。中心投影中心投影 正射投影正射投影BAbaABabSab攝影比例尺攝影比例尺1 1：mm）：）： 1 : m = l : L = f : H f - 攝影機(jī)主距攝影機(jī)主距 H - 平均高程面的航攝高平均高程面的航攝高 度，航高度，航高 攝影比例尺要根據(jù)測繪地形圖的精攝影比例尺要根據(jù)測繪地形圖的精 度或獲取地面信息的需要確定。度或獲取地面信息的需要確定。 （表（表2-2） fSHLl航空攝影：航空攝影： 按航帶設(shè)計要求，按航帶設(shè)計要求，確保像片質(zhì)量的前確保像片質(zhì)量的前提下飛行。提下飛行。

7、航帶設(shè)計: 航測工作中,根據(jù)所選定的線路方案、測圖比例尺、航測外業(yè)規(guī)范, 在1/5萬地形圖上確定航攝范圍、劃定航攝測段和航帶數(shù)目,合理選擇航攝比例尺、航攝儀類型、焦距、計算航空攝影工作量期限、費(fèi)用的工作1、在整個攝區(qū)，飛機(jī)按規(guī)定的航高和設(shè)計方向，呈直線、在整個攝區(qū)，飛機(jī)按規(guī)定的航高和設(shè)計方向，呈直線飛行，并保持各航線相互平行。飛行，并保持各航線相互平行。2、采用豎直攝影，像片傾角小于、采用豎直攝影，像片傾角小于3。3、航片應(yīng)覆蓋整個測區(qū)，航向重疊不小于、航片應(yīng)覆蓋整個測區(qū)，航向重疊不小于60%，旁向重，旁向重疊不小于疊不小于24%。4、同一航帶內(nèi)最大航高與最小航高差不大于、同一航帶內(nèi)最大航高與

8、最小航高差不大于5%H50 m）5、航帶彎曲度小于、航帶彎曲度小于3%。6、像片旋偏角小于、像片旋偏角小于6。7、攝影質(zhì)量檢查。、攝影質(zhì)量檢查。航攝儀的基本性能要求：航攝儀的基本性能要求：1、 航攝儀宜使用航攝儀宜使用23cm*23cm的像幅，焦距：的像幅，焦距：150毫米或毫米或210毫米毫米2、物鏡鏡頭分解力：中心部分不低于每毫米、物鏡鏡頭分解力：中心部分不低于每毫米50線，邊緣線，邊緣不低于不低于20Lp/mm3、物鏡徑向畸變差在像片有效使用范圍內(nèi)應(yīng)小于、物鏡徑向畸變差在像片有效使用范圍內(nèi)應(yīng)小于0.015mm4、各色濾色片齊全，暗合壓平質(zhì)量良好、各色濾色片齊全，暗合壓平質(zhì)量良好航空攝影測

9、量規(guī)范航空攝影測量規(guī)范 航攝比例尺與地形圖比例尺的關(guān)系表航攝比例尺與地形圖比例尺的關(guān)系表地形圖比例尺地形圖比例尺航攝比例尺航攝比例尺正射影象圖比正射影象圖比例尺例尺航攝比例尺航攝比例尺1：5001：40001：80001：5001：40001：60001：20001：80001：180001：20001：80001：120001：100001：200001：400001：100001：100001：35000攝影像片上的特殊點(diǎn)線攝影中心攝影中心S:物鏡中心物鏡中心主光軸主光軸SO:過過S作像平面的垂線作像平面的垂線像主點(diǎn)像主點(diǎn)O:SO與像平面的交點(diǎn)與像平面的交點(diǎn)像片傾角像片傾角a:像平面與地平

10、面的夾角像平面與地平面的夾角鉛垂光線鉛垂光線SN:過過S作地平面的垂線作地平面的垂線像底點(diǎn)像底點(diǎn)n:SN與像平面的交點(diǎn)與像平面的交點(diǎn)地底點(diǎn)地底點(diǎn)N:SN 與地平面的交點(diǎn)與地平面的交點(diǎn)2-2 2-2 攝影測量常用坐標(biāo)系攝影測量常用坐標(biāo)系一、像平面上的直角坐標(biāo)系：一、像平面上的直角坐標(biāo)系：1 1、框標(biāo)坐標(biāo)系：、框標(biāo)坐標(biāo)系：p-xyp-xy 選擇框標(biāo)連線的交點(diǎn)選擇框標(biāo)連線的交點(diǎn) p p為原點(diǎn)，框標(biāo)為原點(diǎn)，框標(biāo)連線為連線為x,yx,y軸，航線方向為軸，航線方向為xx軸的正軸的正軸。軸。2、像平面直角坐標(biāo)系(o-xy)：像片的像主點(diǎn)o為原點(diǎn)，x、y軸分別平行于框標(biāo)坐標(biāo)系的x、y軸。 P在o-xy中的坐標(biāo)

11、：x0,y0，及攝影機(jī)的主距f，稱為攝影機(jī)的內(nèi)方位元素。oxypxyoxy二、像空間直角坐標(biāo)系(S-xyz): 攝影中心S為坐標(biāo)原點(diǎn)，x,y軸分別平行于像平面坐標(biāo)系的x,y軸，攝影機(jī)主光軸指向S方向為z軸正軸，構(gòu)成空間右手直角坐標(biāo)系。xyoPyzxs-f三、像空間輔助坐標(biāo)系(S-XYZ)：攝影中心S為坐標(biāo)系原點(diǎn)，坐標(biāo)軸的選擇依需要而定，如：鉛垂方向為Z軸，航向為X軸，構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系；或，航帶第一張航片的像空間坐標(biāo)系S1-x1y1z1。xyosxzyYXZ四 攝影測量坐標(biāo)系(Op-XpYpZp) S-XYZ的Z軸與地面的交點(diǎn)P作為原點(diǎn)，坐標(biāo)軸XP、YP、ZP分別平行于X、Y、Z軸。五 地面測

12、量坐標(biāo)系(t-XtYtZt)tytxtztpXpYpZpXYZS地面測量坐標(biāo)為國家統(tǒng)一坐標(biāo)系，平面坐標(biāo)系為高斯-克呂格三度帶或六度帶1980西安坐標(biāo)系，高程坐標(biāo)系為1985黃海高程系六六 地面攝影測量坐標(biāo)系地面攝影測量坐標(biāo)系(A-XtpYtpZtp)(A-XtpYtpZtp)將右手系將右手系的攝測坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至左手系的地面測量坐標(biāo)系的的攝測坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至左手系的地面測量坐標(biāo)系的過渡性坐標(biāo)系。過渡性坐標(biāo)系。原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，ZtpZtp軸與地面測軸與地面測量坐標(biāo)系的量坐標(biāo)系的z z軸平行，軸平行，XtpXtp軸與航線一致軸與航線一致XtpYtpZtpA2-3 航測像片的方位

13、元素航測像片的方位元素方位元素：描述攝影瞬間，S與像片在地面坐標(biāo)系中的位置 和姿態(tài)的參數(shù)，稱為像片的方位元素。 包括：內(nèi)方位元素 外方位元素 用于 確定攝影時攝影物鏡攝影中心） 、像片與地面 三者之間相關(guān)位置的參數(shù)一、像片的內(nèi)方位元素：攝影物鏡中心S與像片 之間相互位置的參數(shù) x0,y0,f恢復(fù)內(nèi)方位元素可恢復(fù)攝影時的攝影光束xycSfox0y0二、像片外方位元素：在恢復(fù)像片的內(nèi)方位元素的基 礎(chǔ)上已建立的攝影光束），確定像片攝影瞬間在 地面直角坐標(biāo)系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)XYZApS一張像片有六個外方位元素。三個直線元素，描述攝影中心在地面空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(Xs、Ys、Zs)。三個角元

14、素(、)，表示攝影光束空間姿態(tài)(像片在攝影瞬間空間姿態(tài)的要素）XYZApSXsYsZs以Y軸為主軸的、 、 XYZAXsYsZsooxXYZNS旁向傾角：主光軸SO方向與SOX的夾角航向傾角：主光軸SO在XZ平面上的投影SOX與Z軸的夾角。像片旋角： YSO平面與像平面的交線與像平面坐標(biāo)系y軸的夾角。xy1 像點(diǎn)的平面坐標(biāo)變換yxAyxyxAyx1cossinsincoscoscoscoscosyyxyyxxxA2-4、像點(diǎn)坐標(biāo)變換、像點(diǎn)坐標(biāo)變換xypxya0000001cossinsincosyxyxAyxyxyxyxyxAyxxypxyoy0 x0a2 像點(diǎn)空間坐標(biāo)變換zZyZxZzYyY

15、xYzXyXxXcccbbbaaaRfyxRZYXcoscoscoscoscoscoscoscoscos321321321R稱為旋轉(zhuǎn)矩陣，R為正交矩陣，由三個獨(dú)立參數(shù)確定xyozxysXYZ1以Y軸為主軸的、系統(tǒng)的坐標(biāo)變換S-XYZ繞Y軸旋轉(zhuǎn)角到S-XYZZYXZYXRZYXcos0sin010sin0cosXYZSXZaS-XYZ繞X軸旋轉(zhuǎn)角到S-XYZZYXZYXRZYXcossin0sincos0001YXZSY ZaS-XYZ繞Z軸旋轉(zhuǎn)角到S-XYZ(s-xyz)fyxfyxRZYX1000cossin0sincosaXZYSXYfyxRfyxRRRZYX3213213211000cossin0sincoscossin0sincos0001cos0sin010sin0coscccbbbaaaRRRRa1 = coscos - sinsinsina2 = -cossin sinsincosa3 = -sincosb1= cossinb2 = coscos b3 = -sinc1 = sincos+ cossinsinc2 = -sin