太原理工大學(xué)攝影測(cè)量學(xué)-第五章雙像解析攝影測(cè)量1-3

1、1. 雙像解析攝影測(cè)量的方法雙像解析攝影測(cè)量的方法2. 物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)空間前方交會(huì)3. 空間后方交會(huì)與前方交會(huì)求解空間后方交會(huì)與前方交會(huì)求解地面點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法地面點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算方法第五章 立體攝影測(cè)量4. 立體像對(duì)相對(duì)定向立體像對(duì)相對(duì)定向5. 立體像對(duì)絕對(duì)定向立體像對(duì)絕對(duì)定向6. 雙像后方交會(huì)雙像后方交會(huì)光束法光束法1.雙像解析攝影測(cè)量的方法一、雙像解析攝影測(cè)量概念一、雙像解析攝影測(cè)量概念二、立體像對(duì)中的特別點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中的特別點(diǎn)線面三、雙像解析處理立體像對(duì)的方法三、雙像解析處理立體像對(duì)的方法1.雙像解析攝影測(cè)量的方法SoxyxyxyzaATXTOTZTYfcy

2、cxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX321321321321fcycxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX321321321321利用單張像片為何不能唯一確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)利用單張像片為何不能唯一確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)?1.雙像解析攝影測(cè)量的方法111333222333()()()()()()()()()()()()SSSSSSSSSSSSa XXb YYc ZZxfaXXb YYc ZZaXXb YYc ZZyfaXXb YYc ZZ 通過(guò)立體像對(duì)的同名通過(guò)立體像對(duì)的同名像點(diǎn)各自像點(diǎn)坐標(biāo)，像點(diǎn)各自像點(diǎn)坐標(biāo)，從方程個(gè)數(shù)來(lái)講，有從方程個(gè)數(shù)來(lái)

3、講，有4個(gè)方程，可以解算。個(gè)方程，可以解算。SoaxyxyxyzSoaxyxyzSoxyxyxyzaSoxyxyzATXTOTZTYaATXTOTZTY1.雙像解析攝影測(cè)量的方法fcycxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX3213213213211.雙像解析攝影測(cè)量的方法一、雙像解析攝影測(cè)量概念一、雙像解析攝影測(cè)量概念u由于利用單張像片不能唯一確定被攝物體的空間位置。要確定被攝由于利用單張像片不能唯一確定被攝物體的空間位置。要確定被攝物體的空間物置，必須利用具有一定重疊的兩張像片，構(gòu)成立體模型來(lái)物體的空間物置，必須利用具有一定重疊的兩張像片，構(gòu)成立體模型來(lái)確定被攝物

4、體的空間位置。確定被攝物體的空間位置。u按按立體像對(duì)立體像對(duì)與與被攝物體被攝物體的的幾何關(guān)系幾何關(guān)系，以數(shù)學(xué)計(jì)算方式，通過(guò)計(jì)算機(jī)，以數(shù)學(xué)計(jì)算方式，通過(guò)計(jì)算機(jī)解求被攝物體的三維空間坐標(biāo)，稱之為解求被攝物體的三維空間坐標(biāo)，稱之為雙像解析攝影測(cè)量雙像解析攝影測(cè)量，又稱，又稱立體攝立體攝影測(cè)量影測(cè)量。 S2 S1 o1o2Aa1a2立體像對(duì)立體像對(duì) (Stereo Pair)：由不同攝站獲取的，具有一定影像重疊的兩張：由不同攝站獲取的，具有一定影像重疊的兩張像片。像片。 1.雙像解析攝影測(cè)量的方法一、雙像解析攝影測(cè)量概念一、雙像解析攝影測(cè)量概念1.雙像解析攝影測(cè)量的方法一、雙像解析攝影測(cè)量概念一、雙像

5、解析攝影測(cè)量概念u 理想像對(duì)理想像對(duì): : 相鄰相鄰兩像片水平、攝影兩像片水平、攝影基線水平組成的像基線水平組成的像對(duì)對(duì)u 正直像對(duì)正直像對(duì): : 相鄰相鄰兩像片水平、攝影兩像片水平、攝影基線不水平組成的基線不水平組成的像對(duì)像對(duì)u 豎直像對(duì)豎直像對(duì): : 相鄰相鄰兩像片不水平、攝兩像片不水平、攝影基線不水平組成影基線不水平組成的像對(duì)的像對(duì)1.雙像解析攝影測(cè)量的方法一、雙像解析攝影測(cè)量概念一、雙像解析攝影測(cè)量概念S2 S1 AP1a2a1P2BWAo1o2n1n2J2J1同名像點(diǎn)同名像點(diǎn)(a1,a2)同名光線同名光線(AS1,AS2)攝影基線攝影基線(S1S2)核面（垂核面、主核面）核面（垂核面

6、、主核面）核點(diǎn)核點(diǎn)核線（垂核線、主核線）核線（垂核線、主核線）1.雙像解析攝影測(cè)量的方法二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面1.雙像解析攝影測(cè)量的方法二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面u 攝影基線：攝影基線：Bu 同名光線：同名光線：AS1, AS2u 核線核線：核面與像面的交：核面與像面的交線，線， e.g. 垂核線，主核垂核線，主核線，同名核線線，同名核線u 攝影時(shí)所有的同名光線都處在各自對(duì)應(yīng)的核面內(nèi)攝影時(shí)所有的同名光線都處在各自對(duì)應(yīng)的核面內(nèi)u 同一個(gè)核面對(duì)應(yīng)的左右像片上的核線叫做相應(yīng)同一個(gè)核面對(duì)應(yīng)的左右像片上的核線叫做相應(yīng)(同名同名)核線，相應(yīng)核線上的核

7、線，相應(yīng)核線上的像點(diǎn)一定是一一對(duì)應(yīng)的像點(diǎn)一定是一一對(duì)應(yīng)的u 所有核面都通過(guò)攝影基線，而攝影基線與像面相交于一點(diǎn)，即核點(diǎn)，所以所有核面都通過(guò)攝影基線，而攝影基線與像面相交于一點(diǎn)，即核點(diǎn)，所以像面上所有核線必會(huì)聚于核點(diǎn)像面上所有核線必會(huì)聚于核點(diǎn)u 同名像點(diǎn)：同名像點(diǎn)：a1, a2u 核點(diǎn)核點(diǎn)：J1, J2u 核面核面：WA(過(guò)過(guò)A 點(diǎn)點(diǎn))u 垂核面垂核面：過(guò)像底：過(guò)像底點(diǎn)的核面，只有一點(diǎn)的核面，只有一個(gè)個(gè)u 主核面主核面：過(guò)像主：過(guò)像主點(diǎn)的核面，左、右點(diǎn)的核面，左、右之分之分fcycxcfbybxbZsZYsYfcycxcfayaxaZsZXsX321321321321)()(1.雙像解析攝影測(cè)量

8、的方法二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面SoaxyxyxyzSoaxyxyzSoxyxyxyzaSoxyxyzATXTOTZTYaATXTOTZTY1.雙像解析攝影測(cè)量的方法二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面同名像點(diǎn)尋找問(wèn)題？同名像點(diǎn)尋找問(wèn)題？人工方法人工方法：人工立體觀測(cè)：人工立體觀測(cè)(如何提高效率如何提高效率)自動(dòng)方法自動(dòng)方法：數(shù)字影像匹配數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量核心問(wèn)題：數(shù)字影像匹配數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量核心問(wèn)題1.雙像解析攝影測(cè)量的方法二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面B根據(jù)攝影過(guò)程的根據(jù)攝影過(guò)程的幾何反幾何反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)原理，恢復(fù)了立體像對(duì)的原理，恢復(fù)了立體像

9、對(duì)的內(nèi)內(nèi)方位方位和和相對(duì)方位相對(duì)方位后，所有同名后，所有同名光線成對(duì)相交。由無(wú)數(shù)同名光光線成對(duì)相交。由無(wú)數(shù)同名光線相交交點(diǎn)構(gòu)成的線相交交點(diǎn)構(gòu)成的。 。幾何模型幾何模型B1.雙像解析攝影測(cè)量的方法二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面1BMB幾何模型與實(shí)際地表之間關(guān)系幾何模型與實(shí)際地表之間關(guān)系?1.雙像解析攝影測(cè)量的方法二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面外方位元素外方位元素相對(duì)方位元素相對(duì)方位元素絕對(duì)方位元素絕對(duì)方位元素立體像對(duì)立體像對(duì)實(shí)際地面實(shí)際地面幾何模型幾何模型1.雙像解析攝影測(cè)量的方法二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面二、立體像對(duì)中特別的點(diǎn)線面根據(jù)攝得的立體像對(duì)的

10、根據(jù)攝得的立體像對(duì)的內(nèi)在幾何特性內(nèi)在幾何特性，按物點(diǎn)、攝站點(diǎn)與像點(diǎn)按物點(diǎn)、攝站點(diǎn)與像點(diǎn)構(gòu)成的幾何關(guān)系構(gòu)成的幾何關(guān)系，用數(shù)字計(jì)算方式求解物點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)的，用數(shù)字計(jì)算方式求解物點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)的方法有三種：方法有三種：u 用用單張像片單張像片的的空間后方空間后方與與立體像對(duì)立體像對(duì)前方交會(huì)前方交會(huì)方式求解物點(diǎn)的三方式求解物點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。維空間坐標(biāo)。u 用用相對(duì)定向相對(duì)定向和和絕對(duì)定向絕對(duì)定向方法求解地面點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。方法求解地面點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。u 采用采用光束法光束法求解地面點(diǎn)三維坐標(biāo)。求解地面點(diǎn)三維坐標(biāo)。三、雙像解析處理立體像對(duì)的方法三、雙像解析處理立體像對(duì)的方法1.雙像解析攝影測(cè)

11、量的方法立體像對(duì)前方交會(huì)的概念立體像對(duì)前方交會(huì)的概念u只有利用立體像對(duì)上的同名像點(diǎn)，才能得到兩條同名射線只有利用立體像對(duì)上的同名像點(diǎn)，才能得到兩條同名射線在空間相交的點(diǎn)，即該地面點(diǎn)的空間位置。在空間相交的點(diǎn)，即該地面點(diǎn)的空間位置。u空間前方交會(huì)空間前方交會(huì): :由立體像對(duì)中兩張像片的內(nèi)外方位元素和由立體像對(duì)中兩張像片的內(nèi)外方位元素和像點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)確定相應(yīng)地面點(diǎn)的地面坐標(biāo)的方法。像點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)確定相應(yīng)地面點(diǎn)的地面坐標(biāo)的方法。2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)由立體像對(duì)中兩 張 像 片 的內(nèi)、外方位元素和像點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)確定相應(yīng)地面點(diǎn)在物方空間坐標(biāo)系中坐標(biāo)的方法。XYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,

12、Z)a2(x2,y2)z2y2x2S22.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)X1Y1Z1MZtpYtpXtpX2Y2Z2Xs1Ys1Zs1Aa1s1Y1X1Z1a2s2一、一、(點(diǎn)點(diǎn))投影系數(shù)法投影系數(shù)法2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)一、一、(點(diǎn)點(diǎn))投影系數(shù)法投影系數(shù)法2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)222222XxYRyZf111111XxYRyZfR1/ R2 : 左左/右像片的旋轉(zhuǎn)矩陣右像片的旋轉(zhuǎn)矩陣攝影基線攝影基線BBX= Xs2 Xs1BY= Ys2 Ys1BZ= Zs2 Zs1s1s2同名光線投影同名光線投影Aa1s1Y1X1Z1YA-Ys1XA-Xs1ZA-Zs1a2s2A一、一、(點(diǎn)點(diǎn))

13、投影系數(shù)法投影系數(shù)法2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)N1/ N2 : 左左/右像點(diǎn)的投影系數(shù)右像點(diǎn)的投影系數(shù))()(21222111YNYYNYYssA一、一、(點(diǎn)點(diǎn))投影系數(shù)法：點(diǎn)投影法前方交會(huì)投影系數(shù)法：點(diǎn)投影法前方交會(huì)2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)補(bǔ)充：補(bǔ)充：2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)u 理想像對(duì):21212100XSSYSSZSSBXXBBYYBZZ212121XSSYSSZSSBXXBYYBZZ12BNNp1112111212SSSSSSBBXXxXBxppBBYYyYyppBBZZfZfpp22222XxYyZf11111XxYyZf22112211121221XZXZB ZB

14、XNX ZX ZB ZB XNX ZX Zu獲取已知數(shù)據(jù)獲取已知數(shù)據(jù)：x0 , y0 , f , XS1, YS1, ZS1, 1, 1, 1 , XS2, YS2, ZS2 , 2, 2, 2u 量測(cè)像點(diǎn)坐標(biāo)量測(cè)像點(diǎn)坐標(biāo)： x1,y1 , x2,y2u 由外方位由外方位線元素線元素計(jì)算基線分量計(jì)算基線分量：BX, BY, BZu 由外方位角元素計(jì)算像空間輔助坐標(biāo)由外方位角元素計(jì)算像空間輔助坐標(biāo)：X1, Y1, Z1 , X2, Y2, Z2u 計(jì)算點(diǎn)投影系數(shù)計(jì)算點(diǎn)投影系數(shù)： N1 , N2u 計(jì)算地面坐標(biāo)計(jì)算地面坐標(biāo) ： XA, YA, ZA 計(jì)算過(guò)程計(jì)算過(guò)程一、一、(點(diǎn)點(diǎn))投影系數(shù)法：點(diǎn)投

15、影法前方交會(huì)投影系數(shù)法：點(diǎn)投影法前方交會(huì)2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)一、一、(點(diǎn)點(diǎn))投影系數(shù)法：點(diǎn)投影法前方交會(huì)投影系數(shù)法：點(diǎn)投影法前方交會(huì)2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)1、1、1、 XS1、 YS1、 ZS1、 x1 、y12、2、2、XS2、 YS2、 ZS2、 x2 、y2R1、X1、Y1、Z1R2、X2、Y2、Z2Bu、Bv、Bw、N1、N2X、Y、Z前方交會(huì)的計(jì)算步驟為前方交會(huì)的計(jì)算步驟為u由已知的外方位元素及像點(diǎn)坐標(biāo)，據(jù)由已知的外方位元素及像點(diǎn)坐標(biāo)，據(jù)a式計(jì)算左右像空間輔助坐標(biāo)；式計(jì)算左右像空間輔助坐標(biāo)；u由外方位元素，按由外方位元素，按b式計(jì)算攝影基線分量式計(jì)算攝影基線分量BX

16、, BY, BZ;u 按按c式計(jì)算投影系數(shù)式計(jì)算投影系數(shù);u 按按d式計(jì)算地面坐標(biāo)；式計(jì)算地面坐標(biāo)；一、一、(點(diǎn)點(diǎn))投影系數(shù)法：點(diǎn)投影法前方交會(huì)投影系數(shù)法：點(diǎn)投影法前方交會(huì)2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)二、共線條件方程式法二、共線條件方程式法(嚴(yán)密解法嚴(yán)密解法)2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)共線方程決定了攝影中心點(diǎn)、像點(diǎn)和物點(diǎn)間共線方程決定了攝影中心點(diǎn)、像點(diǎn)和物點(diǎn)間嚴(yán)格的關(guān)系嚴(yán)格的關(guān)系11103332220333()()()()()()()()()()()()SSSSSSSSSSSSa XXb YYc ZZxxfa XXb YYc ZZaXXb YYc ZZyyfa XXb YYc ZZ 03

17、331110333222()()()()()()()()()()()()SSSSSSSSSSSSxx a XXb YYc ZZfa XXb YYc ZZyy a XXb YYc ZZfaXXb YYc ZZ 二、共線條件方程式法二、共線條件方程式法(嚴(yán)密解法嚴(yán)密解法)2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)03331110333222()()()()()()()()()()()()SSSSSSSSSSSSxx a XXb YYc ZZfa XXb YYc ZZyy a XXb YYc ZZfaXXb YYc ZZ 031031031032032032()()()()()()0()()()()()()0S

18、SSSSSxx afaXXxx bfbYYxx cfcZZyy afaXXyy bfbYYyy cfcZZ12345600 xyl Xl Yl Zll Xl Yl Zl031031031032032032()()()()()()xSSSySSSlxx afa Xxx bfb Yxx cfc Zlyy afa Xyy bfb Yyy cfc Z二、共線條件方程式法二、共線條件方程式法(嚴(yán)密解法嚴(yán)密解法)2.物點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算空間前方交會(huì)一個(gè)像對(duì)一個(gè)像對(duì)u一對(duì)同名點(diǎn)一對(duì)同名點(diǎn)u4個(gè)線性方程個(gè)線性方程u3個(gè)未知數(shù)個(gè)未知數(shù)u最小二乘法最小二乘法n幅影像有同一空間點(diǎn)幅影像有同一空間點(diǎn)un個(gè)同名點(diǎn)個(gè)同名點(diǎn)u2n個(gè)線性方程個(gè)線性方程u3個(gè)未知數(shù)個(gè)未知數(shù)u最小二乘法最小二乘法共線條件方程式法共線條件方程式法u是一種嚴(yán)格的，不受像片數(shù)量約束的是一種嚴(yán)格的，不受像片數(shù)量約束的空間前方交會(huì)空間前方交會(huì)方法方法u由于解求線性方程組，無(wú)需空間坐標(biāo)初