第二三章影像獲取

第二三章影像獲取第1頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在像平面處放置感光材料，物體的入射光線經(jīng)物鏡后投射到感光材料上，經(jīng)攝影處理形成影像。同時(shí)，感光材料有正性和負(fù)性，分別產(chǎn)生正片和負(fù)片（底片）。攝影原理AbaBO成像平面攝影物鏡§2-1

航空影像獲取第2頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三攝影物鏡第3頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三?無(wú)論物鏡由多少個(gè)透鏡組成，經(jīng)過(guò)多少次的折射，其結(jié)果都相當(dāng)于在主平面Q和Q’上發(fā)生折射，因此可以用主平面代替等價(jià)物鏡。?主平面將空間分為兩部分，物體所在的空間稱為物方空間，影像所在的空間稱為像方空間。Q和Q’也相應(yīng)稱為物方主平面和像方主平面。第4頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三?共軛光線：在由物點(diǎn)發(fā)射的諸入射光線和經(jīng)物鏡出射的諸成像光線中，有一對(duì)共軛光線，其入射光線與主光軸的夾角和出射光線與主光軸的夾角相等。此時(shí)，共軛光線與主光軸的交點(diǎn)分別為，分別稱為前方節(jié)點(diǎn)（物方節(jié)點(diǎn)）和后方節(jié)點(diǎn)（像方節(jié)點(diǎn)）。共軛光線表達(dá)了像點(diǎn)和物點(diǎn)之間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系第5頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、量測(cè)用攝影機(jī)的基本要求：?物鏡要求具備良好的光學(xué)特性，物鏡的畸變差要小，分辨率要高，透光率強(qiáng)。?機(jī)械結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定。?航空攝影機(jī)應(yīng)同時(shí)具備攝影過(guò)程的自動(dòng)化裝置，使安裝在飛機(jī)上的此類攝影機(jī)能對(duì)地面連續(xù)的進(jìn)行攝影。一、

航空攝影機(jī)（量測(cè)用）(MetricCamera)第6頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第7頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第8頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第9頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、量測(cè)用攝影機(jī)的特征：①量測(cè)用攝影機(jī)的像距是一個(gè)固定的已知值用于測(cè)繪地形的航攝儀，攝影的物距要比像距大的多，攝影時(shí)攝影物鏡固定調(diào)焦于無(wú)窮遠(yuǎn)點(diǎn)處，因此，像距是一個(gè)定值，約等于攝影物鏡的焦距（Focallength）。第10頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三②攝影機(jī)像面框架上有框標(biāo)標(biāo)志(fiducialmarks)像平面與物鏡的主光軸垂直，同時(shí)像平面也是一個(gè)框標(biāo)平面，因此像點(diǎn)在像片平面上的位置，可以根據(jù)像片上的框標(biāo)坐標(biāo)系來(lái)確定。第11頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第12頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第13頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第14頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三③內(nèi)方位元素(Interiororientationelements)的數(shù)值是已知的像主點(diǎn)（Principalpoint）：攝影機(jī)主光軸與像平面的交點(diǎn)。像片主距（f）：攝影機(jī)物鏡后節(jié)點(diǎn)到到像片主點(diǎn)的垂距。第15頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、非量測(cè)攝影機(jī)第16頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三章：攝影測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)

FoundamentalsofPhotogrammetry第17頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三中心投影有兩種狀態(tài)：1）投影平面和物點(diǎn)在投影中心的兩側(cè)，此時(shí)像片為負(fù)片。2）投影平面和物點(diǎn)在投影中心的同一側(cè)，此時(shí)像片為正片。3）無(wú)論像片處在正片還是負(fù)片，像點(diǎn)與物點(diǎn)之間的幾何關(guān)系不變。中心投影的正、負(fù)片負(fù)片正片第18頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第19頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、攝影比例尺與攝影航高攝影比例尺的選擇：攝影比例尺?？刂茢z影計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)的像片比例尺。比例尺的選取與成圖比例尺、攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)成圖方法和成圖精度等因素有關(guān)。比例尺類別航攝比例尺成圖比例尺大比例尺1：2000~1：30001：5001：4000~1：60001：1000中比例尺1：15000~1：200001：100001：25000~1：35000小比例尺1：35000~1：550001：50000§3-1航空攝影第20頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三?像片比例尺。?航高：指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對(duì)于某一水準(zhǔn)面的高度，從該水準(zhǔn)面起算向上為正。航高分為相對(duì)航高和絕對(duì)航高。ffHH第21頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、空中攝影過(guò)程：攝影類型：豎直航空攝影分為：面積航空攝影、條狀地帶航空攝影、獨(dú)立地塊航空攝影。第22頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、攝影測(cè)量生產(chǎn)對(duì)攝影資料的基本要求1、影像的色調(diào)2、像片重疊3、像片傾角4、航線彎曲5、像片旋角第23頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、影像的色調(diào)：（清晰，色調(diào)一致）第24頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、像片重疊度?像片重疊度。攝影測(cè)量使用的航攝像片，要求沿航線飛行方向兩相鄰像片上對(duì)所攝地面有一定的重疊影像，這種重疊部分稱為航向重疊度(headingoverlap)。對(duì)于面積航空攝影而言，要求兩相鄰航帶之間也需要有一定的影像重疊，這種重疊部分稱為旁向重疊度(sideoverlap)。像片的重疊部分是立體觀察和像片連接所必須的條件。第25頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三236723682369237023892388238724472448244924502467246624652464第26頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、像片傾角垂直攝影：以測(cè)繪地形圖為目的的空中攝影多采用垂直攝影的方式。要求航攝機(jī)在曝光的瞬間物鏡主光軸垂直于地面。像片傾角要小于2°~3°第27頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§3-2中心投影的基本知識(shí)一、中心投影和正射投影

?投影：用一組假想的直線將物體向幾何面投射稱為投影。其投射線稱為投影射線，投影的幾何面稱為投影平面。?中心投影：當(dāng)投影射線匯聚于一點(diǎn)時(shí)，稱為中心投影。投影射線的匯聚點(diǎn)S稱為投影中心。第28頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三?正射投影：當(dāng)諸投影射線都平行于某一固定方向時(shí)，稱為平行投影。平行投影中，當(dāng)投影射線與投影平面成斜交時(shí)，成為斜投影。當(dāng)投影射線與投影平面成正交時(shí)稱正射投影。?測(cè)量中地面與地形圖的投影關(guān)系為正射投影。第29頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地形圖的數(shù)學(xué)特征為：①地形圖上任意兩點(diǎn)間的距離與相應(yīng)地面點(diǎn)的水平距離之比為一常數(shù)（成圖比例尺）。②由地形圖上任意一點(diǎn)引出的兩方向線之間的夾角，等于地面上對(duì)應(yīng)的水平角。第30頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§3-4攝影測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)PS物方像方問(wèn)題的提出：第31頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三一、像方坐標(biāo)系

1、像平面上的直角坐標(biāo)系（o-xy）：是影像平面內(nèi)的直角坐標(biāo)系，用以表示像點(diǎn)在像平面上的位置。主要有兩種表示方法：框標(biāo)坐標(biāo)系和像平面直角坐標(biāo)系。像平面直角坐標(biāo)系yxxyoPyxxyoP第32頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、像空間(直角)坐標(biāo)系（S-xyz）?像空間直角坐標(biāo)系是隨著每張航攝像片攝影瞬間的空間方位而定的。所以，不同航攝像片的像空間直角坐標(biāo)系方向是不統(tǒng)一的。Sxoxyyz第33頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、像空間輔助坐標(biāo)系（S-uvw）是一種過(guò)渡性的坐標(biāo)系，w軸可以取鉛垂方向,而u軸通常與航向一致。Sxoxyyzuvw第34頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、物方坐標(biāo)系

1、地面測(cè)量坐標(biāo)系（T–XtYtZt）地面測(cè)量坐標(biāo)系是指國(guó)家統(tǒng)一的、國(guó)家測(cè)圖所用的G-K3°帶或6°帶投影的1980西安坐標(biāo)系和1985國(guó)家高程基準(zhǔn)黃海高程系。Sxoxyyzuvw第35頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系（D–XYZ）?攝影測(cè)量中，習(xí)慣用右手空間直角坐標(biāo)系，而野外控制測(cè)量提供的控制點(diǎn)坐標(biāo)是屬于左手系的地面測(cè)量坐標(biāo)，由于攝影測(cè)量工作的需要，需要將地面控制點(diǎn)的左手系坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為右手系坐標(biāo)，最后再將攝影測(cè)量成果轉(zhuǎn)化到地面測(cè)量坐標(biāo)系，地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系就是攝影測(cè)量坐標(biāo)與地面測(cè)量坐標(biāo)互相轉(zhuǎn)換的過(guò)渡性坐標(biāo)系。?地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系是一種過(guò)渡的符合右手規(guī)則的空間直角坐標(biāo)系，原點(diǎn)通常選在地面某一控制點(diǎn)，Ztp軸為過(guò)該點(diǎn)的鉛垂線，向上為正，和地面測(cè)量坐標(biāo)系的Zt

軸平行，Xtp軸與航線方向一致。第36頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三地?cái)z坐標(biāo)系Sxoxyyzuvw原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，Z軸與地面測(cè)量坐標(biāo)系的Zt軸平行，X軸與航線一致第37頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§3-5

航攝像片的內(nèi)、外方位元素(Interior&ExteriorOrientationElements)

(Internal&ExternalParameters)PS攝影瞬間像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系第38頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Aa1a2S1S2不同攝站點(diǎn)S1，S2的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系第39頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三多個(gè)攝站點(diǎn)的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系第40頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三PS一、內(nèi)方位元素（interiororientationelements）SO（x0，y0）Px0,y0,-f(在S-xyz中)確定攝影中心相對(duì)于影像位置關(guān)系的參數(shù)稱為影像的內(nèi)方位元素。利用內(nèi)方位元素可將像點(diǎn)在框標(biāo)坐標(biāo)系P–xy中的量測(cè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空坐標(biāo)系中的坐標(biāo)S–xyz。用于解析計(jì)算。第41頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三?在恢復(fù)像片內(nèi)方位元素的基礎(chǔ)上，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)稱為外方位元素。一張像片有6個(gè)外方位元素。3個(gè)直線元素和3個(gè)角元素。二、外方位元素（exteriororientationelements）SO（x0，y0）Px0,y0,-fSO（x0，y0）Px0,y0,-fSO（x0，y0）Px0,y0,-f第42頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三個(gè)直線元素是指攝影機(jī)曝光時(shí)，物鏡S相對(duì)于地面選定的地面空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值XS，YS，ZS，地面空間直角坐標(biāo)系可以是左手系的地面直角坐標(biāo)系，也可以是右手系的地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系。（如不特殊說(shuō)明，一般是指地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系）外方位元素（三個(gè)直線元素）ZSSxoxyyzXYZXSYSN第43頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三ZSSxoxyyzXSYSN?三個(gè)角元素是用來(lái)描述像片在攝影瞬間空間姿態(tài)的要素。理想姿態(tài)（主光軸鉛垂，水平）到實(shí)際攝影時(shí)的姿態(tài)（要旋轉(zhuǎn)三個(gè)角度）。第44頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三?航向傾角（

）：主光軸SO在XZ平面上的投影SOX

與Z坐標(biāo)軸的夾角。?旁向傾角（

）：投影方向SO與其在XZ平面上的投影SOX

的夾角。?像片旋角（）：Y坐標(biāo)軸與SOXO組成的平面與像平面的交線和y軸的夾角。外方位元素（三個(gè)角元素）以Y軸為主軸ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ第45頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§3-6像點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)變換與中心投影構(gòu)像方程一、像點(diǎn)空間坐標(biāo)變換ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ第46頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第47頁(yè)，共57頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、中心投影構(gòu)像方程示（共線方程）問(wèn)題的提出：我們已經(jīng)知道了確定攝影模型所需要的參數(shù)。但是，要進(jìn)行模型的解析運(yùn)算，還要確定模型的數(shù)學(xué)解析關(guān)系式。為了研究像點(diǎn)與地面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的數(shù)學(xué)關(guān)系，必須建立中心投影的構(gòu)像方程。ZSSxoxyyzuvwXSYSNOXDXYZ第48頁(yè)，共57