第二章 攝影測(cè)量解析基礎(chǔ)

第二章單像影像解析基礎(chǔ)西北師范大學(xué)張彥麗地環(huán)學(xué)院地信系內(nèi)容提要一、航攝像片的投影關(guān)系二、共線方程三、單幅影像解析基礎(chǔ)§2.1航攝像片的投影關(guān)系一、航空攝影機(jī)二、航空攝影與航攝像片三、航攝像片與地形圖的差別四、中心投影透視變換作圖主要內(nèi)容像場(chǎng)角常角：(視場(chǎng)角<75。)寬角：(視場(chǎng)角＝75。

~100。)特寬角：(視場(chǎng)角>100。)長(zhǎng)焦距：(主距>200mm)中焦距：(主距＝100～200mm)短焦距：(主距<100mm)焦距主光軸：通過薄透鏡兩個(gè)球面球心的直線像平面、框標(biāo)(機(jī)械框標(biāo)、光學(xué)框標(biāo))、框標(biāo)坐標(biāo)系物距、像距（兩者比例大小在遙感中的特點(diǎn)）像主點(diǎn)、像片內(nèi)方位元素§2.1.1

光學(xué)航空攝影機(jī)像幅18cm×18cm23cm×23cm30cm×30cm航攝像片為量測(cè)像片，有光學(xué)框標(biāo)和機(jī)械框標(biāo)航攝像片的大小為18cm×18cm,23cm×23cm航攝像片光學(xué)框標(biāo)機(jī)械框標(biāo)單面陣航空數(shù)碼相基本參數(shù)見P15多面陣航空數(shù)碼相機(jī)大幅面CCD生產(chǎn)技術(shù)困難，因此，由小面陣拼接而成大面陣三線陣航空數(shù)碼相機(jī)ADS40能為每條航線上獲取三個(gè)不同投影方向（前視、下視和后視）的影像。很多衛(wèi)星影像立體像對(duì)均提供這樣三個(gè)不同投影圖像前視、下視和后視。如，ASTER、WORLDBIEW、ALOS等?！?.1.1

數(shù)碼航空攝影機(jī)-無框標(biāo)可攜帶GPS、慣性測(cè)量裝置IMU，有規(guī)則像素排列而成，無框標(biāo)設(shè)備。ZSS利用安裝在航攝飛機(jī)上的航攝儀從空中一定角度對(duì)地面進(jìn)行攝影§2.1.2

航空攝影與航攝像片航攝儀在曝光的瞬間物鏡主光軸保持垂直地面§2.1.2

航空攝影與航攝像片航空攝影沿航線方向相鄰兩張像片應(yīng)有60%左右的航向重疊，相鄰航線間的像片應(yīng)有30%左右的旁向重疊。全程采用豎直攝影方式。按航攝計(jì)劃要求，按規(guī)定的行高和設(shè)計(jì)的方向呈直線飛行，且保持各航線的相互平行。

攝影瞬間攝影機(jī)的主光軸近似與地面垂直，偏離鉛垂線的夾角小于30，夾角為像片傾角鉛垂線像片SA攝影機(jī)主光軸像片豎直攝影123Lxpx航向重疊度?-1Ⅱ-1Lypy旁向重疊度思考：像片重疊度的用途及要求？航向相鄰兩個(gè)攝影站間的距離P1S1P2S2BE攝影基線攝影基線f為攝影機(jī)主距，H為航高視攝影像片水平、地面取平均高程時(shí)，像片上的線段l與地面上相應(yīng)的水平距L

之比為攝影比例尺fH攝影比例尺思考：攝影像片實(shí)際的攝影比例尺特點(diǎn)？根據(jù)基準(zhǔn)面的不同，航高分為相對(duì)航高和絕對(duì)航高。測(cè)圖比例尺航攝比例尺分母測(cè)圖比例尺分母比例尺類型航攝比例尺測(cè)圖比例尺大比例尺1:2000～1:30001:5001:4000～1:60001:1000

1:8000

～1:120001:2000，1:5000中比例尺1:15000～1:200001:50001:10000～1:350001:10000小比例尺1:20000～1:300001:250001:35000～1:550001:50000攝影比例尺的選擇綜合考慮成圖比例尺、攝影測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)成圖方法和成圖精度等因素，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性和攝影資料的可使用性。

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(diǎn)連線不在一條直線上，而呈現(xiàn)為彎彎曲曲的折線，稱航線彎曲

航線彎曲度：航線最大彎曲矢量與航線長(zhǎng)度之比的百分?jǐn)?shù)。要求航線彎曲度<3%Ll航線彎曲為了確保攝影測(cè)量精度，提出了攝影質(zhì)量和飛行質(zhì)量的基本要求。思考：航線彎的危害？o2

一張像片上相鄰主點(diǎn)連線與同方向框標(biāo)連線間的夾角。要求像片旋角<60產(chǎn)生的原因及危害？航攝機(jī)定向不準(zhǔn)。像片旋角過大會(huì)減少立體像對(duì)的有效范圍、增加內(nèi)業(yè)困難o1

像片旋角§2.1.3航攝像片與地形圖投影方式投影：用一組假想的直線將物體向幾何面投射投影射線：投影的直線投影平面：投影的幾何面投影射線會(huì)聚于一點(diǎn)的投影稱為中心投影投影中心投影平面投影點(diǎn)投影射線物點(diǎn)正射投影投影射線與投影平面正交斜投影投影射線與投影平面斜交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正射投影地形起伏引起的像點(diǎn)位移spacbABCB0BbAA0sEpb0aa0像片傾斜引起的像點(diǎn)位移航攝像片的特點(diǎn)當(dāng)像片傾斜、地面起伏時(shí)，地面點(diǎn)在航攝像片上構(gòu)像相對(duì)于理想情況下的構(gòu)像所產(chǎn)生的位置差異稱像點(diǎn)位移投影方式：地圖為正射投影，航片為中心投影比例尺：地圖有統(tǒng)一比例尺，航片無統(tǒng)一比例尺表示方法：地圖為線劃圖，航片為影像圖表示內(nèi)容：地圖需要綜合取舍（制圖規(guī)則），航片內(nèi)容豐富幾何差異：航攝像片可組成像對(duì)立體觀察攝影測(cè)量的主要任務(wù)之一：把地面按中心投影規(guī)律獲取的攝影比例尺航攝像片轉(zhuǎn)換成以測(cè)圖比例尺表示的正射投影地形圖航攝像片與地圖的關(guān)系主觀、藝術(shù)所見即所得§2.1.4透視變換作圖像點(diǎn)平面與物點(diǎn)平面這兩個(gè)平面之間的中心投影變換關(guān)系稱為透視變換面：地面E

像片面P

主垂面W

真水平面Es線：跡線TT

主光線SoO

主垂線SnN

攝影方向線VV

主縱線vv

等角線ScC

主合線hihi

主橫線hoho

等比線hchc重要的點(diǎn)線面點(diǎn)：攝影中心S

像主點(diǎn)o

地主點(diǎn)O

像底點(diǎn)n

地底點(diǎn)N

等角點(diǎn)c

地面等角點(diǎn)C

主合點(diǎn)i

主遁點(diǎn)J

EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCc航攝像片中的重要點(diǎn)、線、面透視軸、跡線重要點(diǎn)線的數(shù)學(xué)關(guān)系EPTTvvVVSWJiNnOoCc底點(diǎn)特性鉛垂線在像平面上的構(gòu)像位于以像底點(diǎn)n為輻射中心的相應(yīng)輻射線上Nn重要的點(diǎn)線特征等角點(diǎn)特性在傾斜像片和水平地面上，由等角點(diǎn)c和C所引出的一對(duì)透視對(duì)應(yīng)線無方向偏差，保持著方向角相等Cc重要的點(diǎn)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，不受像片傾斜影響重要的點(diǎn)線特征

已知E平面上有A

點(diǎn)，在像平面上作對(duì)應(yīng)的像aPTTSAT1i作圖步驟：1）找跡點(diǎn)T12）找主合點(diǎn)i3）連T1i與SA，交點(diǎn)為a中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)avvE

已知E平面上有AB

直線，在像平面上作對(duì)應(yīng)的像abPTTSi作圖步驟：1）找跡點(diǎn)T12）找合點(diǎn)i13）連T1i1與SA，交點(diǎn)為a4）連T1i1與SB，交點(diǎn)為b5）a與b

連線中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)avvEhihiABi1bT1

已知垂直物面的空間直線AB，在像平面上作對(duì)應(yīng)的像abPTTSi作圖步驟：1）按E面上點(diǎn)作圖方式確定a2）找像底點(diǎn)n3）連接na4）na與SB的交點(diǎn)為b5）a與b

連線中心投影作圖主合點(diǎn)跡點(diǎn)vvEABba§2.2共線方程主要內(nèi)容一、攝影測(cè)量常用坐標(biāo)系二、航攝像片的方位元素三、空間直角坐標(biāo)變換四、共線方程五、有理函數(shù)模型一、

攝影測(cè)量常用坐標(biāo)系像平面直角坐標(biāo)系pxyoxyaa(x,y)思考：1、像平面坐標(biāo)系與框標(biāo)坐標(biāo)系的關(guān)系？2、內(nèi)方位元素的作用？地面測(cè)量坐標(biāo)系sxyoA(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtA地面測(cè)量坐標(biāo)為國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)系，平面坐標(biāo)為高斯-克呂格3度帶或6度帶投影（1954北京\1980西安\CGCS2000坐標(biāo)系），高程為1985黃海高程系。a（物方）思考：1、攝影測(cè)量的主要任務(wù)？2、基本途徑是由像點(diǎn)坐標(biāo)獲得其地面點(diǎn)坐標(biāo)，但如何實(shí)現(xiàn)？像空間直角坐標(biāo)系sxyxyzoaa(x,y,-f)思考：1、與像平面坐標(biāo)系的聯(lián)系？2、像點(diǎn)在該坐標(biāo)系的特點(diǎn)？3、內(nèi)方位元素的作用？像空間輔助坐標(biāo)系sxyoYXZaa(X,Y,Z)思考：1、像空間坐標(biāo)系與像空間輔助坐標(biāo)系之間的聯(lián)系？2、該坐標(biāo)系建立的目的？地面攝影測(cè)量坐標(biāo)系sxyAao原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，坐標(biāo)軸與像空間輔助坐標(biāo)軸平行。MZtpXtpYtp思考：1.攝影測(cè)量坐標(biāo)系與像空間輔助坐標(biāo)系的聯(lián)系？2.攝影測(cè)量坐標(biāo)系作用?xyzXYZAas(x,y,-f)(Xt,Yt,Zt)tYtXtZtMZtpYtpXtp攝影測(cè)量中的各種坐標(biāo)系兩種物方坐標(biāo)系三種像方坐標(biāo)系。最主要的坐標(biāo)系為像平面坐標(biāo)系和地面?zhèn)茸鴺?biāo)系，其他三種均為過渡坐標(biāo)系。二、

像片的方位元素確定攝影時(shí)刻攝影中心、像片與地面三者之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)叫像片的方位元素確定投影中心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(fù)攝影光束xyp像片內(nèi)方位元素fx0y0So一般由攝影機(jī)檢校確定。soAYXZ確定攝影光束攝影時(shí)刻在地面直角坐標(biāo)系中空間位置和姿態(tài)的參數(shù)：

包括兩類：3個(gè)線元素和3個(gè)角元素像片外方位元素ZsXsYs外方位線元素：描述攝影中心在物方空間坐標(biāo)系中的位置(Xs、Ys、Zs)外方位角元素：描述像片在攝影瞬間的空間姿態(tài)AXYZ像片外方位角元素以Y

軸為主軸的

-

-

轉(zhuǎn)角系統(tǒng)XYZN航向傾角

旁向傾角

像片旋角

osxyzOX我國(guó)習(xí)用的轉(zhuǎn)角系統(tǒng)思考：像片9個(gè)方位元素在攝影測(cè)量幾種坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)化過程中的作用？三、

空間直角坐標(biāo)變換平面坐標(biāo)變換xyox’y’aaa轉(zhuǎn)換為矩陣的形式：xyzXYZas(x,y,-f)(X,Y,Z)像空間坐標(biāo)與像空間輔助坐標(biāo)的變換可以理解為：像空間坐標(biāo)系是像空間輔助坐標(biāo)系（相當(dāng)于攝影光束的起始位置）依次繞相應(yīng)的坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)

，

，

三個(gè)角度以后的位置。

aS-XYZ坐標(biāo)系繞Y軸旋轉(zhuǎn)

角到S-X

YZ

XZSYX

Z

(Y

)以Y軸為主軸的

--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換S-X

YZ

坐標(biāo)系繞X

軸旋轉(zhuǎn)

角到S-X

Y

Z

以Y軸為主軸的

--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換S-X

Y

Z

坐標(biāo)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(biāo)變換以Y軸為主軸的

--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換正交變換矩陣的特點(diǎn)由高等數(shù)學(xué)知道，一個(gè)坐標(biāo)系按三個(gè)角元素順次地繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)即可變換為一個(gè)同原點(diǎn)的坐標(biāo)系，這種變換為正交變換正交變換矩陣的特點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矩陣只有3個(gè)獨(dú)立參數(shù)以Y軸為主軸的

--轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換以X軸為主軸的

’-’-

’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換以X軸為主軸的

’-’-

’轉(zhuǎn)角系統(tǒng)的坐標(biāo)變換以Z軸為主軸的A--v系統(tǒng)的坐標(biāo)變換以Z軸為主軸的A--v系統(tǒng)的坐標(biāo)變換四、共線條件方程主要內(nèi)容