3攝影測量基礎(chǔ)知識

1、第三章：攝影測量基礎(chǔ)知識第三章：攝影測量基礎(chǔ)知識 3.1 3.1 航空攝影航空攝影 3.2 3.2 中心投影的基本知識中心投影的基本知識 3.3 3.3 航攝像片上的特殊的點(diǎn)線面航攝像片上的特殊的點(diǎn)線面 3.4 3.4 攝影測量常用的坐標(biāo)系攝影測量常用的坐標(biāo)系 3.5 3.5 航攝像片的內(nèi)外方位元素航攝像片的內(nèi)外方位元素 3.6 3.6 中心投影構(gòu)像方程中心投影構(gòu)像方程 3.7 3.7 航攝像片上的像點(diǎn)位移航攝像片上的像點(diǎn)位移一、攝影比例尺與攝影航高一、攝影比例尺與攝影航高3-13-1 航空攝影航空攝影 像片比例尺像片比例尺： 在同一高度上進(jìn)行空中攝影，所得像片的比例尺基本上是在同一高度上進(jìn)行

2、空中攝影，所得像片的比例尺基本上是一致的。但由于空中氣流或其它因素的影響，會使攝影比例一致的。但由于空中氣流或其它因素的影響，會使攝影比例尺發(fā)生變化。如果相鄰兩像片的比例尺相差太大，則會影響尺發(fā)生變化。如果相鄰兩像片的比例尺相差太大，則會影響像對的立體觀察。相鄰兩像片的比例尺之差超出航測儀器的像對的立體觀察。相鄰兩像片的比例尺之差超出航測儀器的允許范圍時，則無法進(jìn)行作業(yè)，為此，攝影比例尺的變化要允許范圍時，則無法進(jìn)行作業(yè)，為此，攝影比例尺的變化要有一定的限制。測量規(guī)范規(guī)定同一航帶內(nèi)最大航高與最小航有一定的限制。測量規(guī)范規(guī)定同一航帶內(nèi)最大航高與最小航高之差不得大于高之差不得大于30m；攝影區(qū)域內(nèi)

3、實(shí)際航高與設(shè)計(jì)航高之差；攝影區(qū)域內(nèi)實(shí)際航高與設(shè)計(jì)航高之差不得大于不得大于50m。 航高：指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對于某一航高：指攝影飛機(jī)在攝影瞬間相對于某一水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面的高度，從該水準(zhǔn)面起算向上為正。航高分為的高度，從該水準(zhǔn)面起算向上為正。航高分為相對相對航高航高和和絕對航高絕對航高。Hfm/1Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004ffHH 相對航高是指攝影機(jī)物鏡相對于某一基準(zhǔn)面的高度，常稱相對航高是指攝影機(jī)物鏡相對于某一基準(zhǔn)面的高度，常稱為攝影航高。它是相對于被攝區(qū)域內(nèi)地面平

4、均高程基準(zhǔn)面的為攝影航高。它是相對于被攝區(qū)域內(nèi)地面平均高程基準(zhǔn)面的設(shè)計(jì)航高。設(shè)計(jì)航高。 絕對航高是相對于平均海平面的航高，是指攝影機(jī)瞬間的絕對航高是相對于平均海平面的航高，是指攝影機(jī)瞬間的真實(shí)海拔高度。真實(shí)海拔高度。攝影比例尺的選擇：攝影比例尺的選擇：攝影比例尺。控制攝影計(jì)劃設(shè)計(jì)攝影比例尺?？刂茢z影計(jì)劃設(shè)計(jì)時的像片比例尺。比例尺的選取與成圖比例尺、攝影時的像片比例尺。比例尺的選取與成圖比例尺、攝影測量內(nèi)業(yè)成圖方法和成圖精度等因素有關(guān)。測量內(nèi)業(yè)成圖方法和成圖精度等因素有關(guān)。比例尺類別比例尺類別航攝比例尺航攝比例尺成圖比例尺成圖比例尺大比例尺大比例尺1：2000 1：30001：5001：4000

5、 1：60001：1000中比例尺中比例尺1：15000 1：200001：100001：25000 1：35000小比例尺小比例尺1：35000 1：550001：50000二、空中攝影過程：二、空中攝影過程： 攝影類型：攝影類型：豎直航空攝影分為：面積航空攝影、條狀地帶航豎直航空攝影分為：面積航空攝影、條狀地帶航空攝影、獨(dú)立地塊航空攝影?？諗z影、獨(dú)立地塊航空攝影。攝影基線：航向相鄰兩個攝影站間的距離攝影基線：航向相鄰兩個攝影站間的距離P1S1P2S2SES:S:攝影基線攝影基線三、攝影測量生產(chǎn)對攝影資料的基本要求三、攝影測量生產(chǎn)對攝影資料的基本要求1、影像的色調(diào)、影像的色調(diào)2、像片重疊、像

6、片重疊3、像片傾角、像片傾角4、航線彎曲、航線彎曲5、像片旋角、像片旋角1、影像的色調(diào)：（、影像的色調(diào)：（清晰，色調(diào)一致清晰，色調(diào)一致）2、 像片重疊度像片重疊度 像片重疊度。像片重疊度。攝影測量使用的航攝像片，要求沿航線飛行方攝影測量使用的航攝像片，要求沿航線飛行方向兩相鄰像片上對所攝地面有一定的重疊影像，這種重疊部分向兩相鄰像片上對所攝地面有一定的重疊影像，這種重疊部分稱為稱為航向重疊度航向重疊度(heading overlap)。對于面積航空攝影而言，。對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，這種重疊部分稱為稱

7、為旁向重疊度旁向重疊度(side overlap)。像片的重疊部分是立體觀察和。像片的重疊部分是立體觀察和像片連接所必須的條件。像片連接所必須的條件。236723682369237023892388238724472448244924502467246624652464%100 xxxLlp123Lxlx航向重疊度應(yīng)達(dá)到60%60%65%65%，最小應(yīng)有56%56%-1-1Lyly旁向重疊度%100yyyLlq應(yīng)達(dá)到30%35% ，最小應(yīng)有13%3、像片傾角、像片傾角垂直攝影垂直攝影：以測繪地形圖為目的的空中攝影多采用以測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

8、主垂直攝影的方式。要求航攝機(jī)在曝光的瞬間物鏡主光軸垂直于地面。像片傾角要小于光軸垂直于地面。像片傾角要小于 2 3 4、航線彎曲、航線彎曲把一條航線的航攝像片根據(jù)地物影像拼接起來，各張像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，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，稱航線彎曲稱航線彎曲 航線最大彎曲矢量與航線長度之比的百分?jǐn)?shù)。要求航線彎曲度3%Ll航線彎曲o2 一張像片上相鄰主點(diǎn)連線與同方向框標(biāo)連線間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。要求像片旋角的夾角。要求像片旋角6像片旋角過大會減少立體像對的有效范圍像片旋

9、角過大會減少立體像對的有效范圍o1像片旋角Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,20043-2 航攝像片與地形圖航攝像片與地形圖投影方式投影投影：用一組假象的直線將物體向幾何面用一組假象的直線將物體向幾何面投影。投影。投影射線投影射線：投影的直線。：投影的直線。投影平面投影平面：投影的幾何面。：投影的幾何面。當(dāng)投影射線匯聚于一點(diǎn)的投影，稱為當(dāng)投影射線匯聚于一點(diǎn)的投影，稱為中心投影中心投影。投影射線。投影射線的匯聚點(diǎn)的匯聚點(diǎn)S稱為稱為投影中心投影中心。abcSABCabcSABC投影中

10、心投影中心物點(diǎn)物點(diǎn)投影投影點(diǎn)點(diǎn)投影平投影平面面投影射線投影射線投影射線都平行于某一固定方向的投影的投影稱為投影射線都平行于某一固定方向的投影的投影稱為平行投影平行投影。斜投影斜投影投影射線與投影投影射線與投影平面斜交平面斜交正射投影正射投影投影射線與投影投影射線與投影平面正交平面正交Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影航攝像片為中心投影，地形圖為正射投影Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Ma

11、pping EngineeringPhotogrammetry,2004地形圖的特點(diǎn)：地形圖的特點(diǎn)：1、地形圖上任意兩點(diǎn)間的距離與相應(yīng)地面點(diǎn)的水地形圖上任意兩點(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）。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、由地形圖上任意一點(diǎn)引出的兩方向線之間的夾角，等于地面上對應(yīng)的水平角。角，等于地面上對應(yīng)的水平角。Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004航攝像片的特點(diǎn)：航攝像片的特點(diǎn)： 當(dāng)像片傾斜或

12、地形起伏時，地面點(diǎn)在航攝像片當(dāng)像片傾斜或地形起伏時，地面點(diǎn)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)生的位置差異稱像點(diǎn)位移。異稱像點(diǎn)位移。SABCabc0a0b0c理想狀態(tài)理想狀態(tài)：地面平坦，：地面平坦，像片水平像片水平SABCabc0a0b0c實(shí)際狀態(tài)實(shí)際狀態(tài)：地面不平坦，：地面不平坦，像片不水平像片不水平fHPhotogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004Photo Map 由于存在像片傾斜和地形起伏兩種誤差的影響，致使影像發(fā)生由于存在像片

13、傾斜和地形起伏兩種誤差的影響，致使影像發(fā)生幾何變形，反映為影像比例尺有不同的變化，相關(guān)方位也發(fā)生變幾何變形，反映為影像比例尺有不同的變化，相關(guān)方位也發(fā)生變化。若利用航攝像片制作正射影像圖時，必須消除傾斜誤差和投化。若利用航攝像片制作正射影像圖時，必須消除傾斜誤差和投影誤差，統(tǒng)一像片上各處比例尺，使中心投影的航攝像片轉(zhuǎn)化為影誤差，統(tǒng)一像片上各處比例尺，使中心投影的航攝像片轉(zhuǎn)化為正射投影的影像。正射投影的影像。Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004SP0PS Sf ffhchcm

14、0maMm0 1、傾斜誤差定義 同攝站同主距的傾斜像片和水平像片沿等比線重合時,地面點(diǎn)在傾斜像片上的像點(diǎn)與相應(yīng)水平像片上像點(diǎn)之間的直線移位。ca幾何學(xué)上，等比線可以視為是傾斜像片與同主距水平像片的交線。 一一 因像片傾斜引起的像點(diǎn)移位因像片傾斜引起的像點(diǎn)移位Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004 sinsin2frca傾斜誤差近似公式 sinsinsinsin2ccarfr傾斜誤差嚴(yán)密公式rcr0chcmm0a0cycy0cxcxi0,ccyy0,ccxx(m0)2、公式推導(dǎo)

15、Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,20043、傾斜誤差性質(zhì)等比線上的點(diǎn)不存在像片傾斜引起的像點(diǎn)位移；當(dāng)0,180000a ，則ccrr0，像點(diǎn)朝向等角點(diǎn)位移；當(dāng)0,1800a，則ccrr0，像點(diǎn)背向等角點(diǎn)位移；當(dāng)1sin,270、90，即在向徑相等的情況下，位于主縱線上的像點(diǎn)的傾斜誤差最大。Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004 二二 因地形起伏引起的像點(diǎn)移位因

16、地形起伏引起的像點(diǎn)移位pT投影誤差ShHA0aa0ttVA 1、投影誤差定義 當(dāng)?shù)孛嬗衅鸱鼤r，高于或低于所選定的基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)的像點(diǎn)，與該地面點(diǎn)在基準(zhǔn)面上的垂直投影點(diǎn)的像點(diǎn)之間的直線移位。h記為:Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004 二二 因地形起伏引起的像點(diǎn)移位因地形起伏引起的像點(diǎn)移位)6(2sinsin212sinsin21 arHfhafrrHhhnnn )7()2sinsin21 (frrHhhnn )8(rHhh 投影誤差 嚴(yán)密公式：投影誤差 近似公式：水平像片的

17、 投影誤差公式： 2、公式推導(dǎo)Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004SHhON )(on)(A0Aa0aBPhotogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004 二二 因地形起伏引起的像點(diǎn)移位因地形起伏引起的像點(diǎn)移位rHhh 產(chǎn)生的方向 移位的方向 移位的大小 (定性)像底點(diǎn)輻射線上。0h0h遠(yuǎn)離像底點(diǎn)靠近像底點(diǎn) 在選定基準(zhǔn)面的情況下，地面點(diǎn)的高差越大，輻射距越大，則投影誤

18、差越大。 基準(zhǔn)面的相對航高越大，則投影誤差越小。 投影誤差具有相對性。 3、投影誤差性質(zhì)Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,20040 xPoScfP00nxy0yf像片傾斜引起像點(diǎn)位移像片傾斜引起像點(diǎn)位移A0ASa0a地形起伏引起像點(diǎn)位移地形起伏引起像點(diǎn)位移h 航攝像片只要消除航攝像片只要消除像片傾斜像片傾斜與與地形起伏地形起伏引起的像點(diǎn)位移，就引起的像點(diǎn)位移，就能將中心投影變換為正射投影。要使這種投影具有成圖比例尺能將中心投影變換為正射投影。要使這種投影具有成圖比例尺1/M，則

19、航空攝影時，攝站點(diǎn)到攝區(qū)平均高程基準(zhǔn)面的航高應(yīng)，則航空攝影時，攝站點(diǎn)到攝區(qū)平均高程基準(zhǔn)面的航高應(yīng)滿足滿足 H = f M 航攝像片與地形圖的區(qū)別比比 例例 尺：尺：地形圖屬于正射投影，具有統(tǒng)一比例尺，即地形圖上所地形圖屬于正射投影，具有統(tǒng)一比例尺，即地形圖上所有的圖形不僅與實(shí)際形狀完全相似，而且其方位也保持不變。航片有的圖形不僅與實(shí)際形狀完全相似，而且其方位也保持不變。航片屬于中心投影，因存在像片傾斜和地形起伏誤差的影響，導(dǎo)致影像屬于中心投影，因存在像片傾斜和地形起伏誤差的影響，導(dǎo)致影像有變形，無統(tǒng)一比例尺。有變形，無統(tǒng)一比例尺。表示方法：表示方法：地形圖為線劃圖，它是按照成圖比例尺所規(guī)定的各

20、種符地形圖為線劃圖，它是按照成圖比例尺所規(guī)定的各種符號、注記和等高線來表示地物、地貌的。航攝像片為影像圖，表示號、注記和等高線來表示地物、地貌的。航攝像片為影像圖，表示為影像的大小、形狀和色調(diào)。為影像的大小、形狀和色調(diào)。表示內(nèi)容：表示內(nèi)容：地形圖用相應(yīng)的符號和文字、數(shù)字注記表示，而在像片地形圖用相應(yīng)的符號和文字、數(shù)字注記表示，而在像片上是表示不出來的；地圖需要綜合取舍，只表示那些經(jīng)選擇的有意上是表示不出來的；地圖需要綜合取舍，只表示那些經(jīng)選擇的有意義的地物，而像片展示所有地物的全部影像。義的地物，而像片展示所有地物的全部影像。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

21、觀察攝影測量的主要任務(wù)之一攝影測量的主要任務(wù)之一：3-33-3 航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面航攝像片上特殊的點(diǎn)、線、面EPvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCcTT 將空間點(diǎn)、線做中心投影，在投影平面將空間點(diǎn)、線做中心投影，在投影平面P上得到一一對應(yīng)上得到一一對應(yīng)的點(diǎn)、線，這種經(jīng)中心投影取得的一一對應(yīng)的投影關(guān)系稱的點(diǎn)、線，這種經(jīng)中心投影取得的一一對應(yīng)的投影關(guān)系稱為為透視變換透視變換。Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004點(diǎn)：攝影中心攝影中心S、像主點(diǎn)、像主點(diǎn)o

22、、地主點(diǎn)、地主點(diǎn)O、 像底點(diǎn)像底點(diǎn)n、地底點(diǎn)、地底點(diǎn)N、等角、等角點(diǎn)點(diǎn)c、地面等角點(diǎn)、地面等角點(diǎn)C、主合點(diǎn)、主合點(diǎn)i面：地平面地平面E、像平面、像平面P、主垂面、主垂面W、真水平面、真水平面Es線：透視軸透視軸TT、主光軸、主光軸SoO、主垂線、主垂線SnN 基本方向線基本方向線VV、主縱線主縱線vv 、等角線、等角線ScC 、主合線、主合線hihi、主橫線、主橫線hoho、等比線、等比線hchcEPvvVVShihiWhohohchcEsJiNnOoCcTTctgfoitgfoctgfon2重要點(diǎn)線的數(shù)學(xué)關(guān)系sinsinHiVSJfciSi2HtgCNHtgONEPTTvvVVSWJiNnO

23、oCc等角點(diǎn)特性當(dāng)?shù)孛嫫教箷r，當(dāng)?shù)孛嫫教箷r，傾斜像片上只有傾斜像片上只有以等角點(diǎn)為頂點(diǎn)以等角點(diǎn)為頂點(diǎn)的方向角與地面的方向角與地面相應(yīng)角大小相等。相應(yīng)角大小相等。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，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(diǎn) 線特征3-43-4 攝影測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)攝影測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)PS物物 方方像像 方方問題的提出：問題的提出：),(yx),(ZYXAa一、像方坐標(biāo)系一、像方坐標(biāo)系（用來表示像點(diǎn)的平面位置和空間坐標(biāo)） 1、像平面直角坐標(biāo)系、像平面直角坐標(biāo)系 像平面直角坐標(biāo)系是以像平面直角

24、坐標(biāo)系是以像主點(diǎn)為原點(diǎn)像主點(diǎn)為原點(diǎn)的右手平面坐標(biāo)系，用的右手平面坐標(biāo)系，用O-xy表示。表示。實(shí)實(shí)際應(yīng)用中，常采用際應(yīng)用中，常采用框標(biāo)連線交點(diǎn)為原點(diǎn)框標(biāo)連線交點(diǎn)為原點(diǎn)的右手平面坐標(biāo)系的右手平面坐標(biāo)系P-xy，稱為框標(biāo)平，稱為框標(biāo)平面坐標(biāo)系。但解析計(jì)算中，須將像框標(biāo)坐標(biāo)系原點(diǎn)平移至像主點(diǎn)。面坐標(biāo)系。但解析計(jì)算中，須將像框標(biāo)坐標(biāo)系原點(diǎn)平移至像主點(diǎn)。yxxyoPyxxyoP2、像空間直角坐標(biāo)系（、像空間直角坐標(biāo)系（S-xyz）像空間坐標(biāo)系是描述像點(diǎn)像空間坐標(biāo)系是描述像點(diǎn)在像空間位置的坐標(biāo)系。在像空間位置的坐標(biāo)系。其以攝影中心其以攝影中心S為原點(diǎn)，為原點(diǎn)，x、y軸與像平面坐標(biāo)系的軸與像平面坐標(biāo)系的x、

25、y軸平行，軸平行，Z軸與主光軸重軸與主光軸重合，形成像空間右手坐標(biāo)合，形成像空間右手坐標(biāo)系系S-xyz，每個像點(diǎn)的，每個像點(diǎn)的Z坐坐標(biāo)都等于標(biāo)都等于 -f，而，而x，y坐標(biāo)坐標(biāo)就是像點(diǎn)在像平面坐標(biāo)就是像點(diǎn)在像平面坐標(biāo)x，y。 像空間直角坐標(biāo)系是隨像空間直角坐標(biāo)系是隨著每張航攝像片攝影瞬間著每張航攝像片攝影瞬間的空間方位而定的。所以，的空間方位而定的。所以，不同航攝像片的像空間直不同航攝像片的像空間直角坐標(biāo)系是各自獨(dú)立的。角坐標(biāo)系是各自獨(dú)立的。Sxoxyyz3、像空間輔助坐標(biāo)系、像空間輔助坐標(biāo)系 由于各像片的像空間坐標(biāo)系不統(tǒng)一，計(jì)算困難，為此，需要建立一種由于各像片的像空間坐標(biāo)系不統(tǒng)一，計(jì)算困難

26、，為此，需要建立一種相對統(tǒng)一的坐標(biāo)系，稱為像空間輔助坐標(biāo)系。它是像空間和物空間過渡相對統(tǒng)一的坐標(biāo)系，稱為像空間輔助坐標(biāo)系。它是像空間和物空間過渡性的右手坐標(biāo)系，用性的右手坐標(biāo)系，用S uvw表示，其坐標(biāo)原點(diǎn)任取攝影中心表示，其坐標(biāo)原點(diǎn)任取攝影中心S，坐標(biāo)軸，坐標(biāo)軸依情況而定。依情況而定。Sxoxyyzuvw 通常像空間輔助坐標(biāo)系通常像空間輔助坐標(biāo)系（S-XYZ）三種選取方法：三種選取方法：原點(diǎn)、軸向、作用原點(diǎn)、軸向、作用SoAaxyxyxyzGXGYGZOTXTYTZTOXZYXZYXZYXZYM二、物方坐標(biāo)系二、物方坐標(biāo)系 （用于描述地物點(diǎn)在物方空間的位置）（用于描述地物點(diǎn)在物方空間的位置）

27、1、地面測量坐標(biāo)系（、地面測量坐標(biāo)系（T X t Y t Z t ） 地面測量坐標(biāo)系是指地面測量坐標(biāo)系是指空間大地基準(zhǔn)下的高斯空間大地基準(zhǔn)下的高斯-克呂格克呂格3帶或帶或6帶帶（或任意帶）投影的平（或任意帶）投影的平面直角坐標(biāo)系（如面直角坐標(biāo)系（如1980西安坐標(biāo)系和西安坐標(biāo)系和1954北京北京坐標(biāo)系）與定義的從某坐標(biāo)系）與定義的從某一基準(zhǔn)面量起的高程系一基準(zhǔn)面量起的高程系（1956年黃海高程和年黃海高程和1985國家基準(zhǔn)高程），國家基準(zhǔn)高程），兩者組合而成的空間左兩者組合而成的空間左手直角坐標(biāo)系。手直角坐標(biāo)系。tXtYtZTSxoxyyzuvw2、地面攝影測量坐標(biāo)系（、地面攝影測量坐標(biāo)系（D

28、 X Y Z ） 由于攝影測量坐標(biāo)系是右手系，而地面測量坐標(biāo)系是左手系，需要在兩種坐標(biāo)系之間建立一個過渡性坐標(biāo)系，稱為地面攝影測量坐標(biāo)系。YZXD地?cái)z坐標(biāo)系地?cái)z坐標(biāo)系tXtYtZTSxoxyyzuvw原點(diǎn)為地面某一控制原點(diǎn)為地面某一控制點(diǎn)，點(diǎn)， Z軸與地面測量軸與地面測量坐標(biāo)系的坐標(biāo)系的Zt軸平行，軸平行， X軸與航線一致軸與航線一致3-5 航攝像片的內(nèi)、外方位元素航攝像片的內(nèi)、外方位元素PS 用來確定攝影時攝影中心、像片與地用來確定攝影時攝影中心、像片與地面三者相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)。面三者相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)。Aa1a2S1S2 不同攝站點(diǎn)不同攝站點(diǎn)S1，S2的像片、地面和攝站點(diǎn)之的像片、地面和

29、攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系間的幾何關(guān)系框標(biāo)坐標(biāo)系像空間坐標(biāo)系像空輔坐標(biāo)系關(guān)系？關(guān)系？內(nèi)方位元素外方位元素多個攝站點(diǎn)的像片、地面多個攝站點(diǎn)的像片、地面和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系和攝站點(diǎn)之間的幾何關(guān)系PS一、內(nèi)方位元素（一、內(nèi)方位元素（interior orientation elements ）SO（x0，y0）Px0 , y0 , -f (在在S-xyz中中)確定確定攝影中心與像片之間相關(guān)攝影中心與像片之間相關(guān)位置關(guān)系的參數(shù)稱位置關(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)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)系系 P x y 中的量測坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)中的

30、量測坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo) S x y z ，用于解析計(jì)算。，用于解析計(jì)算。 在恢復(fù)像片內(nèi)方位元素的基礎(chǔ)上，確定在恢復(fù)像片內(nèi)方位元素的基礎(chǔ)上，確定在在地面空間直角坐地面空間直角坐標(biāo)系中標(biāo)系中攝影光束在攝影光束在攝影瞬間的空間攝影瞬間的空間位置位置和和姿態(tài)姿態(tài)的參數(shù)稱為的參數(shù)稱為外方位元素。一張像片有外方位元素。一張像片有6個外方位元素。個外方位元素。3個個直線元素直線元素和和3個個角元素角元素。二、外方位元素（二、外方位元素（ exterior orientation elements ）SO（x0，y0）Px0 , y0 , -f SO（x0，y0）Px0 , y0 , -f SO（

31、x0，y0）Px0 , y0 , -f 三個直線元素是指攝三個直線元素是指攝影機(jī)曝光時，攝影中影機(jī)曝光時，攝影中心心S 在地面空間直角在地面空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值（X S， Y S ，Z S ），地面空間直角坐標(biāo)系地面空間直角坐標(biāo)系可以是左手系的地面可以是左手系的地面測量直角坐標(biāo)系，也測量直角坐標(biāo)系，也可以是右手系的地面可以是右手系的地面攝影測量坐標(biāo)系。攝影測量坐標(biāo)系。（如不特殊說明，一（如不特殊說明，一般是指地面攝影測量般是指地面攝影測量坐標(biāo)系）坐標(biāo)系）外方位元素（三個直線元素）外方位元素（三個直線元素）ZXDYZ SSxoxyyzXYZX SY SNZXDYZ SSxox

32、yyzX SY SN 三個角元素三個角元素是用來描述像是用來描述像片在攝影瞬間片在攝影瞬間的的空間姿態(tài)空間姿態(tài)。理想姿態(tài)（主理想姿態(tài)（主光軸鉛垂，像光軸鉛垂，像片水平）到實(shí)片水平）到實(shí)際攝影時的姿際攝影時的姿態(tài)（要旋轉(zhuǎn)三態(tài)（要旋轉(zhuǎn)三個角度）。個角度）。 航向傾角航向傾角（ ）：）：主光軸主光軸 SO 在在 Suw 平面上的投影平面上的投影 SOX 與與 w 坐標(biāo)軸的夾角。坐標(biāo)軸的夾角。 旁向傾角旁向傾角（ ）：）：投影方向投影方向 SO 與其在與其在 Suw 平面上的投影平面上的投影 SOX 的夾角。的夾角。 像片旋角像片旋角（ ）：）：v坐標(biāo)軸與坐標(biāo)軸與 SOXO 組組成的平面與像平面成的平

33、面與像平面的交線和的交線和 y軸的夾角。軸的夾角。外方位元素（三個角元素）以外方位元素（三個角元素）以 v 軸為主軸軸為主軸Z SSxoxyyzuvwX SY SNOX ODXYZPhotogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004一、像點(diǎn)空間坐標(biāo)變換一、像點(diǎn)空間坐標(biāo)變換Z SSxoxyyzuvwX SY SNOX ODXYZ.,32

34、1321321方向余弦iiicbacccbbbaaaRfyxRwvu3-6 像點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)變換與中心投影構(gòu)像方程像點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)變換與中心投影構(gòu)像方程1 1、S-uvwS-uvw繞繞v v軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角，得到角，得到S-xS-xy yz z：夾角夾角x y z u9090+v90090w90-90uwx z Sucos0sinv010wsin0cosxxyRyzz則有：則有：二、確定方向余弦二、確定方向余弦 方向余弦是像空間坐標(biāo)系與像空間坐標(biāo)系相應(yīng)兩坐標(biāo)系間方向余弦是像空間坐標(biāo)系與像空間坐標(biāo)系相應(yīng)兩坐標(biāo)系間夾角的余弦值。夾角的余弦值。2 2、S-xS-xy yz z繞繞xx軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角

35、，得到角，得到S-xS-xy yz zyzyzS夾角夾角xyzx 09090y 9090+z 9090-1000cossin0sincosxxxyyRyzzz則有：則有：二、確定方向余弦二、確定方向余弦3 3、S-xS-xy yz z繞繞z z(So(So軸軸) )旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，得到，得到S-xyzS-xyz夾角夾角xYzx90+ 90y90- 90z90900cossin0sincos0001xxxyyRyzzz 則有：則有：xyySx二、確定方向余弦二、確定方向余弦 將將3 3代入代入2 2，2 2代入代入1 1中，可得關(guān)系到像空間坐標(biāo)系與像中，可得關(guān)系到像空間坐標(biāo)系與像空輔坐標(biāo)系之間

36、的關(guān)系式：空輔坐標(biāo)系之間的關(guān)系式：cos0sin100cossin00100cossinsincos0sin0cos0sincos001111222333uxvR R Rywfxyfabcxabcyabcf 二、確定方向余弦二、確定方向余弦ERcccbbbaaa :0coscoscossincossinsincossinsincoscossincoscossincossinsinsincossinsinsincoscos321321321時時當(dāng)當(dāng) 二、確定方向余弦二、確定方向余弦像片地面中心投影中心投影攝影測量攝影測量問題提出問題提出三、中心投影構(gòu)像方程式三、中心投影構(gòu)像方程式共線方程共線方程 在理想情況下，攝影瞬間在理想情況下，攝影瞬間像點(diǎn)、投影中心、像點(diǎn)、投影中心、物點(diǎn)物點(diǎn)位于同一條直線上，描述這三點(diǎn)共線的位于同一條直線上，描述這三點(diǎn)共線的數(shù)學(xué)表達(dá)式稱之為共線條件方程。數(shù)學(xué)表達(dá)式稱之為共線條件方程。問題的提出問題的提出：我們：我們已經(jīng)知道了確定攝已經(jīng)知道了確定攝影模型所需要的參影模型所需要的參數(shù)。但是，要進(jìn)