雙像立體測圖基礎與立體測圖

1、 )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx請思考請思考：單張像片能否確：單張像片能否確定地面點的坐標？定地面點的坐標？tpZtpXAptYZ SSxoxyyzuvwX SY SNAaB第四章：雙像立體測圖基礎與立體測圖第四章：雙像立體測圖基礎與立體測圖Aa1a2S1S2同名光線，同名像點，同名區(qū)域同名光線，同名像點，同名區(qū)域一、雙眼觀察的天然立體視覺一、雙眼觀察的天然立體視覺 4-14-1人眼的立體視覺原理與立體量測人眼的立體視

2、覺原理與立體量測二、人造立體視覺二、人造立體視覺 三、立體觀察與立體量測三、立體觀察與立體量測在兩個不同攝站對同一地區(qū)攝取具有重疊的一個立體像對，在兩個不同攝站對同一地區(qū)攝取具有重疊的一個立體像對，則可以則可以構成立體模型構成立體模型來解求地面物體的空間位置。來解求地面物體的空間位置。1人眼觀察物體的遠近人眼觀察物體的遠近 AB 1a2a1S2S1b2bbLALBdLAB 1a2a1S2S1b2bb1a1b2a2bffHfBPHfBPxx/ Y方向視差：由航高和像片傾斜引起。方向視差：由航高和像片傾斜引起。2觀察人造立體的條件觀察人造立體的條件 攝影測量中，廣泛應用人造立體的觀察。但觀察中必須

3、攝影測量中，廣泛應用人造立體的觀察。但觀察中必須滿足形成人造立體視覺的條件。這些條件歸納起來有如下滿足形成人造立體視覺的條件。這些條件歸納起來有如下四個條件。四個條件。（1）由兩個不同攝站點攝取同一景物的一個立體像對。）由兩個不同攝站點攝取同一景物的一個立體像對。（2）一只眼睛只能觀察像對中的一張像片，即雙眼觀察）一只眼睛只能觀察像對中的一張像片，即雙眼觀察像對時必須保持兩眼分別只能對一張像片觀察，這一條件像對時必須保持兩眼分別只能對一張像片觀察，這一條件稱之為稱之為分像條件分像條件。（3）兩眼各自觀察同一景物的左、右影像點連線應與眼基線近似兩眼各自觀察同一景物的左、右影像點連線應與眼基線近似

4、平行平行。（4）像片間的距離應與雙眼的交會角相適應。）像片間的距離應與雙眼的交會角相適應。3 3像對的立體觀察像對的立體觀察 4-2 4-2 立體像對與雙像立體測圖立體像對與雙像立體測圖一立體像對的點、線、面一立體像對的點、線、面1S2SPhotogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004二雙像立體測圖概述二雙像立體測圖概述4-3 4

5、-3 立體像對的相對和絕對定向元素立體像對的相對和絕對定向元素一相對定向和絕對定向概述一相對定向和絕對定向概述二立體像對的相對定向元素二立體像對的相對定向元素b模型點模型點1a2au1v1w1u2v2w2以左像空間坐以左像空間坐標系為基礎，標系為基礎，右像片相對于右像片相對于左像片的相對左像片的相對方位元素稱方位元素稱u1x1v1w1S1y1v2w2S2y2u2x2bbzbxBy222連續(xù)法相對定向元素連續(xù)法相對定向元素： bv， bw ，2，2，21、連續(xù)法相對定向元素、連續(xù)法相對定向元素u1v1w1PWVUu2v2w2Aa1s1a2s2DZYXXSYSZS絕對定向元素絕對定向元素： ，X0

6、 ， Y0 ， Z0 ， ，三、絕對定向元素三、絕對定向元素4-4 4-4 立體測圖立體測圖第五章：攝影測量解析基礎第五章：攝影測量解析基礎 像點坐標量測像點坐標量測 影像內(nèi)定向影像內(nèi)定向 單張像片的空間后方交會單張像片的空間后方交會 模型的前方交會模型的前方交會 像片對的解析法相對定向像片對的解析法相對定向 模型的解析法絕對定向模型的解析法絕對定向 立體像對的光束法立體像對的光束法主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：5-1 5-1 像點坐標量測像點坐標量測xyJI)()()()()()()()()()()()(1313131212120113131311111011SASASASASASASASASASAS

7、ASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxXYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S2D)()()()()()()()()()()()(2323232222220223232321212102SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx問題的提出：問題的提出：F 要從影像中提取物體的空間信息，首先應確定與物體要從影像中提取物體的空間信息，首先應確定與物體相對應的像點坐標相對應的像點坐標, ,在傳統(tǒng)攝影測量當中在傳統(tǒng)

8、攝影測量當中, ,所量測的像點所量測的像點坐標一般為坐標一般為影像架坐標影像架坐標或儀器坐標（或儀器坐標（數(shù)字形式量測時為數(shù)字形式量測時為掃描坐標掃描坐標）, ,因此因此, ,應利用平面相似變換應利用平面相似變換, ,將影像架坐標變將影像架坐標變換為以換為以像主點像主點為坐標原點的像平面坐標。為坐標原點的像平面坐標。)()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx 補充：補充： 影像內(nèi)定向影像內(nèi)定向oJIxy)()()()()()()(

9、)()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx JIxy數(shù)字影像內(nèi)定向數(shù)字影像內(nèi)定向JbIbbyJaIaax210210(105.994,-105.995)(105.997,105.998)(106.000,106.001)(-106.001,-106.002)JbIbbyJaIaax210210間接平差知識回顧間接平差知識回顧:ADBC12345間接平差法求平差值的步驟：間接平差法求平差值的步驟：1、根據(jù)平差問題的性質(zhì)，選擇、根據(jù)平差問題的性質(zhì)，選擇t個量個量

10、作為參數(shù)；作為參數(shù)；2、將每一個觀測量的平差值表達成所選參數(shù)的、將每一個觀測量的平差值表達成所選參數(shù)的函數(shù)，若函數(shù)為非線性，則需線性化；函數(shù)，若函數(shù)為非線性，則需線性化；3、由誤差方程系數(shù)、由誤差方程系數(shù)A和常數(shù)項和常數(shù)項l組成法方程。法方程的個數(shù)等于觀測值的個數(shù)。組成法方程。法方程的個數(shù)等于觀測值的個數(shù)。 V = A dX - l4、解算法方程，計算參數(shù)的平差值、解算法方程，計算參數(shù)的平差值X = X0 + dX dX = (ATA) -1 (ATl)5、由誤差方程求出觀測值的平差值。、由誤差方程求出觀測值的平差值。ADBCh1h2h3h4h5水準水準路線路線觀測高差觀測高差 hi / m路

11、線長度路線長度Si / km15.8353.523.7822.739.6404.047.3843.052.2702.5ADDCACCBABHXvhXXvhHXvhXXvhHXvh 5544332211（1） 列誤差方程列誤差方程ADDDDCCACCCCBBABBHdXXvhdXXdXXvhHdXXvhdXXdXXvhHdXXvh)( )()( )( )()( )( 05500440330022011ADDDDCCACCCCBBABBHdXXvhdXXdXXvhHdXXvhdXXdXXvhHdXXvh)( )()( )( )()( )( 05500440330022011)( )( )( )(

12、)( 05504040332002011DADCDDCCACCBCBBABXhHdXvXhXdXdXvXhHdXvhXXdXdXvXhHdXv0 . 4000003 . 3000005 . 2000007 . 3000009 . 2/10P 0140230 100110010011001i54321iDCBSdXdXdXvvvvv誤差方程的矩陣形式：誤差方程的矩陣形式：法方程及解：法方程及解：746.239121.247330.24325. 704. 275.11 02 .469 .381 .85 3 . 73 . 303 . 35 . 97 . 307 . 36 . 6000DCBDCBDC

13、BDCBDCBdXdXdXXXXXXXdXdXdXdXdXdX5-2 5-2 單像后方交會單像后方交會)()()()()()()()()()()()(1313131212120113131311111011SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxXYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S2D)()()()()()()()()()()()(2323232222220223232321212102SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXa

14、ZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx問題的提出問題的提出:XYZx1y1z1S1D)()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx一、空間后方交會的基本概念一、空間后方交會的基本概念利用航攝像片上三個以上像點坐標和對應地面點坐標，計算像利用航攝像片上三個以上像點坐標和對應地面點坐標，計算像片外方位元素的工作稱為單張像片的空間后方交會。片外方位元素的工作稱為單張像片的空間后方交會。其基本思想是：通過地面控制點

15、的已知地面坐標和相應的像點其基本思想是：通過地面控制點的已知地面坐標和相應的像點坐標量測值，根據(jù)共線條件方程，解求該影像在攝影時刻的外坐標量測值，根據(jù)共線條件方程，解求該影像在攝影時刻的外方位元素方位元素 ,SSSZYX )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASSASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx二、空間后方交會的基本關系式二、空間后方交會的基本關系式:共線方程共線方程三、空間后方交會的誤差方程與法方程三、空間后方交會的誤差方程與法方程將控制點的地面坐標視為真值、像

16、點坐標視為觀測值，采用間將控制點的地面坐標視為真值、像點坐標視為觀測值，采用間接平差法。接平差法。.,.)(),()1()()1()(:)()(2222為外方位元素的改正數(shù)為外方位元素的改正數(shù)為函數(shù)的近似值為函數(shù)的近似值程的線性化形式程的線性化形式豎直攝影情況下共線方豎直攝影情況下共線方 ddddZdYdXyxxddfyfdfxydZHydYHfyyyddfxydfxfdZHxdXHfxxdydydydZZydYYydXXyyydxdxdxdZZxdYYxdXXxxxSSSSSSSSsSsSsSsSsSs 四、空間后方交會的解算過程四、空間后方交會的解算過程1、獲取已知數(shù)據(jù)：、獲取已知數(shù)據(jù)：

17、像片比例尺像片比例尺1/m；內(nèi)方位元素內(nèi)方位元素 x0,y0,f； 控制控制點坐標（點坐標（X，Y，Z）2、量測控制點的像點坐標：、量測控制點的像點坐標：3、確定未知數(shù)的初始值、確定未知數(shù)的初始值XYZS1D12341、角元素的初始值：、角元素的初始值：000 2、線元素的初始值：、線元素的初始值：HfmZYYXXSiSiS0004141XSYS4、計算旋轉矩陣、計算旋轉矩陣R5、逐點計算像點坐標的近似值（、逐點計算像點坐標的近似值（x）、（）、（y）SSSSSSySSSSSSxZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyylZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxxl333222333111

18、)()(6、組成誤差方程和法方程、組成誤差方程和法方程7、計算外方位元素的改正數(shù)并與相應的近似值求、計算外方位元素的改正數(shù)并與相應的近似值求和，得到外方位元素新的近似值和，得到外方位元素新的近似值8、迭代是否收斂、迭代是否收斂5-3 5-3 立體像對的前方交會立體像對的前方交會)()()()()()()()()()()()(1313131212120113131311111011SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxXYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2

19、S2D)()()()()()()()()()()()(2323232222220223232321212102SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx一、基本概念一、基本概念由立體像對由立體像對中兩張像片中兩張像片的內(nèi)、外方的內(nèi)、外方位元素和像位元素和像點坐標來確點坐標來確定相應地面定相應地面點在物方空點在物方空間坐標系中間坐標系中坐標的方法坐標的方法二、空間前方交會的基本關系式二、空間前方交會的基本關系式2S1SXYZDXS1YS1A(X,Y,Z)u1a1BBwBvBuZS1a2u2),(),(222

20、21111SSSSSSZYXSZYXS),( :),( :222111fyxafyxa ),( :),( :22221111wvuawvua121212SSSSSSwvuZZYYXXBBBBw1v1u1w2v2u2v1v2w1w2地面點空間坐標計算：地面點空間坐標計算： 2S2vu21S1u1v1wXYZtAa1BBZBYBXZS1a2N1N2XS1AX1SY2SAXX 2SAYY AY1v2w1uu2v222222222221111111111;NwZZvYYuXXaSASNwZZvYYuXXaSASSASASASASASA三、單像后方交會三、單像后方交會+空間前方交會解法空間前方交會解法5

21、.6 立體像對光束法（一步定向法）整體求解立體像對光束法（一步定向法）整體求解 )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx 在立體像在立體像對內(nèi)同時求對內(nèi)同時求解兩像片的解兩像片的外方位元素外方位元素和地面點的和地面點的坐標，把外坐標，把外方位元素和方位元素和模型點坐標模型點坐標的計算放在的計算放在一個整體內(nèi)一個整體內(nèi)進行，理論進行，理論嚴密，精度嚴密，精度高。高。),(2222SSSZYXS),(1111SSSZYXS1XXYZ

22、tAa1a2),(ZYX yxSSSyxyyyyyySSySSySSyyyxxxxxxSSxSSxSSxxxSASASASASASASASASASASASAlldZdYdXHyHfHxHfddddZdYdXxfyffxyHyHfyfxyfxfHxHfVVdZZFdYYFdXXFdFdFdFdZZFdYYFdXXFFFdZZFdYYFdXXFdFdFdFdZZFdYYFdXXFFFZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx00)1(0)1(0:)()()()()()()()()()()()(222233322233311100 誤差方程式為誤差方程式為一次項

23、展開式為一次項展開式為該式中的未知數(shù)為？該式中的未知數(shù)為？ yxSSSyxlldZdYdXHyHfHxHfddddZdYdXxfyffxyHyHfyfxyfxfHxHfVV00)1(0)1(02222 ),(2222SSSZYXS),(1111SSSZYXS1XXYZtAa1a2),(ZYX五、雙像解析攝影測量三種解法的比較五、雙像解析攝影測量三種解法的比較1后方交會后方交會-前方交會解法。這種解算方法的結果依賴于空前方交會解法。這種解算方法的結果依賴于空間后方交會的精度，而且在前方交會過程中沒有充分利用多于間后方交會的精度，而且在前方交會過程中沒有充分利用多于條件進行平差計算。往往在已知影像

24、的外方位元素、需確定少條件進行平差計算。往往在已知影像的外方位元素、需確定少量的待定點坐標時采用。量的待定點坐標時采用。2相對定向相對定向-絕對定向解法。這種解算方法計算公式較多，絕對定向解法。這種解算方法計算公式較多，最后的點位精度取決于相對和絕對定向的精度，用這種方法的最后的點位精度取決于相對和絕對定向的精度，用這種方法的解算結果不能嚴格地表達一幅影像的外方位元素。主要用于航解算結果不能嚴格地表達一幅影像的外方位元素。主要用于航帶法解析空中三角測量。帶法解析空中三角測量。3光束法（一步定向法）。這種方法理論最嚴密、精度最高光束法（一步定向法）。這種方法理論最嚴密、精度最高，待定點的坐標是完

25、全按最小二乘原理解算出來的。主要用于，待定點的坐標是完全按最小二乘原理解算出來的。主要用于光束法解析空中三角測量。光束法解析空中三角測量。單像雙像解析小結單像雙像解析小結 該部分講述了攝影測量中最重要、最基礎的幾個重點內(nèi)容：該部分講述了攝影測量中最重要、最基礎的幾個重點內(nèi)容：基本概念基本概念:1、像片的重疊度。、像片的重疊度。2、航攝像片比例尺。、航攝像片比例尺。3、攝影測量常用坐標系統(tǒng)。、攝影測量常用坐標系統(tǒng)。4、航攝像片的內(nèi)、外方位元素。、航攝像片的內(nèi)、外方位元素。5、像點坐標變換。、像點坐標變換。6、中心投影的構像方程（共線方程）。、中心投影的構像方程（共線方程）。單像解析基本方法單像解

26、析基本方法:7、數(shù)字影像內(nèi)定向。、數(shù)字影像內(nèi)定向。8、單張像片的空間后方交會。、單張像片的空間后方交會。雙像解析基本方法雙像解析基本方法:9、立體視差的基本概念、立體視差的基本概念10、求解物點空間坐標的三種方法、求解物點空間坐標的三種方法 單像空間后方交會單像空間后方交會+雙像空間前方交會雙像空間前方交會 解析相對定向解析相對定向+絕對定向絕對定向 光束法（一步定向法）整體求解光束法（一步定向法）整體求解1、像片的重疊度。、像片的重疊度。 像片重疊度：航向重疊度像片重疊度：航向重疊度(heading overlap)。對于面積航空攝。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

27、重疊，這種影而言，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重疊部分稱為旁向重疊度(side overlap)。像片的重疊部分是立。像片的重疊部分是立體觀察和像片連接所必須的條件。體觀察和像片連接所必須的條件。2、航攝像片比例尺、航攝像片比例尺 航高：指攝影飛機在攝影瞬間相對于某一水準面的高度，從航高：指攝影飛機在攝影瞬間相對于某一水準面的高度，從該水準面起算向上為正。航高分為相對航高和絕對航高。該水準面起算向上為正。航高分為相對航高和絕對航高。Hfm/1 ffHH3、攝影測量常用坐標系統(tǒng)。、攝影測量常用坐標系統(tǒng)。tpYtpZtpXA地攝坐標系地攝坐標系tXtYtZt

28、O 1X pY pZ pSxoxyyzXYZ外方位元素（三個角元素）以外方位元素（三個角元素）以 Y 軸為主軸軸為主軸tpZtpXAptYZ SSxoxyyzXYZX SY SNOX 4、航攝像片的內(nèi)、外方位元素、航攝像片的內(nèi)、外方位元素5、像點空間坐標變換、像點空間坐標變換.,321321321方方向向余余弦弦iiicbacccbbbaaaRfyxRZYX tpZtpXAptYZ SSxoxyyzXYZX SY SNOX 6、中心投影的構像方程（共線方程）。、中心投影的構像方程（共線方程）。)()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASAS

29、ASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx .93,.,.,.,.,00個個方方向向余余弦弦個個外外方方位位角角元元素素組組成成的的為為標標為為物物方方點點的的物物方方空空間間坐坐標標為為攝攝站站點點的的物物方方空空間間坐坐為為影影像像的的內(nèi)內(nèi)方方位位元元素素為為像像點點的的框框標標坐坐標標iiiAAASSScbaZYXZYXfyxyxSAaProjection CenterImage pointObject point7、影像內(nèi)定向。（利用仿射變換）、影像內(nèi)定向。（利用仿射變換）將影像架坐標變換為以將影像架坐標變換為以像主點像主點為坐標原點的像平面坐標。為坐標原點的像平面坐標。( (同同時可以消除像片變形的影響）時可以消除像片變形的影響）yxo(x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)(x4,y4)像主點像主點xy8、單張像片的空間后方交會、單張像片的空間后方交會 )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASSASAZZcYYb