第三章摄影测量基础知识资料
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第三章摄影测量基础知识
地面摄影测量坐标系
一、像平面上的坐标系
1.框标坐标系
边框标
原点：框标连线交点P x轴：航向框标连线方向
y轴：旁向框标连线方向 y
x
P
机械框标（或边框标）
角框标
原点：框标连线交点P x轴：框标连线在航向方向夹角的平分线
y轴：垂直于x轴的方向作为y轴
坐标轴的正方向都按右手定则确定。
2.像平面坐标系(o-xy)
考虑因素：成图比例尺、测图方法、成图精度、 经济性等因素，还得综合考虑航摄像片以后的使 用可能性。
测图比例尺
比例尺类型 航摄比例尺 测图比例尺
1:2000 ～1:3000
大比例尺 1:4000 ～1:6000 1:8000 ～1:12000 中比例尺 1:15000～1:20000 1:10000～1:35000 小比例尺 1:20000～1:30000 1:35000～1:55000
？
A
3.4 摄影测量常用的坐标系统
摄影测量几何处理的任务是根据像片上 像点的位置确定相应地面点的空间位置。 摄影测量中常用的坐标系有两大类： 像方坐标系：描述像点的位置 物方坐标系：描述地面点的位置
像平面坐标系
像方坐标系
像空间坐标系
摄 影 测 量 坐 标 系
物方空间坐标系
像空间辅助坐标系
地面测量坐标系
T
s y
o
地面测量坐标为国家统一坐 标系，平面坐标为高斯-克 吕格3度带或6度带投影 （1980西安坐标系），高程 为1985黄海高程系
x
a
Zt Xt A
A(Xt,Yt,Zt) Yt
•地面摄影测量坐标系
设立原因：摄影测量坐标系采用的是右手系，而地面 测量坐标系采用的是左手系，这给由摄影测量坐标到 地面测量坐标的转换带来了困难。为此，在摄影测量 坐标系与地面测量坐标系之间建立一种过渡性的坐标 系，称为地面摄影测量坐标系。 其坐标原点在测区内的其一地面点上，X轴与航线方向 大致一致，但为水平．Z铀铅垂，构成右手直角坐标系。
摄影测量课件-摄影测量基础知识
攝影比例尺定義：
嚴格定義： 1 l
mL
航攝像片上影像線段的長 地面上對應線段的水準距離
攝影比例尺是像片的平均比例尺
f
:
攝影機主距
1 m
f H
H：攝影航高，以攝區內的平均高程面作為攝影基
準面，攝影機的物鏡中心至該面的距離。（攝影瞬
間攝影機物鏡中心相對於平均海水面的航高稱為絕
對航高。相對於其他某一基準面或某一點的高度均
航空攝影的過程中，我們所關心的區域往 往是要大於一幅影像所覆蓋的區域，這時 候
想想：攝影基線和像片的重疊度有什麼關係？
如果同樣的像幅大小，採用大比例尺和採 用小比例尺攝影基線長度一樣嗎？
攝影基線B 攝站點 航空攝影略圖
攝影方式
❖ 豎直航空攝影：航攝儀在曝
光瞬間物鏡主光軸與地面垂
直，通常規定像片傾角小於
一般情況下，要求航向重疊度最好為60%-65%，最小不 能少於53%；旁向重疊要求30%-40%，最小不少於15%。
思考：如果像幅是23cm*23cm，攝影比例尺是 1:10000，那麼這個像幅所覆蓋的實地面積是多大？
如果是1:50000的比例尺，面積又是多少？
23cm*10000* 23cm*10000=2.3km*2.3km 影：以飛機作為主要工作平
臺，把航攝儀安裝在航攝飛機上，
從空中一定角度對地面物體進行攝
影，飛行航線一般為西東方向，航
攝機在攝影曝光的瞬間物鏡主光軸
保持垂直地面。
而在攝影測量學中我們講的航空攝 影是主要是我們高精度的測繪地形 圖或者是進行4D產品的生產所進行 的空中攝影稱為航空攝影。我們研 究的範圍比較窄一些，而且主要指 的是針對地面進行攝影。
三、攝影測量生產對攝影資料的基本要求
摄影测量学基础第3章 单张像片的解析基础
• 此 外 ： 航向、旁向重叠度小于最低要求时,称航摄 漏洞,需要在航测外业做补救。当摄区地面起伏较 大时,还要增大重叠度,才能保证像片立体量测与拼 接。
• 应当指出,随着航空数码相机的应用,已有航向重叠 度大于80%、旁向重叠度在40%~360%的大重叠度 航空摄影测量出现;利用三线阵传感器摄影,还可具 有100%的重叠度。
3、中心投影 [Central Projection]
所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，叫做 中心投影。投影光线会聚的点S称为投影中心。
负片位置： 正片位置：
投影中心
－摄站
投影中心位于物体和投影平面之间。 投影中心位于物体和投影平面同侧。
S
S
S
§3.2 中心投影
4、中心投影主要特性 [Main Features of Central Projection]
投射线互相平行的
投射线垂直于投影平面的
投影，叫做平行投影。 平行投影称为正射投影。
§3.2 中心投影
2、平行投影与正射投影
[Parallel Projection & Orthographic Projection ]
AB
D C
地形图 a0 b0 c0 d0
地形图在局部范围内是地面的正射投影！
§3.2 中心投影
受技术和自然条件限制，飞机往往不能按预定航线飞行 而产生航线弯曲，造成漏摄或旁向重叠过小。一般要求航 摄最大偏距与全航线长之比不大于3%。
5、像片旋角
相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的 夹角称为像片旋角。
有像片旋角k会使重叠度受到影响，一般要求不超过60， 最大不超过80。
航线方向
航线方向
3摄影测量基本知识
b1 b2 b3 c1 1 0 0 c2 = 0 1 0 c3 0 0 1
a3 a1 b3 ⋅ a2 c3 a3
摄影测量基本知识
五、中心投影构像方程（共线方程）
n 旋转矩阵R中方向余弦的关系
Ø 同一行（列）的各元素自乘之和为1； Ø 任意两行（列）对应元素互乘之和为0； Ø 行列式为1
S f
y
x0
O y0
x
摄影测量基本知识
四、航摄像片的内外方位元素
w S φ Zs o v u y κ x
三个线元素
X S、 YS、 Z S
ω
ϕ、ω、κ
Z Y D D Ys Xs X
三个角元素
摄影测量基本知识
四、航摄像片的内外方位元素
1）以Y轴为主轴的ϕ、 ω 、 κ Z Y S y Zs Z Y Ys N A Xs ϕ κ x ω ox X o X 航向倾角ϕ 旁向倾角ω 像片旋角κ
P T
基准面E 投影面P 透视轴TT 投影中心S 主光轴SO 像主点o 地面主点O 像底点n 地底点N 航高H
l l l l l l l l
像片倾角a 等角点c 地面等角点C 主垂面W 主纵线vv 基本方向线VV 循点J 合面、合线、主合 点I l 主横线 l 等比线
理解主合点和像底点的意义
航摄像片上特殊的点、线、面
摄影测量基本知识
一、航空摄影基本知识
1、摄影比例尺（像片比例尺）
n 摄影比例尺的定义 S f a P
l
1 m
=
l L
=
f H
H
n 航摄像片上处处不相等
Ø 像片非水平拍摄 Ø 地面地形起伏
L
a3 a1 b3 ⋅ a2 c3 a3
摄影测量基本知识
五、中心投影构像方程（共线方程）
n 旋转矩阵R中方向余弦的关系
Ø 同一行（列）的各元素自乘之和为1； Ø 任意两行（列）对应元素互乘之和为0； Ø 行列式为1
S f
y
x0
O y0
x
摄影测量基本知识
四、航摄像片的内外方位元素
w S φ Zs o v u y κ x
三个线元素
X S、 YS、 Z S
ω
ϕ、ω、κ
Z Y D D Ys Xs X
三个角元素
摄影测量基本知识
四、航摄像片的内外方位元素
1）以Y轴为主轴的ϕ、 ω 、 κ Z Y S y Zs Z Y Ys N A Xs ϕ κ x ω ox X o X 航向倾角ϕ 旁向倾角ω 像片旋角κ
P T
基准面E 投影面P 透视轴TT 投影中心S 主光轴SO 像主点o 地面主点O 像底点n 地底点N 航高H
l l l l l l l l
像片倾角a 等角点c 地面等角点C 主垂面W 主纵线vv 基本方向线VV 循点J 合面、合线、主合 点I l 主横线 l 等比线
理解主合点和像底点的意义
航摄像片上特殊的点、线、面
摄影测量基本知识
一、航空摄影基本知识
1、摄影比例尺（像片比例尺）
n 摄影比例尺的定义 S f a P
l
1 m
=
l L
=
f H
H
n 航摄像片上处处不相等
Ø 像片非水平拍摄 Ø 地面地形起伏
L
第3章 摄影测量基础知识
§3-3航摄像片上特殊的点、线、面
重 要 的
等角点特性
在倾斜像片和水 平地面上，由等 角点c和C所引出 的一对透视对应 线无方向偏差， 保持着方向角相 等
点 线 特 征
c
C
§3-3航摄像片上特殊的点、线、面
重 要 的
点 线 特 征 等比线特性
等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比 例尺，不受像片倾斜影响
S
H
A B
C D
§3-1 航空摄影 复杂性：像片上每一个位置的比例尺都可能不同。
数学工具：微 分
f S H d c a b P0 P
A B
C D
§3-1 航空摄影 1、像点比例尺的概念和一般公式 • 像点比例尺的概念 点比例尺定义：为像片上 某点在某一方向上的无穷 小线段与地面上相应线段 长度比的极限。
•
•
§3-3航摄像片上特殊的点、线、面
透视变换中的特别点、线、面 基本要素（S、P、E） 特殊面（3）： 主垂面（W） 真水平面/合面（G） R 遁面（R）
G
S
P
W E
§3-3航摄像片上特殊的点、线、面
1、透视变换定义 （Definition of the Perspective Transform ）
投影中心
Center of Projection (COP). －摄站
S
S
S
§3-2中心投影的基本知识
2、平行投影与中心投影
阳位与阴位之间的 关系及转换 f S f
b'
a'
主距 Principal distance
a
A
b
B
§3-2中心投影的基本知识
2、平行投影与中心投影
第三章 摄影测量基础知识
a + a2 + a3 = 1
2 1 2 2
a12 + b12 + c12 = 1 a2 2 + b2 2 + c2 2 = 1 a32 + b32 + c32 = 1 a1a2 + b1b2 + c1c2 = 0 (b) a1a3 + b1b3 + c1c3 = 0 a2 a3 + b2b3 + c2c3 = 0
一、点 摄影中心S，像主点o，像 底点n, 地底点N，等角点c，主合 点i 二、线 摄影机轴So，垂线SN， 主纵线vv, 主横线 hoho ，等比线hchc 三、面 像片面P，地平面E，主垂 面W
hi W S hc
H
ho
i f o
v
α c
hi V O E
T V J v
n N
P T
h hc o C
等比线的特性：等比线上比例尺处处相等
逆变换
⎡x ⎤ ⎡u ⎤ ⎢ y ⎥ = R −1 ⎢ v ⎥ = RT ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣− f ⎦ ⎣ w⎦
⎡u ⎤ ⎡ a1 b1 c1 ⎤ ⎡u ⎤ ⎢v ⎥ = ⎢ a b c ⎥ ⎢v ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ 2 2 2⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎣ ⎣ w⎦ ⎢ a3 b3 c3 ⎥ ⎢ w⎥ ⎦⎣ ⎦
b12 + b2 2 + b 32 = 1 c + c2 + c3 = 1
2 1 2 2
a1b1 + a2b2 + a3b3 = 0 (a ) a1c1 + a2 c2 + a3c3 = 0 b1c1 + b2 c2 + b3c3 = 0
第3章摄影测量基础知识
三、摄影测量生产对摄影资料的基本要求
1、影像的色调 影像清晰、色调一致、反差适中，无防碍测图 的阴影。 2、像片倾角 像片倾斜角的要求，一般为2-3度之间。
像片倾斜角：航空摄影时，航空 摄影机主光轴与铅垂线的夹角， α＝ 0 时为最理想的情形。
3、像片重叠 ❖航向重叠度与旁向重叠度
航向重叠：同一航线内相邻像 片应有一定的影像重叠。 旁向重叠：相邻航线也 应有一定的重叠。
地面摄影测量坐 标系
摄影测量坐标系
像平面坐标系
1．框标坐标系
框标坐标系是依像片上相应框标连线作为基准建立直角坐 标。
对于框标设在像幅四边中央的像片，通常依航线方向两边 对应框标连线作为x轴，以飞行方向为正方向；旁向两边 对应框标连线作为y轴，方向以右手系确定；两连线的交 点P作为坐标原点．如图所示。
2、航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地 面。
3、要确定地面点，用单张像片是不能确定位置的， 只能确定方向，所以要采用从不同摄站对同一区 域进行立体摄影，所以要求两相邻的照片要有重 叠，重叠的范围称为航向重叠度（60%-65%，最 小不得小于53%）。同理旁向重叠（30%-40%， 最小不得小于15%）
4、航线弯曲
❖ 航线弯曲：把一条航线内的像片根据地物的影像叠拼 起来，各张像片的像主点连线不在一条直线上，而呈 现为弯弯曲曲的折线
❖ 航线弯曲度：一条航线内各张像片主点至首尾两张像
主点连线的最大偏离度⊿L
⊿L
≤ 3%
L
⊿L L
我国航空摄影规范 中明确规定：航线 弯曲度一般不得超 过3%
5、对像片旋角的要求
2、重要点、线满足的数学关系：
on ftg
oc ftg 2
oi fctg
摄影测量学基础知识点
摄影测量学基础知识点一、摄影测量学的基本概念。
1. 摄影测量学定义。
- 摄影测量学是对研究的对象进行摄影，根据所获得的构像信息，从几何方面和物理方面加以分析研究，从而对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。
简单来说，就是利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置的学科。
2. 摄影测量的分类。
- 按距离远近分。
- 航天摄影测量：利用航天器（卫星、航天飞机等）上的摄影机对地球表面进行摄影，获取大面积的影像数据，主要用于地形测绘、资源调查、环境监测等全球性或大区域的项目。
- 航空摄影测量：通过飞机等航空飞行器上的航空摄影机对地面进行摄影，是地形测绘、城市规划等中常用的测量手段，它可以获取较高分辨率的影像，覆盖范围相对航天摄影测量小，但精度较高。
- 地面摄影测量：将摄影机安置在地面上，对目标物进行摄影测量。
常用于近景摄影测量，如建筑变形监测、文物保护中的三维建模等。
- 按用途分。
- 地形摄影测量：主要目的是测绘地形图，获取地面的地形地貌信息，包括等高线、地物位置等。
- 非地形摄影测量：用于测定物体的外形、大小和运动状态等，在工业制造（如汽车外形检测）、生物医学（如人体骨骼测量）等领域有广泛应用。
3. 摄影测量的发展历程。
- 早期的摄影测量主要基于模拟摄影测量仪器，如立体测图仪等。
通过光学机械的方法，将摄影像片进行模拟处理，实现地形测绘等功能。
- 随着计算机技术的发展，进入解析摄影测量阶段。
通过建立数学模型，利用计算机解算像片上像点的坐标，提高了测量的精度和效率。
- 现在，数字摄影测量成为主流。
它以数字影像为基础，利用计算机视觉、图像处理等技术，实现自动化、智能化的摄影测量处理，如数字高程模型（DEM）生成、正射影像图制作等。
二、摄影测量的基本原理。
1. 中心投影原理。
- 摄影测量中，摄影机的镜头相当于一个中心投影的投影中心。
地面上的点在像片上的成像过程是中心投影。
- 设地面点A，摄影中心S，像点a，在中心投影下，A点发出的光线通过镜头S 后，在像平面上成像为a点。
3摄影测量基础知识
Photogrammetry,2004
Photogrammetry & Remote Sensing-----Survey & Mapping Engineering
y
P S
S
a
a0
f
f
o
c
y0
P0
A
h
x x0
像片倾斜引起像点位移
A0
地形起伏引起像点位移
• 航摄像片只要消除像片倾斜与地形起伏引起的像点位移，就 能将中心投影变换为正射投影。要使这种投影具有成图比例尺
Photogrammetry & Remote Sensing-----Survey & Mapping Engineering
(n)oa0 a S
H
A
h
B A0 ( N )O
Photogrammetry,2004
Photogrammetry & Remote Sensing-----Survey & Mapping Engineering
• 航高：指摄影飞机在摄影瞬间相对于某一水准面 的高度，从该水准面起算向上为正。航高分为相对 航高和绝对航高。
Photogrammetry & Remote Sensing-----Survey & Mapping Engineering
相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度，常称 为摄影航高。它是相对于被摄区域内地面平均高程基准面的 设计航高。
3、倾斜误差性质
➢等比线上的点不存在像片倾斜引起的像点位移； ➢当00 1800, a 0，则rc0 rc ，像点朝向等角点位移； ➢当 1800,a 0 ，则rc0 rc ，像点背向等角点位移； ➢当 90、270,sin 1，即在向径相等的情况下，位 于主纵线上的像点的倾斜误差最大。
第三章摄影测量基础知识
A E
已知 E 平面上有 AB 直线，在像平面上作对应的像 ab
主合点
P
中 心 投 影 作 图
迹点
S T v T1
i
b
a
i1
v B
A E
作图步骤： 1）找迹点T1 2）找合点i1 3）连T1i1与SA， 交点为a 4）连T1i1与SB， 交点为b 5）a与b 连线
T
已知垂直物面的空间直线 AB，在像平面上作对应的像 ab
摄站点：摄影的曝光过程是飞机在飞行中瞬间完 成的，在这一曝光时刻，摄影机物镜所在的空 间位置称为摄站点S。 摄影基线：航线方向相邻两个摄影站间的空间距 离，通常用B表示。
摄影基线
P1
S1
B
P2
S2
E
三、摄影测量生产对摄影资料的基 本要求
1.影像的色调：
要求影像清晰，色调一致，反差适中，像片上 不应有妨碍测图的阴影。
1:500
1:1000 1:2000， 1:5000 1:5000 1:10000 1:25000 1:50000
摄影航高
当选定了摄影机和摄影比例尺后，即f和m为已知，
可以计算得出摄影航高H=mf。
摄影测量规范规定：同一航带内最大航高与最小
航高之差不得大于30米，摄区内实际航高与设计
航高不得大于50米。
1 l m L
H
航片倾斜、地形起伏时m不为常数。 当取摄区内的平均的高程作为摄 影基准面时，摄影机的物镜中心 至该面的距离称为摄影航高。 E
A L
O
航高：相对航高和绝 对航高。
1 f m H
f为摄影机主距， H为航高
测图比例尺
摄影比例尺越大，像片地面的分辨率越高， 有利于影像的解译与提高成图精度，但摄影 比例尺过大，增加工作量及费用，所以，摄 影比例尺要根据测绘地形图的精度要求与获 取地面信息的需要来确定。
已知 E 平面上有 AB 直线，在像平面上作对应的像 ab
主合点
P
中 心 投 影 作 图
迹点
S T v T1
i
b
a
i1
v B
A E
作图步骤： 1）找迹点T1 2）找合点i1 3）连T1i1与SA， 交点为a 4）连T1i1与SB， 交点为b 5）a与b 连线
T
已知垂直物面的空间直线 AB，在像平面上作对应的像 ab
摄站点：摄影的曝光过程是飞机在飞行中瞬间完 成的，在这一曝光时刻，摄影机物镜所在的空 间位置称为摄站点S。 摄影基线：航线方向相邻两个摄影站间的空间距 离，通常用B表示。
摄影基线
P1
S1
B
P2
S2
E
三、摄影测量生产对摄影资料的基 本要求
1.影像的色调：
要求影像清晰，色调一致，反差适中，像片上 不应有妨碍测图的阴影。
1:500
1:1000 1:2000， 1:5000 1:5000 1:10000 1:25000 1:50000
摄影航高
当选定了摄影机和摄影比例尺后，即f和m为已知，
可以计算得出摄影航高H=mf。
摄影测量规范规定：同一航带内最大航高与最小
航高之差不得大于30米，摄区内实际航高与设计
航高不得大于50米。
1 l m L
H
航片倾斜、地形起伏时m不为常数。 当取摄区内的平均的高程作为摄 影基准面时，摄影机的物镜中心 至该面的距离称为摄影航高。 E
A L
O
航高：相对航高和绝 对航高。
1 f m H
f为摄影机主距， H为航高
测图比例尺
摄影比例尺越大，像片地面的分辨率越高， 有利于影像的解译与提高成图精度，但摄影 比例尺过大，增加工作量及费用，所以，摄 影比例尺要根据测绘地形图的精度要求与获 取地面信息的需要来确定。
第三章摄影测量基础知识
当选定了摄影机和摄影比例尺后，就可以计算出摄影航高
H＝mf，航空摄影时就要求按计算的航高飞行摄影，以获得符 合生产要求的摄影像片。摄影测量规范规定同一航带内最大航 高与最小航高之差不得大于30m，摄影区域内实际航高与设计 航高之差不得大于50m。
§3-1 航空摄影
二、空中摄影过程
航空摄影前要做计划，摄影时要选择晴朗无云的天气。 飞行航线一般为东西方向，要求航线相邻两张像片应有 60%左右的重叠度，相邻航线的像片应有30%左右的重 叠度,航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面。
成图比例尺 1：500 1：1000 1:2000 1：5000
1：10000
1：25000
§3-1 航空摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的高度。根 据基准面的不同，航高可分为相对航高和绝对航高。相对航高 是指摄影瞬间摄影物镜相对于被摄区域内地面平均高程基准面 的高度；绝对航高是摄影瞬间摄影物镜相对于平均海平面的高 度，是摄影瞬间摄影物镜的真实海拔高度。
正射投影
投影射线 与投影平 面正交
投影射线会聚于一点的投影称为中心投影
投影射线 物点
投影点
投影中心 投影平面
航摄像片为中心投影，地形图为正射投影
c ba
S
中心投影
B
A
C
AC B
c ab
正射投影
地 形 图 的
1、图上任意两点间的距离与相应地面点 的水平距离之比为一常数，等于图比 例尺
特 2、图上任意一点引画的两条方向线间的
计算要获取1：500的比例尺地形图， 大致需要多少张影像？
摄影过程是如何实施的？
摄影过程 确定测区范围 选择摄影机 确定摄影比例尺及航高 需要像片的数量、日期及航摄成果的验收
H＝mf，航空摄影时就要求按计算的航高飞行摄影，以获得符 合生产要求的摄影像片。摄影测量规范规定同一航带内最大航 高与最小航高之差不得大于30m，摄影区域内实际航高与设计 航高之差不得大于50m。
§3-1 航空摄影
二、空中摄影过程
航空摄影前要做计划，摄影时要选择晴朗无云的天气。 飞行航线一般为东西方向，要求航线相邻两张像片应有 60%左右的重叠度，相邻航线的像片应有30%左右的重 叠度,航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面。
成图比例尺 1：500 1：1000 1:2000 1：5000
1：10000
1：25000
§3-1 航空摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的高度。根 据基准面的不同，航高可分为相对航高和绝对航高。相对航高 是指摄影瞬间摄影物镜相对于被摄区域内地面平均高程基准面 的高度；绝对航高是摄影瞬间摄影物镜相对于平均海平面的高 度，是摄影瞬间摄影物镜的真实海拔高度。
正射投影
投影射线 与投影平 面正交
投影射线会聚于一点的投影称为中心投影
投影射线 物点
投影点
投影中心 投影平面
航摄像片为中心投影，地形图为正射投影
c ba
S
中心投影
B
A
C
AC B
c ab
正射投影
地 形 图 的
1、图上任意两点间的距离与相应地面点 的水平距离之比为一常数，等于图比 例尺
特 2、图上任意一点引画的两条方向线间的
计算要获取1：500的比例尺地形图， 大致需要多少张影像？
摄影过程是如何实施的？
摄影过程 确定测区范围 选择摄影机 确定摄影比例尺及航高 需要像片的数量、日期及航摄成果的验收
第三章-摄影测量基础知识(一)
2、摄影比例尺的确定
摄影比例尺定义： 严格定义： 1 l m L
1 f m H
航摄像片上影像线段的长
地面上对应线段的水平距离
摄影比例尺是像片的平均比例尺
f : 摄影机主距
H：摄影航高，以摄区内的平均高程面作为摄影基 准面，摄影机的物镜中心至该面的距离。（摄影瞬 间摄影机物镜中心相对于平均海水面的航高称为绝 对航高。相对于其他某一基准面或某一点的高度均 为相对航高。）
3、摄影比例尺的选择
摄影比例尺越大，像片地面的分辨率越 高，有利于影像的解译与提高成图精度， 但摄影比例尺过大，增加工作量及费用， 所以，摄影比例尺要根据测绘地形图的精 度要求与获取地面信息的需要来确定。 考虑因素：成图比例尺、测图方法、成 图精度、经济性等因素，以及经济性和航 摄像片以后的使用可能性。
在曝光瞬间，摄影机物镜所处的空间位置称
为摄站点。航线方向相邻两摄站点的空间距 离称为摄影基线，通常用B表示。
摄影基线B
摄站点
航空摄影略图
以测绘地形为目的的空中摄影多采用竖直摄
影方式，即要求航摄仪在曝光的瞬间物镜主 光轴保持与地面垂直。 竖直航空摄影 倾斜航空摄影 摄影完毕后，将感光的底片进行摄影处理， 得到航摄像片。
竖直航空摄影包括：
面积航空摄影：主要用于测绘地形图，或进行大面
积资源调查。在指定摄区内布设一系列互相平行的直 线摄影航线并覆盖整个区域的航空摄影。 条状地块航空摄影：主要用于公路、铁路、输电线
路定线和江、河流域的规划与治理工程，通常只拍摄
一条或几条航线，即沿狭长地带或规定线路进行的航
空摄影。
6、对航高差的要求
航高差：空中摄影时飞行航高的变化量
H 5% H
无人机技术智能测绘 第3章 摄影测量技术基础知识
摄影测量的分类
摄影测量简介
摄影测量的分类：
➢ （2）按用途分类
➢ 地形摄影测量：主要任务是测绘国家基本比例尺的
地形图和各专题图，建立地形数据库，为地理信息系 统提供三维基础数据。无人机摄影测量通常应用于地 形摄影测量。
➢ 非地形摄影测量：将摄影测量方法应用于资源 调查、变形观测、环境监测、军事侦察等领域， 主要通过从二维影像重建三维模型，提取各种 信息。
倾斜摄影测量
03
摄影测量产品
摄影测量产品
DOM（数字正射影像图）：
数字正射影像图（DOM）是以航摄或遥感影像为基础，通过扫描处理和辐射改正后裁剪成的影 像数据，同时添加地形要素信息，形成以栅格数据形式存储的影像数据库，具有地形图的几何精度 和影像特征。
➢ （1）影响特征：数字正射影像图（DOM） 兼具地图几何精度和影像特征，具有高精 度、信息丰富、逼真、迅速获取等优势。 可用于地图分析、资源调查、社会经济发 展研究、防灾规划等应用，提供可靠基础 数据，支持地图修测更新和数据评价。。
• 传感器搭载在航空飞机或航空器上，摄影距 离在 1~10km, 是当前摄影测量生产各种中 小比例尺地形图的主要方法。
• 传感器搭载在无人机上，摄影高度在 100~1000m,是生产各 种大比例尺地形图 的主要方法，也常用于小区域工程测图和补 测航摄漏洞。
• 摄影距离小于 300m，主要用于特定的竖 直目标，而非地 形目标的测量。
➢ （1）建立方法
✓ 1.直接从地面测量，所涉及的仪器有水平导轨、测针和相对高 程测量板等构件，也可以用 GPS、全站仪、野外测量等高端 仪器；
3 正射影像图扫描
正射影像图扫描直接对已有的光学正射影像图进行数字化扫描， 再经过几何纠正获得数字正射影像的数据。
第3章 摄影测量基础知识
坐标系的转化： x x x0 y y y0
o
x
p
x’
是解析计算中像点坐标常采用的像平面坐标系，归算后的坐标
x x0， y y0
量测值
量测值
3.像空间直角坐标系 S—xyz
作用：描述像点在像空间的位 置 原点：投影中心S 坐标轴：Z轴与摄影方向So重合， 朝上为正方向；x和y轴分别平 行于像平面坐标的相应轴，方 向一致。右手系。
作用：表示像点在像平面上的位置
1．框标坐标系
框标坐标系是依像片上相应框标连线作为基准建立直角 坐标。 原点：框标连线交点 坐标轴：按需要而定，X轴：与航线方向相近的连线
对于框标设在像幅四边中央的像片，通常依航线方 向两边对应框标连线作为x轴；旁向两边对应框标连 线作为y轴；两连线的交点P作为坐标原点．如图所 示。
CN Htg
J
2
SJ iV H
sin
v(V) N
C
O
3、重要点、线的性质
底点的特性：像底点是空间
一组铅垂线的合点(诸铅垂 线在像面上的构像应位于以 点n为辐射中心的相应辐射
线上）
等角点的特性：在倾斜像片和水平地面上，由等角点c
和C所引出的一对透视对应线无方向偏 差，保持着方向角相等
一、航空摄影前的准备
航
1、确定摄区范围
摄
摄区太大时，要进行分区
计 划
1
m
1 8000
1
m
1 8000
h最高
h最低
H摄 6
2、航摄仪的选择
平坦地区大比例尺测图: 综合法测图 长焦距窄角
非平坦地区 全能法测图
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成图比例尺 1：500 1：1000 1:2000 1：5000
1：10000
小比例尺
1：20000～1：30000 1：35000～1：55000
1：25000 1：50000
§3-1 航空摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的高度。根 据基准面的不同，航高可分为相对航高和绝对航高。相对航高 是指摄影瞬间摄影物镜相对于被摄区域内地面平均高程基准面 的高度；绝对航高是摄影瞬间摄影物镜相对于平均海平面的高 度，是摄影瞬间摄影物镜的真实海拔高度。
夹角称为像片旋角。 有像片旋角会使重叠度受到影响，一般要求不超过60，
最大不超过80。
航线方向Байду номын сангаас
航线方向
§3-2 中心投影的基本知识
投
投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射
影
方
投影射线：投影的直线
式
投影平面：投影的几何面
投影射线平行于某一固定方向的投影的投影称为平行投影
斜投影
投影射 线与投 影平面 斜交
角不大于20，最大不超过30。
A为像片倾角
A
摄影机主光轴
铅垂线
§3-1 航空摄影
4、航线弯曲
受技术和自然条件限制，飞机往往不能按预定航线飞行 而产生航线弯曲，造成漏摄或旁向重叠过小。一般要求航 摄最大偏距与全航线长之比不大于3%。
§3-1 航空摄影
5、像片旋角 相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的
的影l 像与地面上相应线段的水平距离L之比，即
1l mL
我们所说的摄影比例尺，是指平均比例尺，当取摄区内的平均
高程面作为摄影基准面时，摄影机的物镜中心至该面的距离称为
摄影航高，一般用H表示，摄影比例尺表示为
1 f mH
f为摄影机主距。
摄影比例尺越大，像片地面分辨率越高。
§3-1 航空摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
当选定了摄影机和摄影比例尺后，就可以计算出摄影航高
H＝mf，航空摄影时就要求按计算的航高飞行摄影，以获得符 合生产要求的摄影像片。摄影测量规范规定同一航带内最大航 高与最小航高之差不得大于30m，摄影区域内实际航高与设计 航高之差不得大于50m。
§3-1 航空摄影
二、空中摄影过程
航空摄影前要做计划，摄影时要选择晴朗无云的天气。 飞行航线一般为东西方向，要求航线相邻两张像片应有 60%左右的重叠度，相邻航线的像片应有30%左右的重 叠度,航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面。
§3-1 航空摄影
二、空中摄影过程 当测区面积较大和测区地形复杂时，需要将测区划分为
若干个摄影航带，每个航线不宜太长，同一摄区内地形要 大致类同，可以采用同一航空摄影机以相同航高进行摄影， 以利于用同一航测成图方法成图。摄影分区可在小比例尺 的旧图上规划。
§3-1 航空摄影
三、摄影测量生产对摄影资料的基本要求
点
夹角等于地面上对应的水平角
航 当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上 构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异
摄 称像点位移
像
s
s
片
a bc
的
p
a
b0
a0 b
p
A
特
CE
B0
点
AB 像片倾斜引起的
A0
B
地形起伏引起的
像点位移
像点位移
比 例 尺：地图有统一比例尺，航片无统一比例尺
表示方法：地图为线划图，航片为影像图
航摄像片是所摄地面的中心投影
a c
b S
B C
A
§3-3 航摄像片上特殊的点、线、面
将空间点、线作中心投影，在投影平 面P上得到一一对应的点、线，这种 经中心投影取得的一一对应的投影关 系称为透视变换
表示内容：地图需要综合取舍
几何差异：航摄像片可组成像对立体观察
摄影测量的主要任务之一：把地面按中心投影规律获取 的摄影比例尺航摄像片转换成以测图比例尺表示的正射 投影地形图
负片位置： 正片位置：
投影中心
－摄站
投影中心位于物体和投影平面之间。 投影中心位于物体和投影平面同侧。
S
S
S
§3-2 中心投影的基本知识
1、影像清晰，色调一致； 2、航向重叠一般为60%，旁向重叠一般为30%； 3、像片倾角不大于2°，最大不大于3°； 4、航线偏距与全航线长之比不大于3%； 5、像片旋角一般不超过6°，最大不超过8°。
§3-1 航空摄影
2、像片重叠 为满足测图需要，在同一条航线上，相邻两像片应有一定
的影像重叠，称为航向重叠。航向重叠一般要求60～65％， 在大比例尺测图时要求达到85％左右。
正射投影
投影射线 与投影平 面正交
投影射线会聚于一点的投影称为中心投影
投影射线 物点
投影点
投影中心 投影平面
航摄像片为中心投影，地形图为正射投影
c ba
S
中心投影
B
A
C
AC B
c ab
正射投影
地 形 图 的
1、图上任意两点间的距离与相应地面点 的水平距离之比为一常数，等于图比 例尺
特 2、图上任意一点引画的两条方向线间的
计算要获取1：500的比例尺地形图， 大致需要多少张影像？
摄影过程是如何实施的？
摄影过程 确定测区范围 选择摄影机 确定摄影比例尺及航高 需要像片的数量、日期及航摄成果的验收
§3-1 航空摄影
3、像片倾角 摄影瞬间摄影机轴发生了倾斜，摄影机轴与铅垂方向的
夹角为像片倾角。 飞机受气流的影响，航摄仪不可能完全置平，一般要求倾
测大比例尺地形图时，航摄比例尺小于测图比例尺；
测中比例尺地形图时，航摄比例尺接近测图比例尺；
测小比例尺地形图时，航摄比例尺大于测图比例尺；
比例尺类型 大比例尺 中比例尺
航摄比例尺 1：2000～1：3000 1：4000～1：6000 1：8000～1：12000 1:15000-1:20000
1：25000～1：35000
第三章 摄影测量基础知识
主要内容
一、航空摄影 二、中心投影的基础知识 三、航摄像片上特殊的点、线、面 四、摄影测量常用的坐标系统 五、航摄像片的内外方位元素 六、像点的空间直角坐标变换与中心投影构象方程 七、航摄像片上的像点位移 八、单幅影像解析基础
§3-1 航空摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
摄影比例尺又称为像片比例尺，其定义：航摄像片上一线段为
测图需要两相邻航带摄区之间也要有一定得重叠用以联系 相邻航带的摄区拼接，称为旁向重叠，旁向重叠不少于20％， 由于空中摄影飞行时不易保持两航线间的平行性，一般取30 ％～40％.最小不得小于15%。
航向、旁向重叠小于最低要求的称为航摄漏洞，需要在 航测外业做补救。
武汉市辖区面积：8406平方千米 ； 航拍过程中像幅大小为 23cm*23cm