第三章 摄影测量基础知识

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，同一航线内，各摄影站的高差不得大 于50m。
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。 航摄计划中技术部分主要包括：确定测区范围；根据测 飞行航线一般为东西方向，要求航线相邻两张像片应有 区地形条件、成图比例尺等因素选用摄影机；确定摄影 60% 左右的重叠度，相邻航线的像片应有30%左右的重叠度, 比例尺及航高；需用像片的数量、日期及航摄成果的验 收等。 航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面。
1：500
1：1000 1：5000 1：10000 1：25000 1：50000
中比例尺
小比例尺
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。 当选定了摄影机和摄影比例尺后，就可以计算出摄影航高
w (z) v (y)
S
u (x)
y x o
第三种：是以每个像片对的左片摄影中心为坐标原点， 摄影基线方向为u轴，以摄影基线及左片主光轴构成 的面作为uw平面,构成右手直角坐标系。
w v
u S1 B S2
o1
P1
物方坐标系:描述地面点在物方空间的位臵 1、摄影测量坐标系（P—XPYPZP ） 将像空间辅助坐标系 S—uvw 沿 w 着 w 轴反方向平移至地面点 P ， 得到的坐标系 P—XPYPZP ，称为 摄影测量坐标系。
第三章 摄影测量基础知识







3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8
航空摄影 中心投影的基本知识 航摄像片上特殊的点、线、面 摄影测量常用的坐标系统 航摄像片上的内、外方位元素 像点的空间直角坐标变换 中心投影构像方程 航摄像片上的像点位移
3.1 航空摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
航向重叠度
H L l ml f B ml (1 p%)
l为像片的像幅尺寸； m为摄影比例尺分母； p%为设计的航向重叠度； B为摄影基线。
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，航摄仪不可能完全臵平，一般要求倾 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
v u S
由于它与像空间辅助坐标系平 行，因此很容易由像点的像空 间辅助坐标求得相应的地面点 的摄影测量坐标。
Zp
Yp p
Xp
2、地面测量坐标系（T-XTYTZT）
地面测量坐标系通常指测图所采用的高斯 — 克吕格 3 度带或 6 度带投影的平面直角坐标系（如 1980 年西安 坐标系），及高程坐标系（如1985年黄海高程系）， 左手系。
y x
y
x
y
a o
(x,y,-f)
x
S
y
y
x -f
a
O
(x,y,-f)
x
A
3.像空间辅助坐标系S-uvw
以摄站点(或摄影中心)S为坐标原点，坐标轴可根据 具体需要选定:
第一种：取u、v、w轴分别平 行于地面摄影测量坐标系DXYZ，右手直角坐标系。
第二种：是以每条航线内第一张像片的像空间坐标 系作为像空间辅助坐标系。
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％， 最小不得小于53%，在大比例尺测图时要求达到85％左右。 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。
只拍摄少数几张具有一定重叠度的像片。
三、摄影测量生产对摄影资料的基本要求
（ 1 ）影像清晰，色调一致 , 反差适中，无妨碍测图的阴影；
（2）航向重叠一般为60%-65%，旁向重叠一般为30%-40%； （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°。

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。 独立地块航空摄影：主要用于大型工程建设矿山勘探部门，
负片位臵： 投影中心位于物体和投影平面之间。 正片位臵： 投影中心位于物体和投影平面同侧。 S
投影中心
－摄站
S
S
航摄像片是所摄地面的中心投影
a b S c
B C A
航空摄影机向地面摄影时，地面 点光线通过物镜后，在底片上成 像，即可获得航摄像片。此时， 负片为投影面 P ，物镜中心为投 影中心 S ，地面点 A 、 B 、 C 至 S 的 光线为投影光线。 摄影测量的主要任务之一，即是 把记录在中心投影像片上的地面 景物转换成按图比例尺的正射投 影地图。
摄影比例尺又称为像片比例尺，其定义：航摄像片上一线段 长为l的影像与地面上相应线段的水平距离L之比， 即
1 l m L
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 m H
f为摄影机主距。 摄影比例尺越大，像片地面分辨率越高。
投射线互相平行的 投影，叫做平行投影。
投射线垂直于投影平面的 平行投影称为正射投影。
A
B
C b0
D
地形图
a0
c0
d0
地形图是地面的正射投影！
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。由中心 投影得到的图称为透视图。往存在一定的倾斜角，使得像片上的一些点、 线、面具有特殊的性质，这些点、线、面对于研究航摄像 片的几何特性、确定像片与地面的相对关系具有重要意义。 1、投影中心S 2、像主点o So之间的距 离称为主距f 3、摄影机轴SoO
4、像底点n
N C O
E
S
P
c n
v
S

f

i
on f tg f sin H SJ iv sin Si ci
V O
oc f tg
2
oi f ctg CN Htg
H
n
c
o
ON Htg
2

J
v
N
C
当航片倾角为零时，on和oc都等于零，像主点、像 底点和等角点重合
3.4 摄影测量常用的坐标系统
航摄像片是地面的中心投影。 如何建立像点与地面点之间的关系？ 数学分析方法
S
f
a o
第一步：建立坐标系 第二步：建立关系方程
A
像点位臵
相应地面点的空间位臵
摄影测量中常用的坐标系有两大类： 一类是描述像点的位臵，称为像方坐标系；一类用 于描述地面点的坐标，称为物方坐标系。 像 方 坐 标 系 像平面坐标系 像空间坐标系 像空间辅助坐标系
Zt
Xt
Yt
T
3、地面摄影测量坐标系（D-XYZ）
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D-XYZ。 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。 摄影测量中，首先将摄影测量坐标转换成地面摄影测量坐 标，最后再转换成地面测量坐标。
c
b
a
P
Q
S
A
B
C
中心投影的正片位臵与负片位臵
负片位臵指投影平面与物点在 投影中心的两侧
c b d
S
a
正片位臵指投影平面与物点在 投影中心的同一侧 无论正片位臵还是负片位 臵，像点与物点的几何关 系不变，数学表达式不变
A
Q
d’ a’
c’ b’
D
C
B
4、中心投影主要特性 [Main Features of Central Projection] • • • • • • 点的中心投影一般是点。 线段的中心投影一般是线段。 相交线段的中心投影一般是相交线段。 空间一组不与像片面平行的平行直线，其 中心投影为一平面线束。 平面曲线的中心投影一般是平面曲线。 空间曲线的中心投影也是平面曲线。
测大比例尺地形图时，摄影比例尺小于测图比例尺； 测中比例尺地形图时，摄影比例尺接近测图比例尺； 测小比例尺地形图时，摄影比例尺大于测图比例尺；
比例尺类型 大比例尺 航摄比例尺 成图比例尺
1：2000～1：3000
1：4000～1：6000 1：8000～1：20000 1：10000～1：30000 1：20000～1：30000 1：35000～1：55000
W
o
5、地底点N
6、主垂面W