第三章摄影测量基础知识

总结
摄影比例尺（像片比例尺） 摄影航高 空中摄影过程 摄影资料的要求（5方面）
影像色调 像片重叠：航向和旁向 像片倾角 航线弯曲 像片旋角
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S
y f
O
p
x
3.2 中心投影的基本知识
摄影测量是通过量测像片来获得地面目标的几何 信息，这就要研究像片和地面之间的几何投影关系。

2
重 要 的
点 线 特 等比线特性（相当于是在原摄站S和原摄影仪所摄得的一 征
张理想的水平像片。） 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
已知 E 平面上有 A 点，在像平面上作对应的像 a
主合点
P
中 心 投 影 作 图
迹点
S T v T1 T a
i
作图步骤： 1）找迹点T1 2）找主合点i 3）连T1i与SA， 交点为a v
重点掌握摄影测量常用的坐标系统像 方坐标系和物方坐标系，航摄像片的 内、外方位元素；理解像点的空间直 角坐标变换与中心投影构像方程；了 解航摄像片上的像点位移。
3.1 航空摄影
利用安装在航摄飞机上 的航摄仪从空中一定角 度对地面进行摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
S
a
l
o
f P
航摄像片上一线段l 与地面上相应 的水平距L 之比为摄影比例尺 （像片比例尺）即
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。
s
y
o
x
z轴:摄影方向So，oS方向为正 右手系 已知像点的像平面坐 标后，就能获得该像 点的像空间直角坐标。 每张像片的像空间直角坐 标系是各自独立的。
a
a(x,y,-f)
W
像 空 间 辅 助 坐 标 系
V
S y
o
U x
a a(u,v,w)
以摄站点(或投影中心)S为坐标原点，坐标轴可根据需 要选定，一般以铅垂方向(或设定的某一竖直方向)为W 轴，航线方向为U轴，右手系。 W
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)
主合点i
主遁点J
面
重 要 点 线 的 数 学 关 系
o n f tg o c f tg
P S T J n V v N c o
v W

2
i
o i f ctg
C
O
V E
ON Htg CN Htg
T
f sin H SJ iV sin Si ci
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。
2. 像片重叠

航向重叠与旁向重叠是进行立体观察、
立体量测及像片连接的必须条件。
航 向 重 叠 度
1
2
3
px
Lx
px px % 100% Lx
一般情况下，要求航向重叠度最小不能少于53%， 最好为60%-65%。
旁 向 重 叠 度
І-1 Ly py
py %
py Ly
100%
Ⅱ-1
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
飞行过程中：
S1
摄影基线
S2
按规定
Z
的航高和 设计的方 向呈直线 飞行 保持各 航线相互 平行
飞行完毕后：
负片：将感光的底片进行摄影处理，得到航摄底 片，称为负片 正片：利用负片在相纸上接触晒印，得到正片。 最后，对像片的色调、重叠度、航线弯曲等项进 行检查验收与评定，不合要求要重摄影或补摄影。
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
a b
i1
v B
T 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
已知垂直物面的空间直线 AB，在像平面上作对应的像 ab
斜投影
投影射线 与投影平 面斜交
地形图是地面的什么投影？
A 地形图 a0
B
b0
C c0
D
d0
地形图是地面的正射投影！ 航摄像片？？
航摄像片为中心投影，地形图为正射投影
c
b a S 中心投影
A B
C
a b 正射投影
c
B A C
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
l o L
航线弯曲度： 航线最大弯曲 矢量与航线长 度之比的百分 数。要求航线 弯曲度<3%
5.像片旋角
相邻两像片的主点的连线与像片沿航线方 向的两框标连线之间的夹角。习惯用κ表示。 （摄影机定向不准确）
对像片旋角的要 求：一般情况下 小于6度，个别不 应大于8度，而且 不能有连续三张 像片的旋角超过6 度的情况。
3.像片倾角
在摄影瞬间，摄影机的主光轴发生了倾斜，摄影 机的主光轴与铅直方向的夹角α称为像片倾角。
航摄仪在曝光的瞬间物 镜主光轴保持垂直地面 像片 S
α
像片
对像片倾角的要 求：一般情况不 大于2°，最大不 超过3° 。
A
铅垂线
摄影机主光轴
4.航线弯曲
把一条航线的航摄像片根据地物影像拼接起 来，各张像片的主点连线不在一条直线上， 而呈现为弯弯曲曲的折线，称航线弯曲。

中心投影的正片位置与负片位置
b a d
S
负片位置指投影平面与 物点在投影中心的两侧
Q
c
正片位置指投影平面与物 点在投影中心的同一侧
无论正片位置还是负片位置， 像点与物点的几何关系不变， 数学表达式不变 A
d’
c’ b’
D
a’
C
B
3.3 航摄像片中的重要点、线、面
hi P Es S hc T J n v N ho v
o2 o1

像片旋角过大会减少立体像对的有效范围
四、空中摄影质量的评定
（1）负片上影像是否清晰、框标影像是否齐全、像幅 四周指示器件的影像（如水准气泡）等是否清晰可辨； （2）由于太阳高度角的影响，地物阴影长度是否超过 摄影规范的规定，地物阴暗和明亮部分的细部能否辨 认清楚； （3）航摄负片上是否存在云影、划痕、乳剂层脱落 等现象； （4）负片上的黑度是否符合要求，影像反差等不得 大于规范要求； （5）航带的直线性、航带间的平行性、像片影像的 重叠度、航高差和摄影比例尺等等都要检查评定，并 不得超过规定的技术指标。
《摄影测量学》第三章
摄影测量基础知识
3.1 航空摄影 3.2 中心投影的基本知识 3.3 航摄像片上特殊的点、线、面 3.4 摄影测量常用的坐标系统 3.5 航摄像片的内、外方位元素 3.6 像点的空间直角坐标变换与中心投影 构象方程 3.7 航摄像片上的像点位移
本章主要内容
本章主要讲述摄影测量基础知识，重 点掌握摄影测量生产对摄影资料的基 本要求
原点：象主点o
x、y轴分别平行于框标坐标系的x、y轴。
像平面坐标系与框 标坐标系的转化：
x x x0 y y y0
•像方坐标系
像 平 面 直 角 坐 标 系
a(x,y)
yy a p
o
x x
•像方坐标系
像 空 间 直 角 坐 标 系
z
y x
原点：摄影中心S x,y轴：分别平行于o-xy轴
a
A
一、中心投影与正射投影
投影：用一组假想的直线将物体向几何面上投射。
中心投影：投影射线会聚于一点 投影 斜投影
平行投影
正射投影
投影射线会聚于一点的投影称为中心投影
投影中心
投影射线 物点
投影平面 投影点
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
正射投影 投影射线与 投影平面正 交
二、空中摄影过程
实质：将地球表面上的地物、地貌等信息，穿
过大气层，进入摄影机物镜，到达航摄胶片上形 成影像的传输过程。
航摄负片记录内容：
地物、地貌特征以及地物之间的相互关系
摄影机装载各种仪表在摄影瞬间的各种信息 这些信息及起始数据是航空摄影成图或建立影像数 据库最重要的原始资料之一。
航摄计划主要由以下三部分： 航空摄影前的准备： 1、确定摄区范围：摄区太大时，要进行分区
2、根据测区的地形条件、成图比例尺等因素选用航 摄仪 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 中焦距常角或宽角 3、确定摄影比例尺及航高 4、需用像片的数量、日期及航摄成果的验收等。
当测区面积较大和测区较复杂时，需要将测区划 分为若干个摄影航带，每个航带不宜过长。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。
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。
V
其一是取铅垂方向为W轴，航 向为U轴，构成右手直角坐标 系。
U
其二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。
W V U
其三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X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
•物方坐标系
地 面 测 量 坐 标 系
主合点
P
中 心 投 影 作 图
迹点
S T
i b
a
v
B v
A E
作图步骤： 1）按E面上点作 图方式确定a 2）找像底点n 3）连接na 4） na与SB的交点 为b 5）a与b 连线
T
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：数学描述，建立坐标系 第二步：建立关系方程
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。
？
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
一般情况下，旁向重叠度不得少于15%，保持在30%40%之间。 航向、旁向重叠小于最低要求的称为航摄漏洞， 需要通过航测外业进行补救。
六度重叠区 三度重叠区 四度重叠区
航向重叠
旁向重叠
地面起伏较大时，还应增大重叠度。
随着航空数码相机的应用，已有航向重叠>80%、 旁向重叠>40%～60%的大重叠航空摄影测量； 利用三线阵传感器摄影，还具有100%的重叠度。
i
o W hi
c
ho hcC
V
O E
V
T
重 要 的 点 线
点：摄影中心S 像主点o 地主点O 像底点n 地底点N 等角点c 地面等角点C
面：地面E 像片面P 主垂面W 真水平面Es 线：迹线TT 主光线SoO 主垂线SnN 摄影方向线VV 主纵线vv 等角线ScC 主合线hihi 主横线hoho 等比线hchc