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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
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。
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ຫໍສະໝຸດ 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
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。
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
《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
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
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。