摄影测量常用坐标系和航摄像片方位元素共35页文档

摄影测量坐标系ppt课件

像片外方位Z 角元素
D
像片倾角
Z zy Y
x s
o
Y
X
像片旋角
v
N
方位角
A
X
§3.6 像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程
一
像
点 x x'cos y'sin 的 y x'sin y'cos
y y’
a x’
平面
o
x
坐标
x
y
cos sin
sin x
cos
y
变
X A
YA
Z A
Xs Ys Zs
X x a1 a2 a3 x
Y
Z
R y f
bc11
b2 c2
b3 c3
y f
x f a1 ( X A X s ) b1 (YA Ys ) c1 (Z A Z s ) a3 ( X A X s ) b3 (YA Ys ) c3 (Z A Z s )
cos
0
0 sin cos sin 0 cos 0
0 1
a1 a2 a3
b1
b2
b3
c1 c2 c3
2、以X 轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换
a1 coscos a2 cossin a3 sin b1 cossin sin sin cos b2 coscos sin sin sin b3 sin cos c1 sin sin cossin cos c2 sin cos cossin sin c3 coscos
正交变换矩阵的特点
a2 1
a22
a32
1
b2 1
b2 2

摄影测量坐标系

二、像空间坐标系（ S-xyz ）
原点：投影中心S x、y轴：分别平行于o-xy的坐标轴 z轴：主光轴方向（os方向为正）
a（x,y,-f）
像
zy x
空
s
间
直
y ox
角
a
坐
标
系
a(x,y,-f)
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第三章摄影测量基础知识
§3-4 摄影测量常用的坐标系统
三、像空间辅助坐标系（ S-XYZ ）
S
一
像
yf
片内
o y0
x
p x0
方
位元
内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束
确定摄影瞬间像片在地面坐标系中空间位置和姿态的参数
1、外方位线元素：描述
二摄影中心在地面空间直角 s
像坐标系中的位置(Xs、Ys、 Zs)
片
外
Z
方
Zs
Y
位
元素
Xs
Ys
D
o
2、外方位角元素：描述像片在摄影瞬间的空间
arctg ( b 3 ) c3
arcsin( a 3 ) arctg ( a 2 )
a1
3、以Z 轴为主轴的A--v系统的坐标变换
X
x x
Y
RAR
Rv
y
Ry
Z
z z
R RARRv
cosA sinA 0 1 0
0 cosv sinv 0
sinA cosA 00 cos sinsinv cosv 0
arctg ( a 3 ) c3
arcsin( b 3 ) arctg ( b 1 )
b2
2、以X 轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换

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。

4-摄影测量坐标系

像方坐标系：描述像点的位置，称为像方坐标
系。分为像平面坐标系、像空间坐标系和像空间辅助坐标系物方坐标系描述地面点在物方空间的位置，称为物方坐标系。有摄影测量坐标系、地面测坐标系、地面摄影测量过渡坐标系。
像平面坐标系（框标坐标系＋像平面坐标系）
像平面坐标系表示像点在像平上的位置，采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。框标坐标系在解析计算中常根据框标来确定像平面坐标系。
Es
S hc T J n
hi P ho i c
v
W
o
hi
(V) v N
T
ho hcC
O
(V) E
中心投影构图已知E平面上有A点，在像平面上作对应的像a P 主合点
S
T v T1 T a
i
1）找迹点 2）找主合点i 3）连T1i与SA，交点为a
v
A E
迹点
已知E平面上有AB直线，在像平面上作对应的像ab
摄影测量的坐标系统都是右手直角坐标系；我国用的高斯平面坐标是左手直角平面坐标和高表示点。所以使用上一定要注意考察坐标系统的一致性。不一致时要进行坐标转换，坐标转换方法下周介绍。
Y
s y
o
X x
a a(X,Y,Z)
地面摄影测量坐标系
原点为地面某一控制点，Ztp轴与地面测量坐标系的Zt轴平行， Xtp轴与航线一致
s
y Ztp
Ytp M A Xtp
o
x
a
Z
摄影测量中的各种坐标系
z
s
y
Y x
X
Ztp Ytp M Xtp
航空摄影坐标系的意义
选择适当坐标系定量描述像点和地面点，利用坐标系变换，由像方坐标计算出相应点在物方的坐标或由物方坐标计算出相应点在像方的坐标。

(完整word版)航空摄影测量

航空摄影测量一．前言及单张相片的航测解析1．摄影测量学：利用各种非接触型的传感器，获取模拟的或数字的影象,然后解析和数字化提取所需要的信息，在空间信息系统里数字的加以存储，管理，分析和表达,再通过可视化和符号化形成产品2．摄影比例尺：航摄相片上的一段线的长度l，与实际地面上的相应线段长度L的比，1/m=l/L ，此时视相片为水平，地面取平均高程。

也等于摄象机主距f和平均地面高H的比，即1/m=f/H 3．空中摄影测量采用竖直摄影方式，即摄影瞬间摄象机的铅垂线垂直于地面，偏离垂线夹角应小于3度,夹角称相片斜角4．航向重叠：同航向要求重叠度60%。

旁向重叠：相邻航带间重叠度要求24%。

5．航摄影象是地物上的各点通过航摄机的物镜投射到相片上的一点,称为中心投影。

6．摄影测量的几何处理任务是通过相片上像点的位置确定相应地面点的空间位置，这就需要坐标转换来确定地面点.描述像点位置的坐标系为相方坐标系，描述地面点位置的坐标系为物方坐标系。

7．用摄影测量的方法研究地物的几何和物理信息时，必须建立该物体与相片之间的数学关系，首先需要确定的是摄影瞬间摄影中心与相片在地面坐标系中的位置和姿态。

内方位元素：表示摄影中心与相片之间相关位置的参数外方位元素:表示摄影中心和相片在地面坐标系中的位置和姿态的参数。

8．像点偏移:地面点在相片上的投影因相片倾斜或地面不平而移位或多边形形变.二．双像解析摄影测量1．人造立体视觉需要满足的条件:两张相片必须是两个位置对同一景物摄取的相对。

每只眼睛只能观察一张相片。

两相片上的同名景物连线必须与眼基线大致平行。

两相片的比例尺相近（差别<15％），否则需要用zoom模块进行调节。

2．用解析的方法处理立体相对（定向—恢复地面目标的空间坐标)，常用方法：①利用相片的空间后方交会与前方交会来解求地面目标的空间坐标(绝对坐标）②利用相对的内在几何关系，进行相对定向，建立与地面相似的立体模型，计算出模型点的空间坐标，再通过绝对定向，将模型进行平移，旋转，缩放，以纳入到规定的地面坐标系中，解析出地面目标的绝对空间坐标。

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

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。

摄影测量中常用的坐标系统与航摄像片的内外方位元素

➢ z轴：与摄影方向（主光轴）So重合，右手定则确定z
轴正方向
➢ 用途：过渡坐标系；右手坐
a (x,y,-f) 标系
o
x
➢ 表示：S-xyz
表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。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。
一、像方坐标系
2、像空间坐标系 s-xyz
zy x
s
➢特点：每张像片的像空间坐标系是各自独立
三、航摄像片的内、外方位元素
2、外方位元素
三个角元素：可看作是由摄影机主光轴从起始的铅垂方向绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转形成的。可以用三种不同的主轴系统来描述：以Y轴为主轴的φ-ω-κ系统（我国用的较多）以X轴为主轴的ω′-φ ′ -κ ′系统（西方国家用的较多）以Z轴为主轴的 τ -α- v （ A-α- v ）系统我国摄影测量工作站用的是φ-ω-κ系统
二、物空间坐标系
3、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，最后再转换成地面直角坐标。
二、物空间坐标系
s
3、地面摄影测量坐标系
y
原点为地面某一控制点，
Ztp
ox a
新课导入像点
框标坐标系关系？
像空间坐标系
S
o
x
y
a
x
关系？
地面辅助坐标系
A
地面点
已知大地坐标系
如何确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相关位置关系的参数？
三、航摄像片的内、外方位元素
方位元素：描述摄影机（含航摄像片）姿态的参数

摄影测量坐标系..

a1 a2 a3a1 b 1 c1 1 0 0 R R T b 1 b2 b3 a2 b2 c2 0 1 0
c1 c2 c3 a3 b3 c3 0 0 1
a1 b 1 c1a1 a2 a3 1 0 0 R TR a2 b2 c2 b 1 b2 b3 0 1 0
a3 b3 c3 c1 c2 c3 0 0 1
原点：投影中心S X、Y、Z轴：分别平行于地面摄影坐标系的坐标轴
a（Xa,Ya,Za）
S-XYZ也可根据需要设置（过渡性坐标系统）
Z
像
Y
空
间
s
X
辅
y
助
ox
坐
a
标
系
a(X,Y,Z)
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第三章摄影量基础知测识
§3-4 摄影测量常用的坐标系统
四、地面摄影测量坐标系（D-X,Y,Z）
原点：测区地面某点D X 轴：大致平行航线方向 Z 轴：铅垂向上
二、像空间坐标系（ S-xyz ）
原点：投影中心S x、y轴：分别平行于o-xy的坐标轴 z轴：主光轴方向（os方向为正）
a（x,y,-f）
像
zy x
空
s
间
直
y ox
角
a
坐
标
系
a(x,y,-f)
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第三章摄影测量基础知识
§3-4 摄影测量常用的坐标系统
三、像空间辅助坐标系（ S-XYZ ）
y p轴：旁像框标连线方向
§3.1 摄影测量常用坐标系
像
平
a(x,y)
yy
面
直
a
o
xx
角
p
坐
标
系
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航摄像片的方位元素

以Y 轴为主轴的- - 转角系统
1.将主光轴So投影到SXZ平面上，得到Sox
2.将Y轴投影到像平面上，投影线与像平面直角坐标系的y 轴之间的夹角为κ
z
Z z
y
Yx
S Z
航向倾角
X 像片旋角
o
Y
旁向倾
N OX角
X A
以X 轴为主轴的 '-'- '转角系统
1.将主光轴So投影到SYZ平面上，得到SoY
X
像片倾
像片旋角
角
o v
像片倾角：主光轴与铅垂线的夹角。
Y 方位角A N
像片旋角κv：主纵
X
线与像片y轴之间的 A
夹角
无人机航拍POS数据
谢谢观看
2.将X轴投影到像平面上，投影线与像平面直角坐标系的x轴之间的夹角为κ'
z
Z z
y
Yx
S Z 旁向倾
角ω'
X
像片旋角
'
o 航向倾角'
Y
OYNX A以Z 轴为主轴的A- - v转角系统
方位角A：主垂面与地面摄影测量坐标系的Y轴之间的夹角，即摄影方向线与Y轴 Z 的夹角。
z
Z z
y
Yx
s
（x0,y0,f）可恢 x 复摄影光束
外方位元素
确定摄影瞬间像片在地面摄影测量直角坐标系中空间位置和姿态的参数
外方位线元素：
描述摄影中心在地面空间直角坐
Z
标
系中的位置 (Xs 、
Ys、Zs)
s
o
Zs X
外方位角元素：
描述像片在摄影

第04讲-常用坐标系及内、外方位元素--2010测绘定单

1、摄影测量常用的坐标系
1.3 像空间辅助坐标系Suvw(模型坐标系) （右手系）过渡性的坐标系；用于表示模型空间各点的位置，也可表示像点的空间位置。航线坐标系基线坐标系原点、轴向
z S y
a
y x
o
Z
x
Y
A
X
M
1、摄影测量常用的坐标系
1.4地面摄影测量坐标系（右手系） Z轴铅垂，且X轴与航线方向一致的右手坐标系，原点选在摄站或地面已知点上。原点、轴向
第三章摄影测量基础知识
内容安排
1、摄影测量常用的坐标系
2、航摄像片的内、外方位元素
1、摄影测量常用的坐标系
z y x y
a o
为了对航摄像片进行处理，必须建立航空影像构像的数学模型。即建立物点坐标与像点坐标的数学关系。这个数学模型的建立，涉及坐标系、内外方位元素、旋转矩阵和点的坐标变换理论。
S
x
Z
T
A
Y
T
O
T
X
T
1、摄影测量常用的坐标系
常用的坐标系统
• • • • •
像平面坐标系像空间坐标系像空间辅助坐标系地面摄影测量坐标系物空间坐标系(测量坐标系)
1、摄影测量常用的坐标系
1.1像平面坐标系 o-xy （右手系）表示像点在像平面内位置的平面直角坐标系。
y
a y
原点、轴向
N
、、
w
z y x S
y
偏角
v u
旋角

x
oy

Y
X
2、像片的内、外方位元素
2.2 像片的外方位元素（A, ,v转角系统）

摄影测量基础知识 ppt课件

2、平行投影与中心投影 [Central Projection & Parallel Projection ]
投射线互相平行的
正射投影（垂直投影）
投影，叫做平行投影。
§3-2中心投影的基本知识
2、平行投影与中心投影
地形图是地面的什么投影？
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！航摄像片？？
夹角。要求像片旋角<6
片
旋
角
o2
o1
像片旋角过大会减少立体像对的有效范围
§3-2中心投影的基本知识
一中心投影的基本知识
1、投影[Projection]
一个空间点按一定方式在一个平面上的构像，叫做该空间点的投影。
物点、像点、投射线、像面（投影平面）
物点
像面
投影射线像点
§3-2中心投影的基本知识
数学工具：微分
dc
f
ab
P0 P
S
H
AB
CD
§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
1lims ds m s0S dS
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。
§3-1 航空摄影
摄影比例尺与成图比例尺的关系
§3-1 航空摄影
绝对航高：航摄仪物镜中心S在摄影瞬间相对于大地水准面的高度。
H0hHT
§3-1 航空摄影
航高差
同一航线上相邻像片的航高差不得大于30m，最大航高与最小航高之差不得大于50m；
摄影分区内实际航高与设计航高之差不得大于设计航高的 5%。