第四讲共线条件方程 ——中心投影的数学模型摄影测量基础教学课件

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摄影测量基础知识PPT课件

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
.
28
三、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
.
29
航摄像片中的重要点、线、面
Es S ho
例尺
大比例尺中比例尺
1:4000 ～1:6000 1:8000 ～1:12000 1:15000～1:20000 1:10000～1:35000
1:1000 1:2000， 1:5000 1:5000 1:10000
小比例尺
1:20000～1:30000 1:35000～1:55000
1:25000 1:50000
式中m为像片比例尺分母，f为摄影机主距，H为摄影高度或称航高。
按照摄影测量要求，像片比例尺分母的相对误差一般不应超过5 ％。因此，空中摄影测量飞行航高H的变换量也称航高差应限制为：
.
15
另外，测量规范还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。
的像对
p1
p2 p1
P2
S1
S2
S1
S2
理想像对
E 正直像对
.
E
19
7同名光线、同名像点、核线、核面
摄影基线
S1
同名像点
p1 l1
核面
S2
同名核线
p2 l2
A
.
20
核面：摄影基线与同一地面点发出的两条同名光线组成的面
核线：核面与左右像片面的交线为同名核线

中心投影PPT

P
重要点线的数学关系
J T
S
v i c
o W
V
n v N T
C
O E
V
o n f tg o c f tg

2
ON Htg CN Htg

2
o i f ctg
f sin H SJ iV sin Si ci
航摄像片中的重要点、线、面重要的点线特征
中比例尺 1:15000～1:20000 1:10000～1:35000
1:2000， 1:5000
1:5000 1:10000
小比例尺
1:20000～1:30000
1:35000～1:55000
1:25000
1:50000
2-3 一些基本概念
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
主合点i 主遁点J
面
航摄像片中的重要点、线、面
194 、合点 ——灭点 vanishing point 由投影中心作物方直线的平行线与投影面(像片面)的交点。
195 、主合点 ——主灭点 prime vanishing point
像主纵线与像水平线的交点。
196 、遁点
在主垂面内，过投影中心作像片平面的平行线与地平面的交点。
2-5 中心投影
航摄像片为中心投影，地形图为正射投影
c b a A B S c C
中心投影
B A C
a
b
正射投影
2-5 中心投影
地形图的特点
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 2、图上任意一点引画的两条方向线间的夹角等于地面上对应的水平角

武大《摄影测量》课件—第04讲常用的几种坐标系统与共线条件方程

o x0
y0
o
x
第四讲常用的几种坐标系统与共线方程的建立
[二] 像片的方位元素 1、航摄像片的内方位元素每条摄影光线在像空系中有一个确定的方向，这个方向可以用两个角度来表示。
x tg y 1 tg f
S

o

y
m x M
x y
2
2
第四讲常用的几种坐标系统与共线方程的建立
第四讲常用的几种坐标系统与共线方程的建立
[二] 像片的方位元素 2、航摄像片的外方位元素
、、
x、、
Z
z y
偏角
倾角
S
Y
x X

y x
旋角
x
N

Y
X
第四讲常用的几种坐标系统与共线方程的建立
2、航摄像片的外方位元素 z x 、、系统 x: z轴在XZ坐标面内的投影（即过z轴所作的XZ面的垂面与 XZ面的交线）与Z轴的夹角，叫做偏角。从Z轴起算，由Y轴的负方向看逆时针为正，图中 x 为正。
z
Z
y
目的：建立同一个点在像空系与地辅系中坐标之间的对应关系。
Y
x
S y
X
-f Z
ox
a
y
x
X
Y
A
第四讲常用的几种坐标系统与共线方程的建立
1、旋转矩阵
Z
z y
x
A Y
x
y
a2 b2 c2
z
a3 b3 c3
X
a1 b1 c1
Y
X
S
Z
由空间解析几何知识可知
X a1 x a 2 y a 3 z Y b1 x b2 y b3 z Z c1 x c 2 y c 3 z

四、数字摄影测量学共线条件方程

目前，许多影像数据如：IKONOS、QuickBird等均在其元数据中提供以上所有参数。
RPC模型：
有些影像数据不提供RPC参数，或提供的参数精度不高，此时可利用部分控制点，采用最小二乘原理进行系数解算，最终获得模型。
RPC模型的优点：

通用性高、与传感器无关、形式简单。与之对应的严格成像模型，都是从轨道模型、姿态模型、成像几何等方面出发来建立构像模型，与传感器等密切相关，不同的传感器有不同的严格成像模型。因为RFM中每一等式右边都是有理函数，所以RFM 能得到比多项式模型更高的精度。 RFM独立于坐标系。众所周知，在像点坐标中加入附件改正参数能提高传感器模型的精度。在RFM中无需另行加入这一附加改正参数，因为多项式系数本身包含了这一改正数。
正则化地面坐标
P LONG _ OFF PN LONG _ SCALE L LAT _ OFF LN LAT _ SCALE H HEIGHT _ OFF H N HEIGHT _ SCALE
正则化影像坐标
r LINE _ OFF rn LINE _ SCALE c c SAMP _ OFF n SAMP _ SCALE
y
Y x
X
M
Xs
共线条件方程
X X A X s Y 1 YA Ys Z Z Z A s
X x a1 Y R y b1 Z f c 1 a2 b2 c2 a3 x b3 y f c3
NumS ( Pn , Ln , H n ) c0 c1Ln c2 Pn c3 H n c4 Ln Pn c5 Ln H n c6 Pn H n c7 Ln 2

《摄影测量学》第4讲共线方程的实用形式.ppt

c1
c2
c3
每一次绕坐标轴旋转都可以求的一个旋转矩阵，将三个旋转矩阵依次相乘，就得到总旋转矩阵。从而建立角元素与旋转矩阵元素之间的联系。
Z
Z x
S
Y（Y ）
x
X
x X
[一]用角元素表达方向余弦的共线方程
1、 x、、
R＝Rx R R
a1 cos x cos sin x sin sin a2 －cos x sin sin x sincos
内 •三种角元素系统及对应的方向余弦 •三种角元素系统之间的关系
容 •倾斜像片表示水平像片 •水平像片表示倾斜像片
安 •基本思路 •一次项公式
排
•问题提出 •简化结果
[一]用角元素表达方向余弦的共线方程
外方位角元素：
t、xy、、、、、v
Relationship
？
旋转矩阵
a1 a2 a3
b1 b2 b3
a3 sin xcos
b1 cos sin
b2 cos cos b3 sin c1 sin x cos cos x sin sin c2 －sin x sin cos x sincos c3 cos xcos
[一]用角元素表达方向余弦的共线方程
1、 x、、
x yf
f cos ( X cos x －sin ( X cos x
[一]用角元素表达方向余弦的共线方程
2、 y、、
X R y R R x
R R y R R
a1 cos cos
a2 cos sin a3 sin b1 cos y sin sin y sin cos b2 cos y cos sin y sin sin

摄影测量与遥感之中心投影介绍课件

04 影适用于多种场景，如地
图绘制、建筑设计等。
缺点
投影变形：中心投影会导致图像变形，影响测量精度
投影误差：中心投影存在误差，影响测量结果的准确性
投影失真：中心投影可能会导致图像失真，影响图像质量
投影范围有限：中心投影的投影范围有限，不适用于大范围测量任务
如何选择合适的投影类型
根据应用场景选择：如地图投影适用于地理信息展示，工程投影适用于工程设计等。
遥感影像变化检测：通过对比不同时期的遥感影像，检测地表变化情况
遥感影像三维建模：利用影像数据生成三维模型，用于地形、建筑等对象的建模和可视化
地理信息系统
地理信息系统（GIS）是一种用于采集、存储、分析和显示地理信息的计算机系统。
中心投影在GIS中用于将地球表面的地理信息转换为平面地图。
中心投影在GIS中用于分析地理空间数据，如地形、气候、人口分布等。
02 投影坐标系的主要作用是将地球表面的地理坐标转换为平面坐标，以便于在平面上进行测量、绘图和分析。
03 投影坐标系有很多种，常见的有墨卡托投影、高斯-克吕格投影、UTM投影等。
04 不同的投影坐标系适用于不同的区域和用途，需要根据实际情况选择合适的投影坐标系。
中心投影的应用
地形图绘制
中心投影在绘制地形图时，可以准确地表示地形的起伏和变化。
中心投影在GIS中用于规划、设计和管理各种地理空间项目，如城市规划、交通规划、自然资源管理等。
中心投影的优缺点
优点
01 简单易用：中心投影方法
简单，易于理解和使用。
易于计算：中心投影的计
算过程相对简单，易于实 03
现。
02 直观：中心投影能够直观地展示物体的形状和位置。

摄影测量共线条件方程

两点一系
?
用像点坐标表示地面点坐标的共线条件方程
a1 x a 2 y a3 f X Z c x c y c f 1 2 3 Y Z b1 x b2 y b3 f c1 x c2 y c3 f
（ 6）
a1 x+ a2 y - a3 f XT - Xs = (ZT - Zs) c x+ c y - c f 1 2 3 YT -Ys = (ZT - Zs) b1 x+b2 y - b3 f c1 x+ c2 y - c3 f
a1 x+ a2 y - a3 f XT - Xs = (ZT - Zs) c x+c y - c f 1 2 3 YT -Ys = (ZT - Zs) b1 x+b2 y - b3 f c1 x+c2 y - c3 f
同课本P30(2-3-6)
x = -f y = -f
（1）
y
zA
xA
A
坐标变换
xA X T y A R Y z Z A
x A a 1 X b1Y c1 Z y A a 2 X b2Y c 2 Z z a X b Y c Z 3 3 3 A
（ 7）
x = -f y = -f
a1 (XT - X S )+b1 (YT -YS )+c1(ZT - Z S ) a3 (XT - X S )+b3 (YT -YS )+c3 (ZT - Z S ) a2 (XT - X S )+b2 (YT -YS )+c2 (ZT - Z S ) a3 (XT - X S )+b3 (YT -YS )+c3 (ZT - Z S )

共线条件方程

Ys ) c2 (Z N Ys ) c3 (Z N
Zs) Zs)
xn
f
c1(Z N c3 (Z N
Zs) Zs)
f
பைடு நூலகம்
c1 c3
yn
f
c2 (Z N c3 (Z N
Zs) Zs)
f
c2 c3
像片仿真
已知 •内、外方位元素 •地面点空间坐标 •DEM •DOM
z
S(Xs, Ys, Zs)
单像测图
z1 y1
z2
S1
x1
y2
S2
x2
Z
a1(x1,y1)
a2(x2,y2)
已知 •内、外方位元素 •像点坐标 •DEM
A(X,Y,Z) Y
X
(X
Xs)
(Z
Zs )
a1x a2 y a3 f c1x c2 y c3 f
(Y
Ys
)
(Z
Zs )
b1 x c1 x
b2 c2
y y
b3 c3
求像底点坐标
XN Xs
YN ZN
Z
s
Ys H
N
xn
f
a1( X N a3 ( X N
X s ) b1(YN X s ) b3 (YN
Ys ) c1(Z N Zs ) Ys ) c3 (Z N Zs )
yn
f
a2 (X N a3 ( X N
X s ) b2 (YN X s ) b3 (YN
y f a2 (X X s ) b2 (Y Ys ) c2 (Z Zs ) a3 (X X s ) b3 (Y Ys ) c3 (Z Zs )
二、共线条件方程的应用

摄影测量学教案(第04讲共线条件方程实用形式)

（c，C）系统，（i，K）系统，（o，O）系统，（n，N）系统，（V，V）系统
六、共线条件的一次项公式
在近似垂直摄影时，若将航线轴向选为地辅系和像空系的X轴，x轴，则可保证外方位角元素为小值。
思路：
内容回顾时，重点回顾共线方程的形式与分析。强调：理论基础。
有了共线条件方程的一般形式，对方程的参数质疑，提问：已知外方位角元素后，如何计算旋转距阵的9个元素？不同系统角元素之间有什么关系？在实际生产作业中，常用的共线方程有哪些？从而引出该讲内容。强调重点和难点，提醒同学们注意。
20
5
简化的共线条件方程
25
6
共线条件的一次项公式
20
7
内容总结
3
8
下讲内容预习安排
2
重点难点
重点：
利用角元素构建旋转矩阵、旋转矩阵分析
实用形式的推导
难点：
倾斜像片和水平像片相应像点的变换关系
方法手段
课堂教学采用启发式与讨论相结合的教学方法，使用多媒体教学手段。
实习实验
教案正文
第四讲共线条件方程实用形式
比较可得：
3、三种角元素系统表示的共线条件方程
系统的公式
系统的公式
系统的公式
四、倾斜像片和水平像片相应像点的变换关系
1、倾斜像片表示水平像片
2、水平像片表示倾斜像片
3、不同角元素情况下变换关系表达式
在不同角方位元素情况下有：
五、简化的共线条件方程
1、坐标原点重合
2、透视变换
3、坐标系方向选取
（o，N）系统
提问讨论：
如何才能简化共线条件方程？
不同的坐标系选取，进行坐标替换。
介绍思路：如何换算为一次项。

摄影测量课件

体的最小尺寸。
对于数字航空影像，其成图比例尺与数码相机像素空间分辨率
对应关系如下表所示：
数字航空影像
成图比例
尺
地面采样间隔
（GSD）/cm
1：500
优于0.1
1：1 000
优于0.1
1：2 000
优于0.2
1：5 000
优于0.5
1：1万
优于1.0
1：2.5 万优于2.5
对于航天遥感影像，常用卫星空间分辨率与影像成图比例尺对
机，电影机。
当u=f时，v=无穷大，此时无像；
当u<f时，v>f，成正立、放大、虚像。例如：放大镜
摄影的基本原理
照相机的镜头相当于凸透镜，胶卷相当于光屏，机壳相当于暗
室，被拍照的物体到镜头的距离要远远大于焦距才能在胶卷上得到
倒立、缩小的实像。
照相机就是根据凸透镜的成像的原理，用一个摄影物镜代替凸
每次摄影得到的一行影像对应其单独的投影中心，拍摄得到的是一
整条带状无缝隙的影像，同一条航线的影像不存在拼接的问题。
ADS40采用单个镜头成像，可见光通过ADS40的分光镜主件时被
按照RGB三种色光分出，落在焦平面上各自对应的不同区域， RGB
三种色光及近红外波段能够同时对地面相同的区域获取影像。
（前视（全色）＋下视（全色）＋后视（全色））＋（近红外＋红
2d’
R
2d
1
1
m

2d 2d
2d
m
地面分辨率（Rg）——地面上所能分辨的最小地物
宽度，也称之为几何分辨率。
Rg
m
(米) 2d
R
只有地物大于2个像元时才能从图像上正确地分辨出来，即像

摄影测量中的共线条件方程44页PPT

ห้องสมุดไป่ตู้
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有久久不会退去的余香。
摄影测量中的共线条件方程 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮回里有你。

四、共线条件方程

输出 x、 y
X
Z
Y
二、共线条件方程的一般形式
中心投影
像片的基本知识回顾
内外方位元素
常用坐标系空间坐标变换

什么是共线条件方程

共线条件方程的推导
共线条件
X Y Z 1 X A X s YA Ys Z A Z s
Z z s Z Ztp Ytp Zs X XA- Xs Ys N Xtp
DenS ( Pn , Ln , H n ) d 0 d1Ln d 2 Pn d3 H n d 4 Ln Pn d 5 Ln H n d 6 Pn H n d 7 Ln 2 d8 Pn 2 d9 H n 2 d10 Pn Ln H n d11Ln 3 d12 Ln Pn 2 d13 Ln H n 2 d14 Ln 2 Pn d15 Pn3 d16 Pn H n 2 d17 Ln 2 H n d18 Pn 2 H n d19 H n 3

目前，许多影像数据如：IKONOS、QuickBird等均在其元数据中提供以上所有参数。
RPC模型：
有些影像数据不提供RPC参数，或提供的参数精度不高，此时可利用部分控制点，采用最小二乘原理进行系数解算，最终获得模型。
RPC模型的优点：

通用性高、与传感器无关、形式简单。与之对应的严格成像模型，都是从轨道模型、姿态模型、成像几何等方面出发来建立构像模型，与传感器等密切相关，不同的传感器有不同的严格成像模型。因为RFM中每一等式右边都是有理函数，所以RFM 能得到比多项式模型更高的精度。 RFM独立于坐标系。众所周知，在像点坐标中加入附件改正参数能提高传感器模型的精度。在RFM中无需另行加入这一附加改正参数，因为多项式系数本身包含了这一改正数。

摄影测量中的共线条件方程

V Ax l
x ( AT A) 1 ( AT l )
0
V TV 2n 6
X s Ys Z v x x0 x s V , x , l 0 vy y y a1 2 a1 3 a1 4 a1 5 a1 6 a A 11 a2 3 a2 4 a2 5 a2 6 a2 1 a 2 2
tp tp s0 s0 C 或 C++ 语言编写单片空间后方交会程序
时间
布置作业一个月后上交。
要求
1、提交实习报告.包括:任务,原理,过程,程序框图,计算结果,结论与建议
2、计算结果：外方位元素及其精度,单位权中误差
3、数据
点号
1 2 3 4
像点坐标
x(mm) -86.15 -53.40 -14.78 10.46 y(mm) -68.99 82.21 -76.63 64.43 X(m) 36589.41 37631.08 39100.97 40426.54
a1 = cosφcosκ - sinφsinωsinκ a2 = -cosφsinκ – sinφsinωcosκ a3 = -sinφcosω b1= cosωsinκ b2 = cosωcosκ b3 = -sinω c1 = sinφcosκ+ cosφsinωsinκ c2 = -sinφsinκ + cosφsinωcosκ c3 = cosφcosω

已知值 x0 , y0 , f , m, X, Y, Z 观测值 x,y 未知数 Xs, Ys, Zs, , , , 泰勒级数展开
vx vy
x x x x x x X s Ys Z s x 0 x X s Ys Z s y y y y y y X s Ys Z s y 0 y X s Ys Z s