摄影测量基础知识

X
三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐 标值(Xs、Ys、Zs)。三个角元素(、、)，表示摄影光束空 间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）
S
Zs p
Z Y
Ys
A Xs
X
1）以V轴为主轴的、 、
W
VW
V
U
S
U
y
Zs
x
航向倾角 旁向倾角 像片旋角
Z
o
Y Ys N
ox
思考：若选用以像片 的像空间坐标系为
这里的航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的 高度，从该水准面起算向上为正号。
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
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
l
求航线弯曲度不
得大于3%。
L
5像片旋角：一张像片上相邻主点连线
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
航摄像片中的重要点、线、面
Es S ho
hi P v
i
hc o
T
c
W hi
n
ho
J
V v N hcC O
T
V E
点：摄影中心S
重
像主点o
要
地主点O
的
1 像点的平面坐标变换
x x '
y
A
y
'
x '
y
'
A
1
x y
y y’
a x’
p
x
co x ˆx'sco x ˆy' s co ssin A co y ˆx'sco y ˆy' s sin co s
y’
y
a
x’
y0
o
p x0
x
xyAxy''xy00csions csoinsxy''xy00
P2
S1
S2
S1
S2
E
E
理想像对
正直像对
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
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
同名像点：同一地面点发出的两条光线经 左右摄影中心在左右像片上构成的像点 称为同名像点
s
x
y -f
o
x
P
3、像空间辅助坐标系(S-XYZ)
Z
Y
z
y
x
s
X
y
o
x
(二）物方坐标系 4 摄影测量坐标系(Op-XpYpZp) 5 地面测量坐标系(t-XtYtZt)
Y Z
S Zp
X Yp
zt
xt
p
地面测量坐标为国家统一坐 标系，平面坐标系为高斯克吕格三度带或六度带1980 西安坐标系，高程坐标系为
0 cos sinsin cos 0 b1 b2 b3
0 sin cos 0
0 1 c1 c2 c3
a1 = cosφcosκ - sinφsinωsinκ a2 = -cosφsinκ – sinφsinωcosκ a3 = -sinφcosω
b1= cosωsinκ b2 = cosωcosκ b3 = -sinω c1 = sinφcosκ+ cosφsinωsinκ c2 = -sinφsinκ + cosφsinωcosκ
T
c
点
n
线 的
J V vN C O
V E
数
ON Htg
T
学
CN Htg
关
2
Si ci f
sin
系
SJ iV H
sin
已知 E 平面上有 A 点，在像平面上作对应的像 a
主合点
中
心
投
影
作
图
v
迹点
S T
T1 T
P
i
a v
AE
作图步骤：
1）找迹点T1 2）找主合点i 3）连T1i与SA，
Y
S-XYZ绕Z轴旋转角到
Y
S-XYZ(s-xyz)
Z a X
S
X
X x cossin 0x YRysin cos 0y Z f 0 0 1f
X
x x
YRRR
y
R
y
Z
f f
cos 0 sin RRRR 0 1 0
sin 0 cos
1 0
0 cos sin 0 a1 a2 a3
中
心
投
影
作
图
v
迹点
主合点
P
S
i
T
b
a
B
v
AE
T
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
四、摄影测量常用坐标系
(一）像方坐标系 1、像平面直角坐标系(p-xy)
y y’ y
o
x’
p
x
p
x
2、像空间直角坐标系(S-xyz)
yz
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
同名光线：同一地面点发出的两条光线称 同名光线
二、中心投影的基本知识
投
投影：用一组假想的直线将物体向几何面投射
影
方
投影射线：投影的直线
式
投影平面：投影的几何面
投影射线会聚于一点的投影称为中心投影
投影射线 物点
投影点
投影中心 投影平面
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
斜投影
投影射 线与投 影平面 斜交
画出以上出现的几种坐标系统。
习题1：
选取地面摄影测量坐标系D-XYZ及像空间辅助 坐标系S-uvw,并使两种坐标系的坐标轴彼此平 行。
摄摄影中心与地面点A在地面摄影测量坐标系 中的坐标分别为Xs,Ys,Zs,和X,Y,Z，地面点在像 空间辅助坐标系中的坐标为多少？像点a在像 辅助空间坐标系中的坐标为u,v,w.画出以上出 现的坐标系，并在坐标系中将S，a，A三点标 识出来。
x' y'A1
xyxy00
2 像点空间坐标变换
Z
z
y
s
Y x
y
X x
Y
R
y
Z f
X
a1 R b1
a2 b2
a3 b3
cosXˆx c osYˆx
cosXˆy cosYˆy
cosXˆz
cosYˆz
c1 c2 c3 cosZˆx cosZˆy cosZˆz
ox
R称为旋转矩阵，R为正交矩阵，由三个独立参数确定
S
摄影像片当作
f
a
P
水像片，地面取 平均高程时，这
时像片上的一段
l与地面上相应
H
的水平距L之比
为摄影比例尺。
A
1l f Em L H
摄影航 高
绝对航
f为摄影机主距，H为航高
高
讨论1:
航摄比例尺与测图比例尺有
测
何规律？
图
比
比例尺类型
航摄比例尺 1:2000 ～1:3000
测图比例尺 1:500
例 尺
摄 称像点位移
像
s
s
片
a bc
的
p
a
b0
a0 b
p
A
特
CE
B0
AB
点
A0
B
像片倾斜引起的
地形起伏引起的
像点位移
像点位移
比 例 尺：地图有统一比例尺，航片无统一比例尺
表示方法：地图为线划图，航片为影像图
表示内容：地图需要综合取舍
几何差异：航摄像片可组成像对立体观察
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
习题2：
已知一像对，基线长为B，将左片置平， 以左片的像空间坐标系作为本像对的像 空间辅助坐标系，则左片的摄影中心S1 在该像空间辅助坐标系中的坐标为多少？ 右片摄影中心S2在该空间辅助坐标系中 的坐标又为多少，与基线B有何关系？
五、航摄像片的内、方位元素 方位元素：
确定摄影时摄影中心 、像片与地面 三者之 间相关位置的参数
计算要获取1：500的比例尺地形图， 大致需要多少张影像？
摄影过程是如何实施的？
摄影过程 确定测区范围 选择摄影机 确定摄影比例尺及航高 需要像片的数量、日期及航摄成果的验收
摄影基线：航向相邻两个摄影站间的距离
P1 S1
S
P2 S2
S:摄影基线
E
S
S
Z
负片和正片
负片：对黑白摄影而言，黑白灰度与被摄物的明亮程度 相反。
内方位元素 外方位元素
如何描述摄影 瞬间的相互 位置？
1、像片的内方位元素：摄影中心与像片
之间相互位置的参数
S
f y
o y0
c x0
x
恢复内方位元素可恢复摄影时的摄影光束
2像片外方位元素：已建立的摄影光束，确定像片摄
影瞬间在地面直角坐标系中空间 位置和姿态的参数
S
Z Y
A
p
三个直线元素
+
三个角元素
Xp 1985黄海高程系
t
yt
6地面摄影测量坐标系(A-XtpYtpZtp)
Ztp Ytp
A
Xtp
原点为地面某一控制点，Ztp轴与地面测 量坐标系的z轴平行，Xtp轴与航线一致
（1）以像空间坐标系为像空间辅助坐标 （2）地面点在像空间辅助坐标系的坐标转换
为地面摄影测量坐标系 （3）再转换为地面测量坐标系
A
Xs
X 像辅助坐标系为参 考标准，则像片的
外方位元素是什么？
2）以X轴为主轴的，、 ， 、 ， Z Y
S
X
y
，
Zs
x
Z Y
， ，
oY
o
Ys N
A Xs
X
旁向倾角， 航向倾角, 像片旋角，
3）以Z轴为主轴的A、、
Z Y
S
X
y
x
方位角A 像片倾角
Z
Y
A
像片旋角
N A
X
六、像点的空间直角坐标变换
交点为a
已知 E 平面上有 AB 直线，在像平面上作对应的像 ab
中
心
投
影
作
图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
v
迹点
主合点
P
S
i
T
a
T1 b
B
T
i1
v AE
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
1）以Y轴为主轴的、、系统的坐标变换
Z
Z
Y a X
S
X
S-XYZ绕Y轴旋转角 到S-XYZ
X X cos 0 sinX YRY 0 1 0 Y Z Z sin 0 cosZ
Z Z
X
a Y
S
Y
S-XYZ绕X轴旋转角 到S-XYZ
X X 1 0 0 X YRY0 cos si nY Z Z 0 si n cosZ
《摄影测量学》第三章
摄影测量基础知识
主要内容
一、航空摄影 二、中心投影的基础知识 三、航摄像片上特殊的点、线、面 四、摄影测量常用的坐标系统 五、航摄像片的内外方位元素 六、像点的空间直角坐标变换 七、中心投影构象方程 八、航摄像片上的像点位移
3.1、摄影比例尺与摄影航高
一、摄影比例尺
航摄像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距L之比。
正片：黑白灰度与被摄物的明亮程度一致。
三、摄影测量生产对摄影资料的
基本要求 1、像片重叠
摄影过程中具有的 最大的特征是 什么？
沿航线方向相邻两张 像片应有60%左右的航 向重叠，相邻航线间 的像片应有30%左右的 旁向重叠
航空摄影
思考：为什么要 求有重叠？
重叠范围
航向重叠度：航线相邻两张像片的重叠度
测绘小比例尺地形图时，航摄比例尺大于测图比例尺
测绘中比例尺地形图时，航摄比例尺接近测图比例尺
测绘大比例尺地形图时，航摄比例尺小于测图比例尺
二、空中摄影过程
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
S
S
Z
航空摄影过程
武汉市辖区面积：8406平方千米 ； 航拍过程中像幅大小为 23cm*23cm
像底点n
地底点N
点
等角点c
线
地面等角点C
面
主合点i
主遁点J
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
P
重
on f tg
要
oc f tg
2
v S
i
o
W
oi f ctg
正射投影
投影射线 与投影平 面正交
航摄像片为中心投影，地形图为正射投影
c ba
S
中心投影
B
A
C
AC B
c ab
正射投影
地 形 图 的
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
特 2、图上任意一点引画的两条方向线间的
点
夹角等于地面上对应的水平角
航 当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上 构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异
与同方向框标连线间的夹角。要求旋片 角不得大于60
a2 a1
像片旋角过大会减少立体像对的有效范围
6像对：航向相邻两张像片组成一个像对
理想像对：相邻两像片水平、摄影基线水平组成的像对 正直像对：相邻两像片水平、摄影基线不水平组成的像对 竖直像对：相邻两像片不严格水平、摄影基线不水平组成
的像对
p1
p2 p1
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：
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。
1
23
px Lx
px% px10% 0 Lx