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