航摄像片的方位元素_共36页

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Part
02
航片内方位元素
像素大小与像点位置
像素大小
像素是像片上的最小成像单元， 其大小决定了像片的分辨率和细 节表现。像素大小与相机镜头焦 距、传感器尺寸等因素有关。
像点位置
像点是像素在像片上的投影，其 位置由像素在传感器上的排列位 置决定。像点位置的准确性对后 续的图像处理和测量至关重要。
像片倾角与旋转角
Part
05
航片内外方位元素的应用
Байду номын сангаас
摄影测量基本应用
确定摄影中心与被摄物之间的几何关系
01
通过内外方位元素的确定，可以推算出摄影中心与被摄物之间
的位置关系，为后续的测量和数据处理提供基础。
纠正影像变形和畸变
02
利用内外方位元素，可以对影像进行几何纠正，消除由于摄影
角度、地球曲率等因素导致的影像变形和畸变。
概念
内外方位元素是摄影测量学中的基本概念，用于描述摄影中心、像片和地面点之间的空 间几何关系，是进行航空摄影测量和遥感图像处理的基础。
元素之间的关系
相互影响
内外方位元素之间相互影响，任何一个元素的改变都会对其他元素产生影响。 例如，摄影中心坐标的改变会导致像片坐标的变化，而像片倾角的变化也会影 响像片旋角和像片倾斜角等。
地球椭球体模型
描述地球形状的数学模型 ，用于将地理坐标转换为 平面坐标。
摄影时刻太阳方位角与高度角
STEP 02
STEP 03
时间参数
拍摄时刻的准确时间，与 太阳位置相关，影响太阳 方位角和高度角。
STEP 01
太阳高度角
太阳光线与地球表面之间 的夹角，用于描述太阳在 天空中的位置。

注意
y x
y
S
f
o x0
o y
0
x
•
内方位元素一般是已知的
•
x0，y0都为小值

内方位元素
x0 , y0 , f
z y x
y
o y
0
框标坐标系、像平面坐标系、 像空系之间的关系
S
a 在框标坐标系中的坐标为（x，y） a 在像空系中的坐标为
f
o x0

（6） 地面摄影测量坐标系（地面辅助坐标系）
由于摄影测量坐标系来用的是右手系，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，用D－ XtpYtpZtp表示，其坐标原点在测区内的某一地面 点上，Xtp轴与Xp轴方向大致一致，但为水平， Ztp轴铅垂，构成右手直角坐标系；


像片的方位元素[Element of orientation] 像点 摄 影 测 量
框标坐标系 关系?
像空间坐标系 关系? 地面辅助坐标系 关系已知 大地坐标系
x0 , y0 , f
内方位元素 外方位元素
线元素： X S、YS、Z S 角元素：
地面点
x、、
y、、
内方位元素3个，外方位元素6个。
、、 v



z
y x y
a o
Z
像点 摄 影 测 量
框标坐标系 关系？ 像空间坐标系 关系？
地面辅助坐标系 关系已知 大地坐标系
OT
S
x
G
ZT
地面点
YT
X

2.数学基础
右片外方位元素减去左片外方位元素。
ΔX= BX= Xs2–Xs1Δφ= φ2-φ1
ΔY= BY= Ys2–Ys1Δω= ω2-ω1
ΔZ= BZ= Zs2–Zs1Δκ= κ2-κ1
其中，ΔXs、ΔYs、ΔZs为摄影基线B在地面摄影测量坐标系中的三个坐标轴上的投影，称为摄影基线的三个分量，通常记为BX、BY、BZ，决定了基线的方向和长度。
描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数称绝对定向元素。
绝对定向元素：，X0，Y0，Z0，，，
绝对定向元素的个数：一个立体像对有12个外方位元素，像对相对定向已求得的5个定向元素，是两张像片间的相对位置关系，若确定像对在地面空间坐标系中的绝对位置和方位，还要解求7个绝对定向元素，包括旋转、平移和缩放。即将立体模型进行空间相似变换。
新课导入
确定一张航摄像片在地面摄影测量坐标系中的位置需要六个外方位元素：Xs、Ys、Zs、φ、ω、κ。确定一个立体像对的两张航摄像片在地面摄影测量坐标系中的方位，需要12个外方位元素。左片：Xs1、Ys1、Zs1、φ1、ω1、κ1；右片：Xs2、Ys2、Zs2、φ2、ω2、κ2。
在解决摄影测量问题时，往往关心的不是整个像对的绝对方位，而是首先考虑两张像片的相对方位，而后再处理整个像对在某一坐标系统中的绝对方位。故，首先确定一个像对中两张像片之间的相对方位；然后确定该像对相对于地面摄影测量坐标系中的绝对方位。
在以左摄影中心为原点、左主核面为XZ平面、摄影基线为X轴的右手空间直角坐标系中，左右像片的相对方位元素。
在恢复了立体像对的两张像片的相对方位之后，相应光线必在其核面内成对相交，这。
在恢复立体像对的两张像片的相对方位的基础上，用来确定立体像对在地面摄影测量坐标系中的正确方位和比例尺所需要的参数，叫做立体像对的绝对方位元素。

一、航空摄影机
较好的光学性能、高度自动化、像移补偿、压平装置
框标：机械框标、光学框标－建立像平面坐标系 机械框标、光学框标－ 机械框标 主距：物镜中心至像底片面垂直距离 物镜中心至像底片面垂直距离 像幅：23X23 cm 18X18cm 23X23 cm、18X18cm
f
二、摄影比例尺
航摄像片上的一线段l与地面上相应线段 之比 航摄像片上的一线段 与地面上相应线段L之比。 与地面上相应线段 之比。 航片倾斜、地形起伏时m不为常数 不为常数。 航片倾斜、地形起伏时 不为常数。
摄影测量中，摄影中心、像点及对应的地面点应满足 直线条件。由此得到的方程－共线条件方程。
第六节 共线条件方程
第六节 共线条件方程
第六节 共线条件方程
第六节 共线条件方程
应用： 求像底点坐标 单像空间后方交会和多像空间前方交会 摄影测量中的数字投影基础 航空影像模拟 光束法平差的基本数学模型 利用DEM制作数字正射影像图 利用DEM进行单张像片测图 思考题：已知像片内、外方位元素、像点坐标。 思考题：已知像片内、外方位元素、像点坐标。能否计算得到 地面点坐标？ 地面点坐标？
第六节 共线条件方程
像片仿真
Z
z y
S(Xs, Ys, Zs)
x a (x,y)
已知 1、内、外方位元素 、 2、地面点空间坐标 、 3、DEM 、 4、DOM 、
a1 ( X − X s ) + b1 (Y − Ys ) + c1 (Z − Z s ) x =−f a3 ( X − X s ) + b3 (Y − Ys ) + c3 (Z − Z s ) y =−f a2 ( X − X s ) + b2 (Y − Ys ) + c2 (Z − Z s ) a3 ( X − X s ) + b3 (Y − Ys ) + c3 (Z − Z s )

➢ 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

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

任务2．4 航空像片的内、外方位元素
像片的方位元素 像点 摄 影 测 量
框标坐标系 关系?
像空间坐标系 关系? 摄影测量坐标系 关系已知 地面测量坐标系
内方位元素 外方位元素 ？？
地面点
像片的方位元素 内方位元素
框标坐标系
内方位元素 像空间坐标系
x0 , y0 , f
确定投影中心对像片的相对位置的参数； 投影中心对航摄像片的相对位置叫做像 片的内方位；确定内方位的独立参数叫做内 方位元素。
x x x0 y y y 0
x
像片的方位元素 内方位元素
x0 , y0 , f
S
z
y x

每条摄影光线在像空系中 有一个确定的方向。 作用： 1、像点的框标坐标系向像空系的 改化； 2、确定摄影光束的形状；
f
o

y x
a ( x, y ) A
像片的方位元素 像点 摄 影 测 量
Z
G
X
A
G
O
Y
G
像片的方位元素
外方位元素 确定像空系在地摄系中位置和方向所需要 的元素。 •线元素
•角元素
外方位线元素:确定像空系的原点S在地摄系中的坐标； 外方位角元素:确定像空系三轴在地摄系中的方向。
像片的方位元素 外方位线元素
确定像空系的原点S在地面摄 影测量坐标系中的坐标；
z SS
y x y
旋角。Y轴在xy坐标面上
的投影与y轴的夹角。 作用
z


Y
、 确定z轴的方向 确定x，y轴在自身平面内的方向
X
注意
z
S
y
x
y
f
o x0