第三章 摄影测量基础知识

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与中心投影构象方程 七、航摄像片上的像点位移 八、单幅影像解析基础
§3-1 航空摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
摄影比例尺又称为像片比例尺，其定义：航摄像片上一线段
为l 的影像与地面上相应线段的水平距离L之比，即 1 l mL
我们所说的摄影比例尺，是指平均比例尺，当取摄区内的平 均高程面作为摄影基准面时，摄影机的物镜中心至该面的距离称
为摄影航高，一般用H表示，摄影比例尺表示为 1 f mH
f为摄影机主距。
摄影比例尺越大，像片地面分辨率越高。
§3-1 航空摄影
成图比例尺 1：500 1：1000 1:2000 1：5000
1：10000 1：25000 1：50000
§3-1 航空摄影
一、摄影比例尺与摄影航高
航高是指摄影飞机在摄影瞬间相对某一水准面的高度。根 据基准面的不同，航高可分为相对航高和绝对航高。相对航高 是指摄影瞬间摄影物镜相对于被摄区域内地面平均高程基准面 的高度；绝对航高是摄影瞬间摄影物镜相对于平均海平面的高 度，是摄影瞬间摄影物镜的真实海拔高度。
投影的几何面正射投影投影射线与投影平面正交斜投影投影射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投影射线会聚于一点的投影称为中心投影投影射线会聚于一点的投影称为中心投影投影中心投影平面投影点投影射线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地形起伏引起的像点位移像片倾斜引起的像点位移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臵差异称像点位移尺

中心投影 内外方位元素 常用坐标系 空间坐标变换
• 共线条件方程的简单推导
基本知识回顾
zy x
s 航摄仪
y
ox
Z
a
Y A
M
X
共线条件
Z
X Y Z 1 X A X s YA Ys Z A Zs
zy Y x
s
X
Z
Ztp
Zs X
Ytp
XA- Xs
M
Xs Ys N
Xtp
共线条件方程
X
Y
Z
二、 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
cos Xˆx
cosYˆx
cos Xˆy cosYˆy
cos Xˆz
cosYˆz
c1
c2
c3
cosZˆx
cosZˆy
cos
Zˆz
ox
R称为旋转矩阵，R为正交矩阵，由三个独立参数确定
1、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
Ys ) c2 (Z N Ys ) c3 (Z N
Zs) Zs)
xn
f

攝影比例尺定義：
嚴格定義： 1 l
mL
航攝像片上影像線段的長 地面上對應線段的水準距離
攝影比例尺是像片的平均比例尺
f
:
攝影機主距
1 m
f H
H：攝影航高，以攝區內的平均高程面作為攝影基
準面，攝影機的物鏡中心至該面的距離。（攝影瞬
間攝影機物鏡中心相對於平均海水面的航高稱為絕
對航高。相對於其他某一基準面或某一點的高度均
航空攝影的過程中，我們所關心的區域往 往是要大於一幅影像所覆蓋的區域，這時 候
想想：攝影基線和像片的重疊度有什麼關係？
如果同樣的像幅大小，採用大比例尺和採 用小比例尺攝影基線長度一樣嗎？
攝影基線B 攝站點 航空攝影略圖
攝影方式
❖ 豎直航空攝影：航攝儀在曝
光瞬間物鏡主光軸與地面垂
直，通常規定像片傾角小於
一般情況下，要求航向重疊度最好為60%-65%，最小不 能少於53%；旁向重疊要求30%-40%，最小不少於15%。
思考：如果像幅是23cm*23cm，攝影比例尺是 1:10000，那麼這個像幅所覆蓋的實地面積是多大？
如果是1:50000的比例尺，面積又是多少？
23cm*10000* 23cm*10000=2.3km*2.3km 影：以飛機作為主要工作平
臺，把航攝儀安裝在航攝飛機上，
從空中一定角度對地面物體進行攝
影，飛行航線一般為西東方向，航
攝機在攝影曝光的瞬間物鏡主光軸
保持垂直地面。
而在攝影測量學中我們講的航空攝 影是主要是我們高精度的測繪地形 圖或者是進行4D產品的生產所進行 的空中攝影稱為航空攝影。我們研 究的範圍比較窄一些，而且主要指 的是針對地面進行攝影。
三、攝影測量生產對攝影資料的基本要求

相邻像片间具有一定的重叠。
以测图为目的进行的航空摄影多取用竖直摄影 方式 。
三、摄影测量生产对摄影资料的基本要求
1.影像色调的要求 像片清晰、色调一致、反差适中
2. 对像片倾斜角的要求
航空摄影时，一般要求倾角不大于2度，最大不超过3度。
3.对像片重叠的要求
• 航向重叠与旁向重叠
航向重叠：同一航线内 相邻像片应有一定范围 的影像重叠
三、中心投影的正片位置与负片位置
负片位置（阴位）：投影平面与物点在投影中 心的两侧 正片位置（阳位）：投影平面与物点在投影中 心的同侧
S
S
阳位与阴位之间 的关系及转换
b' a'
f S
f
主距 Principal distance
ab A
B
无论正片位置还是负片位置，像点与物点的几何 关系不变，数学表达式不变
1:500 1:1000
1:8000—1:12000 1:2000
中比例尺 小比例尺
1:15000—1:20000 （23cm×23cm）
1:10000—1:25000 1:25000—1:35000 （23cm×23cm） 1:20000—1:30000
1:35000—1:55000
1:5000
1:10000 1:25000 1:50000
3.3 航摄像片上特殊的点、线、面
透视变换定义 （Definition of the Perspective Transform）
P S
两个平面之间 的中心投影变换， 称为透视变换。
在透视变换的 情况下，投影中心 称为透视中心。
T
1.航摄像片上的重要点、线、面
ES S