南京信息工程大学摄影测量学知识点

1/16南京信息工程大学摄影测量学知识点第一章绪论摄影测量：通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。传统摄影测量学：是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。摄影测量的分类：按摄影距离分类：1.地面摄影测量：山区的工程勘察和行摄漏洞补测2.近景摄影测量：距离300m（或100m）非地形目标测绘3.显微摄影测量按用途分类：1.地形摄影测量2.非地形摄影测量按影像信息处理手段1.模拟摄影测量2.解析摄影测量3.数字摄影测量摄影测量与遥感异同：摄影测量：a)以航空摄影成像为主b)以测绘大比例尺地形图为主c)以影像几何信息的处理为主d)以提供区域基础地理信息服务为主遥感：a)以卫星传感器成像为主b)以编制中小比例尺专题图为主c)以影像物理信息的处理为主d)以各行业、部门专业应用为主。第二章摄影测量的基本知识景深：被摄景物中能产生较为清晰影像的最近点至最远点的距离。（光圈号数越大，景深越大；光圈号数越小，景深越小）无穷远点：在焦面上能构成清晰影像的最近物距称为无穷远起点。（无穷远起点就是对光于无穷远时景深的近景点距离，它将随光圈号数等因素而定）航空摄影机分类（按摄影机主距长度）：1.短焦距（150mm）：短焦距航空摄影机的像幅多为18×18cm2.中焦距（150～300mm）：中焦距的多为23×23cm3.长焦距（300mm）摄影机：长焦距的多为23×23cm或30cm×30cm（航空摄影机的像幅均采用正方形）量测用摄影机：1.航空摄影机（飞机上对地面自动地迸行连续摄影的摄影机）2.地面摄影测量用的摄影经纬仪2/163.近景摄影测量用的摄影机量测用摄影机的三个特点:1.量测用摄影机的像距是一个固定值，几乎等于摄影机物镜的焦距。2.摄影机像面框架有无框标标志(框标：设置在摄影机焦平面（承影面）上位置固定的光学机械标志，用于在焦平面上（亦即像片上）建立像方坐标系)3.内方位元素已知(摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点，摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影机主距，也叫像片主距，一般用字母f表示。像片主点在框标坐标系中的坐标值x0,y0,把f,x0,y0就称为像片的内方位元素)航空摄影的基本要求：1.航摄倾角：像片倾角应小于3度（摄影主光轴与铅垂方向的夹角）2.摄影比例尺：一般选择较小的比例尺1𝑚=𝑓𝐻→∆𝑚𝑚=∆𝐻𝐻要求：|∆𝑚𝑚|≪5%即|∆𝐻𝐻|≪5%3.像片重叠度：航向重叠度=65%；旁向重叠度=30%（在航向方向必须要三张相邻像片有公共重叠影像，这一公共重叠部分称之为三度重叠）4.航带弯曲度：不得超过3%（航线两端像片的像主点间的直线距离L与偏离该直线最远的像主点到直线的距离之比）5.像片旋转角：一般要求小于6度，个别最大不应大于8度。而且不能连续三片有超过6度的情况。（相邻两张像片的像主点连线与像幅沿航线方向的两框标连线间的夹角）另外还规定：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。相对绝对航高等知识点见书P18、PPT第三章P9第三章单张航摄像片解析中心投影：投影射线汇聚同一点的投影。（投影中心S:中心投影射线的汇聚）（航片是地面景物的中心投影）平行投影：投影射线相互平行的投影正射投影：投影射线相互平行且与投影平面正交的投影。（地形图（包括影像地图）是地面景物的正射投影）摄影测量的主要任务之一，即是把记录在中心投影像片上的地面景物转换成按图比例尺的正射投影地图。摄影测量几何处理任务：是根据像片上像点的位置确定相应的地面点的空间位置像方空间坐标系:1.像平面坐标系：是以主点为原点的右手平面坐标系，用O-xy表示，又常用框标连线交点不重合，须平移，框表坐标系中x0，y0，化算为x-x0，y-y02.像空间坐标系：进行像点空间坐标变换，描述像点在像空间位置的坐标系从摄影中心S为原点，x，y轴与像平面坐标系x，y轴平行，z轴与光轴重合。形成像空间右手直角坐标系S-XYZ，每张像片的像空间坐标系而建立的坐标系3/163.像空间辅助坐标系：用S-UVW表示，原点为S，坐标轴依情况而定a)取u、v、w分别平行地面摄影测量坐标系D-XYZ.b)以每个像片对的左片摄影中心为原点.c)摄影基本为u轴，以摄影基线及左片光轴构成的平面作为uw平面，过原点且垂直于uw平面的轴为v构成右手直角坐标系物方空间坐标系：1.摄影测量坐标系：将像空间辅助坐标系S—XYZ沿着Z轴反方向平移至地面点P，得到的坐标系P—XpYpZp称为摄影测量坐标系（由于它与像空间辅助坐标系平行，因此很容易由像点的像空间辅助坐标求得相应的地面点的摄影测量坐标）2.地面测量坐标系：高斯-克吕格6°带或3°带投影的平面直角坐标与定义的从某一基准面量起的高程组合而成的空间左手直角坐标系，用T-XtYtZt。3.地面摄影测量坐标系：过渡像空间辅助坐标系的右手系换算到地面测量坐标系左手系的坐标系，用D-XYZ表示，原点为测区骱某一地面点上，X轴与航向一致，Y轴与X轴正交，Z轴沿铅垂方向，构成右手直角系。像片的内方位元素：表示摄影中心与像片之间相互位置关系的参数1.摄影中心S到像片的垂距（主距）f2.像主点o在像框标坐标系中的坐标xo、yo。像片的外方为元素：表示摄影瞬间摄影中心和像片在地面坐标系中位置和姿态的参数（通常选用地面摄影测量坐标系）1.外方位线元素：描述摄影中心在地面坐标系中的位置(Xs、Ys、Zs)2.外方位角元素：描述像片在摄影瞬间的空间姿态a)旁向倾角ω：绕X轴旋转b)航向倾角φ：绕Y轴旋转c)像片旋转角κ：绕Z轴旋转国际上的规定：逆时针为正(即右手的四指方向为正)我国习惯上顺时针为正，与逆时针为正（从旋转轴的正向的一端面对着坐标原点看）像点的平面坐标变换R称为旋转矩阵像点的空间坐标变换绕Z轴旋转θ角度a(X,Y,Z)变为a(Xθ,Yθ,Zθ)222211cossinsincosyxyxRyx1111111122为正交矩阵，所以cossinsincosRRRyxyxRyxRyxTTZZYXYXcossinsincos4/16像空间辅助坐标系与像空间坐标系的相互关系a点S-XYZ中表示为（X,Y,Z）,a点在s-xyz中表示为(x,y,-f)以Y为主轴的φωκ系统a点S-XYZ中表示为（X,Y,Z）,a点在s-xyz中表示为(x,y,-f)S—XYZ绕Y转φS—XφYφZφS—XφYφZφ绕Xφ转ωS—XφωYφωZφωS—XφωYφωZφω绕Zφω转κs—xyz将(c)式带入(b)式，再代入(a)式,得由此得，旋转矩阵R的方向元素为：ZYXZYXRZYX1000cossin0sincos写成矩阵形式：　　)(　　　　,cos0sin010sin0cosaZYXRZYXZYX)(　　　,cossin0sincos0001bZYXRZYXZYX)(　　　,1000cossin0sincoscfyxRfyxkkkkZYXkfyxcccbbbaaafyxRfyxRRRZYXk321321321coscoscossincossinsinsinsincoscossinsincoscossincoscossinsinsinsinsincossinsinsincoscos321321321ckckcbkbkbakaka1为正交矩阵，注意：RRRT5/16等价于中心投影的构像方程（共线方程）P47由于摄影时S,a,A三点共线，由三角形的相似关系可得：按矩阵形式：已知像点的两套坐标和有如下关系：将(a)式带入(b)式得展开得用(d)式中的第一式和第二式分别除以第三式，得中心投影的构像方程式即共线方程平坦地区的构像方程ZYXcbacbacbaZYXRZYXRfyxfyxcccbbbaaafyxRfyxRRRZYXTk33322211113213213211SASASAZZZYYYXXX)(,1aZZYYXXZYXSASASAfyx,,ZYX,,)(,3332221111bZYXcbacbacbaZYXRfyx)(,1333222111cZZYYXXcbacbacbafyxSASASA)(,)()()()()()()()()(1333222111dZZcYYbXXaZZcYYbXXaZZcYYbXXafyxSASASASASASASASASA)()()()()()()()()()()()(333222333111SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx6/16共线方程中，当（常数），则可导出：为两平面间中心投影的构像方程式，又称透视变换公式。像点位移1.像片倾斜引起的像点位移P562.地形起伏引起的像点位移P573.大气折光的影响P214.地球曲率的影响P225.像片比例尺P58单向空间后方交会P49目的:根据影像覆盖范围内一定数量的分布合理的地面控制点（已知其像点和地面点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素每张像片的有六个外方位元素:(Xs、Ys、Zs、、、)单像空间后方交会：利用像片上三个以上控制点的像点坐标及相应的物方坐标,反算像片外方位元素的过程。空间后方交会的基本公式：空间后方交会的数学模型是共线方程，即中心投影的构像方程：上式是非线性函数，为了便于计算机计算，需要按泰勒级数展开，舍弃二次项，使之线性化得：式中，(x),(y)为函数的近似值。为六个外方位元素的改正数。每次迭代计算过程中，给定未知数（即外方位元素）的近似值后，即可计算得到展开式中未知数的偏导系数值，从而组成线性方程组解算式中HZZs1132312322213231131211yaxaayaxaYyaxaayaxaXdkkydydydZZydYYydXXyyydkkxdxdxdZZxdYYxdXXxxxSSSSSSSSSSSS)()(dkdddZdYdXSSS,,,,,dydydydZ