摄影测量基础
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摄影测量基础知识
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
正射投影 投影射线 与投影平 面正交
§3-2
中心投影的基本知识
一 、中心投影与正射投影
1、正射投影、中心投影
航片是地面景物的中心投影； 地形图（包括影像地图）是地面景物的正射投影；
§3-2
中心投影的基本知识
一 、中心投影与正射投影
p p % 100 % l
相邻航线上的像片影像重叠程度。
І-1
旁 向 重 叠 度
l
q
Ⅱ-1
q q % 100 % l
航向相邻两个摄影站间的距离D
摄影基线
B m l (1 p%)
P2
S2
摄 影 基 线
P1
S1
B
D m l (1 q%)
E
§3-1
航空摄影
二 、空中摄影过程
c
V
ho hcC
O E
V
T
重 要 的 点 线
点：摄影中心S 像主点o 地主点O 像底点n 地底点N 等角点c 地面等角点C
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
又称为方向余弦。
§3-6
像点的空间直角坐标变换与构像方程
一 、像点的空间坐标变换式
R矩阵为正交矩阵。
x u a1 b1 c1 u y R 1 v a b c v 2 2 2 f w a3 b3 c3 w a1U b1V c1W a2U b2V c2W a3U b3V c3W
摄影测量学基础第4章 立体观测与模拟摄影测量
N2
相应的模型点的投影重合，取N1。
2）以N1为中心旋转图底，使对角线 上的另一控制点N4的模型点的投影
N3
N4
落在相应两控制点N1 N4的连线上。
3）调整模型比例尺。沿投影基线方向移动一 个投影器，改变投影基线的长度，直到两模型 点的投影正好与图底上相应控制点重合。
3. 模型置平
1）任取一点如N1为高程起始点，调整高程起始 读数，使N1的高程读数等于实测高程。 2）用测标立体切准N2、 N3两点，读出相应的高 程读数，并计算出相对N1的高程差。
3、零立体效应
将正立体情况下的两张像片，在各自 的平面内按同一方向旋转90°，使像片上 纵横坐标互换了方向。像片上原来的纵坐 标y轴转到与基线平行，此时生理视差变为 像片的y方向的视差。
零立体效应是基于人眼测量左右视差 的精度高于上下视差，将上下视差转换成 左右视差，以提高观测精度。
这种立体视觉，称为零立体效应。
立体镜的主要作用是使得一只眼睛能清晰地只看 一张像片的影像。
桥式立体镜：简单但 观察的范围小
可以观察23—30cm边长的大像幅立体像对
反光立体镜：用两条分开的观测光路将 来自左右像片的光线分别传送到观察者的左 右眼睛中，每条观测光路由物镜、目镜和其 他光学装置组成。相比扩大像片间距和放大 像幅的作用，其立体观测效果更好。
§4.2 立体像对
1、立体像对的定义
由不同摄站获取的，具 有一定影像重叠的两张像
片。
立体摄影测量（双像测图） 也就是以立体像对为测量 单元的
o1 a1 S1
o2 a2 S2
A
2、立体像对的分类
1）航摄立体像对：航摄仪沿航线定时启动快门 拍摄而成；主要介绍。要求相邻像片的航向重叠 60%以上，无人机搭载的数码相机拍摄的像对可 达80%重叠度。
第三章摄影测量基础知识
地面摄影测量坐标系
一、像平面上的坐标系
1.框标坐标系
边框标
原点：框标连线交点P x轴：航向框标连线方向
y轴：旁向框标连线方向 y
x
P
机械框标（或边框标）
角框标
原点：框标连线交点P x轴：框标连线在航向方向夹角的平分线
y轴：垂直于x轴的方向作为y轴
坐标轴的正方向都按右手定则确定。
2.像平面坐标系(o-xy)
考虑因素：成图比例尺、测图方法、成图精度、 经济性等因素，还得综合考虑航摄像片以后的使 用可能性。
测图比例尺
比例尺类型 航摄比例尺 测图比例尺
1:2000 ～1:3000
大比例尺 1:4000 ～1:6000 1:8000 ～1:12000 中比例尺 1:15000～1:20000 1:10000～1:35000 小比例尺 1:20000～1:30000 1:35000～1:55000
？
A
3.4 摄影测量常用的坐标系统
摄影测量几何处理的任务是根据像片上 像点的位置确定相应地面点的空间位置。 摄影测量中常用的坐标系有两大类： 像方坐标系：描述像点的位置 物方坐标系：描述地面点的位置
像平面坐标系
像方坐标系
像空间坐标系
摄 影 测 量 坐 标 系
物方空间坐标系
像空间辅助坐标系
地面测量坐标系
T
s y
o
地面测量坐标为国家统一坐 标系，平面坐标为高斯-克 吕格3度带或6度带投影 （1980西安坐标系），高程 为1985黄海高程系
x
a
Zt Xt A
A(Xt,Yt,Zt) Yt
•地面摄影测量坐标系
设立原因：摄影测量坐标系采用的是右手系，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。 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。
摄影测量学基础第3章 单张像片的解析基础
• 此 外 ： 航向、旁向重叠度小于最低要求时,称航摄 漏洞,需要在航测外业做补救。当摄区地面起伏较 大时,还要增大重叠度,才能保证像片立体量测与拼 接。
• 应当指出,随着航空数码相机的应用,已有航向重叠 度大于80%、旁向重叠度在40%~360%的大重叠度 航空摄影测量出现;利用三线阵传感器摄影,还可具 有100%的重叠度。
3、中心投影 [Central Projection]
所有投射线或其延长线都通过一个固定点的投影，叫做 中心投影。投影光线会聚的点S称为投影中心。
负片位置： 正片位置：
投影中心
－摄站
投影中心位于物体和投影平面之间。 投影中心位于物体和投影平面同侧。
S
S
S
§3.2 中心投影
4、中心投影主要特性 [Main Features of Central Projection]
投射线互相平行的
投射线垂直于投影平面的
投影，叫做平行投影。 平行投影称为正射投影。
§3.2 中心投影
2、平行投影与正射投影
[Parallel Projection & Orthographic Projection ]
AB
D C
地形图 a0 b0 c0 d0
地形图在局部范围内是地面的正射投影！
§3.2 中心投影
受技术和自然条件限制，飞机往往不能按预定航线飞行 而产生航线弯曲，造成漏摄或旁向重叠过小。一般要求航 摄最大偏距与全航线长之比不大于3%。
5、像片旋角
相邻像片的主点连线与像幅沿航线方向两框标连线间的 夹角称为像片旋角。
有像片旋角k会使重叠度受到影响，一般要求不超过60， 最大不超过80。
航线方向
航线方向
第3章摄影测量基础知识
Zt Xt
T
Yt
五、地面摄影测量坐标系（D-XtpYtpZtp）
坐标原点：测区内的其一地面点 X轴：大致平行于航线方向 Z铀：铅垂线方向 右手直角坐标系。
设立原因：像空间辅助坐标系采用的是右手系，而地 面测量坐标系采用的是左手系，给像空间辅助坐标系 到地面测量坐标的转换带来了困难。为此，建立一种 过渡性的坐标系，称为地面摄影测量坐标系。
一、航空摄影前的准备
确定摄区范围
制
选择航摄仪
定
航
确定摄影比例尺
摄
计
确定摄影航高
划
需要的像片数、日期等
1. 确定摄区范围
摄区面积较大或摄区地形复杂时，要进行 分区，按分区进行摄影
2. 航摄仪的选择
平坦地区大比例尺测图
综合法测图 长焦距窄角
非平坦地区 全能法测图
中焦距常角或宽角
3.摄影比例尺（像片比例尺）的确定
yz
s
x
y -f
已知像点的像平面坐标后，就能
o
x
获得该像点的像空间直角坐标。 P
每张像片的像空间直角坐标系是 各自独立的。
三、像空间辅助坐标系S-uvw
原点：摄站点S
坐标轴可根据需要选定。
W
第一种：
S
u,v,w轴系分别平行于地 面摄影测量坐标系
Z
Y
v u
o
D
X
第二种：以每条航线内第一张像片的像空间 坐标系作为像空间辅助坐标系。
影为一平面线束。 平面曲线的中心投影一般是平面曲线。(特例） 空间曲线的中心投影是平面曲线。
3.3 航摄像片上特殊的点、线、面
透视变换定义 （Definition of the Perspective Transform）
第3章摄影测量基础知识
三、摄影测量生产对摄影资料的基本要求
1、影像的色调 影像清晰、色调一致、反差适中，无防碍测图 的阴影。 2、像片倾角 像片倾斜角的要求，一般为2-3度之间。
像片倾斜角：航空摄影时，航空 摄影机主光轴与铅垂线的夹角， α＝ 0 时为最理想的情形。
3、像片重叠 ❖航向重叠度与旁向重叠度
航向重叠：同一航线内相邻像 片应有一定的影像重叠。 旁向重叠：相邻航线也 应有一定的重叠。
地面摄影测量坐 标系
摄影测量坐标系
像平面坐标系
1．框标坐标系
框标坐标系是依像片上相应框标连线作为基准建立直角坐 标。
对于框标设在像幅四边中央的像片，通常依航线方向两边 对应框标连线作为x轴，以飞行方向为正方向；旁向两边 对应框标连线作为y轴，方向以右手系确定；两连线的交 点P作为坐标原点．如图所示。
2、航摄机在摄影曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地 面。
3、要确定地面点，用单张像片是不能确定位置的， 只能确定方向，所以要采用从不同摄站对同一区 域进行立体摄影，所以要求两相邻的照片要有重 叠，重叠的范围称为航向重叠度（60%-65%，最 小不得小于53%）。同理旁向重叠（30%-40%， 最小不得小于15%）
4、航线弯曲
❖ 航线弯曲：把一条航线内的像片根据地物的影像叠拼 起来，各张像片的像主点连线不在一条直线上，而呈 现为弯弯曲曲的折线
❖ 航线弯曲度：一条航线内各张像片主点至首尾两张像
主点连线的最大偏离度⊿L
⊿L
≤ 3%
L
⊿L L
我国航空摄影规范 中明确规定：航线 弯曲度一般不得超 过3%
5、对像片旋角的要求
2、重要点、线满足的数学关系：
on ftg
oc ftg 2
oi fctg
摄影测量学基础知识点
摄影测量学基础知识点一、摄影测量学的基本概念。
1. 摄影测量学定义。
- 摄影测量学是对研究的对象进行摄影，根据所获得的构像信息，从几何方面和物理方面加以分析研究，从而对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。
简单来说，就是利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置的学科。
2. 摄影测量的分类。
- 按距离远近分。
- 航天摄影测量：利用航天器（卫星、航天飞机等）上的摄影机对地球表面进行摄影，获取大面积的影像数据，主要用于地形测绘、资源调查、环境监测等全球性或大区域的项目。
- 航空摄影测量：通过飞机等航空飞行器上的航空摄影机对地面进行摄影，是地形测绘、城市规划等中常用的测量手段，它可以获取较高分辨率的影像，覆盖范围相对航天摄影测量小，但精度较高。
- 地面摄影测量：将摄影机安置在地面上，对目标物进行摄影测量。
常用于近景摄影测量，如建筑变形监测、文物保护中的三维建模等。
- 按用途分。
- 地形摄影测量：主要目的是测绘地形图，获取地面的地形地貌信息，包括等高线、地物位置等。
- 非地形摄影测量：用于测定物体的外形、大小和运动状态等，在工业制造（如汽车外形检测）、生物医学（如人体骨骼测量）等领域有广泛应用。
3. 摄影测量的发展历程。
- 早期的摄影测量主要基于模拟摄影测量仪器，如立体测图仪等。
通过光学机械的方法，将摄影像片进行模拟处理，实现地形测绘等功能。
- 随着计算机技术的发展，进入解析摄影测量阶段。
通过建立数学模型，利用计算机解算像片上像点的坐标，提高了测量的精度和效率。
- 现在，数字摄影测量成为主流。
它以数字影像为基础，利用计算机视觉、图像处理等技术，实现自动化、智能化的摄影测量处理，如数字高程模型（DEM）生成、正射影像图制作等。
二、摄影测量的基本原理。
1. 中心投影原理。
- 摄影测量中，摄影机的镜头相当于一个中心投影的投影中心。
地面上的点在像片上的成像过程是中心投影。
- 设地面点A，摄影中心S，像点a，在中心投影下，A点发出的光线通过镜头S 后，在像平面上成像为a点。
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
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Y
0
0 1
sin 0
X Y
R
X Y
Z sin 0 cos Z
Z
以Y 轴为主轴的--转角系统的坐标变换
S-XYZ坐标系绕X轴旋转角
到S-XYz
X Y
1 0
Z 0
0
cos sin
0 sin
X Y
R
X Y
cos Z
Z
§2.1.1 航空摄影与航摄像片
S
S
Z
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
焦
长焦距：(主距>200mm)
距
中焦距：(主距＝100～200mm) 短焦距：(主距<100mm)
像
常 角：(视场角<75。)
场
宽 角：(视场角＝75。 ~100。) 特宽角：(视场角>100。)
重 要 的
点
c
线
特
C
征
等角点特性
在倾斜像片和水 平地面上，由等 角点c和C所引出 的一对透视对应 线无方向偏差， 保持着方向角相 等
重 要 的
点 线 特 征 等比线特性
等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺，
不受像片倾斜影响
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
摄
摄影基线
影
基 线
P1 S1
B
P2
S2
E
摄
S
影
f
视摄影像片水平、
比
a
P
地面取平均高程 时，像片上的线
例 尺
段 l 与地面上相
H
应的水平距L 之 比为摄影比例尺
A
1l f mLH
E
f为摄影机主距，H为航高
试计算f为200mm，航摄比例尺分母为8000的飞机飞行高度（相对）
测
mb c mk
图
航摄比例尺分
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
确定摄影物镜后节点与像片之间相互位置关系的参数
像
S
片
内
yf
方
位
o y0
x
元
p x0
素
内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束
确定摄影瞬间像片在地面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
像 中心在地面空间直角坐标 s
片
系中的位置(Xs、Ys、Zs)
R RT b1
b2
b3
a2
b2
c2
0
1
0
c1 c2 c3 a3 b3 c3 0 0 1
a1 b1 c1 a1 a2 a3 1 0 0
RT R a2
b2
c2
b1
b2
b3
0
1
0
a3 b3 c3 c1 c2 c3 0 0 1
正交变换矩阵的特点
a12 a2 2 a32 1 b12 b2 2 b32 1 c12 c2 2 c32 1 a1b1 a2b2 a3b3 0 a1c1 a2c2 a3c3 0 b1c1 b2c2 b3c3 0
比
母
测图比例尺分 母
例 尺
比例尺类型 大比例尺 中比例尺 小比例尺
航摄比例尺 1:2000 ～1:3000 1:4000 ～1:6000 1:8000 ～1:12000 1:15000～1:20000 1:10000～1:35000 1:20000～1:30000 1:35000～1:55000
测图比例尺 1:500 1:1000 1:2000， 1:5000 1:5000 1:10000 1:25000 1:50000
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
l
L
航线弯曲度：航 线最大弯曲矢量 与航线长度之比 的百分数。要求 航线弯曲度<3%
一张像片上相邻主点连线与同方向框
标连线间的夹角。要求像片旋角<60
像
片
o2
旋
o1
角
像片旋角过大会减少立体像对的有效范围
on f tg
重 要
oc f tg
2
oi f ctg
P v
S i
o
W
T
c
点
n
线 的
J V vN C O
V E
数
ON Htg
T
学 关
CN Htg
2
Si ci f
sin
系
SJ iV H
sin
重
要
的
n
点
线
特
N
征
底点特性
铅垂线在像平面 上的构像位于以 像底点n为辐射 中心的相应辐射 线上
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，
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
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，
’
A
X
以Z 轴为主轴的A--v转角系统
Z zy Y
像
x
片
s
X
外
像片倾角
方
位
Z
o
像片旋角
v
角
Y
元
N
方位角
素
A
A
X
§2.3 空间直角坐标变换
平
y
面 坐 标
x x'cos y'sin y x'sin y'cos
y’
a x’
变
o
x
换
x cos sin x
y
sin
cos
y
可以理解为：像空间坐标系是像空间辅助坐标系（相当
竖
像片
直
像片
S
摄
影
A
铅垂线
摄影机主光轴
§2.1.1 航空摄影与航摄像片
航空摄影
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
1
23
向
重
叠
px
度
Lx
px %
px Lx
100%
І-1
旁
Ly
向
重
py
叠
Ⅱ-1
度
py%
py Ly
100%
航向相邻两个摄影站间的距离
摄 称像点位移
像
s
s
片
a bc
的
p
a
b0
a0 b
p
A
特
CE
B0
点
AB
像片倾斜引起的 像点位移
A0
B
地形起伏引起的
像点位移
航摄像片与地图的关系
投影方式：地图为正射投影，航片为中心投影
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
所见即所得
表示内容：地图需要综合取主舍观（、制艺术图规则），航片内容丰富
arctg( a3 )
c3
arcsin(b3 ) arctg( b1 )
b2
以X 轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变
换
X
x x
Y
R
R
R
y
R
y
Z
z z
R R R R
1 0
0 cos 0 sin cos sin 0
0
cos
sin
0
1
0
sin
A(Xt,Yt,Z
t)
t
Yt
Z
像
Y
空
间
s
X
辅
y
助
ox
坐
a
标
系
a(X,Y,Z)
地 面
原点为地面某一控制 点，Ztp轴与地面测量 坐标系的Zt轴平行，
摄 Xtp轴与航线一致
s
影
测
Ztp
量
y ox a
坐
Ytp
标
A
系
M
Xtp
Z
摄影测量中的各种坐标系
zy Y x
s
X
Ztp
Ytp
M
Xtp
§2.2.2 航摄像片的方位元素
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
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
外
方
Z
位
o
Zs X