第四章 立体测图原理

摄影过程几何反转
内定向： 在室内，利用和摄影镜箱完全相同的两个投影器， 将立体像对的两张像片装入投影器中，用聚光灯照明， 保证投影光束与摄影时光束相一致（恢复了像片内方 位元素，称为内定向）。 相对定向： 让两投影器连同像片还原到两投影站上（距离为b） 并与摄影时摄影机的空间方位相一致，同名点的投影 射线必然对对相交。即恢复了两张像片摄影时的相对 方位，建立了和实地相似的立体模型称为相对定向。 投影时基线为b，比摄影基线B缩小M倍，则缩小后的 几何模型的比例尺为 1 b
5、模拟法测图中的绝对定向 三个平移量 X、Y、 Z，三个旋转角 、、，模型比例尺因子 N1 N3 N2
N4
绝对定向过程
• 将控制点展绘在图纸上
• 将图纸安放在制图承影面上，使其中一个控制 点N1与相应模型点投影重合(X 、Y） • 以 N1为中心旋转图纸，使另一控制点的模型点 的投影点在图纸上相应两控制点的连线上（ ）
（一）、精密立体测图仪
（二）、接口设备 接口设备的功能是——在精密立体测 图仪、绘图桌、计算机及操作台之 间沟通信息。
除电路和电子元件外，这里只说明编 码器和伺服系统两种器件的作用。
1. 编码器 编码器作用：把仪器的机械位移量转 换成计算机能接受的数字量，即模/数 转换作用
2.伺服系统
伺服系统的功能：把计算机给出的数 字信息转变为仪器部件的机械位移， 把部件（像片架、绘图笔等）驱动到 应有的位置。
§4.4.1 电子计算机在机助和机 控测图中的作用
一、机助绝对定向 二、机助测图的功能 三、在机控摄影测量系统中辅助作业的功能 四、数字获取、图形编辑和成果输出的
§4.2 模拟法测图原理
地面A、C、D、M在相邻两摄 影站上都有影像。像片P1、 P2为一个像对。 同名像点：同一地面点在相 邻像片上的构像称为同名像 点。如a1和a2。 同名光线：同一地面点向相 邻的两个摄影物镜透射的主 光线称为同名光线。 核面：在摄影的过程中同名 光线与摄影基线在一个平面 内，即三线共面，该平面称 为核面。 双向投影测图原理： 摄影过程的几何反转。
M


B
完成了内定向和相对定向这个过程称为摄影过程的几 何反转。其实质模拟了空中摄影过程。
模拟法测图的作业流程：
利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转， 用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态 构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模 型的量测得到地形图和各种专题图
光 学 像 片
光学机械 测图仪器
四、解析测图仪的发展历史

研制阶段： 民用生产阶段： 摄影测量的数据采集阶段： ——面向数字测图 ——面向地图数据库
——面向土地/地理信息系统
§4.3.2 解析测图仪的结构
解析测图仪可认为有两大部分： 硬件——是实现解析测图仪功能的基础 软件——是决定解析测图仪功能的强弱的
一、解析测图仪的硬件

多倍投影测图仪
B8S立体测图仪结构示意图
光学纠正仪
HJ-24
SEG-1
Wild A10
模拟立体测图仪
4.3 解析测图仪原理
§4.3.1 §4.3.2 §4.3.3 解析测图仪概述 解析测图仪的结构 解析测图仪的工作原理
解析摄影测量：定义
以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量 测和解析计算方法的交会方式来研究和确定被摄物体 的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各 种摄影测量产品的一门科学


源自文库

立体坐标 量测仪 作业员
电 子 计 算 机
数控 绘图桌
解析测图仪的测量结果首先以 数字形式存储在计算机中，通 过必要的格式转换，可进入测 量数据库或地理信息系统。
三、解析测图仪的特点
与模拟法相比的特点是：


精度高
功能强
效率高
具有机助绘图功能 便于实现测图自动化 便于建立地图数据库组成的测图系 统
解析测图仪是由：

一台精密立体坐标量测仪


一台电子计算机
数控绘图桌


相应的接口设备
软件系统
组成的测图系统
各部件作用：

立体精密坐标量测仪——为立体观察和立 体量测的部件； 电子计算机——为解析测图仪的核心，它 实现解析测图仪的实时计算，并完成各种 摄影测量作业的有关计算； 数控绘图桌——在电子计算机的控制下， 自动绘出地形图和其它各种图件； 相应的接口设备——实现计算机与立体坐 标量测仪和数控绘图桌的连接与信息沟通 。
按投影方式
按交会方式
直接交会 间接交会
主要模拟测图仪简介
立体测图仪主要用光学 及机械的方式，模拟摄 影过程的几何反转，用 一、多倍投影测图仪 实际的投影光线或机械 二、B8S型立体测图仪 导杆代替摄影光线进行 简介。 同名光线的交会，建立 与地面完全相似的立体 模型。在此立体模型上 进行地物、地貌的测绘。 利用仪器上的内绘图桌， 或通过机械传动装置与 之相连的外界绘图桌绘 出地形原图
（一）、计算机操作系统 （二）、摄影测量软件
功能：建立被测对像的立体模型
利用模型完成各种测量任务
实时程序 ——一般用汇编语言编写，厂家提供，机器 按一定周期自动启动运行： 应用程序——一般用高级语言编写，作业员操作运行 ： 1) 内定向 2) 相对定向
3) 绝对定向
4) 模型存储与恢复 5) 点观察
光 学 像 片
解 析 测图仪器
计算机建立 立体模型
数字线划地图 数字高程模型 像片影像地图
人工量测 和解译
自动记录
§4.3.1 解析测图仪概述
一、从模拟测图仪到解析测图仪
模拟测图仪——光学投影，建立光学 立体模型 解析测图仪——数字投影（即坐标变 换），建立数字立体模型
二、解析测图仪的基本组成部分
时间脉冲
车架 （ 机械 位移）
编 码 器
寄 存 器
模/数转换流程
控 制 器
计 算 机
开环系统的作用：
来自计算机的数字信息输给控制器， 控制器按照一定的时间要求把信息传送 给数/模转换器，数/模转换器把数字信 息转换成电压信号或脉冲串，经过放大 电路输送给电机，以驱动车架。
时间 脉冲 控制 器
电源 数 / 模 转换（ 脉冲发 生）
时 间 脉冲 数字 信息 数/模 转换（ 脉冲发 生） 寄 存 器
闭环系统
电源
控 制 器
放 大 器
马 达
车 架
编 码 器
（三）、计算机
担负着全部数据的计算与管理 任务，决定了解析测图仪的潜力与 权限，并在相当大的程度上影响着 仪器的价格。
二、解析测图仪的软件
它具体地实现各种功能，并把它 们组织成有意义的动态过程，软件 决定着解析测图仪的性能。
人工建立 立体模型 人工量测 和解译
图解线划地图 像片影像地图
机械绘图
模拟法测图中立体像对的相对定向
相对定向的目的：是恢复两张像片的相对位置 和姿态，达到同名光线对对相交，建立相对立 体模型。 在模拟测图仪上进行相对定向：是在立体观察
下运动投影器，使得同名光线对对相交。
两相邻像片放在投影仪上
Px左右视差
《摄影测量与遥感概论》
第四章 立体测图原理
辽宁科技大学土木工程学院测绘工程教研室
主要内容：
§4.1 §4.2 §4.3 §4.4 立体测图方法概述 模拟法测图原理 解析法测图原理 机助测图原理
§4.1 立体测图方法概述
航测立体测图方法有如下三种： 1) 模拟法立体测图。 2) 解析法立体测图。
3) 数字化测图 ( 数字摄影测量系 统) 。 ※
数字 信息
放大 器
马 达
车 架
闭环系统的作用： 来自计算机的数字信息，一方面和开 环系统一样，经控制器、数/模转换器、 放大器，由电机驱动像片车架，此时车架 上的编码器就把车架位移又变成数字输送 给寄存器；另一方面，控制器也把计算机 传来的数字信息输送给寄存器，将两方面 传来的信息进行比较，如有粗差，就按差 值送给后面的驱动线路继续驱动车架。这 样的反馈循环直到寄存器中的数字与来自 计算机中的数字相等时为止。
模拟测图仪的结构 投影系统 ：投影镜箱、基线架
观测系统 ：观察系统和量测系统
绘图系统 ：测绘台
模拟法测图中立体模型的绝对定向
完成相对定向后，即可使同名光线对对相交， 建立起与地面相似的几何模型。但此时模型的 比例尺和空间位置均是任意的，为了用立体模 型进行量测，获得正射投影的地形图，还需要 将该模型纳入地面测量坐标系中，并规划为图 比例尺。这一过程称为立体模型的绝对定向。
A1 Y Px
A2 Q Q上下视差 Y
A1
A2 Q
X
X
模拟法相对定向的思想
通过微动投影器的定向螺旋，消除承影面上 同名点的上下视差来完成相对定向，这就是模拟 法相对定向的思想。
4、模拟法测图中的相对定向
相对定向标准点
Y1 3 Y2 4
1
5
2 6
利用微动螺旋By，Bz， , , 的微小变动，消 除上下视差，得到立体模型
• 解求比例因子，图纸上控制点的连线长度与相 应模型点投影间长度相等 • 使N1点的高程读数等于实测高程（ Z ）
• 模型置平（ 和 ）
地物与地貌的测绘
步骤（先测地物，再测地貌）：
一、测绘地物
二、定高程注记点
三、描绘等高线
四、检查接边
四、模拟测图仪的结构与分类
光学投影类 机械投影类 光学机械投影类
6) 数字地面模型（DTM）
7) 面积、体积和矢量计算 8) 空中三角测量
§4.3.3
主要解析测图仪简介
德国Zeiss厂C-100型解析测图仪
瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪
§4.4 机助测图系统
1. 机助绘图与数字测图的主要不同之处： 机助绘图是计算机帮助作业人员绘出各种图件； 数字测图是利用数据库管理系统采集数字地图， 然后在编图工作站上进行编辑和加工，获得数 字产品。 2. 是什么原因使摄影测量与地理信息系统和 土地信息系统日益结合在一起的？ 正是计算机辅助和计算机控制摄影测量系统 的出现和不断进步。