摄影测量学第二章_单张航片解析
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【武汉大学-摄影测量学-单张相片解析】3.5.5单片空间后方交会
cos
0
s
in
0 0 1 0 0 0
1 0 0
X
YZ
R 1 R
R1
X
Y
Z
Xs
Ys Zs
0 R1 0
1
0 0 0
1X X s
0 0
Y Z
Ys Zs
武汉大学
摄影测量基础
偏导数－2-2
X
YZ
R 1
0 0
1
0 0 0
1 X
0 0
R
YZ
c1
X s
X)
f Z 2 (a1Z a3 X )
1
X
Z
(a1 f
f
Z
a3 )
1 Z
a1 f
a3 (x
x0 )
武汉大学
摄影测量基础
偏导数－1
x X s
1 Z
a1 f
a3(x x0 )
x Ys
1 Z
b1 f
b3(x x0 )
x Z s
1 Z
c1 f
c3(x x0 )
y X s
1 Z
c2 c3
0 0 0
a1 a1
a2 a3
bc11
a2 b2 c2
a3 b3 c3
X Y Z
0
aa23cc11
a1c2 a1c3
a1c2 a2c1 0
a3c2 a2c3
a1c3 a2c3
0
a3c1 a3c2
X
YZ
0 bb32
b3 0
b1
b2 b1
0
X
武汉大学
摄影测量基础
误差方程的建立
☺ 已知值 x0 , y0 , f , m, X, Y, Z ☺ 观测值 x, y
工程摄影测量学--第11讲单张航摄像片的作业理论
Ys
(
Z
Zs
)
b1 x
b2
y
b3
f
Y
•• • • • • • • ••
••• ••
• • • ••
••• ••
c1 x c2 y c3 f
••• • •
y ••• • •
••• • • ••• • •
纠正图像 X
••• • •
原始图像 x
24
2、间接法
x f
a1( X a3 ( X
X S ) b1(Y YS ) c1(Z ZS ) X S ) b3 (Y YS ) c3 (Z ZS )
安 全 在 于 心 细，事 故出在 麻痹。 20.10.2420.10.2417:36:5117:36:51October 24, 2020
踏 实 肯 干 ， 努力奋 斗。2020年 10月 24日 下午5时 36分20.10.2420.10.24
追 求 至 善 凭 技术开 拓市场 ，凭管 理增创 效益， 凭服务 树立形 象。2020年 10月 24日 星期六 下午5时 36分51秒 17:36:5120.10.24
15
1、像片纠正的定义 将像片变换为具有规定比例尺的正射像
片的技术。
像片纠正的任务：消除像片的倾斜和地 形起伏的双重影响。
16
2、整片纠正 对于平坦地区的航片，像片纠正只
须消除像片倾斜的影响，所有像点的纠 正可以用同一组变换参数下完成。
X a11x a12 y a13 a31x a32 y 1
(X,Y)
直接法
(Z)
(x,y) 间接法
27
3、直接法与间接法的比较
赋
灰
送灰度
度
单张航摄像片解析共109页文档
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
单张航摄像片解析
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•பைடு நூலகம்
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
单张航摄像片解析
•
46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
•பைடு நூலகம்
47、采菊东篱下，悠然见南山。
•
48、啸傲东轩下，聊复得此生。
•
49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
•
50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
第2章 单幅影像解析基础
摄影机主光轴
A
铅垂线
38
相机类型：SWDC-4 比 例 尺：1：500 相机焦距：50mm 相对航高：340m 像元大小：9um GSD 大小：6cm
39
第2章 单幅影像解析基础 §2-2 中心投影与透视关系
一、中心投影和透视关系 中心投影：航片是摄区地面的中心投影。
40
平行投影：可分为斜投影和正射投影
b、欲得到大小相同的像，在物距大时用长焦距， 物距较小时用短焦距。
6
物镜的光圈和光圈号数： 实际使用的物镜都不是理想的，通过物镜边缘的 光线会引起较大的影像像差。为了限制物镜边缘 部分的使用，并控制和调节进入物镜的光量，通 常在物镜中间设置一个光圈。
光圈示意图 7
通常将光圈放置在物镜的透镜组之间，起着控制 光束柱面的真实光圈孔径，称为有效孔径d。
摄影时，当调焦对光后，选好光圈号数，摄影机 的景深标志的刻划就指出前景点距离和后景点距 离，即得景深范围。
12
摄影机快门：用来控制曝光时间的相机装置，快 门从打开到关闭所经历的时间称为曝光时间，或 称快门速度。在物镜筒上有一个控制曝光时间的 套环，上面刻有曝光时间的数据，这些数值是以 秒为单位的曝光时间倒数，如2表示0.5秒。
《摄影测量学》第二章
单幅影像解析基础
遥感科学与技术系
1
主要内容： 1、空中摄影的基本知识 2、中心投影与透视变换 3、共线方程 4、航片的像点位移与比例尺 5、单幅影像解析基础
2
第2章 单幅影像解析基础 §2-1 空中摄影的基本知识
一、摄影原理 摄影原理：根据小孔成像原理，用摄影物镜代替小 孔，在像面处放置感光材料，物体的投影光线经摄 影物镜后聚焦于感光材料上，得到地面的影像。
ch2-单张航摄像片解析
18cmx18cm,23cmx23cm,30cmx30cm
通常承片框上四个边的中点各安置一个机械框标或
在四个角设定四个光学框标来建立像平面坐标。
光学框标
—
机械框标
康 念 坤
框标坐标系
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
—
康 念 坤
量测用摄影机的三个特征
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
康 念 坤
量测用摄影机的三个特征
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
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，是作为区分量
—
测用摄影机和非量测用摄影机的重要标志。
康 念 坤
框 标
航摄像片的大小规格：
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
康 念 坤
等比线的构像比例尺等于水平像片上的摄影比例尺f/H ，不 受像片倾斜影响。
§2-2 摄影测量常用坐标系统
根据像片上像点的位置确定相应的地面点的空间位置。需
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
要选择适当的坐标系统来描述像点和地面点，并通过一系列 的坐标变换，建立二者之间的数学关系，从而由像点观测值 求出对应物点的测量坐标。
—
康 念 坤
像片倾斜引起的 像点位移
地形起伏引起的 像点位移
航摄像片与地形图的区别
（1）投影方式的不同：地形图为正射投影，航摄像片为 中心投影。
摄 影 测 量 学 第 二 章 单 张 航 摄 像 片 解 析
（2）航片存在两项误差：像片倾斜引起的像点位移，地形起伏 引起的像点位移。 （3）比例尺的不同：地图有统一比例尺；航片无统一比例尺， 比例尺因点而异。 （4）表示方法的不同：地图为线划图；航片为影像图。 （5）表示内容的不同：地图需要综合取舍；航片所见即所得。 （6）几何上的不同：航摄像片可组成像对立体观察。 摄影测量的主要任务就是把地面按中心投影规律获得 的摄影比例尺像片转换成按图比例尺要求的正射投影地 形图。
无人机航空摄影测量：单张像片解析基础
c1 u
c2
v
c3 w
共线方程：
x f a1( X A X S ) b1(YA YS ) c1( Z A ZS ) a3 ( X A X S ) b3 (YA YS ) c3 ( Z A ZS )
y f a2 ( X A X S ) b2 (YA YS ) c2 ( Z A ZS ) a3 ( X A X S ) b3 (YA YS ) c3 ( Z A ZS )
w a3 b3
x a1u b1v c1w y a2u b2v c2w
f a3u b3v c3w
x
f y
a1u b1v c1w a3u b3v c3w
a2u b2v c2w
f a3u b3v c3w
uvkk((XYAA
X YS
S
)
)
w k(Z A ZS )
S
ab
c
S
ab
f c
A a0
B b0
C
A
B
c0
a0
b0
H
C c0
理想状态：地面平 实际状态：地面不平
坦，像片水平
坦，像片不水平
航摄像片的特点：
当像片倾斜或地形起伏时，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置差 异称像点位移。
Photo
Map
由于存在像片倾斜和地形起伏两种误差的影响，致使影像发生几何变 形，反映为影像比例尺有不同的变化，相关方位也发生变化。若利用航 摄像片制作正射影像图时，必须消除倾斜误差和投影误差，统一像片上 各处比例尺，使中心投影的航摄像片转化为正射投影的影像。
共线方程：摄影测量中最基本最重要的公式
当需顾及内方位元素时 :
最新单张航摄像片的作业理论教学课件PPT工程摄影测量学
最新单张航摄像片的作业理论教学课件PPT工程摄影测量学测绘.遥感和数字矿山研究所，3，[3]空间交会，[1]航空照片的内外方位元素，[5)航空照片的倾斜误差和投影误差，[2)共线条件方程，[6)航空照片像点的系统误差及其校正，[4)航空照片的比例，单张照片的分析基础，重访评论，4，提出的问题，5，6，7，8，9，(1)单张照片的投影变换理论，（2）照片校正，(3)正投影技术， (4)利用单张照片.内部体积排列.直接线性变换和透视变换方程进行线条绘制，照片校正定义整片校正和块校正，定义直接法和间接法及其比较图像镶嵌，收集正投影图像上的地物数据，收集原始图像上的地物数据，第11讲:单张航空摄影的操作原理，第10讲，[1]单张摄影的投影变换理论，1.直接线性变换的图像构造方程(DLT)，参数具有明显的几何意义，第11讲单张航片的运算理论，直接线性变换，11，参数的几何意义不明显，参数个数:11，[1]单张航片的投影变换理论，1.DLT变换的图像构造方程，第11讲单张航拍照片的运算理论，12，直接线性变换DLT关系，[1]单张照片的投影变换理论，1.DLT变换的图像构造方程，第11讲单张航空照片的操作理论，13，[1]单张照片的投影变换理论，2.透视变换-两个平面之间的校正方程，第11讲单幅航拍照片的操作原理，14，[1]单幅照片的投影变换理论，2.透视变换-两个平面之间的校正方程，照片校正的理论基础。
，有8个参数: 它是9个内部和外部方向元素和3个平面参数的函数。
第11讲:单张航拍照片的运算理论，第15讲:单张照片的投影变换理论，2.透视变换-两个平面之间的校正方程，校正方程的逆变换形式，第11讲单一航空摄影的操作原理，16，1.照片校正的清晰度，[2]照片校正，一种将照片转换成特定比例的正投影照片的技术。
照片校正的任务是消除照片倾斜和地形起伏的双重影响。
，讲座11 单张航空摄影的操作原理，17，2.整张校正，[2]照片校正。
无人机航空摄影测量之单张像片解析基础介绍课件
技术原理：利用无人机搭载的相机进行航空摄影，获取地面影像数据
发展现状及趋势
技术进步：无人机技术不断发展，性能不断提高
应用领域：无人机航空摄影测量广泛应用于测绘、环境监测、城市规划等领域
法规政策：各国政府对无人机航空摄影测量的监管政潜力巨大，未来发展前景广阔
成果应用：地形测量成果可用于规划、设计、施工等环节，为工程建设提供依据
某城市规划案例
01
城市概况：某市位于中国东部沿海地区，人口约500万，经济发达，交通便利。
02
规划需求：某市需要进行城市规划，包括土地利用、交通规划、环境保护等方面。
03
无人机航空摄影测量：使用无人机进行航空摄影测量，获取高分辨率影像数据。
4
技术挑战及应对策略
技术挑战：无人机飞行控制、图像处理、数据传输等
应对策略：采用先进的无人机控制系统、图像处理算法和数据传输技术
技术挑战：无人机续航能力、图像质量、数据处理速度等
应对策略：提高无人机续航能力、优化图像采集和处理算法、提高数据处理速度
技术挑战：无人机安全、隐私保护、法规限制等
应对策略：加强无人机安全防护、保护用户隐私、遵守相关法规限制
04
数据处理：对影像数据进行处理，生成数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等。
05
应用：利用无人机航空摄影测量数据，进行城市规划设计，包括道路规划、建筑布局、绿化规划等。
06
成果：某市城市规划方案得到了政府和市民的认可，为城市的可持续发展提供了有力支持。
某工程勘察案例
项目背景：某地区需要进行工程勘察，以确定地质条件、地下水状况等
03
特征提取：通过图像处理算法提取像片中的地物特征
04
发展现状及趋势
技术进步：无人机技术不断发展，性能不断提高
应用领域：无人机航空摄影测量广泛应用于测绘、环境监测、城市规划等领域
法规政策：各国政府对无人机航空摄影测量的监管政潜力巨大，未来发展前景广阔
成果应用：地形测量成果可用于规划、设计、施工等环节，为工程建设提供依据
某城市规划案例
01
城市概况：某市位于中国东部沿海地区，人口约500万，经济发达，交通便利。
02
规划需求：某市需要进行城市规划，包括土地利用、交通规划、环境保护等方面。
03
无人机航空摄影测量：使用无人机进行航空摄影测量，获取高分辨率影像数据。
4
技术挑战及应对策略
技术挑战：无人机飞行控制、图像处理、数据传输等
应对策略：采用先进的无人机控制系统、图像处理算法和数据传输技术
技术挑战：无人机续航能力、图像质量、数据处理速度等
应对策略：提高无人机续航能力、优化图像采集和处理算法、提高数据处理速度
技术挑战：无人机安全、隐私保护、法规限制等
应对策略：加强无人机安全防护、保护用户隐私、遵守相关法规限制
04
数据处理：对影像数据进行处理，生成数字高程模型（DEM）、数字正射影像图（DOM）等。
05
应用：利用无人机航空摄影测量数据，进行城市规划设计，包括道路规划、建筑布局、绿化规划等。
06
成果：某市城市规划方案得到了政府和市民的认可，为城市的可持续发展提供了有力支持。
某工程勘察案例
项目背景：某地区需要进行工程勘察，以确定地质条件、地下水状况等
03
特征提取：通过图像处理算法提取像片中的地物特征
04
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二、方向余弦确定
1. S-XYZ坐标系绕Y轴旋转角到S-XY Z
二、方向余弦确定
2. S-XY Z坐标系绕X轴旋转角到S-XYZ
二、方向余弦确定
3. S-XYZ坐标系绕Z轴旋转角到S-xyz
二、方向余弦确定
上述三式依次回代
同一像片在特定坐标系中： 不同的转角系统：方向余弦的表达式不同但是R唯一； R中有且只有三个独立参数
航摄像片是地面景物的中心投影构像
Es S ho
hi P v
i
hc
o
T
c
W hi
n
ho
J
V v N hc C O
T
V E
第二节 航摄像片上特殊的点、线、面
面：地面E
点：摄影中心S
重
像片面P 主垂面W
要
真水平面Es
的
线：迹线TT
点
主光线SoO
像主点o 地主点O 像底点n 地底点N
线
主垂线SnN
等角点c
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？
第六节 共线条件方程
像片仿真
已知 1、内、外方位元素 2、地面点空间坐标 3、DEM 4、DOM
z
S(Xs, Ys, Zs)
Z
y x
a (x,y)
A(X,Y,Z) Y
X
x f a1(X X s ) b1(Y Ys ) c1(Z Zs ) a3 (X X s ) b3 (Y Ys ) c3 (Z Zs )
种次序连续三次旋转形成。 旋转顺序不同、形成不同的转角系统。 Y轴为主轴的--转角系统；
X轴为主轴的’-’-’转角系统的坐标变换；
Z轴为主轴的A--v系统的坐标变换。 注意角元素方向的定义
二、航摄像片外方位元素
第五节、空间直角坐标变换
由像点坐标计算地面点坐标 须引入坐标变换
像点空间直角坐标变换 方向余弦确定
第二章 单张航片解析
第一节 航摄基础
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 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 航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面
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 主距：物镜中心至像底片面垂直距离 f 像幅：23X23 cm、18X18cm
3.地面摄影测量坐标系：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， Xtp轴与航线一致
二、物方空间坐标系
地面测量坐标系
二、物方空间坐标系
地面摄影测量坐标系
第四节 航摄像片内、外方位元素
确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之 间相互位置关系的参数。
恢复内方位元素后，可得到与摄影时完全 相似的摄影光束。
第六节 共线条件方程
航片：中心投影构像 地图：地面景物的正射投影 摄影测量的任务： 中心投影的像片－>正射投影的地图
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
y
o
x
yy
a(x,y)
o
xx
p
一、像方空间坐标系
像空间坐标系
每张像片的像空间坐标系各自独立
z
y
x s
y
o
x
a(x,y,-f)
一、像方空间坐标系
像空间辅助坐标系
由于像空间坐标系不统一，计算不方便
原点：摄影中心S。 坐标轴选择：三种情况。
A、每条航线第一张像片像空间坐标系。 B、Z轴铅垂，X轴航向 右手系。 C、基线坐标系：摄影基线为X轴，基线与左片主光轴构 成XZ平面，右手系。
一、航摄像片内方位元素
一般已知、鉴定得到 恢复内方位元素、可得到与摄影时完全相似的投影光束
S
二、航摄像片外方位元素
确定像片摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参 数(恢复摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态)。
三个直线元素 摄影中心的坐标
三个角元素 摄影机主光轴从起始位置（铅垂方向）绕空间坐标轴按某
一、像点空间直角坐标变换
S-XYZ为像空间辅助坐标系； S-xyz为像空间坐标系； a(x,y)像点为像片上任一点
R为正交矩阵 R中9个元素可分别表示为坐标轴间夹角和余弦，称为方向余弦
二、方向余弦确定 像空间坐标系可看作是：像空间辅助坐标系绕空间 坐标轴按某种次序连续三次旋转形成
以--为例,推导变换公式
二、摄影比例尺
航摄像片上的一线段l与地面上相应线段L之比。 航片倾斜、地形起伏时m不为常数。
S
f
aห้องสมุดไป่ตู้
P
H
A E
视摄影像片水平、地面 取平均高程时，像片上 的线段 l 与地面上相应 的水平距L 之比为摄影比 例尺
1l f
m
L
H
f为摄影机主距，H为航高
二、空中摄影
航摄计划编制 竖直摄影：摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏 离铅垂线的夹角小于3度。
面
摄影方向线VV
地面等角点C
主纵线vv
主合点i
等角线ScC
主合线hihi
主遁点J
主横线hoho
等比线hchc
第三节 摄影测量常用坐标系
摄影测量几何处理任务：像点坐标地面点空间位置 1、建立适当坐标系 2、定量描述P点、E点
坐标系：描述像点位置：像方空间坐标系 描述地面点位置：物方空间坐标系
一、像方空间坐标系 像平面坐标系
一、像方空间坐标系
A、每条航线第一张像片像空间坐标系。
(Z) z s
y (Y) x (X) y
o
x
a(x,y,-f)
一、像方空间坐标系
B、Z轴铅垂，X轴航向 右手系
o
一、像方空间坐标系
C、基线坐标系
o
二、物方空间坐标系
1.摄影测量坐标系：像空间辅助坐标系原点平移至地面点P
2.地面测量坐标系：地面测量坐标系为国家统一坐标系，平 面坐标系为高斯-克吕格三度带或六度带1980西安坐标系， 高程坐标系为1985黄海高程系
像片
S
A
铅垂线
像片 摄影机主光轴
二、空中摄影
重叠度
1
23
航
向
重
叠 度
px Lx
px %
px Lx
100 %
二、空中摄影
重叠度
旁 向 重 叠 度
І-1 Ly
py
Ⅱ-1
py %
py Ly
100%
二、空中摄影
空间摄影基线
航向相邻两个摄影站间的距离
P1 S1
B
P2
S2
E
第二节 航摄像片上特殊的点、线、面