第03讲：航摄像片的方位元素

摄影测量基础知识

摄影测量基础知识摄影测量基础知识摄影测量基础知识1、航空摄影测量的主要任务是测制各种比例尺的地形图和影像地图、建立地形数据库，并为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。

航空摄影测量测绘的地形图例尺一般为1：5万～1: 500。

2、摄影测量经历了模拟法、解析法和数字化三个发展阶段。

3、航空摄影所获取的像片是倾斜的，此时，即使地面严格水平，航摄像片上的目标物体也会因为像片倾斜而产生变形或像点位移。

摄影测量中对这种因像片倾斜引起的像点位移可用像片纠正的方法予以改正。

4、由于地球表面起伏所引起的像点位移称为像片上的投影差。

投影差具有如下性质：(1)越靠近像片边缘，投影差越大，在像底点处没有投影差；(2)地面点的高程或目标物体的高度越大，投影差也越大；(3)在其他条件相同的情况下，摄影机的主距越大，相应的投影差越小。

城区航空摄影时，为了有效减小航摄像片上投影差的影响，应选择焦距较长的摄影机进行摄影。

5、航摄相片的内方位元素是描述摄影中心与像片之间相互位置关系的参数，包括三个参数，即摄影中心剐到像片的垂距f（主距）及像主点在像片框标坐标系中的坐标(x0，y0)。

内方位元素值一般视为已知，内方位元素值的正确与否，直接影响测图的`精度，因此对航摄机需作定期的鉴定。

6、确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数，称为外方位元素。

一张像片的外方位元素包括6个参数：3个线元素和3个角元素。

像片的外方位元素是描述像片在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数，即是一种绝对方位元素。

外方位3个线元素是用来描述摄影瞬间，摄影中心S在所选定的地面空间坐标系中的坐示值。

7、外方位3个角元素是用来描述摄影瞬间，摄影像片在所选定的地面空间坐标系中的空间姿态。

外方位元素可以利用地面控制信息通过平差计算得到，或者利用POS系统测定。

8、共线方程就是指中心投影的构像方程，即在摄影成像过程中，摄影中心S、像点a及其对应的地面点A三点位于一条直线上。

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。

第3章__摄影测量基础知识(武汉大学)

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第三章摄影测量基础知识3.1 航空摄影 3.2 中心投影的基本知识 3.3 航摄像片上特殊的点、线、面 3.4 摄影测量常用的坐标系统 3.5 航摄像片上的内、外方位元素 3.6 像点的空间直角坐标变换 3.7 中心投影构像方程 3.8 航摄像片上的像点位移本章主要内容本章主要讲述摄影测量基础知识，重点掌握摄影测量生产对摄影资料的基本要求，摄影测量常用的坐标系统像方坐标系和物方坐标系，航摄像片的内、外方位元素；理解像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方程；了解航摄像片上的像点位移。

3.1航空摄影航一、航空摄影前的准备1、确定摄区范围摄区太大时，要进行分区划2、航摄仪的选择平坦地区大比例尺测图非平坦地区综合法测图长焦距窄角摄计全能法测图中焦距常角或宽角综合法测图【planimetric photo】指的是航空摄影和普通测量相结合的测图方法，地物平面位置用航空摄影方法求得，地面高程或等高线用普通测量方法求得。

只用在平坦地区。

全能法测图【universal photo】指的是在航空摄影测量作业中，用同一种仪器对地物、地貌测绘成地形图的方法。

3、摄影比例尺的确定摄影比例尺(又称像片比例尺）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。

航摄像片上影像线段的长 1 l 严格定义： = 地面上对应线段的水平距离 m L 摄影比例尺是像片的平均比例尺1 f = m Hf:摄影机主距 H:摄影航高，以摄区内的平均高程面作为摄影基准面，摄影机的物镜中心至该面的距离4、摄影航高的确定航高：航摄飞机在摄影瞬间相对与地面的高度。

航高：航摄飞机在摄影瞬间相对与地面的高度。

像片外方位元素的作用

像片外方位元素的作用
片外方位元素是指摄影中用来描述相机位置和朝向的参数。

它包括相机的空间位置（如经度、纬度和高度）和相机的朝向（如俯仰角、偏航角和滚转角）。

这些参数在摄影测量和计算机视觉领域中具有重要的作用。

首先，片外方位元素对于地形地貌的测量和建模非常关键。

通过记录相机在空间中的位置和朝向，可以准确地定位拍摄图像中的地理位置。

在地理信息系统（GIS）中，片外方位元素可以与地面控制点进行匹配，从而获得精准的地图信息。

这些信息对于城市规划、土地利用和环境监测等领域具有重要意义。

其次，片外方位元素对于三维视觉的重建和分析也非常关键。

通过比较不同图像间的片外方位元素，可以计算出图像之间的几何关系，进而实现图像的拼接和融合。

这在航空摄影、卫星遥感和无人机测绘等领域中被广泛应用。

例如，通过将多个相机拍摄的图像进行融合，可以生成全景图像或三维模型，这对于导航、虚拟现实和电影制作等方面有着重要的应用价值。

此外，片外方位元素还在计算机视觉中扮演着重要角色。

在计算机视觉算法中，需要考虑相机的内外参数，以实现图像的几何校正、物体的三维重建和目标的定位识别。

片外方位元素相当于将相机和场景联系起来的桥梁，它提供了相机与物体之间的几何关系，为计算机视觉算法提供了基础。

综上所述，片外方位元素在摄影测量和计算机视觉领域中发挥着重要作用。

它不仅可以实现地形地貌的测量和建模，还可以实现图像的拼接和融合，以及三维视觉的重建和分析。

正是由于片外方位元素的准确性和稳定性，摄影和计算机视觉技术得以迅速发展，并广泛应用于各个领域。

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

无人机测绘技术单元四像片方位确定

单元四像片方位确定（1）教案头（2）教学内容1）概述本单元通过对摄影测量中常用的物方及像方空间坐标系的讲解，使学生认识各种坐标系的建立方法，并学会建立像片框标坐标系。

通过对航摄像片内、外方位元素的讲解，使学生能够对像片方位有一个宏观认识，并且能初步确定像片方位。

2）预备知识坐标系统是数学或物理学用语，定义为对于一个n维度系统的每一点给定唯一的n个标量，成一对一的对应之系统。

定义每一个坐标系统都应该说明坐标轴和原点。

3）教学内容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，为此，首先必须选择适当的坐标系来定量描述像点和地面点，然后才能实现坐标系的转换，从像方测量值求出相应点在物方的坐标。

摄影测量中常用坐标系有两大类：一类是用于描述像点的位置，称为像方坐标系；另一类是描述地面点的位置，称为物方坐标系。

①像方坐标系（50分钟）像方坐标系用来表示像点的平面坐标和空间坐标。

◆像平面坐标系（25分钟）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。

A.作用：表示像点在像平面上的位置。

B.原点和坐标轴a.框标坐标系以像主点为坐标原点，框标连线的航线方向为x轴建立的右手系。

b.主纵线坐标系原点在主纵线上，且以主纵线为y轴，no方向为y轴正方向的右手系。

在摄影测量解析计算中，像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。

为此，当像主点与框标连线交点不重合时，须将像框标坐标系原点平移至像主点。

若像主点在像框标坐标系中的坐标为x0，y0时，测量出的像点坐标x，y化算到以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标为x-x0、y-y0。

◆像空间坐标系（15分钟）为了进行像点的空间坐标变换，需要建立起描述像点在像空间位置的坐标系，即像空间坐标系。

A.作用：表示像点在像方空间的位置。

B.原点和坐标轴以S为原点，x，y轴与框标坐标系平行，z轴由右手确定。

某像点a的像平面坐标为（x，y），则它的像空间坐标为（x，y，-f）。

摄影测量学第三章单张航摄像片解析

对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同
a
a b c
b
c
C
C A’ B A C’ A A’ B C’
• 根据上述可知，将中心投影变为垂直投影必须统一象片比例尺，纠正因象片倾斜和地形起伏所引起的误差。这是用象片绘制地形图必须解决的问题。
• 3.2航空象片的主要点和线 • 在目前条件下，绝对水平的象片是很少的，一般的航空象片都是会有一定倾斜角的。在倾斜象片上有一些具有特殊性质的点和线，它们对于研究误差规律和象片某些数学特征是有用的。
• 3.3象片比例尺 • 航空象片上某一线段长度与地面相应线段长度之比，称为象片比例尺。
• 在平坦地区，摄影时象片又处于水平位置，则象片的比例尺处处一致，如图所示。象片比例尺等于焦距（ f）与航高（H）之比，它与线段的方向和长短无关。
• 实际上，地面是起伏不平的，在每次拍摄象片时，地面至航摄机物镜的距离（真航高）各不相同，即使在同一张象片上，因地形起伏使各地面点至投影中心的距离也不尽相等。
一、像平面上的坐标系
原点：框标连线交点P
1、框标坐标系(p- x p y p ) x p轴：航向框标连线方向 y p 轴：旁像框标连线方向以像片上对边框标的连线作为 x，y轴，其交点P作为坐标原点，与航线方向相近的连线为x轴。构成右手坐标系
2、像平面坐标系（O-xy）在摄影测量解析计算中，像点的坐标应采用以像主点位原点的像平面坐标系中的坐标。为此，当像主点与框标连线交点不重合时，须将像框标坐标系原点平移至像主点。原点：像主点o x、y轴：分别平行于p-xy的坐标轴
轴 z 轴：主光轴方向（ os 方向为正） a（x,y,-f）
三、像空间辅助坐标系（ SXYZ