摄影测量学讲义.pdf

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1、第一章 绪论 一、传统摄影测量学定义一、传统摄影测量学定义 是利用光学摄影机摄影的像片，研究和确定被 摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系 的一门科学和技术。它包括的内容有 1：获取被摄物体的影像 2：研究单张和多张像片影像的处理方法 3：所测得的成果以图解形式或数字形式输出的 方法和设备 二、摄影测量学的任务二、摄影测量学的任务 1：测制各种比例尺的地形图 2：建立地形数据库 三、摄影测量的特点三、摄影测量的特点 1：是在像片上进行量测和解译，无需接触物 体本身因而很少受自然和地理条件的限制。 2：可摄得瞬问的动态物体影像。像片及其它 各种类型影像均是客观物体或目标的真实反 映，信息丰富

2、、逼真，人们可以从中获得所研 究物体的大量几何信息和物理信息。 3：所摄物体只要能够成像，均可采用摄影测 量技术。 四、现代摄影测量学的定义四、现代摄影测量学的定义 自70年代，美国陆地卫星（Landsat）上天后， 遥感技术获得了极为广泛的应用，摄像设备得 到了很大的扩充。 现代摄影测量学由于和遥感学科密不可分，因 此，一般将二者合为一个名词。摄影测量与遥 感乃是对非接触传感器系统获得的影像及其数 字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然 物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技 术。 四、现代摄影测量学的定义四、现代摄影测量学的定义 Photogrammetry and Remote Se

3、nsing is the art,science and technology of obtaining reliable information from noncontract imaging and other sensor systems about the Earth and its environment,and other physical objects and processes through recording,measuring,analyzing and representation. 五、摄影测量学的分类五、摄影测量学的分类 按照距离远近分 1：航天摄影测量 2：航

4、空摄影测量 3：地面摄影测量 4：近景摄影测量 5：显微摄影测量 按照用途分有地形摄影测量、非地形摄影测量与遥感。 按技术处理手段分为 模拟摄影测量 解析摄影测量 数字摄影测量 六、摄影测量发展的三个阶段六、摄影测量发展的三个阶段 1 模拟法摄影测量模拟法摄影测量 指的是用光学或机械方法模拟摄影过程，使两个 投影器恢复摄影时的位置、姿态和相互关系， 形成一个比实地缩小了的几何模型；即所谓摄 影过程的几何反转，在此模型上的量测即相当 于对原物体的量测。所得到的结果通过机械或 齿轮传动方式直接在绘图桌绘出各种图件来， 如地形图或各种专题图。 人眼之所以能区分远近在于人眼在观察物体时可 以形成交会角

5、，也称之为生理视差。 2 解析摄影测量解析摄影测量 从几何的角度，利用数学的方法根据影像空间的 像点位置重建物体在目标空间的几何模型，也 即找到像点与物点之间的数学对应关系。 （1）解析测图仪）解析测图仪 解析测图仪是解析摄影测量的基本设备，它是首 先实现测量成果数字化的仪器。在机助测图软 件控制下，将在立体模型上测得的结果首先存 在计算机上，然后再传送到数控绘图机上绘出 图件。 （2）解析空中三角测量）解析空中三角测量 解析空中三角测量实现了用摄影测量方法快速、 大面积地测定点位的精确方法，它是计算机用 于摄影测量的第一项成果，经历了航带法、独 立模型法和光束法三个阶段。 （3）解析摄影测量

6、与模拟摄影测量的不同之处 在于： ）解析摄影测量与模拟摄影测量的不同之处 在于： 1：前者是利用计算机来完成摄影测量中复杂的 几何解算和大量的数值运算。 2：前者的投影方式是数字投影，后者是模拟投 影。 3：输出的产品不仅有模拟产品还有数字产品， 有的可以直接进入地理信息系统中。 4：前者的方法理论上更严密，更快捷，更方 便。 5：解析摄影测量可以测量的物体种类繁多，只 要能被摄影即可。 3 数字摄影测量数字摄影测量 从广义上讲，数字摄影测量指的是从摄影测量 和遥感所获取的数据中，采集数字化图形或数 字数字化影像，在计算机中进行各种数值、 图形和影像处理，研究目标的几何和物理特 性，从而获得各

7、种形式的数字产品和目视化产 品。这里的数字产品包括数字地图、数宇高程 模型（DEM）、数字正射影像、测量数据库、 地理信息系统（GIS）和土地信息系统（LIS） 等。这里的可视化产品包括地形图、专题图、 纵横剖面图、透视图、正射影像图、电子地 图、动画地图等。 （1）数字摄影测量中获得影像的方法）数字摄影测量中获得影像的方法 一种是直接用数字摄影机获得数字影像 一种是扫描仪对像片进行扫描得到数字化的影 像 （2）数字摄影测量的两大任务）数字摄影测量的两大任务 一是自动影像匹配与空间定位 二是自动影像判读 （3）数字摄影测量与解析摄影测量的不同之处）数字摄影测量与解析摄影测量的不同之处 ?它处理

8、的原始信息不仅可以是航空像片（数字 化影像），更主要的是航空、航天的数字影 像。 ?它以计算机视觉来代替人眼的立体观测，因而 所使用的仪器只需要计算机和一些相应的外部 设备。 ?它不但可以获得影像的几何信息，还能获得丰 富的物理信息。 硬件配置硬件配置 主流个人计算机（PC） 立体观测装置:偏振光镜屏（Z-Screen）或C型液晶立体 眼镜（Crystaleyes）或N型液晶立体眼镜（Nuvision） 量测控制装置:手轮和脚盘（VirtuoZo-H/F）或三维鼠 标（3D Mouse）或鼠标（Mouse） （4）数字摄影测量的特点）数字摄影测量的特点 ?辐射信息辐射信息 ?数据量与信息量数据

9、量与信息量 ?速度与精度速度与精度 ?自动化与影像匹配自动化与影像匹配 ?影像解译影像解译 七、摄影测量与遥感之间的关系七、摄影测量与遥感之间的关系 遥感技术对摄影测量学的冲击和作用首先在于 它打破了摄影测量学长期以来过分局限于测绘 物体形状与大小数据的几何处理。遥感为摄影 测量提供了大量的多时相、多光谱、多分辨率 的丰富影像信息。 摄影测量中的几何定位和几何纠正以及影像匹 配理论也都可以应用于遥感图像的复合和几何 配准上。 摄影测量的主要成果如DEM乃是支持和改善遥 感图像分类效果的有效信息。 八、摄影测量与GIS之间的关系八、摄影测量与GIS之间的关系 摄影测量与遥感愈来愈成为为GIS采集

10、数据和更新数据的重要手 段；而GIS的信息将对遥感数字图像处理和自动分类起着重要的 作用。 摄影测量与遥感与GIS结合分为了两个阶段 1：各种专题图与地形图是通过对遥感影像的几何纠正和目视判 读制作出来，然后通过图件数字化方法送入GIS中。 2：70年代中期，则研究如何由遥感影像中自动提取各种专题信 息（栅格数据），然后再将它们变成矢量数据送入GIS中。 3：现在正在研究摄影测量与遥感和GIS一体化的系统，经过摄 影测量采集的数据、遥感影像均可直接进入地理信息系统。 九、摄影测量学的新发展九、摄影测量学的新发展 1：数码相机逐步应用于航空摄影测量 2：动态GPS配合惯性测量系统（GPS/IMU

11、） 3：激光探测及测距系统（LIDAR） 1：数码相机逐步应用于航空摄影测量 2：动态GPS配合惯性测量系统（GPS/IMU） 3：激光探测及测距系统（LIDAR） 数码相机逐步应用于航空摄影测量数码相机逐步应用于航空摄影测量数码相机逐步应用于航空摄影测量数码相机逐步应用于航空摄影测量 随着计算机技术的飞速发展，数码影像因其便于计算机处理、 存储和通过网络进行传输，在航空摄影测量中的应用已越来越 普遍，全数字摄影测量工作站已全面替代了传统的解析测图仪 ，为了给全数字摄影测量工作站提供工作所需的数码影像，目 前使用的是高精度的扫描仪将航空底片扫描成为数码影像。但 是因为多了一道工序，对于成图的周

12、期、成本都是不利的。数 码相机的发展为我们解决这一问题提供了一个非常好的手段， 数码相机的核心是 随着计算机技术的飞速发展，数码影像因其便于计算机处理、 存储和通过网络进行传输，在航空摄影测量中的应用已越来越 普遍，全数字摄影测量工作站已全面替代了传统的解析测图仪 ，为了给全数字摄影测量工作站提供工作所需的数码影像，目 前使用的是高精度的扫描仪将航空底片扫描成为数码影像。但 是因为多了一道工序，对于成图的周期、成本都是不利的。数 码相机的发展为我们解决这一问题提供了一个非常好的手段， 数码相机的核心是CCD阵列，阵列，CCD阵列的解像率对其应用的范 围起着决定性的影响，目前航摄仪所使用的 阵列

13、的解像率对其应用的范 围起着决定性的影响，目前航摄仪所使用的23*23CM的航空胶 片其解像率相当于 的航空胶 片其解像率相当于20K*20K像素的数码相机的解像率，而目前 数码相机的解像率只能达到 像素的数码相机的解像率，而目前 数码相机的解像率只能达到9K*9K像素，一定程度上限制了数 码相机在航空摄影测量中的大规模应用。但随着光电子技术的 飞速发展，相信在不长的时间内，能够满足航空摄影测量所需 的高解像率数码航摄仪就将诞生，到那时数码相机将成为航空 摄影测量中数码影像的主要获取手段。 像素，一定程度上限制了数 码相机在航空摄影测量中的大规模应用。但随着光电子技术的 飞速发展，相信在不长的

14、时间内，能够满足航空摄影测量所需 的高解像率数码航摄仪就将诞生，到那时数码相机将成为航空 摄影测量中数码影像的主要获取手段。 动态动态动态动态GPSGPS配合惯性测量系统（配合惯性测量系统（配合惯性测量系统（配合惯性测量系统（GPS/IMUGPS/IMU） 航空摄影测量的一个核心问题是光束恢复，为了精确的恢复摄 影瞬间的光束往往需要在地面上布设足够多的高精度控制点， 通过严密而复杂的计算，反算出摄影瞬间飞机的姿态与位置， 从而达到恢复摄影光束的目的。这种方法对野外控制点的密度 、精度要求很高，在某些特殊地区实现非常困难，并且极大地 影响了成图的周期及质量。运用动态 航空摄影测量的一个核心问题是

15、光束恢复，为了精确的恢复摄 影瞬间的光束往往需要在地面上布设足够多的高精度控制点， 通过严密而复杂的计算，反算出摄影瞬间飞机的姿态与位置， 从而达到恢复摄影光束的目的。这种方法对野外控制点的密度 、精度要求很高，在某些特殊地区实现非常困难，并且极大地 影响了成图的周期及质量。运用动态GPS配合惯性测量系统配合惯性测量系统 IMU可以非常好的解决这一难题，动态可以非常好的解决这一难题，动态GPS其整体平面的定位 精度已达到了相当高的水平，但是不能够对飞机摄影瞬间的姿 态进行描述。而惯性测量系统却与之相反，因此利用精确的时 钟将二者结合起来即可测得飞机在摄影瞬间的姿态与位置，从 而在航空摄影的过程

16、中即可解决航空摄影测量中的光束恢复问 题。理想情况下，动态 其整体平面的定位 精度已达到了相当高的水平，但是不能够对飞机摄影瞬间的姿 态进行描述。而惯性测量系统却与之相反，因此利用精确的时 钟将二者结合起来即可测得飞机在摄影瞬间的姿态与位置，从 而在航空摄影的过程中即可解决航空摄影测量中的光束恢复问 题。理想情况下，动态GPS配合惯性测量系统配合惯性测量系统IMU能够淘汰航 测外业控制测量这一艰苦、繁重的工作，极大降低劳动强度， 缩短航测成图的周期，将航空摄影测量的精确、快速的优势完 全发挥出来。 能够淘汰航 测外业控制测量这一艰苦、繁重的工作，极大降低劳动强度， 缩短航测成图的周期，将航空摄

17、影测量的精确、快速的优势完 全发挥出来。 激光探测及测距系统（激光探测及测距系统（激光探测及测距系统（激光探测及测距系统（LIDARLIDAR） 激光探测及测距系统是设计安装在飞机上的激光系统，用于量 测被测物体的三维坐标。当飞机飞过目标时，系统会将单个激 光脉冲从发射源到目标及再返回系统的时间记录下来，再配合 脉冲发出瞬间飞机的空间坐标及姿态，从而解算出被测物体的 三维坐标。尽管 激光探测及测距系统是设计安装在飞机上的激光系统，用于量 测被测物体的三维坐标。当飞机飞过目标时，系统会将单个激 光脉冲从发射源到目标及再返回系统的时间记录下来，再配合 脉冲发出瞬间飞机的空间坐标及姿态，从而解算出被

18、测物体的 三维坐标。尽管70年代后期，激光测距技术已在测量领域开始 应用，但受其测量的距离及脉冲的频率以及动态定位技术的限 制，动态激光测距技术的发展一直比较缓慢。但随着激光技术 的发展及动态 年代后期，激光测距技术已在测量领域开始 应用，但受其测量的距离及脉冲的频率以及动态定位技术的限 制，动态激光测距技术的发展一直比较缓慢。但随着激光技术 的发展及动态GPS配合惯性测量系统配合惯性测量系统IMU的应用，终于使激光 探测及测距系统成为一种切实可行的商业选择。由于其地面模 型的空间分辨率是由扫描角度、脉冲频率、飞行速度、飞行高 度等综合作用的结果，所以其高程精度并不完全受航高限制， 同时其受环

19、境的影响也较小，可全天侯的直接获取高精度的数 字地面模型，获取或去除相关的信息，实现大规模全自动作业 。 的应用，终于使激光 探测及测距系统成为一种切实可行的商业选择。由于其地面模 型的空间分辨率是由扫描角度、脉冲频率、飞行速度、飞行高 度等综合作用的结果，所以其高程精度并不完全受航高限制， 同时其受环境的影响也较小，可全天侯的直接获取高精度的数 字地面模型，获取或去除相关的信息，实现大规模全自动作业 。 第二章 摄影的基本知识与航空 摄影测量对摄影的基本要求 第一节第一节第一节第一节 摄影的基本知识摄影的基本知识摄影的基本知识摄影的基本知识 一、凸透镜成像规律一、凸透镜成像规律一、凸透镜成像

20、规律一、凸透镜成像规律 由初中物理知道： 其中，u是物距，v是像距，f是焦距。 当u2f时，f2f，成倒立，放大，实像 例如：幻灯 机，投影机，电影机。 当u=f时，v=无穷大，此时无像； 当uf，成正立、放大、虚像 例如：放大镜 fvu 111 =+ 二、摄影的基本原理二、摄影的基本原理二、摄影的基本原理二、摄影的基本原理 照相机是人们经常接触的东西，照相机的镜头相当于 凸透镜，胶卷相当于光屏，机壳相当于暗室，被拍照 的物体到镜头的距离要远远大于焦距才能在胶卷上得 到倒立、缩小的实像。 照相机的摄影的基本原理就是根据凸透镜的成像的原 理，用一个摄影物镜代替凸透镜，在像面出放置感光 材料，物体

21、的投射光线经摄影物镜后聚焦于感光材料 上，感光材料受成像光线的光化学作用后生成潜像， 再经过摄影处理得到光学影像。 下面根据这个原理谈几个术语 负片和正片，摄影物镜，物镜的光圈和光圈号数，景 深和无穷远起点，摄影机；摄影处理。 1、负片和正片、负片和正片 负片：对黑白摄影而言，黑白灰度与被摄物的明亮程度 相反。 正片：黑白灰度与被摄物的明亮程度一致。 2、 摄影物镜、 摄影物镜 摄影机物镜是一个复杂的光学系统，一般由几个组合 透镜组合而成。为了分析的方便，可把这一系列的透 镜看作一个透镜。 如图：AB是一条平行于主光轴的光线；CD是其折射 光线；CD与主光轴的交点 F称为像方主焦点或后主 焦点

22、；对应地，F称为物方焦点。 图中的Q和 Q 可看作等价物镜，在作图时用它们代 表物镜实体。 Q和Q分别称为物方主平面和像方主平面； Q和 Q 与物镜主光轴的交点S和S 称为物方主点和像方主 点。 自物方主点到物方焦点的距离称为物镜的物方焦距， 相应的称为像方焦距； 在由物点发射的诸入射光线和经物镜出射的诸成像光线 中，有一对共轭光线，其入射光线与主光轴的夹角和出 射光线与主光轴的夹角恰好相等；此时，共轭光线与主 光轴的交点分别为k和 k，称k为前方节点，k为后方节 点。对于理想物镜而言，前方节点，后方节点分别与物 方主点和像方主点重合。假定物镜的两个主平面重合， 则共轭光线重合为一条直线，此时

23、，投射光线和折射光 线为一条直线，称为主光线，在像平面位置确定时，可 由主光线来确定物点在像片面上的影像。 3、物镜的光圈和光圈号数、物镜的光圈和光圈号数 实际使用的物镜都不是理想的，通过物镜边缘部分的 投射光线都会引起较大的影像模糊和变形，为限制物 镜边缘部分的使用，并控制和调节进入物镜的光量， 通常在物镜筒中间设置一个光圈。现代摄影机都采用 虹形光圈，它是由多个镰形黑色金属簿片组成，中央 形成一个圆孔孔径的大小可用光圈环调节它是一 个可以改变的光栏。 光圈的起着控制光束柱面积的真实光圈孔径称为有效 孔径，以d表示。 有效孔径与物镜焦距F之比，作为控制影像亮度的一 个因素，称之为相对孔径，其

24、倒数就是光圈号数。 焦面上影像的亮度与光圈号数的平方成反比，使用的 光圈号数越大，影像亮度就越小，摄影时只要选择适 当的光圈号数和配以一定的曝光时间就能得到需要的 曝光量。 HEt（其中E为照度，t为曝光时间） 曝光时间与照度的关系为： 曝光时间与光圈号数的关系为 如果曝光时间改变一倍，则光圈号数则改变倍。 2 1212 )/(/kktt= 2 2112 /EEtt= 4、景深和无穷远点、景深和无穷远点 用摄影机摄取有限距离的景物时，根据物镜构像公 式，在摄取某一物距为D的物点A时，只有在像距为d 时才能得到清晰像点a。取过a点作一垂直物镜主光轴 的平面为像平面，如图所示。物距大于或小于D的景

25、 物如B和C点，在像面上的构像将形成一个模糊圆 斑，此圆斑称为模糊圆、由于人眼观察分辩能力有 限，当模糊圆的直径小到一定限度时，模糊圆的影像 仍是一个清晰点。这样，在摄影时虽对光于A点，但 在远景点B和近景点C之间，沿主光轴这一段间距内 的所有景物，在像面上仍可以认为获得的影像是清晰 的、把摄影对光调焦于D距离时远景点B和近景点C之 间的纵深间距称为景深。 计算算景深D.F公式为 24 2 )( )(2 . KDF FDK FD = 由上式看出：景深与物距、光圈号数及物镜焦距有 关。物距愈大或光圈号数愈大，景深也愈大、在摄影 时宁愿取较大光圈号数，即较小的相对孔径，而增长 曝光时间、以增大景深

26、。使摄影对光不很准确时，仍 可获得清晰影像。 当物镜对光无穷远，像面位于焦面处，这时设离物镜 距离为D的某近物点，在像面上像点的模糊圆直径等 于允许的极限值，那么比该物点更远的所有景物都能 在对光于无穷远时的像面上取得清晰的构像。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。 5、摄影机快门、摄影机快门 摄影机快门是控制曝光时间的机件装置，它是摄影机 的重要部件之一。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。常用的快门有中心快门 和帘式快门。 中心快门的特点是打开快门之后，感光材料就能满幅 同时感光

27、。 帘式快门的特点是感光材料各部分的曝光量相同，且 这种机构设计可以做到曝光时间很短，如1500秒或 11000秒。 6 、量测用摄影机、量测用摄影机 这类摄影机是指的航空摄影机，地面摄影测量用的 摄影经纬仪以及近景摄影测量用的摄影机。 这种摄影机的特点是： 物镜具备良好的光学特性，其物镜的畸变差要小， 分辨力要高，透光率强，摄影机结构稳定。 安装在飞机上对地面自动地迸行连续摄影的摄影机 称为航摄机。 量测用摄影机的三个特点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，是作为区分量测用 摄影机和非量测用摄影机的重要标志

28、。 3：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，一般用宇母f表示。摄影机结构设计时要 求像片主点应与框标坐标系原点重合。由于制造技术 上的误差常常是达不到完全重合的要求，但是必须 精确地测定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，内方位元素是否已 知也是量测用摄影机的特点。 航摄机可按摄影机物镜的焦距分类，可分为； 矩焦距航摄机，其焦距为F150m。 中焦距航摄机，其焦距为150mm300mm。 长焦距航摄机，其焦距为F300mm。 摄影处理：摄影处理： 分以下几步： 一、感光材料的显

29、影处理 二、感光材料的定影处理 三、感光材料的水洗与晾干处理 四、像片的晒印 第二节、航空摄影对摄影的基本要求第二节、航空摄影对摄影的基本要求 以测绘地形为目的的空中摄影多采用竖直摄影方式， 要求航摄机在曝光的瞬问物镜主光轴保持垂直于地 面。实际上，由于飞机的稳定性和摄影操作的技能限 制，航摄机主光轴在曝光时总会有微小的倾斜，按规 定要求像片倾角应小于2到3度这种摄影方式称为竖 直摄影。竖直航空摄影可分为面积航空摄影、条状地 带航空摄影和独立地块航空摄影三种。 摄影比例尺及其选择摄影比例尺及其选择 严格地讲，摄影比例尺是指航摄像片上一线段长为l与 地面上相应线段的水平距离L之比。但由于摄影像片

30、有 倾角，地形有起伏，所以摄影比例尺处处不等。我们 一般指的摄影比例尺，是把摄影像片当作水平像片， 地面取平均高程，这时像片上的一线段l与地面上相应 线段的水平距离L之比， 称为摄影比例尺1/m。即 ： 1/m=l/L=f/H 其中，f为航摄机主距，H为平均高程面的航摄高度， 称为航高。 当测绘小、中等比例尺地形图，摄影比例尺略大于或 接近于测图比例尺。当测绘大比例尺地形图时，摄影 比例尺一般小于测图比例尺，为测图比例尺的35 倍。 摄影测量对空中摄影的基本要求摄影测量对空中摄影的基本要求 1：摄影测量的飞行质量的基本要求：摄影测量的飞行质量的基本要求 像片比例尺是由摄影机的主距和摄影的高度来

31、确定的： 式中m为像片比例尺分母，f为摄影机主距，H力摄影高度或称航 高。 按照摄影测量要求，像片比例尺分母的相对误差一般不应超过5 。因此，空中摄影测量飞行航高H的变换量也称航高差应限 制为： 另外，测量规范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。 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。根据所取基准面 的不同，航高可分为相对航高和绝对航高相对航高和绝对航高。 相对航高相对航高是指摄影机物镜相对于某一基准面的高度， 常称为摄影航高。它是相对于被摄区域内地面平均高 程基准面的设计航高。是

32、确定航摄飞机飞行的基本数 据，按Hmf计算得到 绝对航高绝对航高是相对干平均海平面的航高，是指摄影物镜在 摄影瞬间的真实海拔高度。通过相对航高H与摄影地 区地面平均高度A。计算得到 H绝HA 2：像片重叠度：像片重叠度 像片的重叠部分是立体观察和像片连接所必需的条 件、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部分（如图所 示，这是摄影测量选定控制点的要求。因此，三度重 叠中的1，3像片的重叠部分不能太小。因为像片最边 缘部分的影像，清晰度很差，会影响量测的精度。所 以，一般情况下要求航向重叠度最小不能小于53， 旁向重叠度不能小于15。最好航向保持在6065

33、 ，旁向重叠度保持1530。 3：航带弯曲：航带弯曲 航带弯曲度是指航带两端像片主点之间的直线距离L 与偏离该直线最远的像主点到该直线垂距的反比，一 般用百分数表示，航带弯曲度一般规定不得超过3 。 4：像片旋偏角：像片旋偏角 相邻两像片的主点连线与像幅沿航带飞行方向的两框 标连线之间的夹角称为像片的旋偏角，对像片的旋偏 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。 第三节 像片影像的误差及处理第三节 像片影像的误差及处理 1 摄影机物镜畸变对像片影像的影响摄影机物镜畸变对像片影像的影响 这种误差是系统误差，无法彻底杜绝；它是摄影机本身 在制造过程中产生的；

34、2 摄影感光材料的变形的影响摄影感光材料的变形的影响 感光材料在摄影、摄影处理、负片保存的过程中，常会 发生感光材料的变形；这类变形可根据对像片上框标位 置的量测进行改正； 式中， x,y为量测的像点坐标值，x,y为正确的像点坐标 值；为变换的待定参数。由已知的框标坐标值和量 测值求得转换参数进而求得每个量测的像点坐标值的正 确值。 += += 4 3 21 4 3 21 yxbybxbby yxayaxaax ii ba , 3 大气折光的影响大气折光的影响 大气密度随着高度的增大而减小， 大气的折射率也随高度增大而减小。 因此，摄影光线通过大气时就不是沿 理想的直线前进，而是一折线、地面

35、A点的理想构想为a，实际光线通过物 镜后成像于a 的位置，aa就是像点位 移的距离。这种大气折光引起的像点 位移及改正公式如下： 4、地球曲率对像点坐标的影响、地球曲率对像点坐标的影响 地球的水准面是曲面，而地形面 的基准面是一水平面，摄影的像 片平面在摄影测量处理中是取与 水平面平行，这样地面上点的构 像于像片平面上是要受到影响的 、如图所示。当不考虑大气折光 差的影响时，地面点A在像片上 的构像为a点。A点在基准平面E 上的投影为A0。A0点在像片上的 构像点a。线段aa 即为地球弯曲 引起的像点移位。 第三章 单张航摄像片解析 像片解析像片解析就是用数学分析的方法，研究 被摄物体在航摄像

36、片上的成像规律，像 片上影像与所摄物体之间的数学关系， 从而建立像点与物点的关系式。其目的 是根据像片上的影像，采用解析方法或 者图解的方式，获取被摄物体的空间坐 标或地物的几何图形。 1 1 1 1 中心投影和正射投影中心投影和正射投影中心投影和正射投影中心投影和正射投影 用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影。 当投影光线会聚于一点时，称为中心投影中心投影。 当诸投影光线都平行于某一固定方向时，称为平 行投影。平行投影中，当投射光线与投影平面成 斜交的称为斜投影；投射光线与投影平面成正交 的称为正射投影正射投影。 当沿物镜的主光轴平移，使物镜的两个主平面重 合，那么任何物点都可以看作是

37、通过同一个S点的 主光线成像于像片平面上。此时。物方主点相当于 投影中心，像片平面是投影平面，像片平面上的影 像就是摄区地面点的中心投影中心投影中心投影中心投影。地面上的点在像片 上的影像可以用主光线与像片平面的交点表示。 由于我们日常使用的地图是正射投影，而航摄像 片是中心投影，因此，一般情况下两种投影是有 较大差异的。也即像片上点的关系与地图上同名 点的关系不同。 摄影测量的主要任务之一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。 思考：在什么情况下两种投影无差异？ 答案：只有在地面水平（无高差）且像片也水 平，即平行于地面。 E地平面P倾斜像片T

38、T透视轴 alfa像平面与地平面的夹角 n像底点N地底点 航高 H o像主点f主距主光轴 So c等角点C等角点的共轭点 主垂面 W VV摄影方向线 vv像片主纵线 i主合点 J 主遁点 hihi真水平线 hoho主横线 hchc等比 线 = = = = ci f si foi foc fon sin cot 2 tan tan 重要点、线的一些数学关系重要点、线的一些数学关系: 什么是合点？ 过投影点中心作物面上一直 线的平行线和像平面的交点 称为合点。 显然，物面上一组平行线有 共同的合点。 合点是物面上平行线组无穷 远起点的中心投影。 重要点、线的特性重要点、线的特性重要点、线的特性重要

39、点、线的特性 底点的特性：诸地平面的一组铅 垂线在像面上的的构像应位于以 像底点n为中心的辐射线上。 重要点、线的特性重要点、线的特性重要点、线的特性重要点、线的特性 等角点的特性：当地面为水 平时，取等角点c和C为辐射 中心，在像平面和地面上的 任意一对透视对应点所引绘 的方向，与相应的对应起始 线之间的夹角是相等的。在 倾斜的航摄像片上和水平地 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，保持着方向角相等的特 性。 重要点、线的特性重要点、线的特性重要点、线的特性重要点、线的特性 等比线的特性：由于等比线既在航摄像片P上，又在 理想的水平像片P0上，故等比线上的构像比例尺等于

40、 水平像片上的摄影比例尺f/H，不受像片倾斜的影 响。这就是等比线的名称由来。 透视变换作图的基本方法透视变换作图的基本方法透视变换作图的基本方法透视变换作图的基本方法 根据像面、投影中心和物面三者之间的空间位置 关系，按照中心投影的规律，将物面或者像面上 的点、线或几何图形，表示在像面或物面上的工 作叫做透视变换的空间作图。 透视变换作图的基本方法透视变换作图的基本方法透视变换作图的基本方法透视变换作图的基本方法 如右图，设L为物面E上一 条直线，求其以S为投影中 心在像面P上的中心投影。 思路：由于直线L的中心投 影一般仍为直线，因此可用 两点决定一条直线的原则， 只要确定直线L上两点的中

41、 心投影，其连线也必为直线 L的中心投影。 透视变换的平面作图透视变换的平面作图透视变换的平面作图透视变换的平面作图 为了更直观地表达透视对应图形的 真实形状，按照一定规律将像面、 投影中心和物面展开在一个平面内 ，并保持其透视关系不变，在二维 平面内进行作图。 仍以上图为例，将真水平面绕合线 ，物面绕透视轴顺时针旋转都与像 面重合。 步骤：1）找迹点 2）找合点 3）找线段端点的 中心投影 4）找线段的中心投影 2 2 2 2、摄影测量中常用的坐标系、摄影测量中常用的坐标系、摄影测量中常用的坐标系、摄影测量中常用的坐标系 摄影测量几何处理的任务是根据像片上像点的位置 确定相应的地面点的空间位

42、置，为此，首失必须选 择适当的坐标系来定量地描述像点和地面点，然 后，才能实现坐标系的变换，从像方量测值求出相 应点在物方的坐标。摄影测量中常用的坐标系有两 大类，一类是用于描述像点的位置，称为像方空间 坐标系，另一类是用于描述地面点的位置，称为物 方空间坐标系。 （1） 像平面坐标系） 像平面坐标系(像框标坐标系）像框标坐标系） 以像片对边框标的连线作为x，y轴，其交点作 为坐标原点，与航线方向相近的连线为x轴。在 坐标量测中，像点坐标值常用此坐标系表示。 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。为此可首先求出像主点在像平面中的 坐标。 （2）像空间坐

43、标系）像空间坐标系 为了便于进行空间坐标的变换，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。以摄 影中心S为坐标原点，x,y轴与像平面坐标系的x,y轴 平行，z轴与主光轴重合，形成像空间右手直角坐标 系Sxyz。 注意：注意： 像空间坐标系的像点的像空间坐标系的像点的z z值都为值都为- -f f 每张像片的像空间坐标系都是独立的每张像片的像空间坐标系都是独立的 （3） 像空间辅助坐标系） 像空间辅助坐标系 像点的像空间坐标可直接以像平面坐标求得，但这种 坐标的特点是每张像片的像空问坐标系不统一，这给 计算带来困难、为此。需要建立一种相对统一的坐标 系，称为像空间辅助坐标系。用S

44、XYZ表示。此坐标 系的原点仍选在摄影中心S，坐标轴的选择视需要而 定，通常有三种选取方法。 （4） 摄影测量坐标系） 摄影测量坐标系 将像空间辅助坐标系SXYZ沿着Z轴反方向平移至地 面点P，得到的坐标系PXpYpZp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。 （5） 地面测量坐标系） 地面测量坐标系 也就是国家测图采用的高斯克吕格平面直角坐标 系，用TXtYtZt表示，这是一种左手坐标系，摄影测 量求得的地面点坐标最终是以这种形式提交给用户使 用。 （6） 地面摄影测量坐标系） 地面摄影测量坐标系 由于摄影测量坐

45、标系来用的是右手系，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，用DXtpYtpZtp表示，其坐 标原点在测区内的某一地面点上，Xtp轴与Xp轴方向 大致一致，但为水平，Ztp轴铅垂，构成右手直角坐标 系； 3 3 3 3、航摄像片的内外方位元素及坐标转换、航摄像片的内外方位元素及坐标转换、航摄像片的内外方位元素及坐标转换、航摄像片的内外方位元素及坐标转换 为了由像点坐标反求物点坐标，首先要确定航空 控影瞬间摄影中心与像片在地面设定的空间坐标 系中的位置与姿态

46、，描述这些位置和姿态的参数 称为像片的方位元素。其中，表示摄影中心与像 片之间相关位置的参数称为内方位元素，表示摄 影中心和像片在地面坐标系中的位置和姿态的参 数称为外方位元素。 （1 1） 内方位元素内方位元素内方位元素内方位元素 包括三个参数，即摄影中心到像片的垂距（主距） f及像主点在像框标坐标系中的坐标x0,y0。 （2 2） 外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素 在恢复了内方位元素（恢复了摄影光束）的基础 上，确定摄影光束摄影瞬间的空间位量和姿态的参 数，称为外方位元素一张像片的外方位元素包括 六个参数，其中有三个是直线元素，用于描述摄影 中心的空间坐标值；另外三个是角元素，用于

47、表达 像片面的空间姿态。 （2 2） 外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素 外方位三个角元素可看作是摄影机光轴从起始的 铅垂方向绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转 形成的。先绕第一轴旋转一个角度，其余两轴的 空间方位随同变化；再绕变动后的第二轴旋转一 个角度，两次旋转的结果达到恢复摄影机主光轴 的空间方位；最后绕经过两次变动后的第三轴（ 即主光轴）旋转一个角度，亦即像片在其自身平 面内绕像主点旋转一个角度。 以摄影中心S为原点，建立像空间辅助坐标系S XYZ，与地面摄影测量坐标系DXtpYtpZtp相互平 行，其中 表示航向倾角，它是指主光轴So在XZ平 面的投影与Z轴的夹角。 表示旁向倾

48、角，它是指主 光轴与其在XZ平面上的投影之间的夹角； 表示像 片旋角，它是指YSo平面在像片上的交线与像平面 坐标系的y轴之间的夹角。 角可理解为绕主轴 （Y）旋转形成的一个角度； 是绕副轴（绕Y轴旋 转 角后的X轴，图中未表示）旋转形成的角度； 角是绕第三轴（经过， 角旋转后的Z轴，即主光 轴So）旋转的角度。 （3 3）像点在不同坐标系中的变换）像点在不同坐标系中的变换）像点在不同坐标系中的变换）像点在不同坐标系中的变换 在解析摄影测量中，为了利用像点坐标计算相应的地 面点坐标，首先需要建立像点在不同空间直角坐标系 中的变换关系。 见书上图（2-14）有两种空间直角坐标系，其中 S XYZ 为像空间辅助坐标系，Sxyz为像空间坐标 系。由数学知识知 二者有以下关系式： 其中： = f y x R Z Y X = = ZzZyZx YzYyYx XzXyXx ccc bbb aaa R coscoscos coscoscos coscoscos 321 321 321 R称为旋转矩阵，矩阵元素称为方向余弦，分 别是两个轴之间的夹角的余弦，见下表 iii cba, 由于这种直角坐标变换是一种正交变换，所以R为正 交矩阵，则满足，于是上个坐标转换式的反 算式为 上述R矩阵虽有九个参数，但只有三个是独立的，这 三个参数可以是一个空间直角坐标系按照三个旋转轴 顺次旋转至另一个空间直角坐