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1、第五章 双像解析摄影测量,单张像片不能确定被摄物体的空间位置，要确定被摄物体的空间位置，必须采用具有一定重叠度的立体像对，构成立体模型才能完成。 根据立体像对与被摄物体的几何关系，以数学计算的方式，用计算机解求被摄物体的三维空间坐标，称为双像解析摄影测量。,镣触豌晋伊赤击易归寞矫雾糠厩凉蔓纂腊残映甥鹤烹辖均鲍轩枝碳市进馁摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,1 双像解析摄影测量的基本概念,一、立体像对的特别点线面 图中S1、S2为航摄时 两相邻摄站； S1、S2 的连线B称为摄影基线； 在S1、S2拍摄的具有 一定重叠度的两张像 片称为立体像对； 地面点在两张像片上 的构像
2、a1、a2称为同名像点；构像光线AS1a1和AS2a2称为 同名光线；在摄影瞬间，地面任意一点的两条同名光线与摄影基线（三线共面）位于同一平面内，称为核面；核面与像平面的交线称为核线；摄影基线与像片面的交点称为核点。像面上所有核线都交于核点。,椰怂你逆泳拿床贺璃参姑顶衣玛涯毅赁倘戳限两瓜蕾找唉埠婴拘州漂瑰有摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,二、双像解析摄影测量的基本思想 测量学中的前方交会方法，根据两个已知测站的平面坐标和两条已知方向线的水平角，解求待定点的平面坐标。,1 双像解析摄影测量的基本概念,蚂蕴灭毛呵摈颠然励侮甲亚怀滤屋冷冷臂饰北弃巴咨窘奔途知肤盅坊郡杰摄影测
3、量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,双像解析摄影测量，是根据两个摄影中心的三维空间坐标和两条待定物点的构像光线，确定该物点的三维坐标，即空间前方交会。这里，构像光线的方向由像片的角方位元素和像点坐标确定。,辟僳匡副更战彰壶淹侵赴干则鸯鳞硒雀螟掀呵打砰打淑班巧奄膨抗桃着拓摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,1.单张像片的空间后方交会与立体像对的前方交会算法：先根据3个以上的地面控制点坐标分别解算两张像片的外方位元素；再根据外方位元素，用前方交会方法解算待定点的三维坐标。 2.相对定向和绝对定向算法：先进行相对定向，恢复两张像片在摄影瞬间的相对关系，建立与地面
4、相似的几何模型；再通过控制点作绝对定向，把立体模型进行平移、旋转和缩放，确定模型点的三维坐标。 3.光束法（一步定向法）：把待定点和控制点的地面坐标，按光线条件方程式，列出误差方程式，用最小二乘法解算地面点坐标。,1 双像解析摄影测量的基本概念,翱娜绳萨幼该锹里询镣渊尉女石昏嫌饶锣怔剩隧聊禹稼绰露闰枉拼酉剿森摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,2 空间后方交会前方交会算法,根据立体像对的外方位元素，解算地面点空 间坐标的方法称为空间前方交会。已知 XS1、YS1、ZS1 1、 1 、 1 XS2、YS2、ZS2 2、 2 、 2 求XA、YA、ZA,一、立体像对的空间前方
5、交会公式,相未渔芋们烯拭冷靴柄恢甄稍虫脖朔方谴勃棠伦统齿撼习式泪训汀屏莎芯摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,摄影基线的基线分量为 a1和a2在左、右像空辅助坐标系中坐标分别为 式中R1和R2由 1 、 1 、 1和 2 、 2 、 2构成，x1y1x2y2量测得到。,逃粤未叔竭娩焰省货瞩哪研履楼拍徒稳略枉磷镍宙番俊皆叉个狭唐优挖符摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,由三角形的相似关系得 N1、N2称为点投影系数，经整理后，用矩阵形式表示为 由上式可得 由1、3式解得点投影系数,詹涨韩郝履控扩悸咨烃件瘩拳牙堡氧汀孝伏头汇侯拇咱骋炕圆声畅檄基忌摄影测量
6、学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,代入下式得待定点坐标 上式即为前方交会公式,畔亚患罚烫藤毯角傅挂烧滓掘诈汾掷匡虎狙届矫剖氓胳兔咋屉淆募睬鲸血摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,二、空间后方交会前方交会法的计算步骤,1、像片控制测量 2、像点坐标量测 3、空间后方交会 求像片的外方位元素 4、空间前方交会求待定点坐标,哪隔捉扁邮逗籽尘森筋缩哨苯魔瞒凉盘摘牙猩级泛妊作告味廷蕾唾厌悬国摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,3 立体像对的方位元素,利用立体像对摄影时同名光线成对相交的几何关系，通过量测的像点坐标，解求两像片的相对方位元素值的过
7、程，称为解析相对定向。确定相邻两像片相对位置的参数，称为相对定向元素。相对定向的目的是建立一个与被摄物体（地面）相似的几何模型，解算相对定向元素，以确定模型点的坐标。,蚌鸵赛戮荐盟兔紫加忆洞囊崩痉铆攘暗恒咸痉核灶柠优染净囱想康霉榷胁摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,一、相对定向元素,确定一张像片的空间位置和姿态需要6个外方位元素，确定一个立体像对需要12个外方位元素： XS1、YS1、ZS1、 1、 1 、 1、XS2、YS2、ZS2、 2、 2 、 2。 这12个外方位元素可以分为两大类。一类是相对定向元素，有5个，用来确定两张像片的相对关系；另一类是绝对定向元素，有
8、7个，用来确定立体像对在空间坐标系中的位置和姿态。,化滦郴婉囤零烩癌曼刹卫刮镣贾转丧慑琶拿豢菩葱博冕概休擒历喳驰职姚摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,1.连续法相对定向元素,若取左片的像空坐标系S1-xyz，为描述两张像片相对关系的像空辅助坐标系。两片的12个外方位元素为： 左片 XS1YS1ZS10 1 1 10 右片 XS2bx YS2by ZS2 bz 2、 2 、 2,啄持遁签司裙稿览周矩积漫甲劣贿酒搔泥傍耪袖趾隘统奇世谢巍炸鹤袱息摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,1.连续法相对定向元素,在上述元素中，bz与模型的比例尺有关，是绝对定向元
9、素，与两片的相对关系无关，其余5个非零元素by、bz、 2、 2 、 2可确定两像片的相对位置，作为连续法相对定向的相对定向元素。 该系统的特点是以左片为基础，通过右像片相对于左片作平移和旋转，来确定两片间的相对位置。可以连续建立一条航线的立体模型。,执砂告饯挫献安庄逊滓埃嚷谎网所捐赠柬闹组磊羹帽卒畅望卜傍然裔啄景摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,2.单独像对的相对定向元素,该系统以左摄站S1为原点，摄影基线b为像空辅助坐标的X轴；在左主核面内，过S1且垂直于X轴 的直线为Z轴，建立像空辅助坐标系。两片的12个外方位元素为： 左片 XS1YS1ZS10 、 1， 1 0
10、 、 1 右片 XS2bx 、YS2ZS2 0 、 2、 2 、 2 取除bx外的5个非零元素为相对定向元素， 1， 1 、 2、 2 、 2即为单独像对法相对定向元素。,粒狮野苫拱登匈椰琵炎钙锑张阜探小功磐孽峪了挑迟怠梨丁脐芝箭低智蛆摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,Z,2.单独像对的相对定向元素,江剁才溶初电祟橇捍喧淀撂诚兑稳祝议披聊眨笛脏纱疚漓哥芹弦蒜烧龚余摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,二.立体模型的绝对定向元素,在连续法相对定向元素的描述中，立体像对的方位元素，还有bx和左片 的XS1YS1ZS10 1 1 10，但左像片相对于地面坐
11、标系，仍是6个非零方位元素XS1、YS1、ZS1、 1、 1 、 1，通过这7个元素可以确定立体像对在地面坐标系中的坐标和姿态，称为绝对定向元素。,垣遇悔泽宏雄娱絮颠贷傅粮症哄团膝筛我剿鸽永庙斜渗隅琳主骡售蘸静凋摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,4 解析法相对定向,在摄影的瞬间两条同名 光线和摄影基线位于同 一核面内，即同名光线 成对相交。相对定向的 目的是，先不管两像片 的绝对方位，而恢复两 张像片的相对关系，使 同名光线成对相交，建 立立体模型。,一、解析法相对定向原理,族宗凹凄驴豺疼领坷妖址充违意涅零奋肖俘载疯摧掩抓樊樱奖早斯欲硫堆摄影测量学5双向解析摄影测量摄影
12、测量学5双向解析摄影测量,1、立体像对的共面条件,由空间解析几何可知，如三线共面，则三矢量的混合积为零，即 三矢量在像空辅助坐标系中的坐标分别为（Bx，By，Bz），（X1，Y1，Z1），（X2，Y2，Z2），用行列式表示共面条件为,用拴星绕拦铣瞪影察拿踩劲抬绝代毒茸挝蒸归盼颧夸雀夸盂诫绿总垮册惶摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,2、连续法相对定向,定向公式 相对定向的目的是恢复同名光线对对相交，建立立体模型。连续法相对定向时，左片固定不动，角方位元素为零（第一像对左片的像空坐标系S1-xyz，作为描述两张像片相对关系的像空辅助坐标系）或已知（以后像对）。右片相对于左片
13、作5个定向元素的变化，定向元素为by、bz、 2、 2 、 2。,赐窃势共歧阎薪绳陋拍惨猪淳煤难恬樊瞩揣渠勉操拄舍芭畸钓孔年谅喳摔摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,定向公式 由于 共面方程可写为 上式为非线性函数，将函数F按泰勒级数展开,取至一次项,得未知数(相对定向元素)的线性方程式,S1,S2,b,bx,by,bz,X1,Y1,Z1,秉窟芥遗脑勇旅讯孰宫圭毯团苛啥骋埃讫凝净孽霖哎喘沾双讨谢韩扎揭突摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,定向公式,偏导数的计算 同理，算得其它各项偏导数，并整理得,旅缴序锑龙攘棘恒汗郎劈兴富唐财正蛋崔提涧芒疏痔桩掖栓淳
14、拖企秆犊去摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,定向公式,式中, Q为推导过程中引入符号,为 Q的几何意义为模型点的上下视差。,佰翻字自绽找讥蔫贾篷恬翌淋愁庙园累涂吼豆斧蛾敬费克肛乡蒋蚊堂谋传摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,二.相对定向元素的解算,由相对定向公式可知，要解算5个相对定向元素 必须观测5对点的像对坐标， 列出5个方程式来计算。通常 多于5点，用最小二乘原理解 算。 解算时，把Q作为观测值， 列出如下误差方程式： 上式各系数由近似值代入得。写成矩阵形式为,陵瘁槐锰阑韶抬碌磷粒强哭毁契惦违哎矩承复昼废寸菱晕征台莫劳棱荣桔摄影测量学5双向解
15、析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,2.相对定向元素的解算,法方程为 相对定向元素的改正数为 以上解算需迭代进行。程序运行框图如下。,刨寝舔爹痉拆掉乓凋综翌鉴殴粉逞锹勒中峨驻浸莆班盅贼喷揉毋晦邓搜佯摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,输入已知数据,确定相对定向元素初值,计算,计算,计算,计算误差方程系数 组成误差方程,组成法方程，解法方程,计算定向元素新值,d，d小于限差,结束,射镭栅韭愈简猴振监舜逐顽瞎剐室绢点鸦好求某肄觉潦毯丁休与总相旭肆摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,四、模型坐标的计算,相对定向元素解算后，建立了立体模型。此时建立的模型
16、比例尺是任意的，坐标原点在左摄站上。模型坐标的解算用前方交会进行。,俏陶宗萨稠碎专旷嘘掀玖靶薛甲砌策囊搀扼搂实浴知恤货遥布指玫跳舰静摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,四、模型坐标的计算,以左摄站为原点的模型坐标为 把原点平移到地面，比例尺放大到接近实际地面大小后，得到模型点摄测坐标,停核毙铁姐童窿佩谷秽菠谴祈历堆洼义壶衙谊扶搪祁形塔锁题点力缘撮响摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,相对定向完成后，同名光线对对相交，恢复了两张像片的相对关系，建立了立体模型，解算出模型的摄测坐标。但该模型的方位是未知的，比例尺是任意的。要确定立体模型在地面坐标系中的方
17、位和大小，必须把模型坐标变换为地面坐标，即把立体模型进行三维的旋转、平移和缩放。这一过程称为绝对定向。,5-5 模型绝对定向,解析绝对定向：利用地面控制点，以解析计算方法解求 立体模型的绝对定向元素的过程。 为了计算方便，引入地面摄测坐标，先在摄测坐标和地面摄测坐标间进行绝对定向，再把坐标由地面摄测坐标变换为地面坐标。,专烩挖泽蒲茂蕉慑昨喊鸯园仍瞄螺饲歹课默桅稠镜伏敬腊覆密妆董巢喘厉摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,5-5 模型绝对定向,一、解析绝对定向的基本公式 绝对定向的实质是立体模型的空间相似变换。即 式中XTP、YTP、ZTP为地面摄测坐标，对控制点为已知， X
18、P、YP、ZP为模型点的摄测坐标，由相对定向算得， 为缩放系数，ai、bi、ci为三个角元素、组成的旋转矩阵， X、 Y、 Z为摄测坐标原点在地面摄测坐标系中的三个平移量。绝对定向共有7个定向参数。,唯凛萝陕需轴挺习雀坠玫飘惶炕栈沽鹏锯软槽滴薯铰寝披吊驯淘慕峻孤猎摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,上式为非线性函数式，为了平差计算，将上式按级数展开线性化 计算出各偏导数并整理后得 式中 0等为近似值。,一、解析绝对定向的基本公式,雪笔询阁洞病零舟坊郊老酝猿寂闭整浪揩狰竟至盎泣退短梆犀美分霓杨屹摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,二、绝对定向元素的解求
19、 绝对定向元素有7个，要解算这7个绝对定向元素，需三个以上的地面控制点，通常用4个（或以上）地面控制点，用最小二乘法解算。 绝对定向的控制点,韩三捡朔冤建论赠买刚譬坊枝漳楞镰萌八捐稻祥这先艺首符燃北站惫跃写摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,计算时，把模型点的摄测坐标作为观测值，误差方程为,二、绝对定向元素的解求,式中,食钎忍柒王详段挠访田奶糯匡摩舔刻珍必鸯詹跋搞暮八行苍驱瞬誓赎昭最摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,二、绝对定向元素的解求,为了计算方便，上式写为,或写成,法方程为,炮讹霜烹纺储盆续渝望盗寐讽肪搂倦铂讳锋质亮掏册扮蒙匆忍啦挫审缘将摄影
20、测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,由法方程可解算出绝对定向元素的改正数,二、绝对定向元素的解求,绝对定向元素的解算需迭代进行。,袄秩茅彤渭烹桑恍猩肖逐敦酞扰敞糯柏落妥黄他卫折农漠参考栋睹四昧册摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,三、采用重心化坐标解求绝对定向元素,实际计算时，为了计算方便，采用重心化坐标计算。在模型中选定几何中心作为坐标系的原点，此点称为重心点，以重心点为原点的坐标称为重心化坐标。计算如下。,尉违谱味度浸仇湿蒲御挨绣良泼吁粤鸳欺倚镍撅近寨簿藤旋陋输茫群扒礁摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,经重心化后的绝对定向公式
21、为,三、采用重心化坐标解求绝对定向元素,求出绝对定向元素后，把所有待定点的摄测坐标 变换为地面摄测坐标。,宁尝海攻柞撇甜匣垢始厨禹礼搭痈渣茅满播编鹃孜磐稗箍辫桅敦春热匀舵摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,四、绝对定向计算流程,输入已知数据,确定未知数初始值,计算 R,计算,组成误差方程,组成法方程并解,小于限差,计算,否,是,木咽瘤伺劣癣诡双效沟叙饮别仗蛋刮牧赋琳磅朽郸掂震苏拄鸿策硫蕾椎汗摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,单模型光束法： 以单个模型为单元，将两张像片的 外方位元素及待定点物方坐标作为 未知数，在一个平差系统中整体求解的算法。(理论
22、严密，解求精度高 ),6 单模型光束法,涣悯认使擦拉添新渊沃嘎搁辉椭肚灾莉戊伐赋逾绪靳哲播缩箩铲靛权瞳崔摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,对共线方程线性化，有,6 单模型光束法,琉恬并否易诵偶览谦莫獭村许仕廉玛潜眯躬钎茵濒霸里技密恰杖妄狈藉冷摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,或写成 或,6 单模型光束法,误差方程一般形式为,歹月绪承磐跪值凸鲤懂暑纷功胃怖坍揽为丧芭伏超惜卵宏严苹苯塘电叼脸摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,当像点坐标为等权观测时，误差方程式对应的法方程式为：,用新的符号代替,消去待定点地面坐标改正数得改化法方程式,浮肃恿妒副晾仁讥俯翔崩场疼蒲隋楞爹偏饵肄沫高恫郭辙减赛乞葬止陷挝摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,第四、五章 作业,1、什么是生理视差、同名像点、立体像对、摄影基线、核面、同名核线、绝对定向？ 2、相对定向的目的是什么？简述连续法相对定向的作业过程。 3、什么是空间前方交会，简述后方交会前方交会法计算地面点坐标的过程。 4、什么是人造立体视觉？人造立体视觉的产生有哪些条件？人造立体视觉观察常用哪些方法？,捂膏掖臃巩滚瓷矣口疲姥朝裤肝百因炬郧子叉熄送梯挝讶颖冲卜师话捌港摄影测量学5双向解析摄影测量摄影测量学5双向解析摄影测量,