基础版第7章(航空摄影测量)

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1、中国测绘师论坛 | 斑点牛 1 编者按：此版本为 2.0 基础版，主要是把综合和案例辅导教材内容加以融合和归纳，力求不遗漏知识点，并加以适当拓展和解析，使入门者容易看懂，并节省时间。本版笔记基本可以替代官方教材使用，但读者最好还是把它作为官方教材的辅助资料。 后续加强的版本将以此为蓝本，标注重点，加以颜色注记，内容极大扩展，力求成为注册测绘师考试的王牌资料，敬请期待。 本笔记出自中国注册师论坛，地址： ，更多资料请到本论坛查取。 QQ交流群 413231472。 读者如有改进笔记建议，请在论坛 或 Q 群 留言告知，谢谢 支持 。 斑点牛 第七章航空摄影测量 7.1 基本概念 1、 主 光

2、轴 ：摄影机 透镜两侧圆心连线。 2、像点 和 地点 ： （ 1） 像主点 和 地主点 ： 像平面 与 主 光轴 的交点 ， 以及 对应的 地面点 。 （ 2） 像底点 和 地底点 ：像平面 与 过摄影中心 铅垂线（主垂线） 的 交点 ， 以及 对应的 地面点 。 3、 摄影机主距 (f)： 透镜中心与 像主点 的 垂距 。 4、 内方位元素： 像主点 在 框标 坐标系 中的 坐标 x0、 y0 与 f。 5、 摄影比例尺： 像 片线段与地面相应 线段长度 比， 在 像 片 上处处不等 ，一般采取平均值 。 6、 航高： 由于 主距固定 ， 影响航摄比例尺的主要是航高 。 （ 1） 绝对航高：

3、相对于高程基准面的航高。 （ 2） 真实航高 ：相对于某地物点的航高。 （ 3） 摄影航高 ： 相对于 摄区 平均高程基准面的航高 。 7、摄站和 摄影基线：摄影瞬间 物镜点 位置叫摄站， 相邻 摄站 间距 叫摄影基线。 8、坐标系 ： 物方坐标系 （ 4） -（ 6） 和 像方坐标系 （ 1） -（ 3） 。 （ 1） 像平面坐标系 ： 表示 像点 在 像平面内的 右手 平面 直角坐标系 ， 量测坐标系 。 （ 2） 像空间坐标系 ： 以 摄影中心 为原点 ， x、 y 轴 与 像平面 x、 y 轴 平行 ， z 轴 和 主光轴 重合 ， 形成 右手 直角 坐标系 ， 起算坐标系 。 （ 3

4、） 像空间辅助坐标系 ： 以 摄影中心 为原点 ， 坐标 轴 视需要而定 ， 一般有三种 选择方法 ，并 形成 右手 直角 坐标系 ， 过渡 坐标系 。 （ 4） 地面测量 坐标系 ： 高斯平面和高程 组成 的 坐标系 ， 描述地面点 位置 ， 左手系 ， 成果坐中国测绘师论坛 | 斑点牛 2 标系 。 （ 5） 地面 摄影测量坐标系 ： 航线方向 为 x 轴 ， 向上 为 z 轴 ， 与 y 轴 形成右手系 。 摄影测量专用 ， 运算坐标系 。 （ 6） 地面辅助坐标系 ： 摄影测量成果 都在 这个坐标系中表示 ， 是过渡性的 辅助坐标系 。 9、 框标坐标系 ：以框标 连线交点 （正交）

5、 为原点 建立的 坐标系。 10、 核面与核线： 摄影基线与 地物点组成的面叫核面，核面与像平面的交线叫核线。 11、 基高比： 摄影基线 和相对航高比值 。 7.2 航摄仪 1、胶片航摄仪： （ 1） 概述 ： 单镜头分幅摄影机是目前应用较多的航空摄影机，又称为框幅式摄影机 ， 装有低 畸变透镜。胶片幅面的大小通常是 18*18cm、 23*23cm、 30*30cm， 主要由镜筒、机身和暗盒组 成 ， 大多设有两种类型的框标 ： 位于承片框 每 边中央的机械框标 和 位于承片框四角的光学框标。 （ 2） 像场角 和主距的选择： 像场角 主距 mm 常角 75 长焦 255 宽角 75-10

6、0 中焦 102-255 特宽角 100 短焦 102 1）常角或窄角： 大比例单像测图 、 DOM、 综合法测图 等以及山区测图， 可以减小投影差 的影响， 减少摄影死角的影响 ， 改善立体观测条件。 2） 宽角或特宽角 ： 平坦地区 立体测图 等 ， 提高立体量测精度。 （ 3） 感光特性 及 冲洗 ： 1） 感 光 特性 ： 感光度 ： 感光灵敏度； 反差系数 ：影像反差 和 景物反差之比 ； 宽容度 ： 影像可以表示的 亮度 反差范围； 灰雾密度 ： 未曝光的 胶片 冲洗后产生的密度 ， 越低越好 ； 显影动力学曲线 ： 反差系数 、 灰雾密度、感光度随 显影 时间变化的曲线 。 2）

7、 胶片组成： 乳剂层 （黑白和彩色 ） 和片基 。 3）胶片 几何特性：分辨率、不规则变形率、片基厚度。 4） 冲洗 过程 ： 显影、定影、水洗、干燥。 5） 冲洗要求 ： 影像细节能充分显露，显影均匀，色调层次丰富，反差适中，灰雾小，没有划痕、静电斑痕、折伤或脱胶等缺陷。 6） 每年航摄任务开始前，应对所用的胶片进行几何性能和感光特性测定。 （ 4） 辅助设备： 1） 滤光片 ： 消除某一波谱 带作用 ，补偿 焦平面 照度不均匀 。 中国测绘师论坛 | 斑点牛 3 2） 像移补偿装置 ： 补偿 飞机 位移产生的 像移的影响 。 3） 自动曝光装置 ： 通过安装在物镜旁的光敏元件测定景物的亮

8、度，自动调整曝光时间。 （ 5） RC 航摄仪 （瑞士威特） ：有 RC-10、 RC-20 和 RC-30 等型号， 像 幅 均为 23*23cm，暗匣和物镜筒是通用的， 可以进行 替换 。 RC-30 由摄影仪、陀螺稳定平台、飞行管理系统组成。具有象移补偿装置，自动曝光装置，导航 GPS 数据接口 ， 可进行 GPS 辅助 航空摄影 。 （ 6） RMK 航摄仪 （德国奥普 托 ） ： 具 有 5 个不同焦距 的 物镜 组 ， 像幅 均为 23*23cm 固定在镜箱体 上 ，压平板设置在暗匣内，需要具备 RMK-CC24 暗匣 才能进行象移补偿摄影。 RMK-TOP（ top 即 陀螺稳定

9、平台） 是在 RMK 基础上加装陀螺稳定装置， 具有 高 质量 物镜 内置 滤光片，其 自动曝光装置采用图像质量优先， 也 支持 GPS 辅助 航空摄影 。 2、 数字航摄仪：分为框幅式（面阵 CCD）： DMC， UltraCam-D， SWDC。推扫式（线阵CCD）： ADS。 （ 1） DMC（ 蔡司 和 德国 鹰图， 数字成图相机 Digital Mapping Camera） ： 具有 4 个全色镜头 CCD 和 4 个多光谱 CCD。 同时 获得黑白，真彩， 彩红外数据。将 4 个全色像片合成为具有 虚拟投影中心 和 固定虚拟焦距（ 12cm） 的虚拟中心投影合成影像。和 4 个多

10、光谱镜头生成的影像融合在一起，得到高分辨率真彩色影像数据或彩红外影像数据。 （ 2） UltraCam-D（奥地利 ，简称 UCD） ： 8 个镜头 组 ， 共 13 块 面阵 CCD， 9 个全色 波段 ， 4 个 RGB 和近红外 波段 ，生成中心投影影像。 （ 3） SWDC（国产）：分单镜头，双镜头，四镜头。 1）原理 ： 把 多台非量测型相机集合 测量型 GPS 接收机、航摄控制系统、地面后处理系统，拼接成虚拟影像。 2） 特点：镜头可更换，幅面大，视场角大，基高比大，高程精度高，能实现空中摄影自动定点曝光；通过精密 GPS 辅助空三，可使航摄外业大大减少；具有较强的数据处理软件，可

11、实现对影像的准实时、高精度纠正与拼接。 （ 4） ADS（徕卡 ） ：包括 ADS40， ADS80。 使用 GPS 和 IMU（惯性测量） 技术 ， 是 基于三线阵 CCD 的推扫式 数字 航摄仪。 镜头 采用中心投影 设计 ，全色波段采用三对 CCD 线阵对前视、下视、后视三个方向同时获取影像， RGB 和近红外四个波段记录多光谱信息，一次飞行取得前下后 100%三度重叠，连续无缝的全色立体影像、彩色影像、彩红外影像。得到的是线中心投影的条带影像，每条扫描线有独立摄影中心，对应着一组外方位元素。 3、 分辨率： （ 1） 数字影像 的 分辨率： 以地面分辨率表示，以米 /像素为单位。 GS

12、D： 地面采样间隔 ，以地面距离表示的 相邻像素中心的距离 。 摄影比例尺 =像素大小 /GSD （ 2） 胶片影像 的 分辨率 ： 指成像系统对黑白相间，宽度相等的线状目标影像分辨的能力，以每毫米线对数表示。 航摄仪镜头分辨率应不低于 25 线对 /mm， 软 胶片的分辨率不应小于 85线对 /mm。 中国测绘师论坛 | 斑点牛 4 （ 3） 扫描分辨率 ： 是指扫描成影像的最小面元单位，即一个扫描像素在原始胶片上的尺寸，单位为微米。 分辨率太高， 造成数据冗余 ； 分辨率定得太低，影像细节很难反映出来 。其他 表述形式 ： Dpi， 即每英寸含有的像素个数。 栅格地图的 dpi 不少于

13、300。 4、 航摄仪 检定 ： （ 1） 胶片摄影机检校 需要测定 ： 内方位元素 ，光学畸变差 （径向畸变差） ， 最佳对称主点坐标 ， 自准直主点坐标 ， 底片压平装置，框标间距以及框标坐标系垂直性。 光学畸变差 主要 包括 径向畸变差和偏心畸变差， 径向 畸变差 是主要畸变差 。 最佳对称主点坐标 ：使径向畸变 尽可能对称的 对称 中心点 ； 自准直主点坐标 ： 垂直于像平面的光束在像平面上的落点 ； （ 2） 数字摄影机 检校 需要测定 ： 内方位元素 ，光学畸变差 （径向畸变差） ，最佳对称主点坐标 ， 自准直主点坐标 ， 像元大小 （ x、 y 方向 ） ， 调焦后主距和畸变差变

14、化 ， CCD 坏点 。 （ 3） 除了上述几何校检外，还 应包括辐射校检和 对 影像质量 的 评估。 对于多传感器集成的摄影成像系统，还必须考虑系统的检校问题。 （ 4） 检校方法：光学实验室法和试验场法以及自检校法 （航摄作业的一部分 ） ，主要 工作是 确定内方位元素和 物镜 畸变差。 每条航线最少曝光 12 次的条件，不少于 2 条航线。密集地布设控制点，单张像幅至少需要 9 个控制点，总控制点个数应不小于 100 个，水平精度 1cm，高程精度 2cm，控制点尺寸设计应覆盖 6 像元以上，且控制点的中心颜色应与周边物体有较大的反差。 （ 5） 出现 以下情况应 进行 检定：检定时间超

15、过 2 年 ； 曝光次数达到 20000 次 ；经过较大修理； 经过剧烈震动。 7.3 航摄 基本 要求： 1、 像片倾角：摄影物镜的主光轴偏离铅垂线的夹角，小于 2-3的称为竖直航空摄影 ， 一般不大于 2，个别最大不大于 4。 通过 陀螺稳定平台和 调整座架来调整。 2、 旋偏角： 相邻 像片 框标连线和像片主点连线的夹角 ， 旋偏角过大会减小立体像对的有效范围 。 根据飞机的航向和 GPS 导航系统指示的飞行轨迹角度，计算出偏流大小，作为修正偏流的参考 ， 通过设置摄影仪在坐架中的旋转角来消除 。 旋偏角 航摄比例尺 1:7000 一般 6， 个别 8 1:3500 1:7000 一般 8， 个别 10 1： 3500 一般 10， 个别 12 在一条航线上，达到或接近最大旋偏角的像片数不得超过 3 片，且不得连续。在一个摄区内出现最大旋偏角的像片不得超过摄区像片总数的 4%。 3、 重叠度： 为满足立体量测与拼接的需要，航摄像片需要有一定的重叠度。 地形起伏大 时中国测绘师论坛 | 斑点牛 5 要增大重叠度。 （ 1） 航向 重叠度