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1、摄影测量学 主讲： 沙从术 1 河南工程学院河南工程学院 土木工程系土木工程系 2 第一章 绪论 一 、什么是摄影测量？(传统定义） 摄影测量学是利用光学摄影机获 取的像片，经过处理以获取被摄物体的 形状、大小、位置、特性及其相互关系 的一门学科。 11 摄影测量的定义和任务 返回目录 3 像片 地形图 4 第一章 绪论 一 、什么是摄影测量？（1988年ISPRS在日本 京都第16届大会上定义） 摄影测量与遥感乃是对非接触式传感器系统获得 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科学和技术。 内容包括 : 影像信息获取 影像信息处理 影像信息表达 影
2、像信息应用 11 摄影测量的定义和任务 返回目录 5 摄影测量学：定义 各种类型 传感器 被摄物体 影 像 通过量测和 解译过程 自然物体及其环境的可靠信息 DEMDLGDRGDOM 6 P31 摄 影 经 纬 仪 7 RC30 框幅式航摄仪 8 ADS40 数字航摄仪 9 P31摄影经纬仪近景影像 10 航空光学影像航空光学影像 11 ADS40ADS40数字航空影像数字航空影像 12 二 、摄影测量能做什么？（主要任务） 摄影测量目前的主要任务是： 1.测制各种比例尺的地形图和专题图； 2.建立地形数据库； 3.为各种地理信息系统和土地信息系统提供基 础 数据； 第一章 绪论 11 摄影测
3、量的定义和任务 返回目录 13 三、摄影测量有什么优点和特点？ 1.影像记录目标信息客观、逼真、丰富； 2.测绘作业无需接触目标本身，不受现场条件 限制； 3.可测绘动态目标和复杂形态目标； 4.影像信息可永久保存、重复量测使用； 第一章 绪论 11 摄影测量的定义和任务 返回目录 14 四、摄摄影测测量的分类类 第一章 绪论 11 摄影测量的定义和任务 返回目录 航天摄影测量 航空摄影测量 地面摄影测量 近景摄影测量 显微摄影测量 地 形摄影测量 非地形摄影测量 模拟摄影测量 解析摄影测量 数字摄影测量 按距离远近 按 用 途 按处理手段15 1.按摄影距离分为: (1)航空摄影测量 为摄影
4、测量生产、科研、教学的主 流； 成图比例尺可覆盖1：5百1：5万 ； 是测绘1：5百1：5千地形图的重 要方法， 是测绘1：1万1：5万地形图的主 要方法； 第一章 绪论 11 摄影测量的定义和任务 返回目录 16 （2）航天摄影测量 用卫星遥感影像测绘地形图或专题图，或 快速提 取所需空间信息；成图比例尺已从1：5万1： 100 万提高到1：5千左右（甚至1：1000左右），在 一 定 条件下已可替代部分航空摄影测量； 第一章 绪论 11 摄影测量的定义和任务 返回目录 17 （3）地面摄影测量 一般用于山区的工程勘察和补测航摄 漏洞； （4）近景摄影测量* 一般用于拍摄距离300 70 (
5、常角) 像幅尺寸: 18mm18mm，23mm23mm,23mm23mm 67 RC30 航空摄影机 返回目录 68 近景摄影机 WILD P32 返回目录 69 近景摄影机 WILD P32 返回目录 70 航空摄影机特性： 物镜成像分解力高 物镜成像畸变差小 （1）光学特性 物镜透光率高 光学影像反差大 焦面照度均匀 （2）焦面上设置有框标 （3）有胶片压平系统 （4）像距为定值（主距） （5）有减震装置 2-1 摄影原理与摄影机 返回目录 71 （6） 有影像位移补偿装置 （7） 抗温差、抗过载 2-1 摄影原理与摄影机 返回目录 72 什么是框标？ 框标：设置在摄影机焦平面（承影面）上
6、位置 固定 的光学机械标志，用于在焦平面上（亦即像片上） 建立 像方坐标系。框标的形式有 2-1 摄影原理与摄影机 返回目录 73 返回目录 74 返回目录 75 一、航空摄影 2-2 航空摄影及其基本要求 返回目录 76 摄影比例尺与摄影航高 1.摄影比例尺：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，即： 1/m=l/L=f/H 2.摄影航高：摄区内的平均高程面作为摄影 基准面时，摄影机的物镜中心至该面的距离 称为摄影航高。相对于平均水准面的航高称 为绝对航高，相对于某一水准面或某一点的 航高称为相对航高。 77 摄影前设计书的主要内容 1.确定测区的范围 2.根据测区地
7、形条件、成图比例尺等因 素选择摄影机 3.确定比例尺及航高 4.需用像片的数量 5.选择摄影日期及时间 6.确定航摄成果检查与验收方法 78 几个概念 1.摄站:摄影机在拍摄瞬间其物镜中心 所在空间位置. 2.摄影基线:航线上相邻两摄站点间的 空间距离. 3.负片:摄影时所用的胶卷,即底片. 4.正片:利用负片晒印的像片. 79 航空摄影过程 返回目录 80 激光扫描范围 图像像幅 机载数码成像系统 81 82 返回目录 83 返回目录 84 返回目录 85 返回目录 86 返回目录 87 二、摄影比例尺的选择二、摄影比例尺的选择 2-2 航空摄影及其基本要求 比例尺类别航摄比例尺成图比例尺
8、大比例尺 1:2000 1:30001： 500 1:4000 1:60001：1 000 1:8000 1:1200 1：2 000 1:5 000 中比例尺 1:15 000 1:20 000(像幅 23*23) 1:10 000 1:25 000 1:25 000 1:35 000(像幅 2323） 1:10 000 小比例尺 1:20 000 1:30 0001:25 000 1:35 000 1:55 0001:50 000 返回目录 88 三、航空摄影的基本要求 1、航摄倾角 航摄倾角（像片倾角）: 摄影主光轴与铅垂方向的夹 角 。 2-2 航空摄影及其基本要求 返回目录 89 2
9、、摄影比例尺 2-2 航空摄影及其基本要求 返回目录 即：航高的相对误差航高的相对误差不不 得大于得大于5%5%，绝对误差绝对误差不不 得大于是得大于是5050米。米。 90 3、像片的重叠度 像片的重叠度：为满足测图需要，在拍摄景 区相邻两张像片时要有一定的重叠度，重叠部分 占整张像片的比例。 要求 航向重叠度 旁向重叠度 2-2 航空摄影及其基本要求 返回目录 91 像片重叠度 返回目录 92 可得 式中 l 像幅边长 b 像片基线长度 B 摄影基线长度 2-2 航空摄影及其基本要求 返回目录 93 4、航线弯曲度 航线弯曲度：航线两端像片的像主点间的直线距离l 与偏离该直线最远的像主点到
10、直线的距离 之比 2-2 航空摄影及其基本要求 返回目录 94 5、像片旋转角 像片旋转角：相邻 两张像片的像主点连线 与像幅沿航线方向的两 框标连线间的夹角。 2-2 航空摄影及其基本要求 返回目录 95 返回目录 96 返回目录 97 返回目录 98 返回目录 99 23中心中心透视透视投影及投影及变换成图变换成图 1.中心投影：投射线会聚于一点的投影称为中心投影。 投影平面 投影射线 投影点 投影中心 100 2.平行投影：投射线相互平行的投影为平行投影。 正摄投影斜投影 101 3 .双心投影：两个投影中心和两个投影平面当作一个 整体，对同一个物体进行投影。 102 4 .透视变换：将
11、平面上的点、线作中心投影，在投影平面P上 ，得到一一对应的点、线，这种经中心投影取得的一一投影 关系，成为透视变换。 E P N n T T v v (V) (V) C c O o S hi hi W ho ho hc hc Es J i 103 5.透视变换中的重要点、线、面 面：地面E、像片面P、主垂面W、真水平面Es 线：基本方向线VV、主纵线vv、主光轴SoO、主垂线SnN、等角 线ScC、合线hihi、主横线hoho、等比线hchc、迹线TT 点：摄影中心S、像主点o、地主点O、像底点n、地底点N、 等角点c、 地面等角点C、主合点i、主遁点J 104 6.透视变换中重要的点、线特性
12、 底点的特性： 铅垂线在像面 上的构像位于 以点n为辐射中 心的相应辐射 线上 105 7.等角点的特性：在倾斜像片和水平地面上，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 106 8.等比线的特性：等比线的构像比例尺等于水平像片上 的摄影比例尺，不受像片倾斜影像。 107 23 像片影像误差及其处理 摄影机物镜构像畸变 引起光学影像系统性误差的因素 感光材料变形 大气折光 地球曲率 一、 物镜构像畸变差及其改正 畸变差以对称性的径向畸变差为主，可表示为： 式中 为径向畸变差系数（通常由厂家提供) 返回目录 108 由r引起的像点坐标改正式为: o o r a(x,y
13、) y x x 23 像片影像误差及其处理 返回目录 109 二、感光材料变形误差及其改正 23 像片影像误差及其处理 返回目录 110 感光材料变形引起的像点坐标变换关系可表示为： 式中 像点坐标量测值（有变形 误差） 像点坐标正确值（无变形 误差） 变换系数 23 像片影像误差及其处理 返回目录 111 变形误差改正过程： 获取相应框标点在像平面坐标系oxy中的 鉴定坐标 量测四个以上框标点的像点坐标 由坐标变换式列误差方程，平差解得变换系数 将任一像点的坐标量测值 代入坐标变换式算得正确值 23 像片影像误差及其处理 返回目录 112 三、大气折光误差及其改正 23 像片影像误差及其处理
14、 返回目录 113 式中 折光引起的像点径向改正值 （折光差角） 大气折射率 光线入射角 由 引起的像点坐标改正式为： 23 像片影像误差及其处理 返回目录 114 四、地球曲率误差及其改正四、地球曲率误差及其改正 23 像片影像误差及其处理 返回目录 115 式中 地球表面弯曲引起的像点径向改正值 ； f主距 R 地球曲率半径； H航高 由r引起的像点坐标改正值为： 最后 得各项系统误差改正后的像点坐标： 23 像片影像误差及其处理 返回目录 116 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- ) 轴：航向框标连线 方向 轴：旁像框标连 线方向 2-4 摄影测量常用坐
15、标系统 返回目录 117 2、像平面坐标系 （O-xy） 原点：像主点o x、y轴：分别平行于p-xy的坐标轴 a(x,y) 2-4 摄影测量常用坐标系统 返回目录 118 二 、像空间坐标系（ S-xyz ） 原点：投影中心S x、y轴：分别平行于o-xy的坐标轴 z轴：主光轴方向（os方向为正） a（x,y,-f） 2-4 摄影测量常用坐标系统 返回目录 119 三、像空间辅助坐标系（ S-XYZ ） 原点：投影中心S X、Y、Z轴：分别平行于地面摄影坐标系的 坐标轴 a（Xa,Ya,Za） S-XYZ也可根据需要设置（过渡性坐标系统 ） 2-4 摄影测量常用坐标系统 返回目录 120 四
16、、地面摄影测量坐标系（D-X,Y,Z） 原点：测区地面某点D X 轴：大致平行航线方向 Y 轴：与X轴正交 Z 轴：铅垂向上 A(X,Y,Z) 附和右手直角坐标系规则 2-4 摄影测量常用坐标系统 返回目录 121 五、地面测量坐标系（TXtYtZt） （大地坐标系，国家高程基准） 附和左手直角系规则 A（Xt，Yt，Zt） 2-4 摄影测量常用坐标系统 返回目录 122 摄影测量坐标系统 返回目录 123 一、像片(摄影机)的 内方位元素 内方位元素：确定投影中心（物镜后节 点）相对于像平面位置关系的参数。 具体包括三个: 像主点O在框标坐标系中坐标（x 0 , y 0） 主距 f 内方位元素可以通过对摄影机
