航摄像片的方位元素.ppt

航摄像片的方位元素航摄像片的方位元素摄影测量学摄影测量学1一、摄影测量常用坐标系二、航摄像片的内、外方位元素三、空间直角坐标变换主要内容主要内容2？数学分析方法第一步：数学描述，建立坐标系第二步：建立关系方程AaoSf航摄像片是地面的中心投影。如何建立像点与地面点之间的关系？33 3.1 .1 摄影测量常用坐标系摄影测量常用坐标系1 1、像像平平面面直直角角坐坐标标系系XYP表示像点在表示像点在像平面内位像平面内位置的平面直置的平面直角坐标系。角坐标系。5 1像平面直角坐标系(p-xy)pxyoxypxy框标坐标系框标坐标系框标坐标系框标坐标系像主点坐标系像主点坐标系像主点坐标系像主点坐标系辅助点坐标系辅助点坐标系辅助点坐标系辅助点坐标系主纵线坐标系主纵线坐标系主纵线坐标系主纵线坐标系像平面坐标系与框标坐标系的转化：像平面坐标系与框标坐标系的转化：像平面坐标系与框标坐标系的转化：像平面坐标系与框标坐标系的转化：62像空间直角坐标系(S-xyz)xyoPyzxs-f7tytxtztsxyAao地面测量坐标为国家统一坐标系，平面坐标系为高斯-克吕格三度带或六度带1980西安坐标系，高程坐标系为1985黄海高程系3 3地地面面测测量量坐坐标标系系(t t-XtXtYtYtZtZt)xyz84 像空间辅助坐标系(S-XYZ)xyosxzyYXZtytxtzt9 5 5地地面面摄摄影影测测量量坐坐标标系系sxyAao原点为地面某一控制点，Ztp轴与地面测量坐标系的Zt轴平行，Xtp轴与航线一致MZtpXtpYtp10 xyzXYZAas(x,y,-f)(Xt,Yt,Zt)TYtXtZtMZtpYtpXtp摄影测量中的各种坐标系摄影测量中的各种坐标系摄影测量中的各种坐标系摄影测量中的各种坐标系11航空摄影测量的研究航空摄影测量的研究框标坐标系像平面坐标系O-xy地面测量坐标系T-Xt,Yt,Zt s-xyz s-XYZ P-Xp Yp Zp M-XtpYtp Ztp不能直接转换不能直接转换过渡坐标系过渡坐标系12框标坐标系像空间坐标系地面辅助坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量SoAaxyxyxyz关系？关系？已知 问题的引出问题的引出132024/11/1 周五3 3.2 2 航测像片的方位元素航测像片的方位元素方位元素：确定摄影时摄影物镜（摄影中心）方位元素：确定摄影时摄影物镜（摄影中心）方位元素：确定摄影时摄影物镜（摄影中心）方位元素：确定摄影时摄影物镜（摄影中心）、像片与地面、像片与地面、像片与地面、像片与地面 三者之间相关位置的参数三者之间相关位置的参数三者之间相关位置的参数三者之间相关位置的参数14 1像片的内方位元素：摄影物镜后节点与像片 之间相互位置的参数恢复内方位元素可恢复摄影时的摄影光束xycSfox0y015内方位元素内方位元素内方位元素内方位元素投影中心对航摄像片的相对位置叫做像片投影中心对航摄像片的相对位置叫做像片的的内方位内方位；确定内方位的独立参数叫做；确定内方位的独立参数叫做内方内方位元素位元素。确定确定投影中心投影中心对对像片像片的相对位置的参数；的相对位置的参数；内方位元素一般是已知的内方位元素一般是已知的 注意 x0，y0都为小值都为小值框标坐标系像空间坐标系内方位元素xyz162024/11/1 周五内方位元素内方位元素内方位元素内方位元素框标坐标系、像平面坐标系、框标坐标系、像平面坐标系、框标坐标系、像平面坐标系、框标坐标系、像平面坐标系、像空系之间的关系像空系之间的关系像空系之间的关系像空系之间的关系xyza 在框标坐标系中的坐标为在框标坐标系中的坐标为在框标坐标系中的坐标为在框标坐标系中的坐标为 a 在像空系中的坐标为在像空系中的坐标为在像空系中的坐标为在像空系中的坐标为172024/11/1 周五内方位元素内方位元素内方位元素内方位元素每条摄影光线在像空系中有一每条摄影光线在像空系中有一个确定的方向。个确定的方向。作用：作用：1、像点的框标坐标系向像空系的、像点的框标坐标系向像空系的改化；改化；2、确定摄影光束的形状；、确定摄影光束的形状；SxyoaAzxy182024/11/1 周五2像片外方位元素：已建立的摄影光束，确定像片摄 影瞬间在地面直角坐标系中空间 位置和姿态的参数XYZApS19 三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值(Xs、Ys、Zs)。三个角元素(、)，表示摄影光束空间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）XYZApSXsYsZs20框标坐标系像空间坐标系地面辅助坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量关系?内方位元素?关系?关系已知？21SoAaxyxyxyz外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素像空间坐标系地面辅助坐标系外方位元素关系?确定摄影时确定摄影时确定摄影时确定摄影时像空系像空系像空系像空系在在在在地辅系地辅系地辅系地辅系中中中中位置和方向的元素叫做航摄像片位置和方向的元素叫做航摄像片位置和方向的元素叫做航摄像片位置和方向的元素叫做航摄像片的的的的外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素。22外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素外方位线元素外方位线元素:确定像空系的原点确定像空系的原点S S在地辅系中的坐标；在地辅系中的坐标；外方位角元素外方位角元素:确定像空系三轴在地辅系中的方向。确定像空系三轴在地辅系中的方向。确定确定确定确定像空系像空系像空系像空系在在在在地辅系地辅系地辅系地辅系中位置和方向所需要中位置和方向所需要中位置和方向所需要中位置和方向所需要 的元素。的元素。的元素。的元素。线元素线元素线元素线元素角元素角元素角元素角元素23SoAaxyxyxyz确定像空系的原点确定像空系的原点S S在地辅系在地辅系中的坐标；中的坐标；外方位线元素外方位线元素外方位线元素外方位线元素24ZYX确定像空系三轴在地辅系中的方向。确定像空系三轴在地辅系中的方向。Soxyxyz1)1)1)1)2)2)2)2)3)3)3)3)系统系统系统系统 系统系统系统系统系统系统系统系统外方位角元素外方位角元素外方位角元素外方位角元素251)1)1)1)倾倾倾倾角角角角。主主主主光光光光轴轴轴轴轴轴轴轴在在在在XZXZ坐坐坐坐标标标标面面面面上上上上 的投影与的投影与的投影与的投影与Z Z轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。侧侧侧侧滚滚滚滚角角角角。主主主主光光光光轴轴轴轴与与与与其其其其在在在在XZXZ坐标面上的投影之间的夹角。坐标面上的投影之间的夹角。坐标面上的投影之间的夹角。坐标面上的投影之间的夹角。旋角。旋角。旋角。旋角。Y Y轴在轴在轴在轴在xyxy坐标面上坐标面上坐标面上坐标面上 的投影与的投影与的投影与的投影与y y轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。确定确定确定确定x x，y y轴在自身平面内轴在自身平面内轴在自身平面内轴在自身平面内的方向的方向的方向的方向 确定确定确定确定z z轴的方向轴的方向轴的方向轴的方向作用作用逆时针方向为正逆时针方向为正逆时针方向为正逆时针方向为正26oxyyxzSYXZo x OMNh逆时针方向为正逆时针方向为正逆时针方向为正逆时针方向为正 倾倾倾倾角角角角。主主主主光光光光轴轴轴轴轴轴轴轴在在在在XZXZ坐坐坐坐标标标标面面面面上上上上 的投影与的投影与的投影与的投影与Z Z轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。侧侧侧侧滚滚滚滚角角角角。主主主主光光光光轴轴轴轴与与与与其其其其在在在在XZXZ坐标面上的投影之间的夹角。坐标面上的投影之间的夹角。坐标面上的投影之间的夹角。坐标面上的投影之间的夹角。旋角。旋角。旋角。旋角。Y Y轴在轴在轴在轴在xyxy坐标面上坐标面上坐标面上坐标面上 的投影与的投影与的投影与的投影与y y轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。确定确定确定确定x x，y y轴在自身平面内轴在自身平面内轴在自身平面内轴在自身平面内的方向的方向的方向的方向 确定确定确定确定z z轴的方向轴的方向轴的方向轴的方向作用作用1)1)1)1)27S-XS-XYZYZS-XYZS-XYZ第一次旋转第一次旋转XYXYZS1)1)1)1)系统系统系统系统 绕绕Y轴轴YXZXY281)1)1)1)系统系统系统系统 S-S-X X Y Y Z Z 第二次旋转第二次旋转绕绕 XX轴轴 xyXXXYYZ Z SZS-XYZS-XYZX YXYo291)1)1)1)系统系统系统系统 绕绕 Z Z 轴轴S-xyzS-xyz第三次旋转第三次旋转 Z Z X X Y Y SxyyxzS-S-X X Y Y Z Z Y Y X X oz30P-XP-XP-XP-XP P P PY Y Y YP P P PZ Z Z ZP P P PS-xyzS-xyzY-X-Z1)1)1)1)系统系统系统系统 摄影测量摄影测量摄影测量摄影测量坐标系坐标系坐标系坐标系 像空系像空系像空系像空系 xOoyyxzSYXZo MNh以以Y Y为主轴的外方位角元素为主轴的外方位角元素31框标坐标系像空间坐标系地面辅助坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量关系?内方位元素外方位元素关系?关系已知线元素：角元素：内方位元素3个，外方位元素6个。321）以Y轴为主轴的、XYZAXsYsZsooxXYZNS旁向倾角航向倾角像片旋角xy332）以X轴为主轴的，、，、，航向倾角,旁向倾角，像片旋角，XYZASXYZNXsYsZsooY，xy343）以Z轴为主轴的A、方位角A像片倾角像片旋角XYZASXYZNAxy351 像点的平面坐标变换三、像点坐标变换xypxya36xypxyoy0 x0a372 2 像点空间坐标变换像点空间坐标变换R称为旋转矩阵，R为正交矩阵，由三个独立参数确定xyozxysXYZ381 1）以）以Y Y轴为主轴的轴为主轴的、系统的坐标变换系统的坐标变换S-XYZ绕Y轴旋转角到S-XYZXYZSXZa39S-XYZ绕X轴旋转角到S-XYZYXZSY Za40S-XYZ绕Z轴旋转角到S-XYZ(s-xyz)aXZYSXY41以Y轴为主轴的、系统的坐标变换42以以Y Y轴为主轴的轴为主轴的、系统的坐标变换系统的坐标变换432 2）以）以X X轴为主轴的轴为主轴的，、，、，系统的坐标变换系统的坐标变换44YzSXYZa45aXZXz SY46XYXz SYa47a1=coscosa2=-cossin a3=-sinb1=cossin sin sincos b2=coscos+sin sinsin b3=-sin cosc1=sinsin+cossincosc2=sincos-cossinsinc3=coscos 483）以Z轴为主轴的Av系统的坐标变换49a1=cosAcosv+sinAcossinv a2=-cosAsinv+sinAcoscosv a3=-sinAsinb1=-sinAcos v+cosAcossinv b2=sinAsinv+cosAcoscosv b3=-cosAsinc1=sin sinv c2=sincosv c3=cos50旋转矩阵的构成用a2,a3,b3作为独立参数解求旋转矩阵正交矩阵5152从(a)式含a1、a2、a3的方程式 含b1、b2、b3的方程式 含c1、c2、c3的方程式可解53从(a)式中从(c)式中从(b)式中从(c)式中从(a)式中54本讲参考资料本讲参考资料教材教材张剑清，潘励，王树根张剑清，潘励，王树根 编著，摄影测量学，武汉大学出版社编著，摄影测量学，武汉大学出版社参考书参考书1 1、金为铣，杨先宏等编，摄影测量学，武汉测绘科技大学出版社、金为铣，杨先宏等编，摄影测量学，武汉测绘科技大学出版社2 2、李德仁，周月琴编著，摄影测量与遥感概论，测绘出版社、李德仁，周月琴编著，摄影测量与遥感概论，测绘出版社55