摄影测量课件(武汉大学).pdf

第一章绪 论第一章绪 论本章主要内容本章主要内容一、摄影测量学的定义与任务二、摄影测量学的发展三、本课程的主要内容一、摄影测量学的定义与任务二、摄影测量学的发展三、本课程的主要内容传统摄影测量学定义传统摄影测量学定义摄影测量学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摄影测量与遥感摄影测量与遥感定义定义1988年ISPRS第16届大会上定义：1988年ISPRS第16届大会上定义：摄影测量与遥感摄影测量与遥感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、科学和技术各种类型传感器各种类型传感器被摄物体影像被摄物体影像通过量测和解译过程通过量测和解译过程自然物体及其环境的可靠信息自然物体及其环境的可靠信息DEMDLGDRGDOMRC30光学航摄仪RC30光学航摄仪DMC数字相机DMC数字相机ADS40数字传感器ADS40数字传感器ADS40机载数字传感器机载数字传感器RC30光学航空相机光学航空相机列宽列宽 2.4 kmCCD 象元尺寸象元尺寸6.5 x 6.5 m地面象元尺寸地面象元尺寸 20 x20cm地面采样间隔地面采样间隔,GSD 20 cm影像大小影像大小 228 mm x 228 mm范例覆盖范围覆盖范围2.4 km x 2.4 km焦距焦距 153 mm像片比例尺像片比例尺 1:10,500视角对角线视角对角线 90范例视角视角FoV 64重叠度=66%地面分辨率=30 cmBergheim May 05,2000高度=4000 ft.,速度=70 m/sec.DMC 原型相机过片速度=2 sec./image数字航空相机系统数字航空相机系统 DMC 2001Photoflight kindly supported byDMC 2001数字航飞DMC 2001数字航飞ADS40ADS40数字航空影像数字航空影像数字航空影像数字航空影像正射影像图正射影像图三峡正射影象图：三条航带、175张航空影像三峡正射影象图：三条航带、175张航空影像三峡景观图：三条航带、175张航空影像三峡景观图：三条航带、175张航空影像三维景观图三维景观图摄影测量摄影测量分类分类航天航天摄影测量摄影测量航空航空摄影测量摄影测量近景近景摄影测量摄影测量显微显微摄影测量摄影测量地形地形摄影测量摄影测量非地形非地形摄影测量摄影测量模拟模拟摄影测量摄影测量解析解析摄影测量摄影测量数字数字摄影测量摄影测量按距离远近按距离远近按用途按用途按处理手段按处理手段摄影测量与遥感摄影测量与遥感平台平台中、低高度飞机：中、低高度飞机：航空摄影测量航空摄影测量人造卫星航天飞机无人驾驶飞机人造卫星航天飞机无人驾驶飞机摄影测量摄影测量特点特点无需接触物体本身获得被摄物体信息由二维影象重建三维目标同时提取物体的几何与物理特性无需接触物体本身获得被摄物体信息由二维影象重建三维目标同时提取物体的几何与物理特性摄影测量：摄影测量：任务之一任务之一建立各种数据库建立各种数据库提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据?地形测量领域地形测量领域各种比例尺的地形图、专题图、特种地图各种比例尺的地形图、专题图、特种地图正射影像地图、景观图正射影像地图、景观图摄影测量：摄影测量：任务之二任务之二?非地形测量领域非地形测量领域生物医学生物医学公安侦破公安侦破古文物、古建筑古文物、古建筑建筑物变形监测建筑物变形监测摄影测量学的三个发展阶段摄影测量学的三个发展阶段模拟摄影测量阶段模拟摄影测量阶段(1851-1970)解析摄影测量阶段解析摄影测量阶段(1950-1980)数字摄影测量阶段数字摄影测量阶段(1970-现在）现在）模拟摄影测量模拟摄影测量光 学像 片光 学像 片光学机械测图仪器光学机械测图仪器人工建立立体模型人工建立立体模型人工量测和解译机械绘图人工量测和解译机械绘图图解线划地图像片影像地图图解线划地图像片影像地图利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转，用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图单片测图分工法测图综合法测图单片测图分工法测图综合法测图Wild A10 模拟立体测图仪解析摄影测量解析摄影测量1954年1954年，第一台电子计算机问世，第一台电子计算机问世1957年1957年，海拉瓦博士提出解析测图仪的思想，标志着解析摄影测量的开始，海拉瓦博士提出解析测图仪的思想，标志着解析摄影测量的开始20世纪70年代末至90年代初20世纪70年代末至90年代初，解析摄影测量发展的鼎盛时期，解析摄影测量发展的鼎盛时期解析摄影测量解析摄影测量光 学像 片光 学像 片解析测图仪器解析测图仪器计算机建立立体模型计算机建立立体模型人工量测和解译自动记录人工量测和解译自动记录数字线划地图数字高程模型像片影像地图数字线划地图数字高程模型像片影像地图以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学以电子计算机为主要手段，通过对摄影像片的量测和解析计算方法的交会方式来研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质及其相互关系，并提供各种摄影测量产品的一门科学解析空三解析测图仪数控正射仪解析空三解析测图仪数控正射仪德国Zeiss厂C-100型解析测图仪德国Zeiss厂C-100型解析测图仪瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪瑞士Kern厂DSR-1型解析测图仪瑞士WILD厂OR-1型数控正射投影仪瑞士WILD厂OR-1型数控正射投影仪德国Zeiss厂Z-2型数控正射投影仪德国Zeiss厂Z-2型数控正射投影仪数字摄影测量数字摄影测量-计算机硬、软件技术的飞速发展，使功能增强，成本降低，并为编制大型软件提供平台-20世纪70年代：数字摄影测量萌芽阶段-20世纪80年代：数字摄影测量原型研究阶段-20世纪90年代：真正推出可用于生产的数字摄影测量系统-计算机硬、软件技术的飞速发展，使功能增强，成本降低，并为编制大型软件提供平台-20世纪70年代：数字摄影测量萌芽阶段-20世纪80年代：数字摄影测量原型研究阶段-20世纪90年代：真正推出可用于生产的数字摄影测量系统数字摄影测量数字摄影测量数 字影 像数 字影 像数字测量摄影系统数字测量摄影系统自动建立立体模型自动建立立体模型自动量测和解译自动记录自动量测和解译自动记录数字线划地图数字高程模型数字影像地图数据库数字线划地图数字高程模型数字影像地图数据库基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进行处理，自动（半自动）提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品计算机技术数字图像处理影像匹配模式识别DPW计算机技术数字图像处理影像匹配模式识别DPW3-D mouseCrystal eyesVirtuoZo 数字摄影测量系统VirtuoZo 数字摄影测量系统JX-4A数字摄影测量工作站JX-4A数字摄影测量工作站发展阶段发展阶段原始资料原始资料投影方式投影方式仪器仪器操作方式操作方式产品产品模拟摄影测量模拟摄影测量像片像片物理投影物理投影模拟测图仪手工操作模拟测图仪手工操作模拟产品模拟产品解析摄影测量解析摄影测量像片像片数字投影数字投影解析测图仪机助作业员操作解析测图仪机助作业员操作模拟产品数字产品模拟产品数字产品数字摄影测量数字摄影测量数字化影像数字影像数字投影数字化影像数字影像数字投影计算机计算机自动化操作自动化操作+作业员干预作业员干预数字产品数字产品4D摄影测量三个发展阶段的特点摄影测量三个发展阶段的特点本课程的主要内容本课程的主要内容?单张像片解析单张像片解析?立体像对解析立体像对解析?数字影像相关数字影像相关?数字高程模型数字高程模型?数字微分纠正数字微分纠正第二章 单张航片解析第二章 单张航片解析第一节 航摄基础?利用安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影利用安装在航摄飞机上的航摄仪从空中一定角度对地面进行摄影?沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠沿航线方向相邻两张像片应有60%左右的航向重叠，相邻航线间的像片应有30%左右的旁向重叠?航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面航摄仪在曝光的瞬间物镜主光轴保持垂直地面?框标：机械框标、光学框标建立像平面坐标系机械框标、光学框标建立像平面坐标系?主距：物镜中心至像底片面垂直距离物镜中心至像底片面垂直距离?像幅：23X23 cm、18X18cm一、航空摄影机较好的光学性能、高度自动化、像移补偿、压平装置f二、摄影比例尺aASEPfH?航摄像片上的一线段航摄像片上的一线段l与地面上相应线段与地面上相应线段L之比。之比。?航片倾斜、地形起伏时航片倾斜、地形起伏时m不为常数。不为常数。HfLlm=1f为摄影机主距，H为航高f为摄影机主距，H为航高视摄影像片水平、地面取平均高程时，像片上的线段 l 与地面上相应的水平距L 之比为摄影比例尺二、空中摄影航摄计划编制?竖直摄影：摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于3度。摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，偏离铅垂线的夹角小于3度。铅垂线像片SA摄影机主光轴像片二、空中摄影?重叠度123Lxpx%100%=xxxLpp航航向向重重叠叠度度二、空中摄影?重叠度旁向重叠度旁向重叠度%100%=yyyLpp-1-1Lypy二、空中摄影?空间摄影基线航向相邻两个摄影站间的距离航向相邻两个摄影站间的距离P1S1P2S2BE第二节 航摄像片上特殊的点、线、面航摄像片是地面景物的中心投影构像航摄像片是地面景物的中心投影构像EPTTvvVVShihiWhohohchcEsJiNnCcOo第二节 航摄像片上特殊的点、线、面面：地面地面E像片面像片面P主垂面主垂面W真水平面真水平面Es线：迹线迹线TT 主光线主光线SoO主垂线主垂线SnN摄影方向线摄影方向线VV主纵线主纵线vv等角线等角线ScC主合线主合线hihi主横线主横线hoho等比线等比线hchc重要的点线面点：摄影中心摄影中心S像主点像主点o地主点地主点O像底点像底点n地底点地底点N等角点等角点c地面等角点地面等角点C主合点主合点i主遁点主遁点J第三节 摄影测量常用坐标系摄影测量几何处理任务：像点坐标地面点空间位置像点坐标地面点空间位置1、建立适当坐标系1、建立适当坐标系2、定量描述P点、E点2、定量描述P点、E点坐标系：描述像点位置：像方空间坐标系描述像点位置：像方空间坐标系描述地面点位置：物方空间坐标系描述地面点位置：物方空间坐标系一、像方空间坐标系像平面坐标系像平面坐标系xypxyoxyoa(x,y)一、像方空间坐标系像空间坐标系像空间坐标系xyzxysa(x,y,-f)o每张像片的像空间坐标系各自独立一、像方空间坐标系像空间辅助坐标系像空间辅助坐标系由于像空间坐标系不统一，计算不方便原点：摄影中心S。摄影中心S。坐标轴选择：三种情况。三种情况。A、每条航线第一张像片像空间坐标系。A、每条航线第一张像片像空间坐标系。B、Z轴铅垂，X轴航向右手系。B、Z轴铅垂，X轴航向右手系。C、基线坐标系：摄影基线为X轴，基线与左片主光轴构成XZ平面，右手系。C、基线坐标系：摄影基线为X轴，基线与左片主光轴构成XZ平面，右手系。一、像方空间坐标系A、每条航线第一张像片像空间坐标系。A、每条航线第一张像片像空间坐标系。xyzxysa(x,y,-f)o(X)(Y)(Z)一、像方空间坐标系B、Z轴铅垂，X轴航向右手系B、Z轴铅垂，X轴航向右手系o一、像方空间坐标系C、基线坐标系C、基线坐标系o二、物方空间坐标系1.摄影测量坐标系：像空间辅助坐标系原点平移至地面点P1.摄影测量坐标系：像空间辅助坐标系原点平移至地面点P2.地面测量坐标系：地面测量坐标系为国家统一坐标系，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2.地面测量坐标系：地面测量坐标系为国家统一坐标系，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.地面摄影测量坐标系：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3.地面摄影测量坐标系：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轴与航线一致二、物方空间坐标系地面测量坐标系地面测量坐标系二、物方空间坐标系地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系第四节 航摄像片内、外方位元素?确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相互位置关系的参数。确定摄影时摄影中心、像片与地面三者之间相互位置关系的参数。?恢复内方位元素后，可得到与摄影时完全相似的摄影光束。恢复内方位元素后，可得到与摄影时完全相似的摄影光束。一、航摄像片内方位元素一般已知、鉴定得到一般已知、鉴定得到恢复内方位元素、可得到与摄影时完全相似的投影光束恢复内方位元素、可得到与摄影时完全相似的投影光束S二、航摄像片外方位元素?三个直线元素三个直线元素摄影中心的坐标摄影中心的坐标?三个角元素三个角元素摄影机主光轴从起始位置（铅垂方向）绕空间坐标轴按某摄影机主光轴从起始位置（铅垂方向）绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转形成。种次序连续三次旋转形成。旋转顺序不同、形成不同的转角系统。Y轴为主轴的-转角系统；Y轴为主轴的-转角系统；X轴为主轴的X轴为主轴的-转角系统的坐标变换；转角系统的坐标变换；Z轴为主轴的A-v系统的坐标变换。Z轴为主轴的A-v系统的坐标变换。注意角元素方向的定义注意角元素方向的定义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(恢复摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态)。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(恢复摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态)。二、航摄像片外方位元素第五节、空间直角坐标变换由像点坐标计算地面点坐标 须引入坐标变换由像点坐标计算地面点坐标 须引入坐标变换?像点空间直角坐标变换像点空间直角坐标变换?方向余弦确定方向余弦确定一、像点空间直角坐标变换R为正交矩阵R中9个元素可分别表示为坐标轴间夹角和余弦，称为方向余弦R为正交矩阵R中9个元素可分别表示为坐标轴间夹角和余弦，称为方向余弦S-XYZ为像空间辅助坐标系；为像空间辅助坐标系；S-xyz为像空间坐标系；为像空间坐标系；a(x,y)像点为像片上任一点像点为像片上任一点二、方向余弦确定像空间坐标系可看作是：像空间辅助坐标系绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转形成像空间坐标系可看作是：像空间辅助坐标系绕空间坐标轴按某种次序连续三次旋转形成以-为例,推导变换公式二、方向余弦确定1.S-XYZ坐标系绕坐标系绕Y轴旋转轴旋转 角到角到S-X Y Z 二、方向余弦确定2.S-X Y Z坐标系绕坐标系绕X轴旋转角到轴旋转角到S-XYZ二、方向余弦确定3.S-XYZ坐标系绕坐标系绕Z轴旋转角到轴旋转角到S-xyz 二、方向余弦确定上述三式依次回代上述三式依次回代同一像片在特定坐标系中：?不同的转角系统：方向余弦的表达式不同但是R唯一；不同的转角系统：方向余弦的表达式不同但是R唯一；?R中有且只有三个独立参数R中有且只有三个独立参数第六节 共线条件方程?航片：中心投影构像航片：中心投影构像?地图：地面景物的正射投影地图：地面景物的正射投影?摄影测量的任务：摄影测量的任务：中心投影的像片正射投影的地图中心投影的像片正射投影的地图摄影测量中，摄影中心、像点及对应的地面点应满足直线条件。由此得到的方程共线条件方程。第六节 共线条件方程第六节 共线条件方程第六节 共线条件方程第六节 共线条件方程应用：?求像底点坐标?单像空间后方交会和多像空间前方交会?摄影测量中的数字投影基础?航空影像模拟?光束法平差的基本数学模型?利用DEM制作数字正射影像图?利用DEM进行单张像片测图思考题：思考题：已知像片内、外方位元素、像点坐标。能否计算得到已知像片内、外方位元素、像点坐标。能否计算得到地面点坐标？地面点坐标？第六节 共线条件方程像片仿真像片仿真已知已知1、内、外方位元素、内、外方位元素2、地面点空间坐标、地面点空间坐标3、DEM4、DOMXYZa(x,y)xyzS(Xs,Ys,Zs)A(X,Y,Z)()()()()()()()()()()()(333222333111ssssssssssssZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx+=+=第七节 航片像点位移?航摄像片：投影射线会聚于一点的投影称为航摄像片：投影射线会聚于一点的投影称为中心投影中心投影。?地 形 图：投影射线与投影平面正交称为地 形 图：投影射线与投影平面正交称为正射投影正射投影。SBbAaCc中心投影AaBbCc正射投影第七节 航片像点位移当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称当像片倾斜、地面起伏时，地面点在航摄像片上构像相对于理想情况下的构像所产生的位置差异称像点位移像点位移地形起伏引起的像点位移spacbABCB0BbAA0sEpb0aa0像片倾斜引起的像点位移第八节 空间后方交会一、定义：根据影像覆盖范围内一定数量的分布合理的地面控制点（已知其像点和地面点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素根据影像覆盖范围内一定数量的分布合理的地面控制点（已知其像点和地面点的坐标），利用共线条件方程求解像片外方位元素第八节 空间后方交会二、共线条件方程线性化?已知值已知值x0,y0,f,m,X,Y,Zx0,y0,f,m,X,Y,Z?观测值观测值x,yx,y?未知数未知数Xs,Ys,Zs,Xs,Ys,Zs,?泰勒级数展开泰勒级数展开ssssssssssssZZyYYyXXyyyyyyZZxYYxXXxxxxxx+=+=00第八节 空间后方交会三、误差方程yyZZyYYyXXyyyyvxxZZxYYxXXxxxxvssssssyssssssx+=+=00yyaaaZaYaXavxxaaaZaYaXavsssysssx+=+=02625242322210161514131211第八节 空间后方交会ZYfZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZXfZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxssssssssssss=+=+=)()()()()()()()()()()()(33322203331110=ssssssZZYYXXZZYYXXcbacbacbaZYX1333222111R)(1)(1)()(031313122xxafaZaZXffaZXaZaZfXXZZXXZfXxsss+=+=第八节 空间后方交会ZYfZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZXfZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxssssssssssss=+=+=)()()()()()()()()()()()(33322203331110=ssssssZZYYXXZZYYXXcbacbacbaZYX1333222111R)(1)(1)()(031313122xxafaZaZXffaZXaZaZfXXZZXXZfXxsss+=+=第八节 空间后方交会)(2XZZXZfx=)()()(21322132ZXbZYbZXfZYfbfbXbYbZXYbZbZfZZXXZfx+=coscossin)(cos)()(sin)(coscos)(sincos)()(sin)(coscos00000000+=+=fyyxxfxxyyfxxfyyxxyyfx第八节 空间后方交会=1111111111111)(RRRRRRRRRRRRRRR=001000100sin0cos000cos0sincos0sin010sin0cos1RR=ssssssZZYYXXZZYYXXZYX001000100111RRRR第八节 空间后方交会四、外方位元素计算lAxV=当一张像片上至少有三个控制点时，误差方程矩阵形式当一张像片上至少有三个控制点时，误差方程矩阵形式=26252423222116151413121100,aaaaaaaaaaaayyxxZYXvvsssyxAlxV)()(T1TlAAAx=62T0=nVViixximQ0=1T)(=AAQxx第八节 空间后方交会五、计算过程?获取已知数据m,x0,y0,f,Xtp,Ytp,Ztp?量测控制点像点坐标x,y?确定未知数初值Xs0,Ys0,Zs0,0,0,0?组成误差方程式并法化?解求外方位元素改正数?检查迭代是否收敛补充：间接法平差测量平差处理的误差：粗差、系统误差、测量平差处理的误差：粗差、系统误差、偶然误差偶然误差设平差问题有设平差问题有n个观测值，协因数阵必要观测数为个观测值，协因数阵必要观测数为t。选取。选取t个独立量个独立量X为参数为参数，其估值为多余观测个数为：观测值其估值为多余观测个数为：观测值L的改正数的改正数V。可列n个平差值方程：。可列n个平差值方程：1nL1=PQxXX+=0ititiiiiidXaXaXaXaVL+=+332211dAXVL+=+)(01dAXLln+=lAxV=tnr=0=PVATPlAPAxATT=PlAPAAxTT1)(=rPVVT=01)(=PAAQTxxiixximQ0=误差方程式为：误差方程式为：第三章 立体像对解析第三章 立体像对解析单张像片：不能确定地面点三维空间坐标不能确定地面点三维空间坐标立体像对：构成立体模型解算空间三维坐标用数学方法，重建地面立体模型，获得地面点的空间坐标，称为构成立体模型解算空间三维坐标用数学方法，重建地面立体模型，获得地面点的空间坐标，称为双像解析摄影测量。第三章 立体像对解析第一节、立体视觉原理单眼观察景物，不能正确判断景物的远近；只有双眼观察景物，才能判断景物的远近，得到景物的立体效应，这种现像称为人眼得立体视觉。单眼观察景物，不能正确判断景物的远近；只有双眼观察景物，才能判断景物的远近，得到景物的立体效应，这种现像称为人眼得立体视觉。一、人眼的立体视觉一、人眼的立体视觉baab生理视差第一节、立体视觉原理摄影测量中，利用相邻像片组成像对，左眼看左片，右眼看右片，可获得地面的立体模型，进行量测。摄影测量中，利用相邻像片组成像对，左眼看左片，右眼看右片，可获得地面的立体模型，进行量测。二、人造立体视觉二、人造立体视觉PPababAB左眼左眼右眼右眼第一节、立体视觉原理三、观察人造立体的条件三、观察人造立体的条件?立体像对立体像对?分像条件分像条件?两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行两像片上相同景物（同名像点）的连线与眼基线应大致平行?像片间距离应与双眼的交会角相适应像片间距离应与双眼的交会角相适应第一节、立体视觉原理四、立体效应四、立体效应P P1 1S S1 1S S2 2b b1 1a a1 1b b2 2a a2 2B BA AP P2 2正立体正立体B BP P2 2P P1 1S S1 1S S2 2b b2 2a a2 2b b1 1a a1 1A A反立体反立体S S1 1a a1 1P P1 1P P2 2S S2 2b b1 1b b2 2a a2 2B BA A零立体零立体立体模型与实物相同立体模型与实物相同立体模型与实物相反立体模型与实物相反(正立体效应基础上左右像片旋转180)起伏的视模型变平起伏的视模型变平(正立体效应基础上左右像片旋转90)第二节、立体观察与量测一、立体观察的方法一、立体观察的方法?立体镜观察立体镜观察?重叠影式的立体观察重叠影式的立体观察互补色法光闸法偏振光法互补色法光闸法偏振光法?双目镜观测光路的立体观察立体坐标量测仪双目镜观测光路的立体观察立体坐标量测仪第二节、立体观察与量测二、立体量测原理二、立体量测原理aAA”aAS1S2左右像片同名像点的坐标量测值为左右像片同名像点的坐标量测值为(xa1,ya1)，(xa2,ya2)上下视差 xa1 xa2左右视差=ya1 ya2第三节、立体像对的前方交会一、定义一、定义由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点在物方空间坐标系中坐标的方法。由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点在物方空间坐标系中坐标的方法。第三节、立体像对的前方交会二、基本方法二、基本方法1、严密解法严密解法已知值已知值x x0 0,y,y0 0,f,m,Xs,Ys,Zs,f,m,Xs,Ys,Zs,观测值观测值x,yx,y未知数未知数X,Y,ZX,Y,Z泰勒级数展开泰勒级数展开yyZZyYYyXXyvxxZZxYYxXXxvyx+=+=00第三节、立体像对的前方交会二、基本方法二、基本方法2、点投影系数法点投影系数法第三节、立体像对的前方交会摄影基线BBX=Xs2Xs1BY=Ys2Ys1BZ=Zs2Zs1s1s2第三节、立体像对的前方交会1111111111NZZZYYYXXXaSASsAsAsA=2222222222NZZZYYYXXXaSASsAsAsA=ZA-Zs1Z1AX1s1a1Y1YA-Ys1XA-Xs1左投影光线左投影光线右投影光线右投影光线第三节、立体像对的前方交会222111222111222111ZNZZNZZYNYYNYYXNXXNXXssAssAssA+=+=+=+=+=+=221112221112221112ZNZNZZBYNYNYYBXNXNXXBssZssYssX=12211121221221ZXZXXBZBNZXZXXBZBNZXZX=)()(21222111YNYYNYYssA+=第三节、立体像对的前方交会?获取已知数据获取已知数据x0,y0,f,XS1,YS1,ZS1,1,1,1,XS2,YS2,ZS2,2,2,2?量测像点坐标量测像点坐标 x1,y1,x2,y2?由外方位线元素计算基线分量由外方位线元素计算基线分量 BX,BY,BZ?由外方位角元素计算像空间辅助坐标由外方位角元素计算像空间辅助坐标 X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2?计算点投影系数计算点投影系数 N1,N2?计算地面坐标计算地面坐标 XA,YA,ZA 计算过程：计算过程：第四节、双像解析的三种方法?像片空间后交、前交解求地面目标空间坐标像片空间后交、前交解求地面目标空间坐标?利用立体像对内在几何关系：相对定向模型点坐标绝对定向地面点坐标利用立体像对内在几何关系：相对定向模型点坐标绝对定向地面点坐标?光束法求解地面目标的空间坐标待定点、已知控制点列误差方程，整体平差，理论上最严密光束法求解地面目标的空间坐标待定点、已知控制点列误差方程，整体平差，理论上最严密第四节、立体像对的后交前交法一、空间后方交会一、空间后方交会1.野外像片控制测量野外像片控制测量(四个地面控制点四个地面控制点)2.立体坐标量测仪量测像点坐标立体坐标量测仪量测像点坐标3.空间后交计算每张像片的外方位元素空间后交计算每张像片的外方位元素4.空间前交计算待定点地面坐标空间前交计算待定点地面坐标二、空间前方交会二、空间前方交会1、构造旋转矩阵、构造旋转矩阵2、确定基线分量、确定基线分量3、计算像点的像空间辅助坐标、计算像点的像空间辅助坐标4、计算点投影系数、计算点投影系数5、计算待定点的地面摄测坐标、计算待定点的地面摄测坐标第五节、解析法相对定向?不涉及地面控制点，只需利用立体像对的内在几何关系不涉及地面控制点，只需利用立体像对的内在几何关系?不考虑像片的绝对位置及姿态，只恢复立体像对两张像片的相对位置和姿态关系不考虑像片的绝对位置及姿态，只恢复立体像对两张像片的相对位置和姿态关系?相对立体模型的比例尺、方位任意相对立体模型的比例尺、方位任意?描述立体像对两张像片相对位置和姿态关系的参数相对定向元素描述立体像对两张像片相对位置和姿态关系的参数相对定向元素第五节、解析法相对定向一、相对定向元素一、相对定向元素描述立体像对两张像片相对位置描述立体像对两张像片相对位置描述立体像对两张像片相对位置描述立体像对两张像片相对位置和姿态关系的参数和姿态关系的参数和姿态关系的参数和姿态关系的参数第五节、解析法相对定向连续法相对定向元素连续法相对定向元素-以左像空间坐标系为基础以左像空间坐标系为基础X1x1Y1Z1S1y1Y2Z2S2y2X2x2BBzBxBy连续法相对定向元素连续法相对定向元素：By，Bz，第五节、解析法相对定向单独法相对定向元素单独法相对定向元素-以基线坐标系为基础以基线坐标系为基础单独法相对定向元素单独法相对定向元素：1，1，2，2，2X1x1Y1Z1S1y1Y2Z2 S2y2X2x2B11222第五节、解析法相对定向二、解析相对定向原理二、解析相对定向原理同名光线对对相交于核面内同名光线对对相交于核面内0)(221121=aSaSSSXYZA(X,Y,Z)x1y1z1S1a1(x1,y1)z2y2x2S2a2(x2,y2)第五节、解析法相对定向1.连续法相对定向连续法相对定向X1x1Y1Z1S1y1Y2Z2S2y2X2x2BBzBxByAa1(X1,Y1,Z1)a2(X2,Y2,Z2)0222111=ZYXZYXBBBzyx第五节、解析法相对定向0222111=ZYXZYXBBBzyx=fyxZYX11111=fyxZYX22222RxxzxxyBBBBBB=tgcostgBs1BzByBxs2第五节、解析法相对定向01222111=ZYXZYXBFx00=+=FFFFFFF第五节、解析法相对定向)(01021122211222111ZXZXBZXZXBZYXZYXBFxxx=)(1221YXYXBFx=偏导数 1第五节、解析法相对定向偏导数 2=2221111ZYXZYXBFx21221110XYBXZZYXBBBFxzyx=)(0212122111ZZYYBYZZYXBBBFxzyx+=12221110ZXBXYZYXBBBFxzyx=第五节、解析法相对定向偏导数 2-1RRRRRRRRRRRR11)(=001000100cos0sin010sin0cossin0cos000cos0sin1RR=222222212220001000100XZZYXfyxZYXRRR第五节、解析法相对定向偏导数 2-1=2222222200cos0cos0sin0sin0YZZYXZYX=00cossinsincossin0coscossincoscos022222222XYZYXZYX第五节、解析法相对定向误差方程及法方程的建立误差方程及法方程的建立QNXNZYZNZYXBZYBvxxQ+=2222222222222)(量测量测 5 个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素)()(T1TPlAPAAx=PlAxV,=5T0=nPVV1T)(=PAAQxxiixximQ0=o1o2135246第五节、解析法相对定向连续法相对定向中常数项的几何意义连续法相对定向中常数项的几何意义X2Y2Z2Aa1X1Y1Z1s1Y1X1Z1a2s2N1Y1N2Y2Q为定向点的模型上下视差当一个立体像对完成相对定向，为定向点的模型上下视差当一个立体像对完成相对定向，Q0当一个立体像对未完成相对定向，即同名光线不相交，当一个立体像对未完成相对定向，即同名光线不相交，Q0Q为定向点的模型上下视差为定向点的模型上下视差当一个立体像对完成相对定向，当一个立体像对完成相对定向，Q0当一个立体像对未完成相对定向，即同名光线不相交，当一个立体像对未完成相对定向，即同名光线不相交，Q0第五节、解析法相对定向2.单独法相对定向单独法相对定向000222111=ZYXZYXBX1x1Y1Z1S1y1Y2Z2S2y2X2x2BAa1(X1,Y1,Z1)a2(X2,Y2,Z2)=fyxZYX111111R=fyxZYX222222R第五节、解析法相对定向02211=ZYZYBF022222211110=+=FFFFFFF第五节、解析法相对定向误差方程及法方程的建立误差方程及法方程的建立量测量测 5 个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素个以上的同名点可以按最小二乘平差法求相对定向元素)()(T1TPlAPAAx=PlAxV,=5T0=nPVV1T)(=PAAQxxiixximQ0=qXZYYZZYXXZYXvq+=22212112112111121)(o1o2135246第五节、解析法相对定向相对定向元素计算相对定向元素计算?获取已知数据获取已知数据 x0,y0,f?确定相对定向元素的初值确定相对定向元素的初值0?由相对定向元素计算像空间辅助坐标由相对定向元素计算像空间辅助坐标 X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2?计算误差方程式的系数和常数项计算误差方程式的系数和常数项?解法方程，求相对定向元素改正数解法方程，求相对定向元素改正数?计算相对定向元素的新值计算相对定向元素的新值?判断迭代是否收敛判断迭代是否收敛第六节、模型点坐标计算X1Y1Z1X2Y2Z2Aa1s1a2s2PZpYpXp第六节、模型点坐标计算=fyxZYXfyxZYX222222111111,RR12211121221221ZXZXXBZBNZXZXXBZBNZXZX=1111ZYXS 11221111)(21ZNZBYNYNYXNXy=+=11221111)(21ZmNmfZBYNYNmYXmNXAyAA+=+=第七节、解析法绝对定向一、绝对定向元素一、绝对定向元素描述立体像对在摄影瞬间的绝对位描述立体像对在摄影瞬间的绝对位描述立体像对在摄影瞬间的绝对位描述立体像对在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数。置和姿态的参数。置和姿态的参数。置和姿态的参数。通过将相对定向模型进行缩放、平通过将相对定向模型进行缩放、平通过将相对定向模型进行缩放、平通过将相对定向模型进行缩放、平移和旋转，使其达到绝对位置移和旋转，使其达到绝对位置移和旋转，使其达到绝对位置移和旋转，使其达到绝对位置第七节、解析法绝对定向X1Y1Z1PZpYpXpX2Y2Z2Aa1s1a2s2MZtpYtpXtpX0Y0Z0绝对定向元素绝对定向元素：，X0，Y0，Z0，第七节、解析法绝对定向二、三维相似变换公式二、三维相似变换公式+=ppptptptpZYXZYXZYXR000X0Y0Z0PZpYpXpAYtpMZtpXtp绝对定向元素绝对定向元素：，X0，Y0，Z0，第七节、解析法绝对定向三、绝对定向误差方程三、绝对定向误差方程+=ppptptptpZYXZYXZYXFR0000000000ZZFYYFXXFFFFFFF+=第七节、解析法绝对定向=ZYXpppppppppZYXlllZYXYXZXZYYZXvvv000010000100001=ppptptptpZYXZYXZYXZYXlllFF000000000Rl第七节、解析法绝对定向四、法方程解算四、法方程解算量测量测 2 个平高和个平高和 1 个高程以上的控制点可以按最小二乘平差法求绝对定向元素个高程以上的控制点可以按最小二乘平差法求绝对定向元素)()(T1TPlAPAAx=PlAxV,=73T0=nPVV1T)(=PAAQxxiixximQ0=第八节、光束法双像解析摄影测量以共线条件方程为基础，未知点、控制点同时列误差方程，整体解算两张像片的外方位元素及待定点坐