1、摄影测量学摄影测量学 第三章 摄影测量基本知识 一、像平面上的坐标系一、像平面上的坐标系 原点：框标连线交点原点：框标连线交点P P 1 1、框标坐标系、框标坐标系(p-p-)轴：航向框标连线方向轴：航向框标连线方向 轴：旁像框标连线方向轴：旁像框标连线方向 ppyx3-3-4 4 摄影测量常用坐标系统摄影测量常用坐标系统pxpy 2 2、像平面坐标系、像平面坐标系 （O-O-xyxy）原点：像主点原点：像主点o o x x、y y轴：分别平行于轴：分别平行于p-xyp-xy的坐标轴的坐标轴 a(x,y)a(x,y)3-4 摄影测量常用坐标系统x像像平平面面a(x,y)y直直角角apo坐坐标标
2、系系原点：像主点原点：像主点x、y轴：分别轴：分别平行于平行于p-xy的的坐标轴坐标轴 像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。标。当像主点与框标连线交点不重合时，须将像框标坐标系原当像主点与框标连线交点不重合时，须将像框标坐标系原点平移至像主点。若像主点在像框标坐标系中的坐标为点平移至像主点。若像主点在像框标坐标系中的坐标为xoxo、yoyo时，测量出的像点坐标时，测量出的像点坐标x x、y y，化算到以像主点为原点的，化算到以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标为像平面坐标系中的坐标为x-xox-xo、y-yoy-yo。3-4
3、摄影测量常用坐标系统二二 、像空间坐标系（、像空间坐标系（S-xyz S-xyz）原点：投影中心原点：投影中心S S x x、y y轴：分别平行于轴：分别平行于o-xyo-xy的坐标轴的坐标轴 z z轴：主光轴方向（轴：主光轴方向（osos方向为正）方向为正）a a（x,y,-fx,y,-f）3-4 摄影测量常用坐标系统像像空空间间直直角角zsyoayxx坐坐标标系系a(x,y,-f)原点：投影中心原点：投影中心Sx、y轴：分别平行于轴：分别平行于o-xy的坐标轴的坐标轴 z轴：主光轴方向（轴：主光轴方向（os方向为正）方向为正）三、像空间辅助坐标系（三、像空间辅助坐标系（S-S-uvwuvw
4、 ）原点：投影中心原点：投影中心S S u u、v v、w w轴：分别平行于地面摄影测量坐轴：分别平行于地面摄影测量坐标系的坐标轴标系的坐标轴 a a（u,v,wu,v,w）过渡性坐标系统，过渡性坐标系统，S-S-uvwuvw也可根据需要设置也可根据需要设置3-4 摄影测量常用坐标系统三、像空间辅助坐标系（三、像空间辅助坐标系（S-S-uvwuvw ）以每条航线第一张像片的像空间坐标系作为像空以每条航线第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系；间辅助坐标系；以每个像片对的左片摄影中心为坐标以每个像片对的左片摄影中心为坐标 原点，摄影基线方向为原点，摄影基线方向为u u轴，以摄影基轴，以摄影
5、基 线及左片光轴构成的平面作为线及左片光轴构成的平面作为uwuw平面，平面，过原点且垂直于过原点且垂直于uwuw平面平面(左核面左核面)的轴的轴 为为p p构成右手直角坐标系。构成右手直角坐标系。3-4 摄影测量常用坐标系统w像像空空v间间su辅辅助助坐坐标标系系a(X,Y,Z)oayx原点：投影中心原点：投影中心Su、v、w轴：分别平轴：分别平行于地面摄影坐标系行于地面摄影坐标系的坐标轴的坐标轴S-uvw也可根据需要也可根据需要设置（过渡性坐标系设置（过渡性坐标系统）统）四、地面摄影测量坐标系（四、地面摄影测量坐标系（D-X,Y,ZD-X,Y,Z）原点：测区地面某点原点：测区地面某点D D
6、X X 轴：大致平行航线方向轴：大致平行航线方向 Z Z 轴：铅垂向上轴：铅垂向上 A(X,Y,Z)A(X,Y,Z)3-4 摄影测量常用坐标系统地地面面摄摄原点为地面某一控制原点为地面某一控制点，点，Z轴与地面测量轴与地面测量坐标系的坐标系的Zt轴平行，轴平行，X轴与航线一致轴与航线一致s影影测测量量Zaoyx坐坐标标系系MYAX 五、地面测量坐标系（五、地面测量坐标系（T TX Xt tY Yt tZ Zt t）大地坐标系，国家高程基准大地坐标系，国家高程基准 左手系左手系 A A（XtXt，YtYt，ZtZt）3-4 摄影测量常用坐标系统地面测量坐标为国家统一坐地面测量坐标为国家统一坐标系
7、，平面坐标为高斯标系，平面坐标为高斯-克克地地面面测测量量坐坐Ztsaoyx吕格吕格3度带或度带或6度带投影度带投影（1980西安坐标系），高程西安坐标系），高程为为1985黄海高程系黄海高程系标标Xt系系tAA(Xt,Yt,Zt)YtZ)w摄影测量中的各种坐标系摄影测量中的各种坐标系zyuxZsa(x,y,-f)u(XA,tY,t tZtXtYtMYtX35 像片的内、外方位元素 一、像片一、像片(摄影机摄影机)的内方位元素的内方位元素 确定投影中心（物镜后节点）相对于像平确定投影中心（物镜后节点）相对于像平面位置关系的参数。面位置关系的参数。具体包括三个具体包括三个:像主点像主点O O在框
8、标坐标系中坐标（在框标坐标系中坐标（x x 0 0,y ,y 0 0）主距主距 f f 35 像片的内、外方位元素确定投影中心（物镜后节点）与像片之间相互位置关系的参数确定投影中心（物镜后节点）与像片之间相互位置关系的参数像像片片内内方方y fS位位元元op x0y0 x素素内方位元素（内方位元素（x0,y0,f）可恢复摄影光束）可恢复摄影光束具体包括具体包括:像主点像主点O在框标坐标在框标坐标系中坐标（系中坐标（x 0,y 0）主距主距 f 二、像片（摄影机）的外方位元素二、像片（摄影机）的外方位元素 确定摄影瞬间像片在空间坐标系中确定摄影瞬间像片在空间坐标系中 位置和姿态的参数。位置和姿态
9、的参数。三个三个 具体包括六个具体包括六个三个三个 35 像片的内、外方位元素二、像片（摄影机）的外方位元素二、像片（摄影机）的外方位元素 1 1、三个线元素、三个线元素:摄影瞬间投影中心摄影瞬间投影中心S S在空间坐标系中坐标在空间坐标系中坐标(XsXs，YsYs，ZsZs)2 2、三个角元素、三个角元素 摄影瞬间像片在空间坐标系中的姿态角（二个角度摄影瞬间像片在空间坐标系中的姿态角（二个角度确定主光轴方位，另一个角度确定像片在像平面内确定主光轴方位，另一个角度确定像片在像平面内的方位）的方位）35 像片的内、外方位元素确定摄影瞬间像片在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数确定摄影瞬间像片在
10、地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数外方位线元素：外方位线元素：描述摄影描述摄影像片中心在地面空间直角坐标中心在地面空间直角坐标系中的位置系中的位置(Xs、Ys、Zs)s外方位ZXZso元素AXsYsY外方位角元素：外方位角元素：描述像片在摄影描述像片在摄影瞬间的空间姿态瞬间的空间姿态具体包括具体包括三个线元素三个线元素三个角元素三个角元素以以v轴为主轴的轴为主轴的?-转角系统转角系统像片外航向倾角航向倾角?zsvyvxu方位角ZYo像片旋角像片旋角元素ANOXX旁向倾角旁向倾角（1 1）以以v v为主轴的为主轴的转角系统转角系统 航向倾角航向倾角（绕绕v v轴转）轴转）旁向倾角旁向倾角（绕绕
11、u u轴转）轴转）像片旋角像片旋角（绕绕 轴转）轴转）绕绕v v轴转轴转 绕绕u u轴转轴转 绕绕w w轴转轴转S Suvwuvw S Su uv vw w S Su uv vw w S Sxyzxyz w35 像片的内、外方位元素以以u轴为主轴的轴为主轴的-?-转角系统转角系统像像片片zsZyYxX外外方方位位Z旁向倾角旁向倾角o像片旋角像片旋角角角元元素素AYNOYX航向倾角航向倾角?以以w 轴为主轴的轴为主轴的A-v转角系统转角系统像片zsZyYxX外方位Z像片倾角像片倾角o像片旋角像片旋角v角Y元素ANX方位角方位角A平平面面坐坐标标变变换换36 像点的空间直角坐标变换与中心投影构像方
12、程)y像像空空间间w坐坐标标与与zyvx像像空空间间辅辅助助s(X,Y,Z)a(x,-fu坐坐标标的的变变换换29以以v轴为主轴的轴为主轴的?-转角系统的坐标变换转角系统的坐标变换S-uvw坐标系绕坐标系绕v 轴旋转轴旋转?角角到到S-X?YZ?30以以v轴为主轴的轴为主轴的?-转角系统的坐标变换转角系统的坐标变换S-X?YZ?坐标系绕坐标系绕u?轴旋转轴旋转角到角到S-X?Yz31以以v轴为主轴的轴为主轴的?-转角系统的坐标变换转角系统的坐标变换S-X?Yz坐标系绕坐标系绕w轴旋转轴旋转角到角到S-xyz32以以v轴为主轴的轴为主轴的?-转角系统的坐标变换转角系统的坐标变换33以以v轴为主轴
13、的轴为主轴的?-转角系统的坐标变换转角系统的坐标变换34以以u 轴为主轴的轴为主轴的-?-转角系统的坐标变换转角系统的坐标变换35以以u轴为主轴的轴为主轴的-?-转角系统的坐标变换转角系统的坐标变换36以以w 轴为主轴的轴为主轴的A-v系统的坐标变换系统的坐标变换37以以w 轴为主轴的轴为主轴的A-v系统的坐标变换系统的坐标变换38像点的空间直角坐标变换像点的空间直角坐标变换对于同一张像片在同一坐标系中，当取不同旋角系统的三对于同一张像片在同一坐标系中，当取不同旋角系统的三个角度计算方向余弦时，其表达式不同，但是相应的方向个角度计算方向余弦时，其表达式不同，但是相应的方向余弦值是彼此相等的，即
14、由不同旋角系统的角度计算的旋余弦值是彼此相等的，即由不同旋角系统的角度计算的旋转矩阵是惟一的，且九个方向余弦中只有三个独立参数。转矩阵是惟一的，且九个方向余弦中只有三个独立参数。39中心投影构像方程式中心投影构像方程式40中心投影构像方程式中心投影构像方程式中心投影的构像方程式，它描述了像点中心投影的构像方程式，它描述了像点a a、摄影中心、摄影中心S S何地面点何地面点A A位于一条直线上，又称为共线方程式。位于一条直线上，又称为共线方程式。41中心投影构像方程式中心投影构像方程式共线方程式中包括有共线方程式中包括有1212个数据：以像主点为原点的个数据：以像主点为原点的像点坐标像点坐标x x、y y，相应地面点坐标，相应地面点坐标X X、Y Y、Z,Z,像片主像片主f f及外方位元素及外方位元素XsXs、YsYs、ZsZs、。42共线条件方程的应用共线条件方程的应用求像底点坐标求像底点坐标单像空间后方交会和多像空间前方交会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摄影测量中的数字投影基础航空影像模拟航空影像模拟光束法平差的基本数学模型光束法平差的基本数学模型利用利用DEMDEM制作数字正射影像图制作数字正射影像图利用利用DEMDEM进行单张像片测图进行单张像片测图
