第五章摄影测量解析基础.ppt
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1、摄影测量解析基础,摄影测量学第五章,像片解析:利用数学分析的方法,研究被摄景物在航片上的成像规律,像片上的影像与所摄物体之间的数学关系,从而建立起像点与物点的坐标关系式。 目的:获取被摄物体的几何图形或空间坐标。,确定像片的外方位元素 根据像片上点的二维量测坐标求出该点所对应的物方空间三维坐标(x,y)i -(X,Y,Z)i,5.1 像点坐标量测 5.2 单像空间后方交会 5.3 立体像对的前方交会 5.4 立体像对的解析法相对定向 5.5 立体模型的解析法绝对定向 5.6 双像解析的光束法严密解,5.1 像点坐标量测,用于量测像点坐标的仪器称为立体坐标量测仪。分为普通立体坐标量测仪和精密立体
2、坐标量测仪。 量测精度达到3-5um的立体坐标量测仪称为精密立体坐标量测仪。 量测的成果:,左片上的像点坐标(x,y)、右片上同名点的左右视差p及上下视差q 左右片上同名像点的坐标(x1,y1)、(x2,y2),左右视差:同名像点在各自的像平面坐标系的x坐标之差,上下视差:同名像点在各自的像平面坐标系的y坐标之差,常用的仪器:steko 1818、HCT-1( 20 ) PSK2( 1 )等,Steko 1818 型立体坐标量测仪,准备工作:标出像片坐标系,标出要量测的像点位置(定向点、加密点、外业控制点)并标明点号 像片归心:使像片坐标系的原点位于仪器坐标系的已知位置(框标连线交点与旋转中心
3、重合) 像片定向:像片平面坐标系与仪器坐标系的轴系平行,记下仪器的X0、Y0、P0、Q0。,立体坐标量测步骤,像点坐标量测:利用X、Y、P、Q手轮的转动,使测标立体切准待量测的点,并记下读数。,左片上像点坐标:,右片上像点坐标:,PSK-2精密立体坐标量测仪,BC2解析测图仪,获取六个外方位元素的方法? 雷达、GPS、INS、星象相机 地面控制点反算(单像空间后方交会),POS系统,5.2 单像空间后方交会,单像空间后方交会:利用航片上三个以上的像点坐标及对应的地面控制点坐标,计算像片外方位元素的工作。,后方交会,摄影测量的后方交会,像片的外方位元素,空间后方交会的基础方程:共线方程,共线条件
4、方程式,二、基本关系式,已知值 : x0 , y0 , f , m, X, Y, Z(控制点),观测值:,待求:Xs, Ys, Zs, (由外方位角元素 , , 确定),像片的外方位元素,非线性函数模型,线性化,线性化:按泰勒公式展开,取小值一次项,偏导数,系数,外方位元素初始值的改正数,像点坐标近似值,将外方位元素的初始值代入共线条件方程的计算值,一个控制点可以列两个方程,至少要三个控制点解六个外方位元素,有多余观测用平差的方法计算,三、误差方程式和法方程式(通常在像片的四个角上选取四个地面控制点),观测值:像点坐标,在竖直摄影的情况下,角元素都很小(3度)可以近似地用 及 ,各系数可简化为
5、:,N个点的误差方程式的矩阵形式:,法方程式(最小二乘原理),逐步趋近计算,怎样进行?,1、获取已知数据:包括平均航高,内方位元素,从外业测量成果中,获取控制点的地面测量坐标,并转化成地面摄影测量坐标。 2、量测控制点的像点坐标:将控制点刺在像片上,利用立体坐标量测仪量测控制点在框标坐标系中的坐标。并转化成以像主点为坐标原点的坐标。 3、确定未知数的初始值 :在竖直摄影情况下,三个角元素的初始值为0,即 线元素为,空间后方交会的步骤,4、计算旋转矩阵R:利用角元素的近似值按计算方向余弦,组成旋转矩阵。 5、逐点计算像点坐标近似值:利用未知数的近似值代入共线方程,计算控制点像点坐标的近似值(x)
6、(y) 6、组成误差方程式:按公式组成误差方程式,然后组成法方程式,解算未知数的改正数; 7、改正数小于指定值,则完成;否则将解算的未知数加上初始值,作为新的初始值,重复4-6步。,四、空间后方交会的解算过程,获取已知数据(像片比例尺、航高、内方位元素、控制点的物方坐标),量测控制点的像平面坐标系坐标,确定未知数的初始值,计算旋转矩阵R,计算像点坐标的近似值(x),(y),组成误差方程式和法方程式: 解求外方位元素,结束,是,否,改正数小于限差否?,五、空间后方交会的精度,未知数的协因数阵:,未知数的中误差:,六、空间后方交会的不定性:控制点不能位于同一个圆柱面上,否则解不唯一,后方交会,像片
7、的外方位元素,解求相应地面点的坐标,一张像片?,5.3 立体像对的前方交会,一、立体像对前方交会的概念,对单张像片而言,知道了该像片的外方位元素后,不能由像片上的像点坐标求相应的物点坐标。 但如果知道了一对立体像对的外方位元素,则由立体像对上的同名像点的坐标可以求出该对同名像点相对应的物点坐标。,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,立体像对前方交会的定义,式中 (X,Y,Z)物点的物方坐标(通常为地面摄测坐标) 投影中心的物方坐标 像点的像空间辅助坐标 N 投影系数 投影系数的计算式:,二、空间前方交会基本关系式,地面点A在左右像片上的构
8、像分别为a1和a2,A在D-XYZ中的坐标为: (XA,YA,ZA) S1在D-XYZ中的坐标为: (XS1,YS1,ZS1) S2在D-XYZ中的坐标为: (XS2,YS2,ZS2),摄影基线,B,B u= Xs2 Xs1,B v= Ys2 Ys1,B w= Zs2 Zs1,a1的像空间坐标为(x1,y1,-f),像空间辅助坐标即在S1-U1V1W1中的坐标为(u1,v1,w1) a2的像空间坐标为(x2,y2,-f),像空间辅助坐标即在S2-U2V2W2中的坐标(u2,v2,w2),R1, R2为由已知的外方位角元素计算的左、右像片的旋转矩阵。,根据三点共线有:,其中N1称为左投影系数,N
9、2为右投影系数。,变形为:,根据基线分量:由于外方位元素已知,因此是已知的,Y坐标应取平均值:,点投影法前方交会,前方交会的基本步骤及计算公式:,1、由已知外方位角元素及像点坐标计算像点在像空间辅助坐标系中的坐标。,2、由外方位线元素计算投影基线分量。,3、计算点投影系数。,4、计算地面点的坐标。,三、双像解析的空间后方与前交方法,一、野外像片控制测量,二、用立体坐标量测仪量测像点坐标(左、右像片上),三、空间后方交会计算两张像片外方位元素,四、空间前方交会计算待定点地面坐标,像片控制测量获得像控点物方坐标,像点坐标量测,得(x1,y1,x2,y2)i;(x1,y1,x2,y2)j;,单像空间
10、后交+双像空间前交作业流程,5.4 立体像对的解析法相对定向,一、解析法相对定向的概念 用于描述两张像片相对位置和姿态的参数称为相对定向元素。用解析计算的方法解求相对定向元素的过程称为解析相对定向从而建立地面立体模型。,相对定向元素是描述立体像对中两张像片的相对位置和姿态关系的元素,因此,可以把两张像片各自相对于选定的同一个像空间辅助坐标系来讨论相对定向元素。为便于讨论,仿照外方位元素的定义,引入“相对方位元素概念将像片在选定的像空间辅助坐标系中的位置(摄影中心S的坐标,用 表示 ,和姿态(像片的姿态角,用 表示)定义为像片的相对方位元素坐标系的选择通常有两种形式:连续像对相对定向坐标系和单独
11、像对相对定坐标系,相应的相对定向元素分为连续像对相对定向元素和单独像对相对定向元素。,1 连续像对相对定向元素 连续像对相对定向是以左方像片为基准,求出右方像片相对于左方像片的相对方位元素、选定像空间辅助坐标系S1U1V1W1使得左像片在S1U1V1W1中的相对方位元素均为已知值。为简便讨论,以左像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系如下图。此时,左、右像片的相对方位元素为: 左像片: 右像片: 由于 ,因此,相对定向需要解求的元素只有5个,即 称为连续像对相对定向元素。,2 单独像对相对定向元素 单独像对相对定向是以摄影基线作为像空间辅助坐标系的X轴,以左摄影中心S1为原点,左像片主光轴与摄
12、影基线B组成的主核面为UZ平面,构成右手直角坐标系S1U1V1W1。此时,左、右像片的相对方位元素为: 左像片: 右像片: 由于 只影响相对定向后建立的模型大小,而不影响模型的建立,因此,相对定向需要解求的元素只有5个,即 称为单独像对相对定向元素。,二、解析法相对定向原理 从两个摄站对同一地面摄取一个立体像对时,同名射线对对相交于地面点,见下图,此时,若保持两张像片之间相对位置和姿态关系不变将两张橡片整体移动时,同名射线对对相交的特性也不发生变化。反过来,若完成了相对定向,恢复两张像片的相对定向元素,就能实现同名射线对对相交,建立相对立体模型。因此,同名射线对对相交是相对定向的理论基础。,二
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