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1、双像立体测图基础与立体测图双像立体测图基础与立体测图Aa1a2S1S2同名光线，同名像点，同名区域同名光线，同名像点，同名区域2观察人造立体的条件观察人造立体的条件 摄影测量中，广泛应用人造立体的观察。但观察中必须摄影测量中，广泛应用人造立体的观察。但观察中必须满足形成人造立体视觉的条件。这些条件归纳起来有如下满足形成人造立体视觉的条件。这些条件归纳起来有如下四个条件。四个条件。（1）由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对。）由两个不同摄站点摄取同一景物的一个立体像对。（2）一只眼睛只能观察像对中的一张像片，即双眼观察）一只眼睛只能观察像对中的一张像片，即双眼观察像对时必须保持两眼分别只能
2、对一张像片观察，这一条件像对时必须保持两眼分别只能对一张像片观察，这一条件称之为称之为分像条件分像条件。（3）两眼各自观察同一景物的左、右影像点连线应与眼基线近似两眼各自观察同一景物的左、右影像点连线应与眼基线近似平行平行。（4）像片间的距离应与双眼的交会角相适应。）像片间的距离应与双眼的交会角相适应。3 3像对的立体观察像对的立体观察 4-2 4-2 立体像对与双像立体测图立体像对与双像立体测图一立体像对的点、线、面一立体像对的点、线、面1S2SPhotogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry
3、,2004Photogrammetry & Remote Sensing-Survey & Mapping EngineeringPhotogrammetry,2004二双像立体测图概述二双像立体测图概述4-3 4-3 立体像对的相对和绝对定向元素立体像对的相对和绝对定向元素一相对定向和绝对定向概述一相对定向和绝对定向概述二立体像对的相对定向元素二立体像对的相对定向元素b模型点模型点1a2au1v1w1u2v2w2以左像空间坐以左像空间坐标系为基础，标系为基础，右像片相对于右像片相对于左像片的相对左像片的相对方位元素称方位元素称u1x1v1w1S1y1v2w2S2y2u2x2bbzbxBy22
4、2连续法相对定向元素连续法相对定向元素： bv， bw ，2，2，21、连续法、连续法相对定向元素相对定向元素u1v1w1PWVUu2v2w2Aa1s1a2s2DZYXXSYSZS绝对定向元素绝对定向元素： ，X0 ， Y0 ， Z0 ， ，三、绝对定向元素三、绝对定向元素4-4 4-4 立体测图立体测图第五章：摄影测量解析基础第五章：摄影测量解析基础 像点坐标量测像点坐标量测 影像内定向影像内定向 单张像片的空间后方交会单张像片的空间后方交会 模型的前方交会模型的前方交会 像片对的解析法相对定向像片对的解析法相对定向 模型的解析法绝对定向模型的解析法绝对定向 立体像对的光束法立体像对的光束法
5、主要内容：主要内容：5-1 5-1 像点坐标量测像点坐标量测xyJI)()()()()()()()()()()()(1313131212120113131311111011SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxXYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S2D)()()()()()()()()()()()(2323232222220223232321212102SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYY
6、bXXaZZcYYbXXafxx问题的提出：问题的提出：F 要从影像中提取物体的空间信息，首先应确定与物体要从影像中提取物体的空间信息，首先应确定与物体相对应的像点坐标相对应的像点坐标, ,在传统摄影测量当中在传统摄影测量当中, ,所量测的像点所量测的像点坐标一般为坐标一般为影像架坐标影像架坐标或仪器坐标（或仪器坐标（数字形式量测时为数字形式量测时为扫描坐标扫描坐标）, ,因此因此, ,应利用平面相似变换应利用平面相似变换, ,将影像架坐标变将影像架坐标变换为以换为以像主点像主点为坐标原点的像平面坐标。为坐标原点的像平面坐标。)()()()()()()()()()()()(3332220333
7、1110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx 补充：补充： 影像内定向影像内定向oJIxy)()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx JIxy数字影像内定向数字影像内定向JbIbbyJaIaax210210(105.994,-105.995)(105.997,105.998)(106.000,106.001)(-106.001,-106
8、.002)JbIbbyJaIaax210210间接平差知识回顾间接平差知识回顾:ADBC12345间接平差法求平差值的步骤：间接平差法求平差值的步骤：1、根据平差问题的性质，选择、根据平差问题的性质，选择t个量个量作为参数；作为参数；2、将每一个观测量的平差值表达成所选参数的、将每一个观测量的平差值表达成所选参数的函数，若函数为非线性，则需线性化；函数，若函数为非线性，则需线性化；3、由误差方程系数、由误差方程系数A和常数项和常数项l组成法方程。法方程的个数等于观测值的个数。组成法方程。法方程的个数等于观测值的个数。 V = A dX - l4、解算法方程，计算参数的平差值、解算法方程，计算参
9、数的平差值X = X0 + dX dX = (ATA) -1 (ATl)5、由误差方程求出观测值的平差值。、由误差方程求出观测值的平差值。ADBCh1h2h3h4h5水准水准路线路线观测高差观测高差 hi / m路线长度路线长度Si / km15.8353.523.7822.739.6404.047.3843.052.2702.5ADDCACCBABHXvhXXvhHXvhXXvhHXvh 5544332211（1） 列误差方程列误差方程ADDDDCCACCCCBBABBHdXXvhdXXdXXvhHdXXvhdXXdXXvhHdXXvh)( )()( )( )()( )( 055004403
10、30022011ADDDDCCACCCCBBABBHdXXvhdXXdXXvhHdXXvhdXXdXXvhHdXXvh)( )()( )( )()( )( 05500440330022011)( )( )( )( )( 05504040332002011DADCDDCCACCBCBBABXhHdXvXhXdXdXvXhHdXvhXXdXdXvXhHdXv0 . 4000003 . 3000005 . 2000007 . 3000009 . 2/10P 0140230 100110010011001i54321iDCBSdXdXdXvvvvv误差方程的矩阵形式：误差方程的矩阵形式：法方程及解：法
11、方程及解：746.239121.247330.24325. 704. 275.11 02 .469 .381 .85 3 . 73 . 303 . 35 . 97 . 307 . 36 . 6000DCBDCBDCBDCBDCBdXdXdXXXXXXXdXdXdXdXdXdX5-2 5-2 单像后方交会单像后方交会)()()()()()()()()()()()(1313131212120113131311111011SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxXYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,
12、Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S2D)()()()()()()()()()()()(2323232222220223232321212102SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx问题的提出问题的提出:XYZx1y1z1S1D)()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx一、空间后方交会的基本概念一、空间后方交会的基本概念利用航摄像片上
13、三个以上像点坐标和对应地面点坐标，计算像利用航摄像片上三个以上像点坐标和对应地面点坐标，计算像片外方位元素的工作称为片外方位元素的工作称为单张像片的空间后方交会单张像片的空间后方交会。其基本思想是其基本思想是：通过地面控制点的已知地面坐标和相应的像点：通过地面控制点的已知地面坐标和相应的像点坐标量测值，根据共线条件方程，解求该影像在坐标量测值，根据共线条件方程，解求该影像在摄影时刻摄影时刻的外的外方位元素方位元素 ,SSSZYX )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASSASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZ
14、ZcYYbXXaZZcYYbXXafxx二、空间后方交会的基本关系式二、空间后方交会的基本关系式:共线方程共线方程三、空间后方交会的误差方程与法方程三、空间后方交会的误差方程与法方程将控制点的地面坐标视为真值、像点坐标视为观测值，采用间将控制点的地面坐标视为真值、像点坐标视为观测值，采用间接平差法。接平差法。.,.)(),()1()()1()(:)()(2222为外方位元素的改正数为外方位元素的改正数为函数的近似值为函数的近似值程的线性化形式程的线性化形式竖直摄影情况下共线方竖直摄影情况下共线方 ddddZdYdXyxxddfyfdfxydZHydYHfyyyddfxydfxfdZHxdXHf
15、xxdydydydZZydYYydXXyyydxdxdxdZZxdYYxdXXxxxSSSSSSSSsSsSsSsSsSs .: )(),(:,)()(113332223331112222出来的像点坐标代入共线方程式所计算外方位元素的近似值用控制点的物方坐标及像点坐标量测值yxyxZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyylZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxxllxddfyfdfxydZHydYHfvlyddfxydfxfdZHxdXHfvSSSSSSySSSSSSxySSyxSSx TyxTSSSTyxllLddddZdYdXXxfyffxyHyHfyfxyfxfHxHfaaaaa
16、aaaaaaaAvvVLAXV;)1 (0)1 (0:2222262524232221161514131211 形式为将误差方程式写成矩阵LAAAXPLAPAXATTTT1)(: 根根据据最最小小二二乘乘原原理理四、空间后方交会的解算过程四、空间后方交会的解算过程1、获取已知数据：、获取已知数据： 像片比例尺像片比例尺1/m；内方位元素内方位元素 x0,y0,f； 控制控制点坐标（点坐标（X，Y，Z）2、量测控制点的像点坐标：、量测控制点的像点坐标：3、确定未知数的初始值、确定未知数的初始值XYZS1D12341、角元素的初始值：、角元素的初始值：000 2、线元素的初始值：、线元素的初始值：
17、HfmZYYXXSiSiS0004141XSYS4、计算旋转矩阵、计算旋转矩阵R5、逐点计算像点坐标的近似值（、逐点计算像点坐标的近似值（x）、（）、（y）SSSSSSySSSSSSxZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyylZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxxl333222333111)()(6、组成误差方程和法方程、组成误差方程和法方程7、计算外方位元素的改正数并与相应的近似值求、计算外方位元素的改正数并与相应的近似值求和，得到外方位元素新的近似值和，得到外方位元素新的近似值8、迭代是否收敛、迭代是否收敛5-3 5-3 立体像对的前方交会立体像对的前方交会)()()()()()
18、()()()()()()(1313131212120113131311111011SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxXYZa1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S2D)()()()()()()()()()()()(2323232222220223232321212102SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx一、基本概念一、基本概念由立体像对由立体像对中两张像片中两
19、张像片的内、外方的内、外方位元素和像位元素和像点坐标来确点坐标来确定相应地面定相应地面点在物方空点在物方空间坐标系中间坐标系中坐标的方法坐标的方法二、空间前方交会的基本关系式二、空间前方交会的基本关系式2S1SXYZDXS1YS1A(X,Y,Z)u1a1BBwBvBuZS1a2u2),(),(22221111SSSSSSZYXSZYXS),( :),( :222111fyxafyxa ),( :),( :22221111wvuawvua121212SSSSSSwvuZZYYXXBBBBw1v1u1w2v2u2v1v2w1w2地面点空间坐标计算：地面点空间坐标计算： 2S2vu21S1u1v1w
20、XYZtAa1BBZBYBXZS1a2N1N2XS1AX1SY2SAXX 2SAYY AY1v2w1uu2v222222222221111111111;NwZZvYYuXXaSASNwZZvYYuXXaSASSASASASASASA222222222111111111wNvNuNZYXwNvNuNZYXZYXSSSSSSAAA000221122112211222222111111ZYXZYXBwNwNBvNvNBuNuNwNvNuNBBBwNvNuN1221112122122112211121221221221122112211vuvuuBvBNvuvuuBvBNwuwuuBwBNwXwuuB
21、wBNwNwNBvNvNBuNuNByxyxZXZXZYX三、单像后方交会三、单像后方交会+空间前方交会解法空间前方交会解法5.6 立体像对光束法（一步定向法）整体求解立体像对光束法（一步定向法）整体求解 )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx 在立体像在立体像对内同时求对内同时求解两像片的解两像片的外方位元素外方位元素和地面点的和地面点的坐标，把坐标，把外外方位元素和方位元素和模型点坐标模型点坐标的计算放在的计算放在一个整体
22、内一个整体内进行，理论进行，理论严密，精度严密，精度高。高。),(2222SSSZYXS),(1111SSSZYXS1XXYZtAa1a2),(ZYX yxSSSyxyyyyyySSySSySSyyyxxxxxxSSxSSxSSxxxSASASASASASASASASASASASAlldZdYdXHyHfHxHfddddZdYdXxfyffxyHyHfyfxyfxfHxHfVVdZZFdYYFdXXFdFdFdFdZZFdYYFdXXFFFdZZFdYYFdXXFdFdFdFdZZFdYYFdXXFFFZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx00)1(0
23、)1(0:)()()()()()()()()()()()(222233322233311100 误差方程式为误差方程式为一次项展开式为一次项展开式为该式中的未知数为？该式中的未知数为？ yxSSSyxlldZdYdXHyHfHxHfddddZdYdXxfyffxyHyHfyfxyfxfHxHfVV00)1(0)1(02222 ),(2222SSSZYXS),(1111SSSZYXS1XXYZtAa1a2),(ZYX),(2222222 SSSZYXS),(1111111 SSSZYXS1X1Y1Z2X2Y2Z1a),(ZYXA2a),(),(222111yxayxa )()()()()()()
24、()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx),(2222222 SSSZYXS),(1111111 SSSZYXS1X1Y1Z2X2Y2Z1a),(ZYXA2a),(BBBZYXB),(CCCZYXC),(DDDZYXD1b2b 11111221211112222122121121221211212212121100:LNNLtNNNNLNNLXNNNNLLtXNNNNLBLAtXBBABBAAALtXBAVTTTTTTTTTT 或或法法方方程程为为矩矩阵
25、阵形形式式为为 ddddZdYdXXSSS AAAdZdYdXt五、双像解析摄影测量三种解法的比较五、双像解析摄影测量三种解法的比较1后方交会后方交会-前方交会解法前方交会解法。这种解算方法的结果依赖于空。这种解算方法的结果依赖于空间后方交会的精度，而且在前方交会过程中没有充分利用多于间后方交会的精度，而且在前方交会过程中没有充分利用多于条件进行平差计算。往往在已知影像的外方位元素、需确定少条件进行平差计算。往往在已知影像的外方位元素、需确定少量的待定点坐标时采用。量的待定点坐标时采用。2相对定向相对定向-绝对定向解法绝对定向解法。这种解算方法计算公式较多，。这种解算方法计算公式较多，最后的点
26、位精度取决于相对和绝对定向的精度，用这种方法的最后的点位精度取决于相对和绝对定向的精度，用这种方法的解算结果不能严格地表达一幅影像的外方位元素。主要用于航解算结果不能严格地表达一幅影像的外方位元素。主要用于航带法解析空中三角测量。带法解析空中三角测量。3光束法（一步定向法）光束法（一步定向法）。这种方法理论最严密、精度最高。这种方法理论最严密、精度最高，待定点的坐标是完全按最小二乘原理解算出来的。主要用于，待定点的坐标是完全按最小二乘原理解算出来的。主要用于光束法解析空中三角测量。光束法解析空中三角测量。单像双像解析小结单像双像解析小结 该部分讲述了摄影测量中最重要、最基础的几个重点内容：该部
27、分讲述了摄影测量中最重要、最基础的几个重点内容：基本概念基本概念:1、像片的重叠度。、像片的重叠度。2、航摄像片比例尺。、航摄像片比例尺。3、摄影测量常用坐标系统。、摄影测量常用坐标系统。4、航摄像片的内、外方位元素。、航摄像片的内、外方位元素。5、像点坐标变换。、像点坐标变换。6、中心投影的构像方程（共线方程）。、中心投影的构像方程（共线方程）。单像解析基本方法单像解析基本方法:7、数字影像内定向。、数字影像内定向。8、单张像片的空间后方交会。、单张像片的空间后方交会。双像解析基本方法双像解析基本方法:9、立体视差的基本概念、立体视差的基本概念10、求解物点空间坐标的三种方法、求解物点空间坐
28、标的三种方法 单像空间后方交会单像空间后方交会+双像空间前方交会双像空间前方交会 解析相对定向解析相对定向+绝对定向绝对定向 光束法（一步定向法）整体求解光束法（一步定向法）整体求解1、像片的重叠度。、像片的重叠度。 像片重叠度：航向重叠度像片重叠度：航向重叠度(heading overlap)。对于面积航空摄。对于面积航空摄影而言，要求两相邻航带之间也需要有一定的影像重叠，这种影而言，要求两相邻航带之间也需要有一定的影像重叠，这种重叠部分称为旁向重叠度重叠部分称为旁向重叠度(side overlap)。像片的重叠部分是立。像片的重叠部分是立体观察和像片连接所必须的条件。体观察和像片连接所必须
29、的条件。2、航摄像片比例尺、航摄像片比例尺 航高：指摄影飞机在摄影瞬间相对于某一水准面的高度，从航高：指摄影飞机在摄影瞬间相对于某一水准面的高度，从该水准面起算向上为正。航高分为相对航高和绝对航高。该水准面起算向上为正。航高分为相对航高和绝对航高。Hfm/1 ffHH3、摄影测量常用坐标系统。、摄影测量常用坐标系统。tpYtpZtpXA地摄坐标系地摄坐标系tXtYtZtO 1X pY pZ pSxoxyyzXYZ外方位元素（三个角元素）以外方位元素（三个角元素）以 Y 轴为主轴轴为主轴tpZtpXAptYZ SSxoxyyzXYZX SY SNOX 4、航摄像片的内、外方位元素、航摄像片的内、
30、外方位元素5、像点空间坐标变换、像点空间坐标变换.,321321321方方向向余余弦弦iiicbacccbbbaaaRfyxRZYX tpZtpXAptYZ SSxoxyyzXYZX SY SNOX 6、中心投影的构像方程（共线方程）。、中心投影的构像方程（共线方程）。)()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx .93,.,.,.,.,00个个方方向向余余弦弦个个外外方方位位角角元元素素组组成成的的为为标标为为物物方方点点的的物物
31、方方空空间间坐坐标标为为摄摄站站点点的的物物方方空空间间坐坐为为影影像像的的内内方方位位元元素素为为像像点点的的框框标标坐坐标标iiiAAASSScbaZYXZYXfyxyxSAaProjection CenterImage pointObject point7、影像内定向。（利用仿射变换）、影像内定向。（利用仿射变换）将影像架坐标变换为以将影像架坐标变换为以像主点像主点为坐标原点的像平面坐标。为坐标原点的像平面坐标。( (同同时可以消除像片变形的影响）时可以消除像片变形的影响）yxo(x1,y1)(x2,y2)(x3,y3)(x4,y4)像主点像主点xy8、单张像片的空间后方交会、单张像片的
32、空间后方交会 )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASSASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx通过地面控制点的已知地面坐标和相应的像点坐标量测值，根通过地面控制点的已知地面坐标和相应的像点坐标量测值，根据共线条件方程，解求影像在据共线条件方程，解求影像在摄影时刻摄影时刻的外方位元素的外方位元素 ,SSSZYX yxSSSyxllddddZdYdXxfyffxyHyHfyfxyfxfHxHfvv )1(0)1(02222Sxpypxp0 yp9、立体视差的基本概念、立体视
33、差的基本概念左右视差的存在是观察立体模型的必要条件左右视差的存在是观察立体模型的必要条件 单像空间后方交会单像空间后方交会 + 双像空间前方交会双像空间前方交会 222222111222222222111111111ZNYNXNBBBZYXZNYNXNZYXZNYNXNZYXZYXZYXSSSSSSSSSAAA1s2sB1a2aA),(ZYX已知已知：两同名像点的像平面坐标：两同名像点的像平面坐标和两张像片的外方位元素。和两张像片的外方位元素。求求：同名像点对应的地面点坐标。：同名像点对应的地面点坐标。 1221112122122112211121221221221122112211YXYXX
34、BYBNYXYXXBYBNZXZXXBZBNZXZXXBZBNZNZNBYNYNBXNXNByxyxZXZXZYX),(),(),(),(222,2222111, 1111222111 SSSSSSZYXSZYXSyxayxa10.物点坐标计算物点坐标计算 )()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx )()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()(2121212323
35、2302212121232323021111111313130111111113131301SASASASASASAaSASASASASASAaSASASASASASAaSASASASASASAaZZcYYbXXafZZcYYbXXaxyZZcYYbXXafZZcYYbXXaxxZZcYYbXXafZZcYYbXXaxyZZcYYbXXafZZcYYbXXaxx 解析相对定向解析相对定向 + 绝对定向绝对定向1S2S1X1Y2X2Y2Z1a2aXbZbYbo OXO OmbMPXPYPZA1ZtpXtpYtpZ1OttXtYtZ解析相对定向过程：解析相对定向过程：已知已知：两同名像点的像平面坐
36、标：两同名像点的像平面坐标求求： 模型点的模型坐标模型点的模型坐标),(),(222111yxayxa ,ZYbb fyxRZYXfyxRZYX222222111111, 12211121221221221122112211ZXZXXbZbNZXZXXbZbNZNZNbYNYNbXNXNbZXZXZYX 1111221122111111211)(21)(21ZNZNZZbYNYNYbYNYYNYYXNXXSmySySSmSm绝对定向过程：绝对定向过程：已知已知：模型点的模型坐标：模型点的模型坐标求求：GCPYXmmm),(),(),(ZYXZYXM 1S2S1X1Y2X2Y2Z1a2aXbZbYbo OXO OmbMPXPYPZA1ZtpXtpYtpZ1OttXtYtZ ZYXZYXcccbbbaaaZYXPPPtptptp 321321321ttttptptpPPPZYXtZYXOZYXA 1坐坐标标原原点点的的平平移移量量个个旋旋转转角角缩缩放放系系数数个个绝绝对对定定向向元元素素:,3:,.:)1(:7ZYX