1
摄影测量学
测绘工程系,李 浩
2
河海大学 土木工程学院
2003年 4月
3
目 录
第一章 绪论
1-1 摄影测量的定义和任务
1-2 影像信息科学的形成与内涵
1-3 影像信息科学的组成
第二章 摄影的基本知识与影像误差处理
2-1 摄影原理与摄影机
2-2 黑白感光材料
2-3 摄影处理与像片晒印
2-4 航空摄影及摄影测量对摄影的基本要求
2-5 像片影像的误差及其处理
4
第三章 单张航摄像片解析
3-1 中心投影的基本知识
3-2 摄影测量常用坐标系
3-3 像片的内外方位元素
3-4 像点在不同坐标系中的变换
3-5 中心投影的构像方程 (共线方程 )
3-6 像点位移
3-7 单像空间后方交会
目 录
5
第四章 立体观察和立体量测
4-1 人眼的立体视觉
4-2 人造立体视觉
4-3 像对的立体观察
4-4 像对的立体量测
第五章 双像解析摄影测量
5-1 双像解析摄影测量概念
5-2 双像空间前方交会
5-3 单像空间后方交会及双像空间前方交会作业流程
5-4 解析相对定向及模型坐标计算
5-5 模型绝对定向
5-6 解析相对定向及解析绝对定向作业流程
5-7 单模型光束法 (双像后方交会 )
目 录
6
第六章 解析空中三角测量概述
6-1 解析空中三角测量的分类
6-2 单航带航带法空中三角测量概述
6-3 光束法空中三角测量概述
第七章 解析立体测图仪及立体测图作业
7-1 解析立体测图仪的基本原理
7-2 解析立体测图仪硬、软件构成
7-3 解析立体测图仪上的立体测图内业过程
7-4 航测立体测图作业工序流程
目 录
7
目 录
第八章 数字地面模型概述
第九章 像片纠正、正射投影技术及综合法测图
9-1 像片纠正的概念与分类
9-2 透视投影变换纠正（常规纠正）
9-3 数字纠正
9-4 综合法测图
8
第十章 数字摄影测量基础知识
10-1 数字影像
10-2 基于灰度的影像匹配
10-3 同名核线与一维匹配概念
10-4 数字摄影测量系统及数字摄影测量生产
第十一章 摄影测量的外业
11-1 像片控制点联测
11-2 像片调绘
目 录
9
第四章 立体观察和立体量测
人眼的立体视觉
§ 4— 1 人眼的立体视觉
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10
1833年，惠斯通（英）证实，人眼的分辨远近的本
质是生理视差。
设远近不同的两点 A,B在人眼视网膜上产生的生理
视差为 σ
?? ??
2211 ababBA? ?
?
?
?
?
??
??
??
ABBA
ABBA
ABBA
rrBA
rr
rr
等远近、感觉
近远感觉
远近感觉
0
AB0
AB0
?
?
?
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 1 人眼的立体视觉
返回目录
11
一、人造立体视觉的产生
人造立体视觉,一定条件下,
观察立体像对能获得与观察
景物同样的生理视差,
由此产生的立体感觉。
视模型,观察立体像对
获得的景物立体景像。
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 2 人造立体视觉
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12
二、人造立体观察条件
1,观察立体像对
2,两眼分别观察一张像片上的同名像点
3,使同名像点连线与眼基线大致平行
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 2 人造立体视觉
返回目录
13
一、立体镜方式观察立体
1、立体镜法
2、左右光路仪器的
立体观察系统
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 3 像对的立体观察
返回目录
14
二、重叠影像方式观察立体
1、互补色法
2、光闸法 (液晶闪闭式）
3、偏振光法
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 3 像对的立体观察
返回目录
15
第四章 立体观察和立体量测
双测标立体量测原理
量测时,
可记录 显然有
或记录 ),,,(
),,,(
11
2211
qpyx
yxyx
?
?
?
??
??
qyy
pxx
21
21
§ 4-4 像对的立体量测
返回目录
(像片的左右视差）
（ 像片的上下视差）
16
§ 4-5 立体坐标量测仪
一,HCZ-1型立体坐标量测仪
（同 Zeiss steko1818型）
结构示意图
第四章 立体观察和立体量测
y q
P x
返回目录
17
§ 4-5 立体坐标量测仪
1,仪器结构
⑴ 基座
⑵ 观察系统
左右光路分别观察左右像片
测标为 φ ＝ 0.06mm黑点, 设在光路中；光路放大 8×
⑶ x车架
带动左右像片共同作 x方向运动
带动 x读数装置 （ 0.02mm）
⑷ y车架
带动左右光路系统 （ 连同测标 ） 共同作 y方向运动
带动 y读数装置（ 0.02mm）
第四章 立体观察和立体量测 返回目录
18
§ 4-5 立体坐标量测仪
⑸ p车架
带动右像片相对左像片作 x方向运动 （ 左片不动 ）
带动 p读数装置 （ 0.01mm）
⑹ q车架
带动右光路相对左光路作 y方向运动 （ 左光路不动 ）
带动 q读数装置 （ 0.01mm）
⑺ 像片盘
18cm× 18cm
或 23cm× 23cm
第四章 立体观察和立体量测 返回目录
19
第四章 立体观察和立体量测
⑻ 照明设备
一般使用透明正片或负片
§ 4-5 立体坐标量测仪
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20
第四章 立体观察和立体量测
2、立体坐标量测作业过程
⑴ 像片归心
使像平面上坐标系
（ 一般采用框标坐标系 ）
原点与坐标仪原点重合
⑵ 像片定向
使像平面上坐标系
的轴系与坐标仪轴系重合
§ 4-5 立体坐标量测仪
返回目录
21
第四章 立体观察和立体量测
⑶测定仪器零位置
将左右测标分别对准像平面上坐标系原点读取
x.y.p.q值
检校好的仪器标准零位置为,
⑷ 立体量测
a.动 x.y手轮使测标对准 a1
b,动 p.q手轮使测标对准 a2
c.立体观察下,动 x.y.p.q
手轮使测标立体切准模型点 A
d.记录读数 x.y.p.q
00.1000.0
00.10000.100
00
00
??
??
qp
yx
?
?
?
?
?
?
?
???
???
??
??
)(
)(
012
012
01
01
qqyy
ppxx
yyy
xxx
§ 4-5 立体坐标量测仪
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22
第四章 立体观察和立体量测
二, 其它精密立体坐标量测仪器
1,专门的精密立体坐标量测仪
坐标量测精度达 1μm
具有坐标自动记录功能
2,解析立体测图仪 （ 使用立体坐标量测功能 ）
坐标量测精度 1～ 3μm
具有坐标自动记录功能
具有对像片坐标的后续处理功能
§ 4-5 立体坐标量测仪
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23
第五章 双像解析摄影测量
双像解析摄影测量,
根据立体像对中的物像几何关系，用数学计算方法
解求被摄目标空间坐标的理论方法。
常用的理论方法有,
1、单像空间后方交会 +双像空间前方交会
2、解析相对定向 +解析绝对定向
3、光线束法空中三角测量
§ 5-1 双像解析摄影测量概念
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24
立体摄影测量
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25
双像空间前方交会,在已知立体像对的两张像片的内、外
方位元素前提下，由同名光线交会确定物点空间坐标的计算过程。
一、空间前方交会计算公式,
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,
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
1
1
s
s
s
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
1
1
N1
a
a
a
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
2
(
s
s
s
Z
Y
X
)N2
2
2
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
a
a
a
Z
Y
X
1221
22N1
aaaa
aZaX
ZXZX
XBZB
?
??
1221
11N2
aaaa
aZaX ZXZX XBZB ???
? ?sss ZYX
? ?aaa ZYX
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-2 双像空间前方交会
返回目录
26
双像空间前方交会
返回目录
27
二、空间前方交会计算过程
输入已知数据
( );( )
i=1,2,3… m;
f 等
111111 ???sss ZYX 222222 ???sss ZYX
? ?iyxyx 2211
ZYX BBB 计算
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-2 双像空间前方交会
返回目录
28
21 RR 计算
计算 ;
ia
a
a
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
1
1
ia
a
a
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
2
计算 ? ?iN1
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-2 双像空间前方交会
返回目录
29
??
??
?
??
??
??
12
12
12
ssZ
ssY
ssX
ZZB
YYB
XXB
其中：
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
a
a
a
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
f
y
x
R
iZ
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
计算
计算其它点？
输出
N
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-2 双像空间前方交会
返回目录
30
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;
单像空间后方交会, 分别得左右像片的外方位元素
1,1,1z s 1,y s 1,x s 1,???
双像空间前方交会得待定点物方坐标 （ x,y,z） j
2,2,2z s 2,y s 2,x s 2,???
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-3 单像空间后交 +双像空间前交作业流程
3|),,( ?iZYX i
返回目录
31
解析相对定向,利用立体像对中存在的同名光线共面的
几何关系，以解析计算方法解求两张像
片的相对方位元素的过程。
相对定向目的,由立体影像建立被摄目标的几何模型
（几何相似形态）。
一、立体像对的共面条件方程
相对定向元素,确定立体像对中两张像片相对方位的
参数。
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
32
1、连续法相对定向系统
像对的像空间辅助坐标系
选择与 重合
xyzs ?1
XYZS ?1
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
33
连续法相对定向系统
返回目录
34
相对定向元素为,
显然，在 中,
??
?
???
???
0
0
111
111
???
SSS ZYX
?
?
? ???
222
22;;;;
2
K
BZBYsBX ZSYXS
??
XYZS ?1
2,2,2B z,B y,???
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
35
为什么 BX不是相对定向元素?
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
1s
2s
2's
ZB' 2a
2'a
YB'
XB'
XB YB
ZB
mA
1a
A
Z Y
X
36
2、单独法相对定向系统
原为点
像对的像空间辅助坐标系 X轴为 连线方向
Z轴位于左主核面内
( 及 所在平面 )
1S
XYZS ?1 21SS
21SS 1o
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
37
单独法相对定向系统
返回目录
38
相对定向元素为,
显然,在 中,
22211,,,,?????
XYZS ?1
0111 ??? SSS ZYX
111 ;0; ??? ?;0;0; 222 ??? sSS ZYBX
22;2 ; ???
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
39
3、共面条件方程
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
40
因摄影时同名光线与摄影基线共面,故由影像重建几何
模型时,任何一对同名光线都应满足共面条件式,
当各向量坐标表达式为,
则 共面条件式 的行列式表达式为,
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
0)( 221121 ??? aSaSSS
),,(21 ZYX BBBSS ?
),,( 11111 aaa ZYXaS ?
),,( 22222 aaa ZYXaS ?
0
222
111 ?
aaa
aaa
ZYX
ZYX
ZYX
BBB
返回目录
41
二、连续法相对定向
1、定向公式
因
所以
(式中对下标作简化,如 即为 ）
??
?
?????
????
???
??
XXZ
XXY
BtgBB
BtgBB
)c o s(
0
222
111 ??
ZYX
ZYX
BBB
F
XXX ??
1X 1Xa
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
42
将 F按 泰勒级数 展开,取至一次项,得未知数 (相对定向
元素 )的线性方程式
00 ????????????????? dkFdFdFdFdFFF ?????????
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
偏导系数表达式示例,
222
111
ZYX
ZYX
BBB
F XXX
??
?? ?
??
?
?
)(
010
1221
222
111 XZXZB
ZYX
ZYXB XX ???
返回目录
43
对 F展开式整理得,
式中,
Q为推导过程中引入符号,为
Q的几何意义为 模型点的上下视差。
dkNX
dN
Z
YZdN
Z
YXdvB
Z
YdB
XX
22
2
2
2
2
22
2
22
2
2 )()(Q
?
???? ???＝
YBYNYN －－＝ 2211Q
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
44
模型点上的上下视差 Q
返回目录
S1
a1
S2
a2
45
2、定向计算过程
相对定向标准点位
将 Q视为观测值
QdNXdNZYZdNZ YXdBZYdBV xxQ ??????? ????? 222
2
2
2
22
2
22
2
2 )(
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
46
计算流程
输入已知数据
等f
iyxyx i 5|),,,( 2211 ?
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
47
21,RR
确定相对定向元素初值
计算
)0(
0
0
0
1
0
1
0
1
21
00
0
2
0
2
0
2
???
??
??
???
???
??
???
xxB X
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
48
ii
Z
Y
X
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
2
1
1
1
,
计算
计算
??,,,,,,21 ZY BBQNN
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
49
计算误差方程系数
组成误差方程
组成法方程, 并解
计算未知数新值
???
???
d
d
??
??
0
0
?
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
50
immm ZYX ),,(
Y
dμ, …, dκ 小于限差
计算模型点坐标
输出
N
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
51
三、单独法相对定向
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
0
00
222
111 ??
ZYX
ZYX
B
F
52
四、模型坐标计算
（ 连续法）
??
?
???
???
0
0
111
111
sss ZYX
???
??
?
??? ZsYsXs BZBYBX 222,,
,,222 ???
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
1
1
1
Z
Y
X
N
Z
Y
X
m
m
m
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
53
式中，也可取
以消除相对定向残余上下视差的影响。
2/)( 2211 2 YNYYNY sm ???
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
54
模型坐标计算
返回目录
55
解析绝对定向,利用物方控制点，以解析计算方法解求
（相对定向后建立的）自由模型的绝对定向元素的过程。
绝对定向目的,将相对定向得到的自由模型经空间相似
变换纳入测图坐标系 。
一、解析绝对定向的基本公式
空间相似变换
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
?
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?
?
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?
?
?
?
?
?
Z
Y
X
Z
Y
X
R
Z
Y
X
m
m
m
＋＝ ?
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
56
设
线性化
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
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?
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?
Z
Y
X
Z
Y
X
Z
Y
X
RF
m
m
m
?
ZdZFYdYFXdXFdKKFdFdFdFFF ???????????????????????????????? ??0
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
?
?
?
?
?
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?
?
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?
?
?
?
?
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?
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???
???
????
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zd
Yd
Xd
Z
Y
X
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dddK
ddKd
Z
Y
X
Z
Y
X
R
Z
Y
X
m
m
m
m
m
m
?
?
?
?? 0
0
0
0
00
返回目录
57
二,定向计算过程
绝对定向的控制点
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
58
误差方程
至少需两个平高控制点和一个高程控制点，解求七个
绝对定向元素。
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
?
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Z
Y
X
mmm
mmm
mmm
Z
Y
X
l
l
l
Kd
d
d
d
Zd
Yd
Xd
YXZ
XZY
YZX
V
V
V
?
0100
0010
0001第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
59
计算流程
jmmm
immmi
ZYX
iZYXZY
),,(
3),,(,),,X( ?
输入已知数据
确定未知数初始值
000000
0,,,Z,Y,X,???????
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
60
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
计算 R
计算
Z
Y
X
l
l
l
组成误差方程
返回目录
61
???
??????
d
d
d
0
0
0
??
??
?????
??N
组成法方程并解
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
62
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
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Z
Y
X
Z
Y
X
R
Z
Y
X
jm
m
m
j
?
Z
Y
X
l
l
l
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
小于限差
计算
Y
N
返回目录
63
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-6 解析相对定向 +解析绝对定向作业流程
像片控制测量, 获得像控点物方坐标
3),,( ?iZYX i
像点坐标量测,
j
i
yxyx
yxyx
),,,(
),,,(
2211
2211
解析相对定向, 得 （ 连续法 ）
222,,,,???ZY BB
返回目录
64
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-6 解析相对定向 +解析绝对定向作业流程
解析绝对定向, 得
jimmm ZYX ;),,(计算模型点坐标
??????,,,Z,Y,X,?
计算待定点物方坐标 jZYX ),,(
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65
单模型光束法,
以单个模型为单元，将两张像片的
外方位元素及待定点物方坐标作为
未知数，在一 个平差系统中整体
求解的算法。
(理论严密，解求精度高 )
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
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66
对共线方程 线性化,有
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X
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Z
y
dY
Y
y
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X
y
yy
dZ
Z
x
dY
Y
x
dX
X
x
dK
K
x
d
x
d
x
dZ
Z
x
dY
Y
x
dX
X
x
xx
s
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第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
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67
误差方程形式为
写成
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d
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dZ
dY
dX
aaaaaa
aaaaaa
V
V
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x
262524232221
161514131211
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x
l
l
dZ
dY
dX
a
a
a
a
a
a
23
13
22
12
21
11
第五章 双像解析摄影测量
? ? LtxBAV ??
?
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??
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§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
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68
显然，对一个控制点或一个待定点,
可列出四个方程式 。
例如，设像对内有三个控制点和二个待定点
（如图所示），则所列误差方程为,
第五章 双像解析摄影测量
1
2
4
5
3
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
返回目录
69
控制点 1
控制点 2
??
?
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? )2(
1
1
y
x
V
V )2(1
2121
)2(
1
1
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2
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2
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212
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1
1
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2
2
212
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21
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2
2 ?
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ly
lxOtOtXAOX
V
V
y
x
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
返回目录
70
控制点 3
待定点 4
)3(
1
2121
)3(
1
1
??????????? lylxOtOtOXXA
)3(
1
1 ?
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x
V
V
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2
2
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2
2
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x
V
V
)4(
1
21)4(121)4(1
1
??????????? lylxOttBOXXA
)4(
1
1 ?
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V
V
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2
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21
)4(
22
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21 ??
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lxOttBXAOX
)4(
2
2
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y
x
V
V
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
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71
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
待定点 5
?
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2
2
2
)5(
212
)5(
21
)5(
)5(
1
2
)5(
1121
)5(
1
)5(
2
2
11
1
ly
lx
tBOtXAOX
V
V
ly
lx
tBOtOXXA
V
V
y
x
y
x
返回目录
72
法方程形式为
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LB
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t
x
BBAB
BAAA
T
T
TT
TT
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
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73
解析空中三角测量, 以像点坐标为依据,采用一定
的数学模型，用少量控制点作为平差条件，解求加密点
物方坐标的理论方法或作业过程。
1.像控点的加密
解析空三的应用 2.地籍界址点测量
3.大范围变形监测
4.高精度近景测量
第六章 解析空中三角测量概述
§ 6-1 解析空中三角测量的分类
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74
第六章 解析空中三角测量概述
单模型空三
按平差计算范围大小分 单航带空三
（加密区域） 区域网空三
航带法空三
按平差计算中的数学模型分 独立模型法空三
光束法空三
§ 6-1 解析空中三角测量的分类
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75
第六章 解析空中三角测量概述
§ 6-2 航带法单航带空三
返回目录
76
第六章 解析空中三角测量概述
一、航带模型的建立
1、像点坐标量测与系统误差改正
得 像控点、加密点的像平面坐标（ x,y）
2,连续法相对定向建立各单模型
得 像控点、加密点的模型坐标
（在各个像对的空辅坐标系中）。
3、各单模型利用公共点连接，建立起航带模型
得 像控点、加密点的在航带模型中的模型坐标
（在统一的航带空辅坐标系 中,
且具有统一的模型比例尺）。
§ 6-2 航带法单航带空三
ismmm ZYX ),,(
xyzs ?1
1),,( smmm ZYX
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77
第六章 解析空中三角测量概述
§ 6-2 航带法单航带空三
Si-1
ii
ii
Ms
Ms
ik 1
' 1 ???
Z
X
Y Si
i
i-1
Mi
Mi-1
Si+1
)( 1' ?is
)( 'is
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78
第六章 解析空中三角测量概述
二、航带模型的绝对定向
得 像控点、加密点的地面摄测坐标 。
（可能只进行概略绝对定向，并含有非线性变形误差）
三、航带模型的非线性变形改正
利用三次或二次多项式作改正式,
§ 6-2 航带法单航带空三
),,( ___ ZYX
_
2
6
3
54
2
3
_
2
_
10
_
2
6
3
54
2
3
_
2
_
10
_
2
6
3
54
2
3
_
2
_
10
YXcXcYXcXcYcXccZ
YXbXbYXbXbYbXbbY
YXaXaYXaXaYaXaaX
?????
?????
?????
????????
????????
????????
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79
第六章 解析空中三角测量概述
（利用一定数量控制点上的内外业坐标不符值，先
解出多项式系数）
得加密点的地面摄测坐标 。
§ 6-2 航带法单航带空三
),,( ZYX
ZZZ
YYY
XXX
???
???
???
?
?
?
返回目录
80
第六章 解析空中三角测量概述
光束法空三,根据共线方程，将全区域像片的外方位元素
和所有加密点的物方坐标作为未知数，以少量控制点
为条件，在一个平差系统中整体解算的理论、方法。
由共线方程线性化后得到的误差方程形式为
权 （ a）
式中
A= B=
§ 6-3 光束法空中三角测量概述
LBtAXV ??? ap
11a 12a
24a
13a 14a 15a 16a
22a 23a21a 25a 26a
11a? 12a? 13a?
21a? 22a? 23a?
? ?Tsss ddddZdYdXX ????
? ?TdZdYdXt ?
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81
第六章 解析空中三角测量概述
对控制点，一般有 t=0 ;
若控制点物方坐标也参与平差，则将 物方坐标 当作
观测值，构成一组控制点物方坐标误差方程,
即,权 (b)
§ 6-3 光束法空中三角测量概述
??
?
?
?
????
????
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ZZZV
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XXXV
z
y
x
0
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0
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????
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)(
0
0
0
ZZZV
YYYV
XXXV
Z
Y
X
bp
返回目录
82
第六章 解析空中三角测量概述
平差时，将两类观测值的误差方程（ a),(b)整体解算。
误差方程一般形式仍可写成
法方程形式为
或写成
改化法方程式为
§ 6-3 光束法空中三角测量概述
LBtAXV ???
0???????????????
?
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PLB
PLA
t
X
PBBPAB
PBApAA
t
t
tt
tt
0
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1211 ??
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L
L
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X
NN
NN
T
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2
1
2212112
1
221211
LNNLtNNNN
LNNLXNNNN
TT
T
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???
???
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83
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
一、解析测图仪的结构
解析测图仪 是由精密立体坐标量测仪（带伺服系统）,
计算机、数控绘图仪、接口设备及相应软件组成的
立体测图系统。
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
立体坐标量测仪
作业员
计
算
机
数控
绘图仪
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84
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
二、解析测图仪的优点
（与模拟测图仪相比较）
1、精度高
光机部分简单、结构稳定。
改正系统误差、平差偶然误差
像点量测精度达 1～ 3μ m
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
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85
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
2、功能强
作业不受摄影方式及仪器活动范围限制,
可处理各类航片或卫片资料。
可完成多种测绘工作
取得多种测绘成果
3、效率高
解析定向
机助测图
4、可产生数字测绘产品，便于成果进入 GIS管理应用
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
返回目录
86
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
三、解析测图仪工作原理
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
数控
绘图桌
计
算
机
立 体 坐 标 量 测 仪
MX
MY Y
Z
X
2y2x1y1x
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87
1、定向过程中
在仪器上，经像对定向（包括解析内定向、解析相对
定向、解析绝对定向）后，建立起物像对应关系。
2、测绘过程中
从手轮、脚盘读出模型的地面摄测坐标（ X,Y,Z)
输入计算机算得相应的像平面坐标
由伺服系统驱动测标运动到对应像点位置
作业员观察到测标在立体模型上的位置
以上步骤由实时程序控制，以高频率自动重复执行,
作业员即可观测到连续、完整的立体模型。
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
),( yx ),( '' yx
返回目录
88
四、解析测图仪的发展
Δ 1957年 Halava 提出设计思想
Δ 1976年 13届 ISP大会展出七家公司的仪器，标志
解析仪转入民用（ 其时，内存只 12～ 32k）
Δ 八十年代开始逐步取代模拟测图仪，成为生产的
主流仪器。本身也由机助测图仪发展成为数据库
管理系统控制下的空间数据采集工作站。
Δ 90年代中后期，逐渐被数字摄影测量系统所取代。
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
返回目录
89
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
一、硬件
1、精密立体坐标量测仪
实现对像片及立体模型的观测
2、计算机
数据处理、管理
3、数控绘图仪
模拟成果输出
4、接口设备
编码器,A/D 转换
伺服系统,D/A转换
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
返回目录
90
解析立体测图仪 (WILD AC1)
返回目录
91
二、软件
1、操作系统
管理、支持整个仪器系统工作
2、摄影测量系统软件
完成摄影测量任务
（ 1） 实时程序
起数字导杆作用
（ 2) 应用程序
实现各项具体量测功能
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
返回目录
92
a,解析内定向
量测框标建立起像点的仪器坐标到像平面坐标的变
换关系，将像点的仪器坐标转换为像平面坐标。
一般采用 仿射变换
b, 解析相对定向
量测同名像点，解得相对定向元素建立起自由立体
模型。
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
??
?
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0
0
21
21
b
a
y
x
bb
aa
y
x ＋
仪
仪
返回目录
93
c,解析绝对定向
量测像控点，解得绝对定向元素将模型纳入测图坐标
系统。
d,数字测图
机助立体测绘
数字地面模型数据点采集
空中三角测量
地形分析
在线影像自动匹配
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
*e
*f
*g
*h
返回目录
94
近景摄影测量
卫星影像立体测绘
*i
????
*j
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
返回目录
95
解
析
立
体
测
图
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96
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-3 解析测图仪上的立体测图内业过程
数据输入
解析内定向
解析相对定向
数字测图
解析绝对定向
返回目录
97
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-4 航测立体测图作业工序流程
国家平高控制
像片联测
像片调绘
航空摄影
像控点加密
内业立体测图
① ②
④
⑤
③
返回目录
98
或
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-4 航测立体测图作业工序流程
国家
平、高控制
像片联测
航空摄影
像控点加密
内业立体测图
地形图调绘
内业编辑、修改、成图
① ②
③
④
⑤
⑥
⑦
返回目录
99
作业一
1.试述像平面坐标系、像空间坐标系、像空间辅助坐标系
是怎样建立的？写出像点在后两个坐标系中的变换式。
2.写出共线方程式，并说明式中个符号的意义。
3,什么是单像空间后方交会？计算时需哪些起始数据，解
算哪些未知数？
4.与平坦地区的水平像片相比，航摄像片通常存在什么像
点位移？其中地形起伏引起的像点位移有什么特性？
100
作业二
1.写出双像前方交会公式，并说明式中各符号意义。
2.什么是相对定向？用流程图表示相对定向的计算过程。
3.写出绝对定向的数学模型，并说明绝对定向计算时需要
哪些起始数据，解算哪些未知数？起始数据又如何得到？
4.结合解析测图仪说明航测立体测图的作业过程。
摄影测量学
测绘工程系,李 浩
2
河海大学 土木工程学院
2003年 4月
3
目 录
第一章 绪论
1-1 摄影测量的定义和任务
1-2 影像信息科学的形成与内涵
1-3 影像信息科学的组成
第二章 摄影的基本知识与影像误差处理
2-1 摄影原理与摄影机
2-2 黑白感光材料
2-3 摄影处理与像片晒印
2-4 航空摄影及摄影测量对摄影的基本要求
2-5 像片影像的误差及其处理
4
第三章 单张航摄像片解析
3-1 中心投影的基本知识
3-2 摄影测量常用坐标系
3-3 像片的内外方位元素
3-4 像点在不同坐标系中的变换
3-5 中心投影的构像方程 (共线方程 )
3-6 像点位移
3-7 单像空间后方交会
目 录
5
第四章 立体观察和立体量测
4-1 人眼的立体视觉
4-2 人造立体视觉
4-3 像对的立体观察
4-4 像对的立体量测
第五章 双像解析摄影测量
5-1 双像解析摄影测量概念
5-2 双像空间前方交会
5-3 单像空间后方交会及双像空间前方交会作业流程
5-4 解析相对定向及模型坐标计算
5-5 模型绝对定向
5-6 解析相对定向及解析绝对定向作业流程
5-7 单模型光束法 (双像后方交会 )
目 录
6
第六章 解析空中三角测量概述
6-1 解析空中三角测量的分类
6-2 单航带航带法空中三角测量概述
6-3 光束法空中三角测量概述
第七章 解析立体测图仪及立体测图作业
7-1 解析立体测图仪的基本原理
7-2 解析立体测图仪硬、软件构成
7-3 解析立体测图仪上的立体测图内业过程
7-4 航测立体测图作业工序流程
目 录
7
目 录
第八章 数字地面模型概述
第九章 像片纠正、正射投影技术及综合法测图
9-1 像片纠正的概念与分类
9-2 透视投影变换纠正（常规纠正）
9-3 数字纠正
9-4 综合法测图
8
第十章 数字摄影测量基础知识
10-1 数字影像
10-2 基于灰度的影像匹配
10-3 同名核线与一维匹配概念
10-4 数字摄影测量系统及数字摄影测量生产
第十一章 摄影测量的外业
11-1 像片控制点联测
11-2 像片调绘
目 录
9
第四章 立体观察和立体量测
人眼的立体视觉
§ 4— 1 人眼的立体视觉
返回目录
10
1833年，惠斯通（英）证实，人眼的分辨远近的本
质是生理视差。
设远近不同的两点 A,B在人眼视网膜上产生的生理
视差为 σ
?? ??
2211 ababBA? ?
?
?
?
?
??
??
??
ABBA
ABBA
ABBA
rrBA
rr
rr
等远近、感觉
近远感觉
远近感觉
0
AB0
AB0
?
?
?
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 1 人眼的立体视觉
返回目录
11
一、人造立体视觉的产生
人造立体视觉,一定条件下,
观察立体像对能获得与观察
景物同样的生理视差,
由此产生的立体感觉。
视模型,观察立体像对
获得的景物立体景像。
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 2 人造立体视觉
返回目录
12
二、人造立体观察条件
1,观察立体像对
2,两眼分别观察一张像片上的同名像点
3,使同名像点连线与眼基线大致平行
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 2 人造立体视觉
返回目录
13
一、立体镜方式观察立体
1、立体镜法
2、左右光路仪器的
立体观察系统
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 3 像对的立体观察
返回目录
14
二、重叠影像方式观察立体
1、互补色法
2、光闸法 (液晶闪闭式）
3、偏振光法
第四章 立体观察和立体量测
§ 4— 3 像对的立体观察
返回目录
15
第四章 立体观察和立体量测
双测标立体量测原理
量测时,
可记录 显然有
或记录 ),,,(
),,,(
11
2211
qpyx
yxyx
?
?
?
??
??
qyy
pxx
21
21
§ 4-4 像对的立体量测
返回目录
(像片的左右视差）
（ 像片的上下视差）
16
§ 4-5 立体坐标量测仪
一,HCZ-1型立体坐标量测仪
（同 Zeiss steko1818型）
结构示意图
第四章 立体观察和立体量测
y q
P x
返回目录
17
§ 4-5 立体坐标量测仪
1,仪器结构
⑴ 基座
⑵ 观察系统
左右光路分别观察左右像片
测标为 φ ＝ 0.06mm黑点, 设在光路中；光路放大 8×
⑶ x车架
带动左右像片共同作 x方向运动
带动 x读数装置 （ 0.02mm）
⑷ y车架
带动左右光路系统 （ 连同测标 ） 共同作 y方向运动
带动 y读数装置（ 0.02mm）
第四章 立体观察和立体量测 返回目录
18
§ 4-5 立体坐标量测仪
⑸ p车架
带动右像片相对左像片作 x方向运动 （ 左片不动 ）
带动 p读数装置 （ 0.01mm）
⑹ q车架
带动右光路相对左光路作 y方向运动 （ 左光路不动 ）
带动 q读数装置 （ 0.01mm）
⑺ 像片盘
18cm× 18cm
或 23cm× 23cm
第四章 立体观察和立体量测 返回目录
19
第四章 立体观察和立体量测
⑻ 照明设备
一般使用透明正片或负片
§ 4-5 立体坐标量测仪
返回目录
20
第四章 立体观察和立体量测
2、立体坐标量测作业过程
⑴ 像片归心
使像平面上坐标系
（ 一般采用框标坐标系 ）
原点与坐标仪原点重合
⑵ 像片定向
使像平面上坐标系
的轴系与坐标仪轴系重合
§ 4-5 立体坐标量测仪
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21
第四章 立体观察和立体量测
⑶测定仪器零位置
将左右测标分别对准像平面上坐标系原点读取
x.y.p.q值
检校好的仪器标准零位置为,
⑷ 立体量测
a.动 x.y手轮使测标对准 a1
b,动 p.q手轮使测标对准 a2
c.立体观察下,动 x.y.p.q
手轮使测标立体切准模型点 A
d.记录读数 x.y.p.q
00.1000.0
00.10000.100
00
00
??
??
qp
yx
?
?
?
?
?
?
?
???
???
??
??
)(
)(
012
012
01
01
qqyy
ppxx
yyy
xxx
§ 4-5 立体坐标量测仪
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22
第四章 立体观察和立体量测
二, 其它精密立体坐标量测仪器
1,专门的精密立体坐标量测仪
坐标量测精度达 1μm
具有坐标自动记录功能
2,解析立体测图仪 （ 使用立体坐标量测功能 ）
坐标量测精度 1～ 3μm
具有坐标自动记录功能
具有对像片坐标的后续处理功能
§ 4-5 立体坐标量测仪
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23
第五章 双像解析摄影测量
双像解析摄影测量,
根据立体像对中的物像几何关系，用数学计算方法
解求被摄目标空间坐标的理论方法。
常用的理论方法有,
1、单像空间后方交会 +双像空间前方交会
2、解析相对定向 +解析绝对定向
3、光线束法空中三角测量
§ 5-1 双像解析摄影测量概念
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24
立体摄影测量
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25
双像空间前方交会,在已知立体像对的两张像片的内、外
方位元素前提下，由同名光线交会确定物点空间坐标的计算过程。
一、空间前方交会计算公式,
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,
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
1
1
s
s
s
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
1
1
N1
a
a
a
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
2
(
s
s
s
Z
Y
X
)N2
2
2
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
a
a
a
Z
Y
X
1221
22N1
aaaa
aZaX
ZXZX
XBZB
?
??
1221
11N2
aaaa
aZaX ZXZX XBZB ???
? ?sss ZYX
? ?aaa ZYX
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-2 双像空间前方交会
返回目录
26
双像空间前方交会
返回目录
27
二、空间前方交会计算过程
输入已知数据
( );( )
i=1,2,3… m;
f 等
111111 ???sss ZYX 222222 ???sss ZYX
? ?iyxyx 2211
ZYX BBB 计算
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-2 双像空间前方交会
返回目录
28
21 RR 计算
计算 ;
ia
a
a
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
1
1
ia
a
a
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
2
计算 ? ?iN1
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-2 双像空间前方交会
返回目录
29
??
??
?
??
??
??
12
12
12
ssZ
ssY
ssX
ZZB
YYB
XXB
其中：
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
a
a
a
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
f
y
x
R
iZ
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
计算
计算其它点？
输出
N
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-2 双像空间前方交会
返回目录
30
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;
单像空间后方交会, 分别得左右像片的外方位元素
1,1,1z s 1,y s 1,x s 1,???
双像空间前方交会得待定点物方坐标 （ x,y,z） j
2,2,2z s 2,y s 2,x s 2,???
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-3 单像空间后交 +双像空间前交作业流程
3|),,( ?iZYX i
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31
解析相对定向,利用立体像对中存在的同名光线共面的
几何关系，以解析计算方法解求两张像
片的相对方位元素的过程。
相对定向目的,由立体影像建立被摄目标的几何模型
（几何相似形态）。
一、立体像对的共面条件方程
相对定向元素,确定立体像对中两张像片相对方位的
参数。
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
32
1、连续法相对定向系统
像对的像空间辅助坐标系
选择与 重合
xyzs ?1
XYZS ?1
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
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33
连续法相对定向系统
返回目录
34
相对定向元素为,
显然，在 中,
??
?
???
???
0
0
111
111
???
SSS ZYX
?
?
? ???
222
22;;;;
2
K
BZBYsBX ZSYXS
??
XYZS ?1
2,2,2B z,B y,???
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
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35
为什么 BX不是相对定向元素?
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
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1s
2s
2's
ZB' 2a
2'a
YB'
XB'
XB YB
ZB
mA
1a
A
Z Y
X
36
2、单独法相对定向系统
原为点
像对的像空间辅助坐标系 X轴为 连线方向
Z轴位于左主核面内
( 及 所在平面 )
1S
XYZS ?1 21SS
21SS 1o
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
37
单独法相对定向系统
返回目录
38
相对定向元素为,
显然,在 中,
22211,,,,?????
XYZS ?1
0111 ??? SSS ZYX
111 ;0; ??? ?;0;0; 222 ??? sSS ZYBX
22;2 ; ???
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
39
3、共面条件方程
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
40
因摄影时同名光线与摄影基线共面,故由影像重建几何
模型时,任何一对同名光线都应满足共面条件式,
当各向量坐标表达式为,
则 共面条件式 的行列式表达式为,
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
0)( 221121 ??? aSaSSS
),,(21 ZYX BBBSS ?
),,( 11111 aaa ZYXaS ?
),,( 22222 aaa ZYXaS ?
0
222
111 ?
aaa
aaa
ZYX
ZYX
ZYX
BBB
返回目录
41
二、连续法相对定向
1、定向公式
因
所以
(式中对下标作简化,如 即为 ）
??
?
?????
????
???
??
XXZ
XXY
BtgBB
BtgBB
)c o s(
0
222
111 ??
ZYX
ZYX
BBB
F
XXX ??
1X 1Xa
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
42
将 F按 泰勒级数 展开,取至一次项,得未知数 (相对定向
元素 )的线性方程式
00 ????????????????? dkFdFdFdFdFFF ?????????
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
偏导系数表达式示例,
222
111
ZYX
ZYX
BBB
F XXX
??
?? ?
??
?
?
)(
010
1221
222
111 XZXZB
ZYX
ZYXB XX ???
返回目录
43
对 F展开式整理得,
式中,
Q为推导过程中引入符号,为
Q的几何意义为 模型点的上下视差。
dkNX
dN
Z
YZdN
Z
YXdvB
Z
YdB
XX
22
2
2
2
2
22
2
22
2
2 )()(Q
?
???? ???＝
YBYNYN －－＝ 2211Q
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
44
模型点上的上下视差 Q
返回目录
S1
a1
S2
a2
45
2、定向计算过程
相对定向标准点位
将 Q视为观测值
QdNXdNZYZdNZ YXdBZYdBV xxQ ??????? ????? 222
2
2
2
22
2
22
2
2 )(
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
46
计算流程
输入已知数据
等f
iyxyx i 5|),,,( 2211 ?
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
47
21,RR
确定相对定向元素初值
计算
)0(
0
0
0
1
0
1
0
1
21
00
0
2
0
2
0
2
???
??
??
???
???
??
???
xxB X
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
48
ii
Z
Y
X
Z
Y
X
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
2
2
1
1
1
,
计算
计算
??,,,,,,21 ZY BBQNN
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
49
计算误差方程系数
组成误差方程
组成法方程, 并解
计算未知数新值
???
???
d
d
??
??
0
0
?
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
50
immm ZYX ),,(
Y
dμ, …, dκ 小于限差
计算模型点坐标
输出
N
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
51
三、单独法相对定向
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
0
00
222
111 ??
ZYX
ZYX
B
F
52
四、模型坐标计算
（ 连续法）
??
?
???
???
0
0
111
111
sss ZYX
???
??
?
??? ZsYsXs BZBYBX 222,,
,,222 ???
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
1
1
1
1
Z
Y
X
N
Z
Y
X
m
m
m
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
53
式中，也可取
以消除相对定向残余上下视差的影响。
2/)( 2211 2 YNYYNY sm ???
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-4 解析相对定向及模型坐标计算
返回目录
54
模型坐标计算
返回目录
55
解析绝对定向,利用物方控制点，以解析计算方法解求
（相对定向后建立的）自由模型的绝对定向元素的过程。
绝对定向目的,将相对定向得到的自由模型经空间相似
变换纳入测图坐标系 。
一、解析绝对定向的基本公式
空间相似变换
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
?
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?
?
?
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?
?
Z
Y
X
Z
Y
X
R
Z
Y
X
m
m
m
＋＝ ?
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
56
设
线性化
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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Z
Y
X
Z
Y
X
Z
Y
X
RF
m
m
m
?
ZdZFYdYFXdXFdKKFdFdFdFFF ???????????????????????????????? ??0
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
?
?
?
?
?
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?
?
?
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?
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?
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???
???
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zd
Yd
Xd
Z
Y
X
ddd
dddK
ddKd
Z
Y
X
Z
Y
X
R
Z
Y
X
m
m
m
m
m
m
?
?
?
?? 0
0
0
0
00
返回目录
57
二,定向计算过程
绝对定向的控制点
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
58
误差方程
至少需两个平高控制点和一个高程控制点，解求七个
绝对定向元素。
?
?
?
?
?
?
?
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Z
Y
X
mmm
mmm
mmm
Z
Y
X
l
l
l
Kd
d
d
d
Zd
Yd
Xd
YXZ
XZY
YZX
V
V
V
?
0100
0010
0001第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
59
计算流程
jmmm
immmi
ZYX
iZYXZY
),,(
3),,(,),,X( ?
输入已知数据
确定未知数初始值
000000
0,,,Z,Y,X,???????
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
60
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
计算 R
计算
Z
Y
X
l
l
l
组成误差方程
返回目录
61
???
??????
d
d
d
0
0
0
??
??
?????
??N
组成法方程并解
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
返回目录
62
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
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Z
Y
X
Z
Y
X
R
Z
Y
X
jm
m
m
j
?
Z
Y
X
l
l
l
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-5 模型绝对定向
小于限差
计算
Y
N
返回目录
63
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-6 解析相对定向 +解析绝对定向作业流程
像片控制测量, 获得像控点物方坐标
3),,( ?iZYX i
像点坐标量测,
j
i
yxyx
yxyx
),,,(
),,,(
2211
2211
解析相对定向, 得 （ 连续法 ）
222,,,,???ZY BB
返回目录
64
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-6 解析相对定向 +解析绝对定向作业流程
解析绝对定向, 得
jimmm ZYX ;),,(计算模型点坐标
??????,,,Z,Y,X,?
计算待定点物方坐标 jZYX ),,(
返回目录
65
单模型光束法,
以单个模型为单元，将两张像片的
外方位元素及待定点物方坐标作为
未知数，在一 个平差系统中整体
求解的算法。
(理论严密，解求精度高 )
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
返回目录
66
对共线方程 线性化,有
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
?
?
?
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?
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dZ
Z
y
dY
Y
y
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X
y
dK
K
y
d
y
d
y
dZ
Z
y
dY
Y
y
dX
X
y
yy
dZ
Z
x
dY
Y
x
dX
X
x
dK
K
x
d
x
d
x
dZ
Z
x
dY
Y
x
dX
X
x
xx
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
s
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?
?
?
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)(
)(
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
返回目录
67
误差方程形式为
写成
?
?
?
?
?
?
?
?
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?
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d
d
d
dZ
dY
dX
aaaaaa
aaaaaa
V
V
s
s
s
y
x
262524232221
161514131211
?
?
?
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?
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y
x
l
l
dZ
dY
dX
a
a
a
a
a
a
23
13
22
12
21
11
第五章 双像解析摄影测量
? ? LtxBAV ??
?
?
??
??
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
返回目录
68
显然，对一个控制点或一个待定点,
可列出四个方程式 。
例如，设像对内有三个控制点和二个待定点
（如图所示），则所列误差方程为,
第五章 双像解析摄影测量
1
2
4
5
3
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
返回目录
69
控制点 1
控制点 2
??
?
?
??
? )2(
1
1
y
x
V
V )2(1
2121
)2(
1
1
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?
?
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?????
ly
lxOtOtOXXA
?
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?
?
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2
2
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x
V
V )2(
2
2
212
)2(
21 ??
??
?
?????
ly
lxOtOtXAOX
)1(
1
1 ?
?
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y
x
V
V )1(1
2121
)1(
1
1
??????????? ly
lxOtOtOXXA
)1(
2
2
212
)1(
21
)1(
2
2 ?
?
??
?
??????
???
?
???
?
ly
lxOtOtXAOX
V
V
y
x
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
返回目录
70
控制点 3
待定点 4
)3(
1
2121
)3(
1
1
??????????? lylxOtOtOXXA
)3(
1
1 ?
?
??
?
?
y
x
V
V
)3(
2
2
212
)3(
21 ??
??
?
??????
ly
lxOtOtXAOX)3(
2
2
???
?
???
?
y
x
V
V
)4(
1
21)4(121)4(1
1
??????????? lylxOttBOXXA
)4(
1
1 ?
?
??
?
?
y
x
V
V
)4(
2
2
21
)4(
22
)4(
21 ??
??
?
??????
ly
lxOttBXAOX
)4(
2
2
???
?
???
?
y
x
V
V
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
返回目录
71
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
待定点 5
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2
2
2
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212
)5(
21
)5(
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1
2
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1121
)5(
1
)5(
2
2
11
1
ly
lx
tBOtXAOX
V
V
ly
lx
tBOtOXXA
V
V
y
x
y
x
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72
法方程形式为
0?
?
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?
?
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?
?
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LB
LA
t
x
BBAB
BAAA
T
T
TT
TT
第五章 双像解析摄影测量
§ 5-7 单模型光束法（双像后方交会）
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73
解析空中三角测量, 以像点坐标为依据,采用一定
的数学模型，用少量控制点作为平差条件，解求加密点
物方坐标的理论方法或作业过程。
1.像控点的加密
解析空三的应用 2.地籍界址点测量
3.大范围变形监测
4.高精度近景测量
第六章 解析空中三角测量概述
§ 6-1 解析空中三角测量的分类
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74
第六章 解析空中三角测量概述
单模型空三
按平差计算范围大小分 单航带空三
（加密区域） 区域网空三
航带法空三
按平差计算中的数学模型分 独立模型法空三
光束法空三
§ 6-1 解析空中三角测量的分类
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75
第六章 解析空中三角测量概述
§ 6-2 航带法单航带空三
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76
第六章 解析空中三角测量概述
一、航带模型的建立
1、像点坐标量测与系统误差改正
得 像控点、加密点的像平面坐标（ x,y）
2,连续法相对定向建立各单模型
得 像控点、加密点的模型坐标
（在各个像对的空辅坐标系中）。
3、各单模型利用公共点连接，建立起航带模型
得 像控点、加密点的在航带模型中的模型坐标
（在统一的航带空辅坐标系 中,
且具有统一的模型比例尺）。
§ 6-2 航带法单航带空三
ismmm ZYX ),,(
xyzs ?1
1),,( smmm ZYX
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77
第六章 解析空中三角测量概述
§ 6-2 航带法单航带空三
Si-1
ii
ii
Ms
Ms
ik 1
' 1 ???
Z
X
Y Si
i
i-1
Mi
Mi-1
Si+1
)( 1' ?is
)( 'is
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78
第六章 解析空中三角测量概述
二、航带模型的绝对定向
得 像控点、加密点的地面摄测坐标 。
（可能只进行概略绝对定向，并含有非线性变形误差）
三、航带模型的非线性变形改正
利用三次或二次多项式作改正式,
§ 6-2 航带法单航带空三
),,( ___ ZYX
_
2
6
3
54
2
3
_
2
_
10
_
2
6
3
54
2
3
_
2
_
10
_
2
6
3
54
2
3
_
2
_
10
YXcXcYXcXcYcXccZ
YXbXbYXbXbYbXbbY
YXaXaYXaXaYaXaaX
?????
?????
?????
????????
????????
????????
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79
第六章 解析空中三角测量概述
（利用一定数量控制点上的内外业坐标不符值，先
解出多项式系数）
得加密点的地面摄测坐标 。
§ 6-2 航带法单航带空三
),,( ZYX
ZZZ
YYY
XXX
???
???
???
?
?
?
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80
第六章 解析空中三角测量概述
光束法空三,根据共线方程，将全区域像片的外方位元素
和所有加密点的物方坐标作为未知数，以少量控制点
为条件，在一个平差系统中整体解算的理论、方法。
由共线方程线性化后得到的误差方程形式为
权 （ a）
式中
A= B=
§ 6-3 光束法空中三角测量概述
LBtAXV ??? ap
11a 12a
24a
13a 14a 15a 16a
22a 23a21a 25a 26a
11a? 12a? 13a?
21a? 22a? 23a?
? ?Tsss ddddZdYdXX ????
? ?TdZdYdXt ?
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81
第六章 解析空中三角测量概述
对控制点，一般有 t=0 ;
若控制点物方坐标也参与平差，则将 物方坐标 当作
观测值，构成一组控制点物方坐标误差方程,
即,权 (b)
§ 6-3 光束法空中三角测量概述
??
?
?
?
????
????
????
ZZZV
YYYV
XXXV
z
y
x
0
0
0
??
?
?
?
????
????
????
)(
)(
)(
0
0
0
ZZZV
YYYV
XXXV
Z
Y
X
bp
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82
第六章 解析空中三角测量概述
平差时，将两类观测值的误差方程（ a),(b)整体解算。
误差方程一般形式仍可写成
法方程形式为
或写成
改化法方程式为
§ 6-3 光束法空中三角测量概述
LBtAXV ???
0???????????????
?
?
??
?
PLB
PLA
t
X
PBBPAB
PBApAA
t
t
tt
tt
0
2
1
2212
1211 ??
?
??
?
??
????????
??
?
?
L
L
t
X
NN
NN
T
? ?
? ? 1111122121111222
2
1
2212112
1
221211
LNNLtNNNN
LNNLXNNNN
TT
T
??
??
???
???
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83
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
一、解析测图仪的结构
解析测图仪 是由精密立体坐标量测仪（带伺服系统）,
计算机、数控绘图仪、接口设备及相应软件组成的
立体测图系统。
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
立体坐标量测仪
作业员
计
算
机
数控
绘图仪
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84
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
二、解析测图仪的优点
（与模拟测图仪相比较）
1、精度高
光机部分简单、结构稳定。
改正系统误差、平差偶然误差
像点量测精度达 1～ 3μ m
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
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85
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
2、功能强
作业不受摄影方式及仪器活动范围限制,
可处理各类航片或卫片资料。
可完成多种测绘工作
取得多种测绘成果
3、效率高
解析定向
机助测图
4、可产生数字测绘产品，便于成果进入 GIS管理应用
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
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86
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
三、解析测图仪工作原理
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
数控
绘图桌
计
算
机
立 体 坐 标 量 测 仪
MX
MY Y
Z
X
2y2x1y1x
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87
1、定向过程中
在仪器上，经像对定向（包括解析内定向、解析相对
定向、解析绝对定向）后，建立起物像对应关系。
2、测绘过程中
从手轮、脚盘读出模型的地面摄测坐标（ X,Y,Z)
输入计算机算得相应的像平面坐标
由伺服系统驱动测标运动到对应像点位置
作业员观察到测标在立体模型上的位置
以上步骤由实时程序控制，以高频率自动重复执行,
作业员即可观测到连续、完整的立体模型。
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
),( yx ),( '' yx
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88
四、解析测图仪的发展
Δ 1957年 Halava 提出设计思想
Δ 1976年 13届 ISP大会展出七家公司的仪器，标志
解析仪转入民用（ 其时，内存只 12～ 32k）
Δ 八十年代开始逐步取代模拟测图仪，成为生产的
主流仪器。本身也由机助测图仪发展成为数据库
管理系统控制下的空间数据采集工作站。
Δ 90年代中后期，逐渐被数字摄影测量系统所取代。
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-1 解析测图仪的基本原理
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89
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
一、硬件
1、精密立体坐标量测仪
实现对像片及立体模型的观测
2、计算机
数据处理、管理
3、数控绘图仪
模拟成果输出
4、接口设备
编码器,A/D 转换
伺服系统,D/A转换
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
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90
解析立体测图仪 (WILD AC1)
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91
二、软件
1、操作系统
管理、支持整个仪器系统工作
2、摄影测量系统软件
完成摄影测量任务
（ 1） 实时程序
起数字导杆作用
（ 2) 应用程序
实现各项具体量测功能
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
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92
a,解析内定向
量测框标建立起像点的仪器坐标到像平面坐标的变
换关系，将像点的仪器坐标转换为像平面坐标。
一般采用 仿射变换
b, 解析相对定向
量测同名像点，解得相对定向元素建立起自由立体
模型。
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
??
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?
0
0
21
21
b
a
y
x
bb
aa
y
x ＋
仪
仪
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93
c,解析绝对定向
量测像控点，解得绝对定向元素将模型纳入测图坐标
系统。
d,数字测图
机助立体测绘
数字地面模型数据点采集
空中三角测量
地形分析
在线影像自动匹配
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
*e
*f
*g
*h
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94
近景摄影测量
卫星影像立体测绘
*i
????
*j
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-2 解析测图仪硬、软件构成
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95
解
析
立
体
测
图
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96
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-3 解析测图仪上的立体测图内业过程
数据输入
解析内定向
解析相对定向
数字测图
解析绝对定向
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97
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-4 航测立体测图作业工序流程
国家平高控制
像片联测
像片调绘
航空摄影
像控点加密
内业立体测图
① ②
④
⑤
③
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98
或
第七章 解析立体测图仪及立体测图流程
§ 7-4 航测立体测图作业工序流程
国家
平、高控制
像片联测
航空摄影
像控点加密
内业立体测图
地形图调绘
内业编辑、修改、成图
① ②
③
④
⑤
⑥
⑦
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99
作业一
1.试述像平面坐标系、像空间坐标系、像空间辅助坐标系
是怎样建立的？写出像点在后两个坐标系中的变换式。
2.写出共线方程式，并说明式中个符号的意义。
3,什么是单像空间后方交会？计算时需哪些起始数据，解
算哪些未知数？
4.与平坦地区的水平像片相比，航摄像片通常存在什么像
点位移？其中地形起伏引起的像点位移有什么特性？
100
作业二
1.写出双像前方交会公式，并说明式中各符号意义。
2.什么是相对定向？用流程图表示相对定向的计算过程。
3.写出绝对定向的数学模型，并说明绝对定向计算时需要
哪些起始数据，解算哪些未知数？起始数据又如何得到？
4.结合解析测图仪说明航测立体测图的作业过程。
