0202-摄影测量坐标系及方位元素.pptx

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1、摄影测量学摄影测量学photogrammetryphotogrammetry摄影测量坐标系及摄影测量坐标系及方位元素方位元素 问题的引出问题的引出？数学分析方法数学分析方法第一第一步：数学描述，建立坐标系步：数学描述，建立坐标系第二步：建立关系方程第二步：建立关系方程AaoSf航摄像片是地面的航摄像片是地面的中心投影中心投影。如何建立如何建立像点像点与与地面点地面点之间的关系？之间的关系？一、摄影测量常用坐标系一、摄影测量常用坐标系二、航摄像片的内、外方位元素二、航摄像片的内、外方位元素三、像点坐标变换三、像点坐标变换contentscontents飞行方向1 1、框标坐标系、框标坐标系(o-

2、xy)一、摄影测量常用坐标系的定义oxy如何表示像点如何表示像点量测坐标？量测坐标？JIAoxy2 2、扫描坐标系、扫描坐标系(AIJ)用于表示用于表示扫描后数字影像的扫描后数字影像的量测象素坐标量测象素坐标飞行方向1 1、框标坐标系、框标坐标系(o-xy)oxy 大地坐标系是指高斯平面大地坐标系是指高斯平面坐标和高程所组成的坐标和高程所组成的左手空左手空间系；间系；描述地面点的空间位置；描述地面点的空间位置；摄影测量的成果最终转化到摄影测量的成果最终转化到该坐标系中。该坐标系中。3 3 3 3、大地坐标系大地坐标系大地坐标系大地坐标系 用于表示像点用于表示像点量测坐标量测坐标。一、摄影测量常

3、用坐标系的定义SOSO：主光轴：主光轴一、摄影测量常用坐标系的定义SoAa4 4 4 4、像、像、像、像平面坐标系平面坐标系平面坐标系平面坐标系 o-xyo-xyo-xyo-xy 表示像点在表示像点在表示像点在表示像点在像平面像平面像平面像平面内位置内位置内位置内位置的平面直角坐标系。的平面直角坐标系。的平面直角坐标系。的平面直角坐标系。xyxy一、摄影测量常用坐标系的定义原点、轴向、作用原点、轴向、作用oxyyxoa ayx2D3D？SoAaxyxySyxyxa-fyxz5 5、像、像空间坐标系空间坐标系 s-xyzs-xyz 表示表示表示表示像点在像方空间位置像点在像方空间位置像点在像方空

4、间位置像点在像方空间位置的空间直角坐标系。的空间直角坐标系。的空间直角坐标系。的空间直角坐标系。xyz原点、轴向、作用原点、轴向、作用一、摄影测量常用坐标系的定义一、摄影测量常用坐标系的定义(x,y,-f)(x,y,-f)O右手系？左手系6 6、像空间辅助坐标系、像空间辅助坐标系 S-XYZ 原点、轴向、作用原点、轴向、作用像空间和物空间过渡性的坐像空间和物空间过渡性的坐像空间和物空间过渡性的坐像空间和物空间过渡性的坐标系；标系；标系；标系；用于表示模型空间各点的位用于表示模型空间各点的位用于表示模型空间各点的位用于表示模型空间各点的位置，也可表示像点的空间位置，也可表示像点的空间位置，也可表

5、示像点的空间位置，也可表示像点的空间位置。置。置。置。X X轴大体上与航线方向或者轴大体上与航线方向或者轴大体上与航线方向或者轴大体上与航线方向或者反方向一致反方向一致反方向一致反方向一致，Z Z轴铅轴铅轴铅轴铅垂。垂。垂。垂。右手系右手系右手系右手系SoAaxyxyxyzXZYXZYXZYXZYM一、摄影测量常用坐标系的定义原点、轴向、作用原点、轴向、作用SoAaxyxyxyz 摄影测量坐标系摄影测量坐标系Z轴铅垂的摄影测量坐标系轴铅垂的摄影测量坐标系为地面辅助坐标系。为地面辅助坐标系。一、摄影测量常用坐标系的定义(Coordinate System)像空间坐标系像空间坐标系 摄影测量坐标系

6、摄影测量坐标系 像空间辅助像空间辅助坐标系坐标系 大地坐标系大地坐标系 像平面坐标系像平面坐标系 常用的摄影测量坐标系常用的摄影测量坐标系常用的摄影测量坐标系常用的摄影测量坐标系统统统统 扫描坐标系扫描坐标系 框标坐标系框标坐标系像方空间坐标系像方空间坐标系物方空间坐标系物方空间坐标系 地面摄影测量坐标系地面摄影测量坐标系框标坐标系像空间坐标系地面辅助坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量SoAaxyxyxyz关系？关系？已知 问题的引出问题的引出框标坐标系像空间坐标系地面辅助坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量关系?内方位元素外方位元素关系?（Element of orientation）关系已知

7、？二、航摄像片的内、外方位元素内方位元素内方位元素内方位元素内方位元素投影中心对航摄像片的相对位置叫做像片投影中心对航摄像片的相对位置叫做像片的的内方位内方位；确定内方位的独立参数叫做；确定内方位的独立参数叫做内方内方位元素位元素。确定投影中心对像片的相对位置的参数；确定投影中心对像片的相对位置的参数；内方位元素一般是已知的内方位元素一般是已知的 注意 x0，y0都为小值都为小值框标坐标系像空间坐标系内方位元素xyz二、航摄像片的内、外方位元素内方位元素内方位元素内方位元素内方位元素框标坐标系、像平面坐标系、框标坐标系、像平面坐标系、框标坐标系、像平面坐标系、框标坐标系、像平面坐标系、像空系之

8、间的关系像空系之间的关系像空系之间的关系像空系之间的关系xyza 在框标坐标系中的坐标为在框标坐标系中的坐标为在框标坐标系中的坐标为在框标坐标系中的坐标为 a 在像空系中的坐标为在像空系中的坐标为在像空系中的坐标为在像空系中的坐标为二、航摄像片的内、外方位元素内方位元素内方位元素内方位元素内方位元素每条摄影光线在像空系中有一每条摄影光线在像空系中有一个确定的方向。个确定的方向。作用：作用：1、像点的框标坐标系向像空系的、像点的框标坐标系向像空系的改化；改化；2、确定摄影光束的形状；、确定摄影光束的形状；SxyoaAzxy二、航摄像片的内、外方位元素框标坐标系像空间坐标系地面辅助坐标系大地坐标系

9、像点地面点摄影测量关系?内方位元素外方位元素关系?关系已知？二、航摄像片的内、外方位元素SoAaxyxyxyz外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素像空间坐标系地面辅助坐标系外方位元素关系?确定摄影时确定摄影时确定摄影时确定摄影时像空系像空系像空系像空系在在在在地辅系地辅系地辅系地辅系中中中中位置和方向的元素叫做航摄像片位置和方向的元素叫做航摄像片位置和方向的元素叫做航摄像片位置和方向的元素叫做航摄像片的的的的外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素。二、航摄像片的内、外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素外方位元素外方位线元素外方位线元素:确定像空系的原点确定像空系的原点S S在地辅系中

10、的坐标；在地辅系中的坐标；外方位角元素外方位角元素:确定像空系三轴在地辅系中的方向。确定像空系三轴在地辅系中的方向。确定确定确定确定像空系像空系像空系像空系在在在在地辅系地辅系地辅系地辅系中位置和方向所需要中位置和方向所需要中位置和方向所需要中位置和方向所需要 的元素。的元素。的元素。的元素。线元素线元素线元素线元素角元素角元素角元素角元素二、航摄像片的内、外方位元素SoAaxyxyxyz确定像空系的原点确定像空系的原点S S在地辅系在地辅系中的坐标；中的坐标；外方位线元素外方位线元素外方位线元素外方位线元素二、航摄像片的内、外方位元素ZYX确定像空系三轴在地辅系中的方向。确定像空系三轴在地辅

11、系中的方向。Soxyxyz1)1)1)1)2)2)2)2)3)3)3)3)系统系统系统系统 系统系统系统系统系统系统系统系统外方位角元素外方位角元素外方位角元素外方位角元素二、航摄像片的内、外方位元素1)1)1)1)倾倾倾倾角角角角。主主主主光光光光轴轴轴轴轴轴轴轴在在在在XZXZ坐坐坐坐标标标标面面面面上上上上 的投影的投影的投影的投影与与与与Z Z轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。侧侧侧侧滚滚滚滚角角角角。主主主主光光光光轴轴轴轴与与与与其其其其在在在在XZXZ坐标坐标坐标坐标面上的投影之间的面上的投影之间的面上的投影之间的面上的投影之间的夹角。夹角。夹角。夹角。旋角。旋角。旋角。旋

12、角。Y Y轴在轴在轴在轴在xyxy坐标面上坐标面上坐标面上坐标面上 的投影与的投影与的投影与的投影与y y轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。确定确定确定确定x x，y y轴在自身平面内的轴在自身平面内的轴在自身平面内的轴在自身平面内的方向方向方向方向 确定确定确定确定z z轴的方向轴的方向轴的方向轴的方向作用作用逆时针方向为正逆时针方向为正逆时针方向为正逆时针方向为正二、航摄像片的内、外方位元素oxyyxzSYXZo x OMNh逆时针方向为正逆时针方向为正逆时针方向为正逆时针方向为正二、航摄像片的内、外方位元素 倾倾倾倾角角角角。主主主主光光光光轴轴轴轴轴轴轴轴在在在在XZXZ坐坐坐坐

13、标标标标面面面面上上上上 的投影的投影的投影的投影与与与与Z Z轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。侧侧侧侧滚滚滚滚角角角角。主主主主光光光光轴轴轴轴与与与与其其其其在在在在XZXZ坐标坐标坐标坐标面上的投影之间的面上的投影之间的面上的投影之间的面上的投影之间的夹角。夹角。夹角。夹角。旋角。旋角。旋角。旋角。Y Y轴在轴在轴在轴在xyxy坐标面上坐标面上坐标面上坐标面上 的投影与的投影与的投影与的投影与y y轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。轴的夹角。确定确定确定确定x x，y y轴在自身平面内的轴在自身平面内的轴在自身平面内的轴在自身平面内的方向方向方向方向 确定确定确定确定z z轴的方向轴

14、的方向轴的方向轴的方向作用作用1)1)1)1)S-XS-XYZYZS-XYZS-XYZ第一次旋转第一次旋转XYXYZS1)1)1)1)系统系统系统系统 绕绕Y轴轴YXZXY二、航摄像片的内、外方位元素1)1)1)1)系统系统系统系统 S-S-X X Y Y Z Z 第二次旋转第二次旋转绕绕 XX轴轴 xyXXXYYZ ZSZS-XYZS-XYZX YXYo二、航摄像片的内、外方位元素1)1)1)1)系统系统系统系统 绕绕 Z Z 轴轴S-xyzS-xyz第三次旋转第三次旋转 Z Z X X Y Y SxyyxzS-S-X X Y Y Z Z Y Y X X oz二、航摄像片的内、外方位元素P-

15、XP-XP-XP-XP P P PY Y Y YP P P PZ Z Z ZP P P PS-xyzS-xyzY-X-Z1)1)1)1)系统系统系统系统 摄影测量摄影测量摄影测量摄影测量坐标系坐标系坐标系坐标系 像空系像空系像空系像空系 xOoyyxzSYXZo MNh以以Y Y为主轴的外方位角元素为主轴的外方位角元素二、航摄像片的内、外方位元素框标坐标系像空间坐标系地面辅助坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量关系?内方位元素外方位元素关系?关系已知线元素：角元素：内方位元素3个，外方位元素6个。二、航摄像片的内、外方位元素1 像点的平面坐标变换三、像点坐标变换xypxyaxypx xy yoy

16、 y0 0 x x0 0a a2 像点空间坐标变换R称为旋转矩阵，称为旋转矩阵，R为正交矩阵，由三个独立参数为正交矩阵，由三个独立参数确定。确定。xyozxysX XY YZ Z1）以Y轴为主轴的、系统的坐标变换S-XYZS-XYZ绕绕Y Y轴旋转轴旋转 角到角到S-S-X X Y Y Z Z XYZSXZaS-XS-X Y Y Z Z 绕绕X X 轴旋转轴旋转 角到角到S-XS-XY YZ ZYXZSY Za 1）以Y轴为主轴的、系统的坐标变换S-XS-XY YZ Z绕绕Z Z轴旋转轴旋转角角 到到S-xyzS-xyza XZYSXY1）以Y轴为主轴的、系统的坐标变换1）以Y轴为主轴的、系统

17、的坐标变换1）以Y轴为主轴的、系统的坐标变换2）以X轴为主轴的，、，、，系统的坐标变换YzSXYZa2）以X轴为主轴的，、，、，系统的坐标变换aXZXz SY2）以X轴为主轴的，、，、，系统的坐标变换XYXz SYa2）以X轴为主轴的，、，、，系统的坐标变换a1=coscosa2=-cossin a3=-sinb1=cossin sin sincos b2=coscos+sin sinsin b3=-sin cosc1=sinsin+cossincosc2=sincos-cossinsinc3=coscos 2）以X轴为主轴的，、，、，系统的坐标变换3）以Z轴为主轴的Av系统的坐标变换a1=cosAcosv+sinAcossinv a2=-cosAsinv+sinAcoscosv a3=-sinAsinb1=-sinAcos v+cosAcossinv b2=sinAsinv+cosAcoscosv b3=-cosAsinc1=sin sinv c2=sincosv c3=cos3）以Z轴为主轴的Av系统的坐标变换To be continued!To be continued!