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航空攝影測量的基礎知識

發布日期:2018-03-22 00:00 瀏覽量:16577

  一、航空攝影

  定義:空中攝影是利用飛機或其它飛行器(如氣球、人造衛星和宇宙飛船等),在其上裝載專門的攝影機對地面進行攝影而獲得像片,其中用飛機進行空中攝影的叫航空攝影航空攝影具有以下優點:
  (1)可以居高臨(lin)下地(di)觀察;
  (2)航片能把觀(guan)察到的各種地面特征在(zai)同一時(shi)間里客觀(guan)地記錄下來;
  (3)記錄動態現象;
  (4)航片是(shi)現(xian)狀的永久性記錄,且有充裕時間來仔細研究,可將外(wai)業現(xian)場搬(ban)至室內探討(tao);
  (5)提高空間分(fen)辨率。

  1、攝(she)影方式

  按攝影機鏡頭主光軸的方位不同,攝影方式分為垂直攝影和傾斜攝影兩種。鏡頭主光軸處于鉛垂位置的攝影稱為垂直攝影,實際上,很難控制攝影機主光軸的鉛垂,常含有微小的傾斜角,只要傾角小于2度都稱之為垂直攝影。鏡頭主光軸偏離鉛垂直位置的傾斜角大于2度時就稱之為傾斜攝影

  2、對(dui)航空像片的要求(qiu)

  (1)影(ying)像呈像清晰(xi)、色調一致、反差適中。
  (2)一條航(hang)(hang)線上相鄰兩張像(xiang)片(pian)應有一定(ding)的重(zhong)疊影像(xiang),一般要(yao)(yao)求55%-65%的重(zhong)疊度。相鄰航(hang)(hang)線之間的影像(xiang)重(zhong)疊,稱為旁向重(zhong)疊,要(yao)(yao)求有30%左(zuo)右的重(zhong)疊度。
  (3)航攝像片傾斜角應越小越好,一般不應大于2度,個別最大傾斜角不應超過3度。
  (4)航(hang)線(xian)彎曲最(zui)大(da)偏離值與航(hang)線(xian)全長之比不大(da)于3%。
  3、像片比(bi)例尺
  像(xiang)(xiang)片(pian)上某兩(liang)點間的(de)距離(li)與地面上相(xiang)應兩(liang)點的(de)水平距離(li)之比(bi),叫像(xiang)(xiang)片(pian)比(bi)例(li)尺。通(tong)常用表示:
  1.gif攝影(ying)鏡頭的焦距(ju); *2.gif鏡頭(tou)中(zhong)心(xin)相(xiang)對(dui)于地面的高(gao)(gao)度,稱(cheng)為相(xiang)對(dui)航(hang)高(gao)(gao)。
  由于(yu)各種因(yin)素的(de)(de)綜合影響(xiang),蛇(she)形時飛機不可能始終保持同樣(yang)的(de)(de)高度(du),地面也(ye)總有起伏,航高并(bing)不一(yi)致(zhi),因(yin)而像片上各部分(fen)的(de)(de)比(bi)例尺(chi)亦是不一(yi)致(zhi)的(de)(de)。

  二、航(hang)空攝影的(de)投影方式(shi)

  1、中心投影:空間(jian)任意一(yi)點(dian)(dian)(dian)M 與一(yi)固(gu)定(ding)點(dian)(dian)(dian)S的(de)(de)連線(xian)(或其延長線(xian))被一(yi)給定(ding)的(de)(de)平面P所(suo)截(jie)時,則(ze)此(ci)直線(xian)與平面的(de)(de)交點(dian)(dian)(dian)m,就叫做(zuo)M點(dian)(dian)(dian)的(de)(de)中(zhong)心(xin)投(tou)影(ying)(ying)。M 點(dian)(dian)(dian)稱物點(dian)(dian)(dian),S點(dian)(dian)(dian)稱投(tou)影(ying)(ying)中(zhong)心(xin),m點(dian)(dian)(dian)為點(dian)(dian)(dian)M的(de)(de)像(xiang)。MS為投(tou)影(ying)(ying)光線(xian),P為投(tou)影(ying)(ying)面。按中(zhong)心(xin)投(tou)影(ying)(ying)定(ding)義知(zhi):物點(dian)(dian)(dian)M、像(xiang)點(dian)(dian)(dian)m和投(tou)影(ying)(ying)中(zhong)心(xin)S這(zhe)三點(dian)(dian)(dian)是共線(xian)的(de)(de)。位置(zhi)關系如圖:


5.gif

  m點(dian)位(wei)(wei)于M點(dian)和S點(dian)之(zhi)間(jian)          M點(dian)位(wei)(wei)于m點(dian)和S點(dian)之(zhi)間(jian)          S點(dian)位(wei)(wei)于M點(dian)和m點(dian)之(zhi)間(jian)。
  前(qian)兩種(zhong)情況得到的(de)影(ying)(ying)(ying)像(xiang)叫陽位像(xiang),第三(san)種(zhong)情況叫陰位像(xiang)。攝影(ying)(ying)(ying)時(shi)物鏡中心就是投(tou)影(ying)(ying)(ying)中心;攝影(ying)(ying)(ying)底片就是投(tou)影(ying)(ying)(ying)面(mian),攝影(ying)(ying)(ying)影(ying)(ying)(ying)像(xiang)就是被攝地面(mian)的(de)中心投(tou)影(ying)(ying)(ying)。
  2、中心投(tou)影成像規律

  三、航(hang)空(kong)像片上的特征點和線(xian)

6.jpg

  P為傾(qing)斜(xie)像(xiang)面,S為鏡頭中心,P0為過S的(de)水平面,P0與P所夾的(de)二面角α是像(xiang)片(pian)傾(qing)斜(xie)角。
  像主點(o):航空攝影機主光軸SO與像面的交點,稱為像主點。
  像底點(n):通過鏡頭中(zhong)心S的地面(mian)鉛(qian)垂線(主垂線)與像面(mian)的交點,稱為像底點。
  等角(jiao)(jiao)(jiao)點(c):主(zhu)光軸與(yu)主(zhu)垂線的(de)(de)夾(jia)角(jiao)(jiao)(jiao)是像(xiang)片傾斜角(jiao)(jiao)(jiao)α,像(xiang)片傾角(jiao)(jiao)(jiao)的(de)(de)平分線與(yu)像(xiang)面(mian)(mian)的(de)(de)交點稱為等角(jiao)(jiao)(jiao)點。當地面(mian)(mian)平坦時,只有以等角(jiao)(jiao)(jiao)點為頂點的(de)(de)方向(xiang)角(jiao)(jiao)(jiao),才是地面(mian)(mian)與(yu)像(xiang)片上對應相等的(de)(de)角(jiao)(jiao)(jiao)度(du)。
  主(zhu)縱(zong)(zong)線(xian)(xian)與(yu)(yu)主(zhu)橫(heng)線(xian)(xian):包(bao)括主(zhu)垂(chui)(chui)(chui)線(xian)(xian)與(yu)(yu)主(zhu)光軸的平面稱(cheng)為主(zhu)垂(chui)(chui)(chui)面,主(zhu)垂(chui)(chui)(chui)面與(yu)(yu)像面的交(jiao)線(xian)(xian)VV稱(cheng)為主(zhu)縱(zong)(zong)線(xian)(xian),它(ta)在(zai)像片(pian)上(shang)(shang)是通過像主(zhu)點(dian)和(he)像底點(dian)的直(zhi)線(xian)(xian)。與(yu)(yu)主(zhu)縱(zong)(zong)線(xian)(xian)垂(chui)(chui)(chui)直(zhi)且通過像主(zhu)點(dian)的h0h0稱(cheng)為主(zhu)橫(heng)線(xian)(xian)。主(zhu)縱(zong)(zong)線(xian)(xian)與(yu)(yu)主(zhu)橫(heng)線(xian)(xian)構成像片(pian)上(shang)(shang)的直(zhi)角(jiao)坐(zuo)標軸。
  等(deng)(deng)比(bi)線(xian)(xian)(xian):通(tong)過等(deng)(deng)角(jiao)點(dian)(dian)且垂直(zhi)于主縱線(xian)(xian)(xian)的直(zhi)線(xian)(xian)(xian)hch0稱為(wei)等(deng)(deng)比(bi)線(xian)(xian)(xian)。在(zai)等(deng)(deng)比(bi)線(xian)(xian)(xian)上(shang)比(bi)例尺(chi)不變。在(zai)水(shui)平(ping)像片上(shang),像主點(dian)(dian)、像底點(dian)(dian)和等(deng)(deng)角(jiao)點(dian)(dian)重合,主橫線(xian)(xian)(xian)和等(deng)(deng)比(bi)線(xian)(xian)(xian)重合于交點(dian)(dian)o上(shang)。

  四、像片傾斜引起的像點位移(yi)

  若航空攝影時,像面未能保持水平,將因投影面傾斜,而使像的位置發生變化,這就是因像片傾斜引起的像點位移。當傾斜角很小時,這種誤差是不易觀察出來的。
  P0與P為(wei)同一攝影站的水(shui)平(ping)像(xiang)(xiang)片(pian)和(he)傾(qing)(qing)斜像(xiang)(xiang)片(pian),地(di)面上任意(yi)點(dian)(dian)A在水(shui)平(ping)像(xiang)(xiang)片(pian)和(he)傾(qing)(qing)斜像(xiang)(xiang)片(pian)的像(xiang)(xiang)點(dian)(dian)分別為(wei)a0和(he)a,c為(wei)等(deng)角點(dian)(dian),hchc為(wei)等(deng)比(bi)線。為(wei)研究(jiu)像(xiang)(xiang)點(dian)(dian)a的位移,假設(she)將像(xiang)(xiang)面P0以等(deng)比(bi)線為(wei)軸旋轉α角,使之與P重合,便可(ke)看(kan)出(chu)a與a0不(bu)重合,設(she)αa0=δa,ca=rc,因(yin)像(xiang)(xiang)片(pian)傾(qing)(qing)斜所產生的像(xiang)(xiang)點(dian)(dian)位移δα,可(ke)用下式表示:


7.gif

  式中:rc(向徑)為傾斜像片上像點到等角點的距離,φ為等比線與像點向徑之間夾角;α為像片傾斜角;f為航攝機焦距。
  根據上(shang)述,可得出傾斜誤差的幾點規律(lv):
  (1)斜誤差的方向是(shi)在像點與等角點的連線上。
  (2)傾(qing)斜誤差與(yu)像點距等角點距離(li)的平方成(cheng)正比。
  (3)當φ=0°或φ=180°,δα=0,即在等比線上的像點不(bu)因(yin)像片(pian)傾斜而(er)產生位移。
  (4)當φ=90°或φ=270°時,|sinφ|=1,即(ji)在主縱(zong)線上像點傾(qing)斜誤差最大。
  (5)當(dang)φ角(jiao)在(zai)0—180°之間(jian),像(xiang)點(dian)向著等(deng)角(jiao)方向移動;當(dang)φ角(jiao)在(zai)180—360°之間(jian),像(xiang)點(dian)背著等(deng)角(jiao)點(dian)方向外(wai)移動。因此,水平像(xiang)片上(shang)的矩形(xing)(xing)圖(tu)形(xing)(xing),在(zai)傾(qing)斜像(xiang)片上(shang)則變為(wei)(wei)梯形(xing)(xing)。它以等(deng)比線為(wei)(wei)界,包(bao)含像(xiang)主(zhu)點(dian)部(bu)分(fen),圖(tu)形(xing)(xing)變小;包(bao)含像(xiang)底點(dian)部(bu)分(fen),圖(tu)形(xing)(xing)變大。

  五、地(di)面起(qi)伏引起(qi)的像點位移

  高(gao)于(yu)地(di)(di)(di)面(mian)的(de)煙囪、水塔、電桿等豎直物體,在地(di)(di)(di)形圖上(shang)(shang)的(de)位(wei)置(zhi)為(wei)(wei)一(yi)點(dian)(dian),但在航片上(shang)(shang)的(de)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)則(ze)往(wang)往(wang)不是一(yi)點(dian)(dian),而是一(yi)條小(xiao)線段。同理,當地(di)(di)(di)面(mian)點(dian)(dian)高(gao)于(yu)或(huo)低于(yu)基準面(mian)時,在像(xiang)(xiang)片上(shang)(shang),其影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)雖(sui)是一(yi)點(dian)(dian),但與其在基準面(mian)上(shang)(shang)垂直投影(ying)(ying)的(de)點(dian)(dian)的(de)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)相比,卻(que)產生了一(yi)段直線位(wei)移(yi)(yi),這種像(xiang)(xiang)點(dian)(dian)為(wei)(wei)一(yi)稱為(wei)(wei)投影(ying)(ying)誤差。通常(chang)以(yi)測區地(di)(di)(di)面(mian)的(de)平均(jun)高(gao)稱為(wei)(wei)航高(gao)起(qi)(qi)算面(mian),也即基準面(mian)。投影(ying)(ying)誤差分為(wei)(wei)因地(di)(di)(di)形起(qi)(qi)伏引起(qi)(qi)的(de)像(xiang)(xiang)點(dian)(dian)位(wei)移(yi)(yi)稱為(wei)(wei)像(xiang)(xiang)片投影(ying)(ying)差核對應在地(di)(di)(di)面(mian)部分為(wei)(wei)地(di)(di)(di)面(mian)投影(ying)(ying)差。
  地形起(qi)伏引起(qi)的像點位移的規律:
  (1)地(di)面起伏所產生的投影(ying)誤差在像點與像底點的連線上;
  (2)投影誤差與像(xiang)點(dian)到像(xiang)底點(dian)的距離成正比(bi);
  (3)像底(di)點不產生(sheng)投影誤差;
  (4)地面高低(di)起伏愈大,投影誤差愈大;
  (5)航高愈大,投影誤差愈小。


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