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航空攝影測量的基礎知識

發(fā)布日期:2018-03-22 00:00 瀏覽量:15867

  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(zhuān)門(mén)的攝影機對地面進(jìn)行攝影而獲得像片,其中用飛機進(jìn)行空中攝影的叫航空攝影。航空攝影具有以下優(yōu)點(diǎn):
 ?。?)可以居高臨下地觀(guān)察;
 ?。?)航片能把觀(guān)察到的各種地面特征在同一時(shí)間里客觀(guān)地記錄下來(lái);
 ?。?)記錄動(dòng)態(tài)現象;
 ?。?)航片是現狀的永久性記錄,且有充裕時(shí)間來(lái)仔細研究,可將外業(yè)現場(chǎng)搬至室內探討;
 ?。?)提高空間分辨率。

  1、攝影方式

  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(chēng)為垂直攝影,實(shí)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(chēng)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(shí)就稱(chēng)之為傾斜攝影。

  2、對航空像片的要求

 ?。?)影像呈像清晰、色調一致、反差適中。
 ?。?)一條航線(xiàn)上相鄰兩張像片應有一定的重疊影像,一般要求55%-65%的重疊度。相鄰航線(xiàn)之間的影像重疊,稱(chēng)為旁向重疊,要求有30%左右的重疊度。
 ?。?)航攝像片傾斜角應越小越好,一般不應大于2度,個(gè)別最大傾斜角不應超過(guò)3度。
 ?。?)航線(xiàn)彎曲最大偏離值與航線(xiàn)全長(cháng)之比不大于3%。
  3、像片比例尺
  像片上某兩點(diǎn)間的距離與地面上相應兩點(diǎn)的水平距離之比,叫像片比例尺。通常用表示:
  1.gif攝影鏡頭的焦距; *2.gif鏡頭中心相對于地面的高度,稱(chēng)為相對航高。
  由于各種因素的綜合影響,蛇形時(shí)飛機不可能始終保持同樣的高度,地面也總有起伏,航高并不一致,因而像片上各部分的比例尺亦是不一致的。

  二、航空攝影的投影方式

  1、中心投影:空間任意一點(diǎn)M 與一固定點(diǎn)S的連線(xiàn)(或其延長(cháng)線(xiàn))被一給定的平面P所截時(shí),則此直線(xiàn)與平面的交點(diǎn)m,就叫做M點(diǎn)的中心投影。M 點(diǎn)稱(chēng)物點(diǎn),S點(diǎn)稱(chēng)投影中心,m點(diǎn)為點(diǎn)M的像。MS為投影光線(xiàn),P為投影面。按中心投影定義知:物點(diǎn)M、像點(diǎn)m和投影中心S這三點(diǎn)是共線(xiàn)的。位置關(guān)系如圖:


5.gif

  m點(diǎn)位于M點(diǎn)和S點(diǎn)之間          M點(diǎn)位于m點(diǎn)和S點(diǎn)之間          S點(diǎn)位于M點(diǎn)和m點(diǎn)之間。
  前兩種情況得到的影像叫陽(yáng)位像,第三種情況叫陰位像。攝影時(shí)物鏡中心就是投影中心;攝影底片就是投影面,攝影影像就是被攝地面的中心投影。
  2、中心投影成像規律

  三、航空像片上的特征點(diǎn)和線(xiàn)

6.jpg

  P為傾斜像面,S為鏡頭中心,P0為過(guò)S的水平面,P0與P所夾的二面角α是像片傾斜角。
  像主點(diǎn)(o):航空攝影機主光軸SO與像面的交點(diǎn),稱(chēng)為像主點(diǎn)。
  像底點(diǎn)(n):通過(guò)鏡頭中心S的地面鉛垂線(xiàn)(主垂線(xiàn))與像面的交點(diǎn),稱(chēng)為像底點(diǎn)。
  等角點(diǎn)(c):主光軸與主垂線(xiàn)的夾角是像片傾斜角α,像片傾角的平分線(xiàn)與像面的交點(diǎn)稱(chēng)為等角點(diǎn)。當地面平坦時(shí),只有以等角點(diǎn)為頂點(diǎn)的方向角,才是地面與像片上對應相等的角度。
  主縱線(xiàn)與主橫線(xiàn):包括主垂線(xiàn)與主光軸的平面稱(chēng)為主垂面,主垂面與像面的交線(xiàn)VV稱(chēng)為主縱線(xiàn),它在像片上是通過(guò)像主點(diǎn)和像底點(diǎn)的直線(xiàn)。與主縱線(xiàn)垂直且通過(guò)像主點(diǎn)的h0h0稱(chēng)為主橫線(xiàn)。主縱線(xiàn)與主橫線(xiàn)構成像片上的直角坐標軸。
  等比線(xiàn):通過(guò)等角點(diǎn)且垂直于主縱線(xiàn)的直線(xiàn)hch0稱(chēng)為等比線(xiàn)。在等比線(xiàn)上比例尺不變。在水平像片上,像主點(diǎn)、像底點(diǎn)和等角點(diǎn)重合,主橫線(xiàn)和等比線(xiàn)重合于交點(diǎn)o上。

  四、像片傾斜引起的像點(diǎn)位移

  若航空攝影時(shí),像面未能保持水平,將因投影面傾斜,而使像的位置發(fā)生變化,這就是因像片傾斜引起的像點(diǎn)位移。當傾斜角很小時(shí),這種誤差是不易觀(guān)察出來(lái)的。
  P0與P為同一攝影站的水平像片和傾斜像片,地面上任意點(diǎn)A在水平像片和傾斜像片的像點(diǎn)分別為a0和a,c為等角點(diǎn),hchc為等比線(xiàn)。為研究像點(diǎn)a的位移,假設將像面P0以等比線(xiàn)為軸旋轉α角,使之與P重合,便可看出a與a0不重合,設αa0=δa,ca=rc,因像片傾斜所產(chǎn)生的像點(diǎn)位移δα,可用下式表示:


7.gif

  式中:rc(向徑)為傾斜像片上像點(diǎn)到等角點(diǎn)的距離,φ為等比線(xiàn)與像點(diǎn)向徑之間夾角;α為像片傾斜角;f為航攝機焦距。
  根據上述,可得出傾斜誤差的幾點(diǎn)規律:
  (1)斜誤差的方向是在像點(diǎn)與等角點(diǎn)的連線(xiàn)上。
  (2)傾斜誤差與像點(diǎn)距等角點(diǎn)距離的平方成正比。
  (3)當φ=0°或φ=180°,δα=0,即在等比線(xiàn)上的像點(diǎn)不因像片傾斜而產(chǎn)生位移。
  (4)當φ=90°或φ=270°時(shí),|sinφ|=1,即在主縱線(xiàn)上像點(diǎn)傾斜誤差最大。
  (5)當φ角在0—180°之間,像點(diǎn)向著(zhù)等角方向移動(dòng);當φ角在180—360°之間,像點(diǎn)背著(zhù)等角點(diǎn)方向外移動(dòng)。因此,水平像片上的矩形圖形,在傾斜像片上則變?yōu)樘菪?。它以等比線(xiàn)為界,包含像主點(diǎn)部分,圖形變??;包含像底點(diǎn)部分,圖形變大。

  五、地面起伏引起的像點(diǎn)位移

  高于地面的煙囪、水塔、電桿等豎直物體,在地形圖上的位置為一點(diǎn),但在航片上的影像則往往不是一點(diǎn),而是一條小線(xiàn)段。同理,當地面點(diǎn)高于或低于基準面時(shí),在像片上,其影像雖是一點(diǎn),但與其在基準面上垂直投影的點(diǎn)的影像相比,卻產(chǎn)生了一段直線(xiàn)位移,這種像點(diǎn)為一稱(chēng)為投影誤差。通常以測區地面的平均高稱(chēng)為航高起算面,也即基準面。投影誤差分為因地形起伏引起的像點(diǎn)位移稱(chēng)為像片投影差核對應在地面部分為地面投影差。
  地形起伏引起的像點(diǎn)位移的規律:
  (1)地面起伏所產(chǎn)生的投影誤差在像點(diǎn)與像底點(diǎn)的連線(xiàn)上;
  (2)投影誤差與像點(diǎn)到像底點(diǎn)的距離成正比;
  (3)像底點(diǎn)不產(chǎn)生投影誤差;
  (4)地面高低起伏愈大,投影誤差愈大;
  (5)航高愈大,投影誤差愈小。


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