航空攝影測量的基礎(chǔ)知識

發(fā)布日期：2018-03-22 00:00 瀏覽量：18507

　　一、航空攝影

　　定義：空中攝影是利用飛機(jī)或其它飛行器（如氣球、人造衛(wèi)星和宇宙飛船等），在其上裝載專門的攝影機(jī)對地面進(jìn)行攝影而獲得像片，其中用飛機(jī)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)：
　?。?）可以居高臨下地觀察；
　?。?）航片能把觀察到的各種地面特征在同一時(shí)間里客觀地記錄下來；
　?。?）記錄動(dòng)態(tài)現(xiàn)象；
　?。?）航片是現(xiàn)狀的永久性記錄，且有充裕時(shí)間來仔細(xì)研究，可將外業(yè)現(xiàn)場搬至室內(nèi)探討；
　?。?）提高空間分辨率。

　　1、攝影方式

　　按攝影機(jī)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(shí)際上，很難控制攝影機(jī)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(shí)就稱之為傾斜攝影。

　　2、對航空像片的要求

　?。?）影像呈像清晰、色調(diào)一致、反差適中。
　?。?）一條航線上相鄰兩張像片應(yīng)有一定的重疊影像，一般要求55%-65%的重疊度。相鄰航線之間的影像重疊，稱為旁向重疊，要求有30%左右的重疊度。
　?。?）航攝像片傾斜角應(yīng)越小越好，一般不應(yīng)大于2度，個(gè)別最大傾斜角不應(yīng)超過3度。
　　（4）航線彎曲最大偏離值與航線全長之比不大于3%。
　　3、像片比例尺
　　像片上某兩點(diǎn)間的距離與地面上相應(yīng)兩點(diǎn)的水平距離之比，叫像片比例尺。通常用表示：
　　

攝影鏡頭的焦距； *

鏡頭中心相對于地面的高度，稱為相對航高。
　　由于各種因素的綜合影響，蛇形時(shí)飛機(jī)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（或其延長線）被一給定的平面P所截時(shí)，則此直線與平面的交點(diǎn)m，就叫做M點(diǎn)的中心投影。M 點(diǎn)稱物點(diǎn)，S點(diǎn)稱投影中心，m點(diǎn)為點(diǎn)M的像。MS為投影光線，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)是共線的。位置關(guān)系如圖：

　　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(guī)律

　　三、航空像片上的特征點(diǎn)和線

　　P為傾斜像面，S為鏡頭中心，P0為過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(jī)主光軸SO與像面的交點(diǎn)，稱為像主點(diǎn)。
　　像底點(diǎn)（n）：通過鏡頭中心S的地面鉛垂線（主垂線）與像面的交點(diǎn)，稱為像底點(diǎn)。
　　等角點(diǎn)（c）：主光軸與主垂線的夾角是像片傾斜角α，像片傾角的平分線與像面的交點(diǎn)稱為等角點(diǎn)。當(dāng)?shù)孛嫫教箷r(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(yīng)相等的角度。
　　主縱線與主橫線：包括主垂線與主光軸的平面稱為主垂面，主垂面與像面的交線VV稱為主縱線，它在像片上是通過像主點(diǎn)和像底點(diǎn)的直線。與主縱線垂直且通過像主點(diǎn)的h0h0稱為主橫線。主縱線與主橫線構(gòu)成像片上的直角坐標(biāo)軸。
　　等比線：通過等角點(diǎn)且垂直于主縱線的直線hch0稱為等比線。在等比線上比例尺不變。在水平像片上，像主點(diǎn)、像底點(diǎn)和等角點(diǎn)重合，主橫線和等比線重合于交點(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(dāng)傾斜角很小時(shí)，這種誤差是不易觀察出來的。
　　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。為研究像點(diǎn)a的位移，假設(shè)將像面P0以等比線為軸旋轉(zhuǎn)α角，使之與P重合，便可看出a與a0不重合，設(shè)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：

　　式中：rc（向徑）為傾斜像片上像點(diǎn)到等角點(diǎn)的距離，φ為等比線與像點(diǎn)向徑之間夾角；α為像片傾斜角；f為航攝機(jī)焦距。
　　根據(jù)上述，可得出傾斜誤差的幾點(diǎn)規(guī)律：
　　(1)斜誤差的方向是在像點(diǎn)與等角點(diǎn)的連線上。
　　(2)傾斜誤差與像點(diǎn)距等角點(diǎn)距離的平方成正比。
　　(3)當(dāng)φ=0°或φ=180°，δα=0，即在等比線上的像點(diǎn)不因像片傾斜而產(chǎn)生位移。
　　(4)當(dāng)φ=90°或φ=270°時(shí)，｜sinφ｜=1，即在主縱線上像點(diǎn)傾斜誤差最大。
　　(5)當(dāng)φ角在0—180°之間，像點(diǎn)向著等角方向移動(dòng)；當(dāng)φ角在180—360°之間，像點(diǎn)背著等角點(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)，而是一條小線段。同理，當(dāng)?shù)孛纥c(diǎn)高于或低于基準(zhǔn)面時(shí)，在像片上，其影像雖是一點(diǎn)，但與其在基準(zhǔn)面上垂直投影的點(diǎn)的影像相比，卻產(chǎn)生了一段直線位移,這種像點(diǎn)為一稱為投影誤差。通常以測區(qū)地面的平均高稱為航高起算面，也即基準(zhǔn)面。投影誤差分為因地形起伏引起的像點(diǎn)位移稱為像片投影差核對應(yīng)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(guī)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。