遥感原理与方法第7章 航摄像片及其航测知识.doc

1、目 录第 7 章 航空遥感及其航测知识 .17.1 航空摄影及其资料 .17.1.1 航空摄影 .17.1.2 航空摄影资料 .47.2 航摄像片的几何特征 .57.2.1 投影性质 .57.2.2 航摄像片的特征点线 .87.2.3 航摄像片的像点位移 .97.2.4 航摄像片的方向偏差 .137.2.5 航摄像片的比例尺 .147.3 航摄像片的立体观测与纠正转绘 .167.3.1 航摄像片的立体观察 .167.3.2 航摄像片的立体量测 .197.3.3 航摄像片的纠正与转绘 .211第 7 章 航空遥感及其航测知识航空遥感是指载体为飞机或气球所进行的遥感，它是遥感技术一个非常重要的组成

2、部分。目前主要是应用各种摄影方法获取影像资料，进行专业分析应用。本章主要对航空摄影、航摄像片及其特征，航摄像片立体观测、纠正等航测知识进行重点介绍，为以后的专业解译和应用打下基础。7.1 航空摄影及其资料7.1.1 航空摄影航空摄影是将航摄仪安装在飞机上，按照一定的要求对目标物摄影，获取影像资料的过程。其目的是得到并向用户提供合乎质量要求的像片产品。航空摄影根据摄影的地区和范围，分为单站摄影、路线摄影和区域摄影。根据摄影机的主光轴在摄影瞬间的位置，分为垂直航空摄影和倾斜航空摄影。前者在摄影时主光轴偏离铅垂线不大于 3，一般为；倾斜摄影此角大于。现在主要应用的是区域垂直航空摄影。1 航空摄影过程

3、航空摄影工作主要包括三个过程：航摄的准备工作、空中摄影、地面摄影处理和航摄质量评价。(1)航摄的准备工作在航空摄影前，根据航摄目的和任务要求，进行以下工作：划分摄影分区 当航摄区域较大或地形复杂时，需将摄区分为若干个分区摄影。划分的原则是照顾空中摄影领航技术的水平。航线不宜太长，同一摄区内地形要大致类同，可采用同一航摄仪以相同的航高进行摄影。分区的分界线应与地形图图幅的图廓相一致。确定摄影比例尺 主要根据成图比例尺、成图的方法和精度要求进行，另外还要考虑到经济性以及往后的多用途性。选择航空摄影机 主要根据测区的地形、成图比例尺和测图技术而定。一般对于平坦地区应该选用长焦距的摄影仪，丘陵地区则选

4、用短焦距的宽角航摄机。计算航高、摄影基线和航线间距 首先根据比例尺，航摄仪焦距计算航高，根据航向重叠和旁向重叠计算出摄影基线和航线间距。准备航摄软片，编制领航图，确定曝光时间和曝光间隔，以及飞机航行速度。(2)空中摄影空中摄影应选择在天气晴朗、能见度好，气流平稳的条件下进行。摄影时间一般在上午九时至下午四时之间。飞机在进入测区航摄以前，应先试飞一段距离，利用飞机上的仪表和地面方位标准校正好方向和位置后，飞入测区正式摄影，如图 7-1 所示。2图 7-1 航空摄影过程与像片重叠关系的示意图(3)摄影处理每次空中摄影后立即时进行摄影处理，就是对空中曝光后的胶片进行冲洗，得到影像稳定的航摄底片。待底

5、片晾干后，在底片的药膜上写明测区代号、图号、摄影日期、航摄仪类型、航摄仪主距、像片编号等。最后进行航摄质量评定。2 航摄质量评定航空摄影的质量好坏，直接影响到成图精度和专业应用的效果。为了确保质量，每次摄影完成后，应立即对航空摄影成果进行质量评定和验收。评定航摄质量包括底片的影像质量和飞行质量两方面。影像质量主要要求影像清晰，色调一致，反差适中；反差系数 0.51.3，最大密度 1.8max1.0，灰雾度D00.3；阴影云影都不过大；底片无损伤、斑痕、霉点以及虚模影像等。3飞行质量评定项目和标准包括下面内容：(1)像片重叠度像片重叠是指相邻像片相同影像的重叠。其中同一航线上两相邻像片的重叠称航

6、向重叠，相邻航线之间两相邻像片的重叠称旁向重叠。像片重叠的程度常用重叠度来表示，为重叠长度与像片边长之比。如图 7-1 所示： 航向重叠度： p% 100 (7-1)Lxl旁向重叠度： q% 100 (7-2)yl为了保证像片的连续性，满足立体观测和制图精度的需要，航空摄影一般规定：航向重叠度为 60，最小不得小于 53；旁向重叠度为 30，最小不得小于 15。(2)像片倾斜角在空中摄影曝光的一瞬间，像平面与水平面的夹角称影片的倾斜角。为满足精度要求，像片的倾斜角一般应小于，最大不得超过。倾斜角的大小可根据像片上的圆形水准器影像中气泡所处的位置来确定，气泡偏离中心几圈就表示倾斜角为几度。(3)

7、航线弯曲度在空中摄影时，要求飞机按预定航线直线飞行，以防造成漏摄和重叠不够。但是由于各种原因，航线经常是弯曲的，其弯曲程度用弯曲度来表示，它等于整条航线的长度与最大弯曲的矢距 之比，如图 7-2 所示。航线弯曲度 100 (7-3)L一般要求航线弯曲度不超过。检查时，以航线为单元，将航片按重叠地物拼起来。把首尾两张航片的像主点连成直线，然后检查各像主点到直线的矢距 ，以最大的矢距 与直线的长度按上式计算。(4)像片旋角(航偏角 )相邻像片两像主点的连线与航线方向像幅上两框标连线之间的夹角，称像片旋角或航偏角。一般要求它不超过 5，最大不超过 8。如图 7-3 所示。像片旋角检查方法是先标出两张

8、同航线相邻像片的像主点 O1和 O2，然后将两像主点相互转刺得 O2和 O1，连结 O1O2，O 2O1和航片航向框标线。量测同一张航片上两条线之间的夹角即为航片的旋角。(5)底片压平质量为避免影像产生不必要的变形，要求摄影时底片必须压平。压平程度由压平线进行检图 7-2 航线弯曲度图 7-3 像片旋角4查。压平线是航摄仪承影框前，离四周 22.5cm 处拉的四条金属线。摄影后，底片上留有该四条线的影像。如果压平线直，则说明底片是压平的，反之则为没有压平，一般要求压平线弯曲不得大于 0.050.1mm。3 航摄仪航摄仪是专供航空摄影的传感器，在很大程度上决定着航摄像片的质量。它虽然是一种专门的

9、摄影机，但其基本构造和普通摄影机相同。由镜头、镜箱、暗盒三部分和附加装置组成(如图 7-4)。航摄仪种类众多，分类方法也很多，计有以下几种：按像幅大小划分 小像幅航摄仪：像幅1818cm 2；标准像幅航摄仪：像幅 1818cm2；大像幅航摄仪：像幅1818cm 2。按镜头焦距(f)划分 长焦距航摄仪：f300mm；中焦距航摄仪：300f150mm；短焦距航摄仪：150f70mm；超短焦距航摄仪：f70mm。按镜箱结构划分 普通单镜头航摄仪、单镜头多波段航摄仪、多镜头航摄仪、多镜箱航摄仪等。按镜头像场角(2)的大小划分 狭角航摄仪：230；常角航摄仪：30270；宽角航摄仪：702100；特宽角

10、航摄仪：2100。4 航摄飞机航摄飞机，一般利用现有的各种型号飞机，也有专门的航空遥感飞机。航摄飞机应具备航速均匀，航高不变，飞行平稳，视野良好，续航时间长，飞行距离远等性能。目前，由于镜头分辨率和胶片性能的提高，多向高空航摄方向发展。7.1.2 航空摄影资料航空摄影得到的最后资料是各种像片。其中有黑白像片(包括分波段片、红外片、全色片)和彩色像片(包括真彩色片、彩红外片)。目前我们应用最多的是全色黑白航空摄影像片，简称黑白航摄像片或航片。1 航摄像片航摄像片是航空遥感的基本资料，由底片印晒而成，依据其摄影方式的不同，分为水平像片和倾斜像片两种。(1)水平像片图 7-4 单镜头航摄仪的主要结构

11、示意图5以垂直摄影和近似垂直摄影获得的航空像片称水平像片。但因目前技术水平有限，很难达到航摄仪主轴垂直于地平面，因此，把主光轴偏离铅垂线以内的摄影称作近似垂直摄影。由此可知，只要像片倾角在以内的都可看作是水平像片。水平像片是各种测图工作的最基本资料，也是应用最广泛的遥感资料。(2)倾斜像片以倾斜摄影方式获得的像片称倾斜像片。它的优点是所摄地面范围要比同航高的水平像片所摄地面范围大，像片影像符合透视规律，人们易于分析使用；其缺点是影像变形大，不适宜用它进行测量工作。所以，一般不大量拍摄倾斜像片，只有在特殊目的要求和进行水平像片分析时作为补充使用。2 镶嵌图和镶嵌复照图将航片按航带编号，在航向和旁

12、向上使其相邻的像片按相同影像重叠，并一律留出右上角编号在外，然后用图钉或松紧带固定在平面板上，此种整幅影像图称镶嵌图。镶嵌图经复照缩小，再按一定比例尺晒印的像片叫镶嵌复照图。镶嵌复照图主要用于检查和评定航空像片的质量，了解地区全貌，起到索引图的作用，便于我们了解像片编号和查找所需要的航片。同时还可作为编制工作计划的参考。3 像片略图和像片平面图(1)像片略图像片略图是用未经纠正的，仍保持原航摄比例尺的航片按相同的地形地物顺序重叠，切去重叠的多余边缘，然后拼贴在硬纸板上的像片图。切割像片时，切割线应尽量避开重要地物，选择在地物较少，相邻相片色调相差不大的地方。所以切割线多为曲线。像片略图的比例尺

13、与原航片的比例尺相同，必要时，可以经过复照对比例尺放大或缩小，得到所需比例尺的复制图。像片略图的用途是便于大面积观察地区自然地理概况、获取地表特征的完整概念，在平坦地区可作为精度不高的专业测绘的底图。(2)像片平面图像片平面图是用经过纠正处理、消除误差、归化为统一比例尺的航片制作的像片略图。所以它的精度高，实际上相当于一幅没有等高线的地形图，可直接在上面做测量工作。如果像片平面图再配以地图符号注记，便形成了影像地图。7.2 航摄像片的几何特征7.2.1 投影性质遥感影像的几何特征取决于成像方式的投影性质。这里所谓的投影就是将空间物体的形状大小在平面上表示出来的方法。1 投影类型投影一般分为两大

14、类：中心投影和正射投影。(1)正射(垂直) 投影当一束通过空间点的平行光线垂直相交于一平面时，其交点称为空间点的正射投影，6或者垂直投影，该平面称投影面。如图 7-5，有一束平行光线通过地面上的A、B、C、D 四点，垂直相交于投影面。交点 a、b、c、d 分别为地面四点的正射投影。由图可知，正射投影构成的图形与实物形状完全相似，不受投影距离的影响，有统一的比例尺，并且比例尺放大或缩小都不改变图形的形状。(2)中心投影若空间任意点与某一固定点连成的直线或其延长线被一平面所截，则直线与平面的交点称为空间点的中心投影。如图 7-6 所示，点是 M 点的中心投影，固定点 S 称为投影中心，MS 直线称

15、为投影线，平面称投影面或像平面。中心投影与正射投影不同，它构成的影像与地面形状不完全相似，没有统一的比例尺，比例尺的大小取决于 S、M 与 P 之间的关系。2 航摄像片的投影航摄像片是空中用航摄仪对地面摄影取得的，它是地面的中心投影。因为航摄时，各地物点的光线都通过航摄仪物镜中心(投影中心)后与底片(投影面)相交(底片感光)，产生地物点的影像，如图 7-7 所示。将图 7-6 与图 7-7 相比较，可知其性质完全一致。图 7-5 正射投影 图 7-6 中心投影图 7-7 像片的中心投影 图 7-8 中心投影透视成像特征7中心投影构成的像有正负之分，根据透镜成像原理，如果物体和投影面位于投影中心

16、两侧，其投影像为负像；物体和投影面位于同一侧时，便得到正像。因此，航片是地面的中心投影正像。3 中心投影的构像规律中心投影构成的影像服从透视成像规律，所以是一种物体的透视图。点的像 点的像仍然是点。因为一个点只有一条投影光线，与像平面只能有一个交点，如图 7-8 中点的像是点。如果在通过投影中心同一方向上有数个空间点，它们的像仍然是一个点。如图、点的像是同一点。直线的像 直线的像一般是直线，如图 7-8 中空间直线与投影中心只能组成一个平面，此平面与像平面相交只能是一条直线 ab。如果空间直线延长后通过投影中心时，它的像则是一个点，图中的 EF 直线便如此。空间相交直线的像仍然是相交直线，且交

17、点就是空间直线相交点的像，如图中 AB 与 CD 的像为和，交点 K 的像是。当两直线相交构成的平面延伸通过投影中心时，它的像是一条直线。曲线的像 平面曲线的像一般为曲线，当包含曲线的平面通过投影中心时，则该曲线的像为一直线，不在同一平面内的空间曲线的像在任何情况下都是曲线。如图 7-9 所示。平面的像 平面的像一般为平面，只有当平面通过投影中心时，像为一直线。射线束的像 空间射线束的像一般为射线束，当射线束顶点的投影光线与像平面平行时，射线束的像是一组平行线。如图 7-10。一组平行线的像一般不平行，只有当它们又平行于像平面时，其构像为平行线。图 7-9 曲线的像图 7-10 射线束的像87

18、.2.2 航摄像片的特征点线航摄像片上有一系列特殊位置的点和线，它们反映了中心投影的几何性质，研究它们对于了解航片的性质和确定其在空间的位置具有重要的意义。航片上的特征点线，以及它们相互间的关系如图 7-11 表示。图中 P 为像平面，S 为投影中心，T 为地平面。1 航摄像片的特征点线像主点 通过投影中心 S，垂直于像平面的直线 SO 叫做航摄仪的主光轴(主光线)，它与像平面的交点 o 叫做像主点，像主点在地面上的相应点 O 叫地主点。像底点 通过投影中心 S 的铅垂直线 SN 称为主垂线，它与像平面的交点称为像底点，像底点在地面上的相应点叫地底点。等角点 主光轴与主垂线所夹的角 称为像片倾

19、角。平分倾角的直线与像平面的交点称等角点，在地面上的相应点也称等角点。当地面平坦时，倾斜像片上只有以等角点为顶点的方向角与地面相应角大小相等。主纵线 包含主光轴和主垂线的平面称主垂面，它与像平面的交线 vv 叫主纵线，也即通过像主点和像底点的直线，其在地面上相应的线 VV 叫基本方向线。主横线 在像平面上，凡属和主纵线相垂直的直线都叫像水平线。通过像主点的像水平线叫主横线，以 hoho表示。等比线 在像平面上，通过等角点的像水平线称等比线，以 hchc表示。bI vVP0VShioanHOCNThcBAhifchohovhcP图 7-11 航空像片的特征点和线9主合点和主合线 过投影中心的水平

20、面与像平面的交线叫主合线或地平线。用 hihi表示。主纵线与主合线的交点称作主合点 i，主合点是平行于基本方向线的各水平线在倾斜像片上影像相交的点。2 特征点线之间的关系由上可知，像主点、像底点、等角点和主合点都在主垂面内，因此对一定的像片只要知道像主点和主纵线的位置，就可在像平面上确定一系列点的位置，如图 7-12， 是像片倾角，为焦距，为航高，则有：on= ftg （7-4）oc= ftg （7-5）2Io= fctg （7-6）IS=cI= （7-7）sinf从这些关系式可看出，当 ，即像片处于水平位置时，ocon0。这意味着像主点、像底点、等角点三点重合，Io、IS、cI 为无穷大，主

21、合点位于无穷远处。7.2.3 航摄像片的像点位移航摄像片上地物的像点位置相对于其在地形图上的位置产生了变化，这种变化称为像点位移，也就是误差。位移的结果使得地物在像片上的影像形状发生变形。引起像点位移的原因很多，如像片倾斜、地面起伏、感光片变形、镜头畸变、大气折射以及地球曲率等，其中最主要的是像片倾斜和地面起伏。1 因像片倾斜引起的像点位移倾斜误差地物点在倾斜像片上的像点位置与同一摄影站摄得的水平像片上的像点位置相比，产生的一段位移称倾斜误差。(1)倾斜误差像点位移的路线图 7-13 中的 Po 与 P 为同一摄影站的水平像片和倾斜像片，A 为地面任意点，a 和点分别为地面点 A 在水平像片和倾斜像片上的影像，h chc 为等比线，为等角点，cv 0、cv 为主垂面在两像片上的交线， 0、 分别为像点 0 和与等角点的连线与主纵线的夹角。若将水平像片 P0 绕着等比线向上旋转与倾斜像片 P 重合，根据等角点的性图 7-12 特征点、线间关系示意图图 7-13 因像片倾斜引起的像点位移