航空攝影測量的相關(guān)技術(shù)

　　航空攝影測量的主題，是將地面的中心投影(航攝像片)變換為正射投影(地形圖)。這一問(wèn)題可以采取許多途徑來(lái)解決。如圖解法、光學(xué)機械法(亦稱(chēng)模擬法)和解析法等。在每一種方法中還可細分出許多具體方法，而每種具體方法又有其特有的理論。其中有些概念和理論是基礎性的，帶有某些共性，如像片的內方位元素和外方位元素，像點(diǎn)同地面點(diǎn)的坐標關(guān)系式，共線(xiàn)條件方程，像對的相對定向，模型的絕對定向和立體觀(guān)測原理等。

　　1、像片的內方位元素和外方位元素

　　內方位元素用以確定攝影物鏡后節點(diǎn)(像方)同像片間的相關(guān)位置。利用它可以恢復攝影時(shí)的攝影光線(xiàn)束。內方位元素系指攝影機主距 f和攝影機物鏡后節點(diǎn)在像平面的正投影位于框標坐標系中的坐標值(x0,у0)。這些數值通過(guò)對航攝機鑒定得出，故內方位元素總是已知的。

　　確定攝影光線(xiàn)束在攝影時(shí)的空間位置的數據，叫做像片或攝影的外方位元素。外方位元素有6個(gè)數值，包括攝影中心S在某一空間直角坐標系中的3個(gè)坐標值Xs、Ys、Zs和用來(lái)確定攝影光線(xiàn)束在空間方位的3個(gè)角定向元素，如φ、ω、k角。這些外方位元素都是針對著(zhù)某一個(gè)模型坐標系O-XYZ而定義的。模型坐標系的X坐標軸近似地位于攝影的基線(xiàn)方向，Z坐標軸近似地與地面點(diǎn)的高程方向相符。在模型坐標系內所建立的立體模型必須在其后經(jīng)絕對定向的過(guò)程才能取得立體模型的正確方位。

　　2、像點(diǎn)坐標變換式

　　像點(diǎn)ɑ在以攝影中心S為原點(diǎn)，攝影主光軸z坐標軸的像空間坐標系(S-xуz)中的坐標為xɑ、уɑ、zɑ=-f。此時(shí)以S為原點(diǎn)再建立一個(gè)輔助坐標系(S-uvw)其中3個(gè)坐標軸u、v、w分別與模型坐標的3個(gè)坐標軸X 、Y、Z相平行。ɑ點(diǎn)在此輔助坐標系中的坐標設為uɑ、vɑ、wɑ，則其變換關(guān)系式為：

　　R為旋轉矩陣，它是由像空間坐標系與輔助坐標系的相應坐標軸間夾角的余弦(稱(chēng)方向余弦)組成，而這些方向余弦都是像片的3個(gè)角定向元素的函數。這是一個(gè)重要的基本公式，因為有很多理論公式或作業(yè)公式就是在此基礎上進(jìn)一步演化得出的。例如，在解析攝影測量中有廣泛應用的“共線(xiàn)條件方程式”，就是根據它的反算式作進(jìn)一步演化得出。

　　3、相對定向

　　確定像片對相互位置關(guān)系的過(guò)程。模擬法相對定向是在立體測圖儀上進(jìn)行。其理論基礎是使空間所有的同名光線(xiàn)都成對相交。當同名光線(xiàn)不相交時(shí)，則在儀器的觀(guān)測系統中可以觀(guān)察到上下視差(常用 Q表示)。上下視差就是兩條同名射線(xiàn)在空間不相交時(shí)在垂直于攝影基線(xiàn)方向中存在的距離。此時(shí)將投影器作微小的直線(xiàn)移動(dòng)或轉動(dòng)，就可以消除這個(gè)距離。理論上只要能夠在適當分布的 5個(gè)點(diǎn)處同時(shí)消除該點(diǎn)處的上下視差，就認為已經(jīng)獲得在這個(gè)立體像對內全部上下視差的消除，從而完成了相對定向，得出立體模型。相對定向的解析法是在像片上量測各同名像點(diǎn)的像點(diǎn)坐標，例如對左像片為x1、у1，對右像片為x2、у2。根據同名射線(xiàn)共面條件的理論可以推導出這些量測值與相對定向元素的關(guān)系式。理論上測得5對同名像點(diǎn)的像點(diǎn)坐標值，就能夠解算出該像片對的 5個(gè)相對定向元素。同名點(diǎn)在左右像片上的縱坐標差(у1-у2)習慣上也稱(chēng)之為上下視差，用符號q 表示。

　　4、模型的絕對定向

　　在攝影測量中，相對定向所建立的立體模型常處在暫時(shí)的或過(guò)渡性的模型坐標系中，而且比例尺也是任意的，因此必須把它變換至地面測量坐標系中，并使符合規定的比例尺，方可測圖，這個(gè)變換過(guò)程稱(chēng)為絕對定向。絕對定向的數學(xué)基礎是三維線(xiàn)性相似變換，它的元素有7個(gè)，3個(gè)坐標原點(diǎn)的平移值，3個(gè)立體模型的轉角值和1個(gè)比例尺縮放率。

　　5、立體觀(guān)測原理

　　立體觀(guān)察的原理是建立人造立體視覺(jué)，即將像對上的視差反映為人眼的生理視差后得出的立體視覺(jué)。得到人造立體視覺(jué)須具備3個(gè)條件：①由兩個(gè)不同位置(一條基線(xiàn)的兩端)拍攝同一景物的兩張像片(稱(chēng)為立體像對或像對);②兩只眼睛分別觀(guān)察像對中的一張像片;③觀(guān)察時(shí)像對上各同名像點(diǎn)的連線(xiàn)要同人的眼睛基線(xiàn)大致平行，而且同名點(diǎn)間的距離一般要小于眼基線(xiàn)(或擴大后的眼基距)。若用兩個(gè)相同標志分別置于左右像片的同名像點(diǎn)上，則立體觀(guān)察時(shí)就可以看到在立體模型上加入了一個(gè)空間的測標。為便于立體觀(guān)察，可借助于一些簡(jiǎn)單的工具，如橋式立體鏡和反光立體鏡。對于那種利用兩個(gè)投影器把左右像片的影像同時(shí)疊合地投影在一個(gè)承影面上的情況，可采用互補色原理或偏振光原理進(jìn)行立體觀(guān)察，并用一個(gè)具有測標的測繪臺量測。