第2章 单幅影像解析基础.ppt

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1、《摄影测量学》第二章单幅影像解析基础河南理工大学遥感科学与技术系主要内容：1、空中摄影的基本知识2、中心投影与透视变换3、共线方程4、航片的像点位移与比例尺5、单幅影像解析基础第2章单幅影像解析基础§2-1空中摄影的基本知识一、摄影原理摄影原理：根据小孔成像原理，用摄影物镜代替小孔，在像面处放置感光材料，物体的投影光线经摄影物镜后聚焦于感光材料上，得到地面的影像。摄影物镜：摄影物镜是一个复杂的光学系统，被摄物体影像的质量主要取决于摄影物镜的品质。由于单透镜有各种像差，一般摄影物镜都是由多个透镜组合而成，诸透镜的光轴应重合为一，即为物镜的主光轴。如

2、图，AB为物方光线，ab为像方光线，S和Sˊ称为物方主点和像方主点。物镜的成像公式：由光学成像公式知,它表明，一个物点发出的所有投影光线，经理想物镜后所有对应的折射光线仍会聚于一个像点上。物距为D的物体经透镜后，要获得清晰的光学影像，相距d应满足上述成像公式。称为影像比例尺。成像公式也可变形为：由公式可知：a、当物距相同时，用长焦距可得到较大的影像，用短焦距得到较小的像。b、欲得到大小相同的像，在物距大时用长焦距，物距较小时用短焦距。物镜的光圈和光圈号数：实际使用的物镜都不是理想的，通过物镜边缘的光线会引起较大的影像像差。为了限制物镜边缘部分的使

3、用，并控制和调节进入物镜的光量，通常在物镜中间设置一个光圈。光圈示意图通常将光圈放置在物镜的透镜组之间，起着控制光束柱面的真实光圈孔径，称为有效孔径d。平行光线束成像于焦面上，单位面积影像的亮度与进入光束柱面断面的面积成正比，也就是与有效孔径d的平方成正比，与物镜焦距F的平方成反比。因此将d与F之比作为控制影像亮度的一个因素，称为相对孔径。相对孔径通常小于1，使用相对孔径的倒数更为方便，称为光圈号数K=F/d。焦面上影像的亮度与光圈号数的平方成反比，摄影时选择适当的光圈号数配以曝光时间就能得到一定的曝光量H=Et。摄影时取E1和t1得到最恰当的曝

4、光量H，那么当曝光时间取t2时，要得到相同的曝光量，则有：H=E1t1=E2t2，则有：E1/E2=t2/t1因为影像的亮度与光圈号数的平方成反比，即：E1/E2=K22/K12，则：t2/t1=(k2/k1)2。这样曝光时间改变为一倍，则相应的曝光时间之比应为倍。所以在摄影机上曝光时间的分划尺注记是按倍数改变的，而光圈上所标志的光圈号数的排列顺序是以为公比等比级数排列。景深和无穷远起点：当摄取物距为D的物点A时，在像距为d才能得到清晰的像点a。物距大于或小于D的景物如B和C，在像面上的构像将是模糊圆。由于人眼分辨能力有限，当模糊圆的直径ε小到一

5、定程度时，人眼看起来仍是一个清晰的点。这样摄影时虽然对光于A，但在远景点B和近景点C之间这一段的所有景物，在像面上仍可获得清晰的影像。把摄影对光调焦于D时远景点B和近景点C之间的纵深间距，称为景深。计算景深的公式为由上式可知，景深与物距、光圈号数及物距焦距有关，物距越大或光圈号数越大，景深也越大。摄影时通常取较大的光圈号数，即较小的相对孔径，而增才曝光时间，以增大景深，使摄影对光不很准确时，仍可获得清晰影像。当物镜对光于无穷远，像距几乎等于物镜的焦距，远景点为无穷远处，这时设物距为D的某点在像面上的模糊圆等于允许的极限值，则比该物点更远的所有景物

6、都能在对光于无穷远的像面上取得清晰的构像。在焦面上能构成清晰影像的最近物距称为无穷远起点，它随光圈号数等而定。摄影时，当调焦对光后，选好光圈号数，摄影机的景深标志的刻划就指出前景点距离和后景点距离，即得景深范围。摄影机快门：用来控制曝光时间的相机装置，快门从打开到关闭所经历的时间称为曝光时间，或称快门速度。在物镜筒上有一个控制曝光时间的套环，上面刻有曝光时间的数据，这些数值是以秒为单位的曝光时间倒数，如2表示0.5秒。快门速度二、航空摄影机1、光学摄影机：要求物镜畸变差小、分辨率高和透光性强，机械结构要稳定可靠，摄影过程的高度自动化。摄影时物镜都

7、固定调焦于无穷远，像距是一个不变的值，几乎等于摄影物镜的焦距。获取的是光学模拟影像。光学航空摄影机产生的影像为正方形，大小通常为18cm×18cm、23cm×23cm和30cm×30cm。框标框标位于每边中点的称为机械框标，位于四角的为光学框标。光学航片可以同时具有8个框标。框标的连线都要正交，交点与主光轴和像平面的交点尽量重合。以框标连线交点为原点可以建立框标坐标系。摄影机主光轴与像平面的交点称为像片主点，摄影机物镜后节点到像片主点的垂距称为摄影机主距，也叫像片主距，用f表示。由于制造技术上的误差，框标坐标系原点与像主点不完全重合，主点在框标坐

8、标系中的坐标不为零，用为x0、y0。内方位元素将f、x0、y0称为像片或摄影机的内方位元素。内方位元素通常是已知的，它确定摄影物镜与像平