[科普中国]-摄影测量坐标系

简述

像空间坐标系和像空间辅助坐标系都是右手系，一般用于描述像点的空间坐标，而摄影测量坐标系则是用于描述像点对应物点或模型点的空间坐标。将像空间辅助坐标系（ ）沿着Z轴反方向平移至Z轴与地面的交点P，得到的坐标系（ ）称为摄影测量坐标系。由于它与像空间辅助坐标系平行，因此很容易由像点的像空间辅助坐标求得对应的地面点的摄影测量坐标。摄影测量坐标系也是右手系。1

摄影测量中常用的坐标系有两大类，一类用于描述像点的位置，称为像方空间坐标系；另一类用于描述地面点的位置，称为物方空间坐标系。

像方空间坐标系

像方空间坐标系包含像平面直角坐标系和像空间坐标系。像平面直角坐标系，用来确定像点在像片上的位置。像空间坐标系是为了便于空间坐标的变换，建立的描述像点在像空间位置的坐标系。

(1)像平面坐标系

像平面坐标系是用以表示像点在像平面上的位置，通常采用右手坐标系，Z、Y轴的选择按需要而定，在解析和数字摄影测量中，常根据框标来确定像平面坐标系称为框标坐标系。

①框标坐标系

如图1(a)所示，以像片上对边框标的连线作为x、y轴，其交点P作为坐标系的原点，与航线方向相近的连线为z轴。若框标位于像片的四个角上，则以对角框标连线夹角的平分线确定x、y轴，交点为坐标原点，如图1(b)所示。

②辅助点直角坐标系

当框标标志难以精确判准时，沿航线方向框标附近找一明显点，称为辅助点。用辅助点与框标连线交点P的连线作为x轴，以航线方向为正方向，以过原点P垂直于x轴的直线作为y轴，正方向按右手定则确定。如图2所示。

③像平面直角坐标系

在摄影测量解析计算中，像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。为此，当像主点与框标连线交点不重合时，需将像框标坐标系中的坐标平移至像主点为原点的坐标系，x、y轴分别平行于框标坐标系的-x、y轴，如图3所示。

(2)像空间直角坐标系

为了描述像点在空间的位置，需将像平面直角坐标系转换成像空间直角坐标系。取投影中心S作为像空间直角坐标系的坐标原点，z轴与摄影方向重合，朝上为Z轴的正方向；z轴和y轴分别平行于像平面坐标的相应轴，方向一致。轴系的正方向仍按右手定则确定。在这个坐标系中，每个像点的z坐标都等于-f，而x和y坐标也就是像点的像平面坐标，因此，像点的像空间坐标表示为（x，y，-f）。像空间坐标系是随着像片的空间位置而定。所以每张像片的像空间直角坐标系是各自独立的。

(3)像空间辅助坐标系（）

像点的像空间坐标直接以像平面坐标求得，但这种坐标的特点是每张像片的像空间坐标系不统一，这给计算带来困难。为此，需要建立一种相对统一的坐标系，称为像空间辅助坐标系，用表示。此坐标系的原点仍以摄影站点（或投影中心）S为坐标原点，坐标轴可根据需要选定，一般以铅垂方向（或设定的某一竖直方向）为z轴，航线方向为x轴。

物方空间坐标系

物方空间坐标系用于描述地面点在物方空间的位置，包括以下三种坐标系：

(1)摄影测量坐标系（）

摄影测量坐标系是物方空间选定的一种符合右手定则的空间直角坐标系。它是航带网中一种统一的坐标系，用以表示诸模型点在构成航带网后的统一坐标。坐标轴通常分别与第一张像片（或第一个像对）的像空间辅助坐标系的各坐标轴平行。

(2)地面测量坐标系（）

地面测量坐标系通常指地图投影坐标系，也就是国家测图所用的高斯-克吕格投影的平面直角坐标系和高程系，两者组成的空间直角坐标系是符合左手定则的。

(3)地面摄影测量坐标系（）

地面摄影测量坐标系是摄影测量坐标与地面测量坐标相互转换的过渡性坐标系，是符合右手定则的。原点通常选在地面某一控制点；轴为过该点的铅垂线，向上为正，和地面测量坐标系的轴平行；轴与航线方向一致。2