Системы координат объекта. Элементы внешнего ориентирования снимка

Положение точек объекта (местности) по снимкам определяют в прямоугольной пространственной системе координат OXYZ. В зависимости от решаемой задачи в качестве этой системы координат используют:

- государственную картографическую систему координат (в России – Гаусса – Крюгера);

- геоцентрическую систему координат;

- произвольную систему координат, связанную с характерными точками объекта (местности).

Положение и ориентацию системы координат снимка (или, что то же самое – снимка) в системе координат объекта OXYZ определяют элементы внешнего ориентирования снимка.

Положение центра проекции S в системе координат объекта определяют его координаты Xs,Ys,Zs.

Угловая ориентация системы координат снимка относительно системы координат объекта определяется ортогональной матрицей:

(1).

В матрице А элементы (направляющие косинусы) а_ij являются косинусами пространственных углов между осями координат системы координат объекта OXYZ и снимка Sxyz.

Направляющие косинусы являются координатами единичных векторов (ортов), совпадающих с осями координат снимка в системе координат объекта.

Вследствие особых характеристик ортогональной матрицы:

А^-1=А^т;

а АА^т =Е= .

В ортогональной матрице независимы только 3 элемента, следовательно элементы матрицы являются функцией 3 параметров.

В качестве этих параметров в фотограмметрии используют 3 угла -w,a и À, которые называют угловыми элементами внешнего ориентирования снимка.

Последовательно поворачивая систему координат объекта OXYZ на эти углы вокруг ее осей, можно ориентировать ее параллельно осям системы координат снимка. При этом последовательность и направление вращений могут быть произвольными. Поэтому в фотограмметрии используют различные системы угловых элементов ориентирования снимка.

Рассмотрим наиболее широко используемую систему, в которой система координат объекта OXYZ поворачивается последовательно против часовой стрелки (правые углы) вокруг осей X,Yи Z соответственно на углы w,a и À.

Геометрическая интерпретация угловых элементов внешнего ориентирования показана на рис.1.

w-поперечный угол наклона. Угол в координатной плоскости YZ между осью Z и проекцией оси z на плоскость YZ;

a- продольный угол наклона. Угол между проекцией оси z на плоскость YZ и осью z;

À- угол разворота снимка. Угол в плоскости снимка Р между следом сечения этой плоскости плоскостью Xz и осью х снимка.

Рис 1

Значение элементов a_ij матрицы А можно получить путем последовательного перемножения матриц составленных для последовательных поворотов системы координат объекта ОХYZ на углы w,a и À.

В результате поворота системы координат ОХYZ или, что то же самое, системы координат SXYZ система SXYZ преобразуется в систему координат SX’Y’Z’ (рис.2).

Рис..2

В соответствии с выражением (1) матрица

.

В результате поворота на угол a система координат SX’Y’Z’ преобразуется в систему координат SX”Y”Z” (рис. 3).

Рис.1.2.3

В соответствии с выражением (1) матрица

.

В результате поворота системы координат SX”Y”Z” на угол À эта система преобразуется в систему координат снимка Sxyz (рис 4).

Рис.1.2.4

В соответствии с выражением (1) матрица

.

В результате перемножения матриц

,

получим значения элементов a_ij, как функции углов w,a и À:

(2);

Если известны значения направляющих косинусов aij, то из выражений (2) можно получить значения углов w,a,À.

(.3).