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1、(10)申请公布号 CN 103353300 A (43)申请公布日 2013.10.16 CN 103353300 A *CN103353300A* (21)申请号 201310293882.0 (22)申请日 2013.07.03 201310019565.X 2013.01.06 CN G01C 11/00(2006.01) (71)申请人 罗建刚 地址 620010 四川省眉山市新区彭寿街 69 附 28 号滨湖花园一期 ( 建设局大门对 面小区 ) 申请人 罗雨丹 (72)发明人 罗建刚 罗雨丹 (54) 发明名称 摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设 备及编程法 (57) 摘要 。
2、一种摄影中心位置或像姿态的测量方法及运 算设备及编程法, 是利用连环三角条件, 采用连环 正弦定理或余弦定理及迭代法首先解测摄影中心 与三个控制点之间的距离, 再利用连环三角条件 和迭代法解测摄影中心位置或像姿态, 并专门设 计以迭代法解测摄影中心位置或像姿态的运算设 备的程序编写法, 并设计有含有该编写法的运算 设备。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 4 页 说明书 21 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书4页 说明书21页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103353300 A CN 103353300 。
3、A *CN103353300A* 1/4 页 2 1. 一种摄影中心位置或像姿态的测量方法, 操作步骤如下 : 在摄影测量及空间后方 交会测量上可以看作是已知条件的数据的测量和解算准备 : 在地面上布置三个不在同 一直线上的控制点, 测量作业拍摄后, 在像上量测得诸线段的长度分别为 : 1、 2、 3、 1、 2、 3, 4等于已知像主距, 据已知的地面三个控制点的坐标反算它们之间的平 距分别为 : a、 b、 d, 再根据三个地面控制点间的平距和高程差算出它们之间的斜距分别 为 : A、 B、 D, 摄影中心到三个控制点的距离设为 : m X、 n、 , 简单运算 : 由 余 弦 定 理 得。
4、 其特征在于 : 技术方案的首步 是求测 X( 即 m)、 n、 , 将 代入 或代入 D2 2+X2-2XcosZ3, 得到一个 X 为自 变量的一元方程, 将其作为迭代方程, 进行迭代运算, 逐次输入不同自变量, 直到解算到符 合限差的自变量 X 即 m 的值, 依解得的 m 的值, 再求得 n 和 ; 第二步求摄影中心坐标和高 程, 当摄影中心铅垂方向投影在三个控制点中间, 则用 为迭代方程迭代运算解测 值, 如 落在三个控制点外, 则根据摄影中心铅垂方向投影所落的具体位置用如下 或 或 中其中一个和摄影中心铅垂方向投影 与三个控制点铅垂投影具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程, 迭代运。
5、算解测 的 值, 在 Q 水平面上以摄影中心的铅垂投影点为顶角, 以三个控制点铅垂投影点的相互 权 利 要 求 书 CN 103353300 A 2 2/4 页 3 连线为底边的三个三角形中任选一个三角形, 将 这三个方程式中其中的两个方程式, 求 到 、 和 这三个线段其中两个线段的值, 通过以余弦定理组建关系式, 通过求反三角 函数, 求出该三角形任一个底角, 用该底角的值及该底角的顶点到摄影中心铅垂投影的距 离和该三角形底边的方位角, 求到摄影中心铅垂投影的坐标, 即摄影中心的坐标, 求到 后, 就是摄影中心的高程 ; 第三步, 解测摄影中心到主光轴控制面点的距离 V, 当摄影所成 像的。
6、像主点是在三个控制点的像以内时, 用 作为迭代方 程, 迭代运算, 解测摄影中心到主光轴控制面点的距离, 当摄影所成像的像主点是在三个控 制点的像以外时, 用 或用 或用 即用以上三个方 权 利 要 求 书 CN 103353300 A 3 3/4 页 4 程中其中一个和像主点与三个控制点的像具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程, 迭代 运算解测摄影中心到主光轴控制面点间的距离 V ; 第四步, 找到这样的关系 : 包含主光轴控 制面点与其中一个控制点的直线 ( 称其为主动交直线 ), 与另两个控制点间的控制线相交, 可求到相交点与同其相交的包含两个已知控制点的被相交的控制线上的一个控制点之间。
7、 的距离, 用该距离和该被相交的控制线上两个已知控制点的坐标、 高程求到相交点的坐标、 高程, 主光轴控制面点和一已知控制点以及已求得坐标、 高程的该相交点在同一主动交直 线上, 可求到主光轴控制面点与该相交点或与该主动交直线上的一控制点之间距离, 再用 该距离和该相交点的坐标、 高程和主动交直线上该控制点的坐标、 高程求出主光轴控制面 点的坐标 ; 可以用摄影中心坐标和主光轴控制面点坐标来反算主垂面方位角或主光轴方位 角 ; 第一至第三步骤的迭代方程可以移项后再迭代运算。 2. 根据权利要求 1 所述的摄影中心位置或像姿态的测量方法, 其特征是 : 可以用摄影 中心与主光轴控制面点之间的平距。
8、除以该两者之间的斜距 V 的商的反正弦函数求到主光 轴的倾斜角 ; 设主垂面与其中一条不与主垂面平行的控制线或控制线的延长线相交于主 垂面控制线交点, 可以用控制线上的两控制点的坐标反算控制线方位角, 用主垂面的方位 角、 控制线方位角及控制线上一已知坐标和主垂面上一已知坐标用前方交会原理或其它方 法求到主垂面控制线交点的坐标, 用主垂面控制线交点的坐标和控制线上的两控制点的坐 标、 高程可解测主垂面控制线交点与控制线上的斜距量算控制点间的斜距 ( 该斜距命名为 交点分割斜距 ), 该主垂面控制线交点、 该斜距量算控制点、 摄影中心三者相互连线组成的 三角形中, 可用余弦定理和正弦定理求到摄影。
9、中心分别到该主垂面控制线交点、 该斜距量 算控制点两个方向的夹角, 摄影中心、 主垂面控制线交点理论成像点、 斜距量算控制点的成 像点三者连线组成的三角形中 : 摄影中心到斜距量算控制点的成像点的距离、 交点分割斜 距的理论成像线与摄影中心到斜距量算控制点的成像点的连线之间的夹角、 摄影中心到斜 距量算控制点的成像点的连线与摄影中心到主垂面控制线交点理论成像点的连线之间的 夹角, 它们两角夹一边, 都可求到, 那么就可求到交点分割斜距的理论成像线的长度, 那么 在像片中量得主垂面控制线交点理论成像点位置, 将像主点与主垂面控制线交点理论成像 点连线, 该连线所在直线称为主纵线, 就找到了主纵线。
10、在像平面上的位置。 3. 根据权利要求 2 所述的摄影中心位置或像姿态的测量方法, 其特征是 : 在迭代运算 时可以将式 (1) 运算了再代入式 (2), 也可将式 (2) 运算了再代入式 (4) 或再代入式 (6), 迭代运算时也可仅将式 (2) 先运算了再代入式 (4) 或再代入式 (6) ; Q 水平面的高程值 Q 可 以是大于摄影中心高程的数 ; 当采用的控制点个数超过三个, 锥体侧边也超过三个, 根据锥 体各个侧边长度、 摄影中心到 Q 水平面的距离、 该锥体侧边上的控制点的高程、 Q 水平面的 高程、 该侧边在 Q 水平面投影线的长度, 它们之间内在的联系, 可用以摄影中心到 Q 。
11、水平面 的距离作为未知数的算式来分别表示锥体各侧边在 Q 水平面投影线的长度, 可分别在各个 投影拼角三角形中, 由余弦定理构建边角关式等式, 并作移项后用反三角函数求投影拼角, 可将摄影中心和各控制点在 Q 水平面的铅垂投影点按相互位置关系展绘在一个平面上, 在 该平面上, 可按投影拼角的相互间拼的关系情况建立以摄影中心到 Q 水平面的距离为自变 量的一元方程, 可用该一元方程作为迭代方程 ; 可由迭代方程构建迭代对比算式或归零算 式 ; 也可以将迭代方程的迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的任意部分在任意一次或每次迭代 运算中先行运算后再把该部分的运算结果代入该迭代对比算式 ( 或该归零算。
12、式 )。 权 利 要 求 书 CN 103353300 A 4 4/4 页 5 4. 一种由运算设备迭代运算的编程法, 有如下步骤 : 第一步, ( 用条件转移指令或 子程序选择指令 ) 选择由迭代方程式移项或未经过移项构建的一对迭代对比算式 ( 或 一个归零算式 ), 输入迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的已知数据 ; 第二步, ( 估计和确 定自变量的区间范围 ), 此时可输入一个自变量区间的最大取值, 此时可输入自变量区 间内最小的值的作为自变量的第一次值, 输入首轮逐改值 ( 注 : 可以用符合下式的数 : (T 大于 3), 作为首轮逐改值 ), 给记录最佳互差的代数人工输 入一个。
13、大于任意限差的数或大于 10 亿的数 ; 第三步, 以确定的自变量分别计算每个计算超 限判断算式, 并分别判断其每个是否合格, 如果任一个不合格, 用条件转移命令让程序运行 立即转到第六步, 如果合格则继续, 以确定了的自变量, 分别运算每个迭代对比算式 ( 或运 算归零算式 ) ; 第四步, 将迭代对比算式运算的结果进行互差比较运算, 再比较本次计算的 互差是否比记录的此前最佳互差更接近限差, 如果不是, 不作改变, 如果是, 分别以代数记 录本次更接近的自变量和互差作为最佳自变量和最佳互差 ; 第五步, 判断记录的最佳互差 是否符合限差, 如果是, 则进入七步骤, 输出记录的符合限差的最佳。
14、互差所对应的最佳自变 量值, 停止运行程序, 如果不是, 继续 ; 判断当次自变量是否大于或等于当前自变量区间的 最大值, 如果不是, 当次自变量加上当前逐改值后的值作为新的自变量, 回到第三步骤, 如 果是则继续 ; 第六步, 记录的此前最佳互差所对应的最佳自变量减去当前逐改值后的差作 为下一轮计算的自变量的新的起点值, 自变量新的起点值加上两倍当前逐改值后的和作为 下一轮运算的自变量区间的最大值, 当前逐改值乘以小于 0.5 的正数的积作为下一轮运算 的逐改值, 回到第三步骤 ; 第七步骤, 输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量 值, 停止运行程序 ; 其特征在于 : 采用或选择。
15、的迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 是由前述本发 明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的其中任一个迭代方程所构建。 5. 根据权利要求 4 所述的由运算设备迭代运算的编程法, 其特征是 : 第二步中, 首轮 逐改值可以是等于的数, 第二步中的其余内容不作改动, 第六步 中, 按如下方式改变逐改值 : 当前逐改值乘以 0.1 的积作为新的逐改值, 第六步的其余内容 不作改动。 6. 根据权利要求 5 所述的由运算设备迭代运算的编程法, 其特征是 : 可以将迭代对比 算式 ( 或归零算式 ) 的任意部分在任意一次或每次迭代运算中先行运算后再把该部分的 运算结果代入该迭代对比算式 ( 。
16、或该归零算式 ), 同理, 可以先将迭代对比算式 ( 或归零算 式 ) 的任意部分在一个程序行中先行运算后再将运算的结果代入位于另一个程序行尚缺 该部分的该迭代对比算式 ( 或该归零算式 )。 7. 一种运算设备, 应具备含有保存程序、 运算程序的硬件, 具有输入、 运算处理、 保存或 记忆或存储、 输出显示、 供电的硬件, 具有运算算式、 记忆和运算三角函数、 反三角函数、 加、 减、 乘、 除、 平方、 开方、 分数、 角度计量的常用运算规则的运算模块或硬件, 运算设备使用前 还具有 : 记忆或保存有前述专门用于本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方 案的迭代运算编程方法的一至七步。
17、骤的程序的硬件, 其特征在于 : 具备保存有前述本发明 的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程的或由该方案任 一迭代方程所构建的一对迭代对比算式或一个归零算式的硬件或模块。 权 利 要 求 书 CN 103353300 A 5 1/21 页 6 摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法 所属技术领域 0001 本发明涉及摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算设备及编程法, 属于测绘领 域, 属于摄影测绘, 涉及单像空间后方交会求测摄影中心位置以及角锥三个侧边长度的测 量方法, 和部分其它外方位元素之测量方法, 也涉及操作该测量方法需运用的运算设备及 运算设备的编程。
18、序的方法。 背景技术 0002 摄影中心位置可以靠卫星导航定位设施来完成, 像姿态的问题可以靠导航仪或陀 螺仪或其它设备来完成, 但有时无需或不便使用上述设备或上述设备之一, 空间后方交会 测量中解测摄影中心的位置、 解测角锥三个侧边长度是测绘领域重要的技术问题, 一直是 摄影测量工作者所探求的技术问题。 与本发明最为相近的是角锥空间后方交会的距离方程 式解测法, 其需要18次三角函数来解各光束的方向角, 并需要组建和解一个6阶方程, 过程 复杂, 解测工作量大, 低专业文化人员不易掌握。 一些改进解测法也存在需要运用罗德里格 矩阵或对称矩阵和反对称矩阵等, 且解测摄影中心到地面距离也用距离方。
19、程式解法。另外 的直接线性变换法需要至少 6 个地面控制点, 诸控制点需布置在一个平面上, 需两部以上 照相设备, 涉及矩阵知识 ; 另共线方程解法需接近竖直角度拍摄, 控制点要求布置于一个水 平面, 影响布控制点效率, 在用两张像片对该两像重合区域目标进行前方交会测量时, 因都 水平, 两像重合区相对于有倾角拍摄而照的两幅像之间成像重合区面积小, 影响单幅像使 用效率, 且共线方程解法需运用到矩阵、 偏导等较高学历的知识。 以上背景技术均是在互联 网上所查到。 综上所述, 现有的诸背景技术有不同特点、 局限、 缺陷, 其还有共同的缺陷就是 求解步骤多且复杂, 它们没有简便地首先破解锥体的三个。
20、侧边长度和摄影中心位置, 以致 后续工作和整个过程繁杂, 现况下大量测绘技术人员掌握和操作不易, 影响空间后方交会 测量工作的继续开展, 影响摄影测量在测绘单位及测绘工作人员中的广泛推广运用, 强行 推广需大量培训人员, 且解测工作量大, 需要档次相对较高的运算设备或运算模块, 这方面 缺陷相当于成本和效率的缺陷。现如今, 广大测绘单位迫需应用摄影测量技术以应对大量 大面积的地形图测量的需要, 三角函数是测量工作人员的必修课程, 大量的测绘作业技术 是靠三角函数知识来解答, 凡是技术人员都懂三角函数, 却相对较小比例的测绘技术人员 懂偏导知识、 矩阵知识, 并且矩阵运算也较三角函数运算繁琐。因。
21、此, 解测空间后方交会关 于锥体三侧边长度、 摄影中心位置的技术问题和部分其它像姿态问题, 寻求到运用三角函 数知识来解测且操作步骤简化的测量方法尤为关键, 并且设计一种专用于该测量方法的含 有专门的运算程序的运算设备, 以及专门运算程序的编写方法也十分重要。 发明内容 0003 为了克服现有技术的各种各自局限或缺陷, 以及它们解测步骤复杂, 解测工作量 大, 需要档次相对较高的运算设备或运算模块, 需要运用到较高学历所学的知识, 不能适应 于现今广大测绘单位的测绘人员技术条件及状况的需要, 推广成本高、 速度慢, 影响摄影测 说 明 书 CN 103353300 A 6 2/21 页 7 量。
22、的迅速广泛推广运用的共同缺陷, 本发明提供摄影中心位置或像姿态的测量方法及运算 设备及编程法, 通过其能解测空间后方交会中锥体三侧边长度、 摄影中心位置的技术问题 和寻求到其它部分像姿态的测量方法, 其只需运用到三角函数、 三角条件、 加、 减、 乘、 除、 平 方、 开二次方知识, 解测步骤少而简单, 求解工作量小, 几乎只运用两个或三个单纯的迭代 过程解测实现, 可靠运算设备实现全自动电算化, 可不需要中间过程抄写中间数据, 中间过 程可完全消除人工抄写错误, 运算工作效率高, 且可不需要档次相对较高的运算设备或运 算模块, 许多测绘单位的一些小型运算设备即可按该编程法编程序解算, 广大测。
23、绘工作人 员能灵活使用, 可适用于有倾角的拍摄, 可以较好、 较快、 较简捷或较单纯或更高效率或自 动电算化地解测锥体三侧边长和摄影中心位置或部分其它像姿态项目, 可使空间后方交会 测量工作能更好地继续开展, 可使摄影测量在广大大、 中、 小型测绘单位及测绘工作人员中 的推广运用有了人员技术、 运算设备条件的保障或便利, 可用本法间接地解测到与摄影中 心坐标(或高程)相同的物体的坐标(或高程), 也可用本法求测到的摄影中心坐标(或高 程 ) 去印证或校对其它方法求测到的摄影中心位置, 起到复核或验证的作用, 在解得锥体 三侧边长度和摄影中心位置和主光轴控制面点坐标后, 可再用共线条件方程或解析。
24、几何、 立体几何、 三角函数的解算方法、 常用测绘方法或其它方法更为容易求解到空间后方交会 的其它外方位元素, 也可借助于仪器来解决关于像姿态剩下的问题, 也可按实施例继续开 展关于像姿态的其余求测工作, 也可继续用两张像片去求得两个摄影中心分别到同一待测 物的方位角, 用该两摄影中心坐标和该两方位角前方交会求得待测物坐标。 0004 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 : 在摄影测量及空间后方交会测量上 可以看作是已知条件的数据的测量和解算准备 : 在地面上布置三个不在同一直线上的控制 点 ( 三个控制点高程不限可因地形而设, 三个控制点尽量相互拉开距离并落入摄影像中, 落入的像区最好是。
25、成像差较小的区域, 成像差是指地面点的实际成像位置与理论位置的偏 差。 ), 三个控制点的坐标、 高程为已知, 三个控制点可以依序编为 : M、 N、 L, 测量作业拍摄后, 它们在像上的位置可分别对应地依序编为 : F、 G、 E, 摄影中心为S(或称其为投影中心), R为 像主点 ( 即摄影设备主光轴与像平面的交点 ), H 为摄影中心在摄影中心下方的高程为 Q(Q 为任意值 ) 的一水平面的铅垂方向投影 ( 该水平面称为 Q 水平面 ), K 为摄影仪主光轴与含 M、 N、 L 的平面的交点 ( 称为主光轴控制面点 ), R 是 K 的像, 在一张空中府摄像上 ( 该像可 以是底片、 像。
26、尺寸和实际成像一致的电子文件或其它介质的像, ) 量测得 FR、 GR、 ER、 FG、 GE、 FE 诸线段的长度 : FR 即 1、 GR 即 2、 ER 即 3、 FG 即 1、 GE 即 2、 FE 即 3, RS 长度即 4等于已知像主距或像距, 据已知的地面控制点 M、 N、 L 的坐标反算它们之间的平距分别 为 : M 到 N 平距为 a, N 到 L 平距为 b, L 到 M 平距为 d, 再根据三个地面控制点间的平距和高 程差算出它们之间的斜距 : 线段 MN A, 线段 NL B, 线段 LM D, 设包含摄影中心铅垂线 和摄影设备主光轴的平面命名为主垂面, 它与含 M、 。
27、N、 L 的控制点平面的交线命名为摄影方 向线, 它与像平面的交线命名为主纵线, 主纵线与 MNL 控制点平面上的摄影方向线在像平 面上的理论成像线重合, 两控制点间的线段命名为控制线, 摄影中心到三个控制点的距离 设为 : MS m X、 NS n、 LS , 设为乘号, 简单运算 : 说 明 书 CN 103353300 A 7 3/21 页 8 FS 2 FR 2+RS2,GS2 GR 2+RS2,ES2 ER2+RS2, 令 FS、 GS、 ES 三 个 线 段 的 长 度 为 : FS 为 4、 GS 为 5、 ES 为 6, 由 余 弦 定 理 得 技术方案的首步(该步是开启方案大。
28、门的关键、 重要的一步)是求 测 X( 即 MS 或 m)、 n( 即 NS)、 ( 即 LS), 将 0005 代入 或代入 D2 2+X2-2XcosZ3, 得到一个 X 为自变量 的一元方程, 将其作为迭代方程, 可将该方程等号两边的项作为相互迭代对比的项 ( 将迭 代方程等号两边的项作为相互迭代对比的项具体地说即是构建迭代对比算式或归零算式 : 将迭代方程等号两边的算式分别作为相互迭代对比的迭代对比算式, ( 它们是一对, 一但采 用则共同存在 ), 或构建归零算式即将迭代方程移项让迭代方程等号一边为零, 迭代方程等 号另一边的算式命名为归零算式, 自变量是真值时归零算式的理论为零, 。
29、实际上是将迭代 方程移项后让迭代方程等号一边为零其等号另一边为归零算式, 把归零算式和零两者作为 相互迭代对比的项, 引入迭代对比算式和归零算式两个概念是为了更清楚说明相互迭代对 比的项 ), 进行迭代运算时, 逐次输入不同自变量, 直到解算到等号两边的迭代对比算式相 互间的差值符合限差时, 该次输入的自变量 X 即为 MS 的值, 或解算到归零算式的值符合限 差 ( 该限差是与零相比较的限差 ) 时该次输入的自变量 X 即为 MS 的值, 即解得 m 的值, 依 解得的 MS( 即 m) 的值, 再在 MNS 中求得 NS( 即 n), 在 NLS 或 MLS 中求得 LS( 即 ) ; 第。
30、二步求摄影中心坐标和高程, 当摄影中心铅垂方向投影在三个控制点中间 ( 即当摄影中 心铅垂方向投影位于 : 三个控制点分别铅垂方向投影在 Q 水平面上的三个投影点相互连线 组成的三角形之内 ), 则用 0006 为迭代方程式迭代运算解测 值, 如落在三 个控制点外 ( 即落在三个控制点的投影点相互连线组成的三角形外 ), 则根据摄影中心铅 垂方向投影所落的具体位置用如下 说 明 书 CN 103353300 A 8 4/21 页 9 或 或 中其中一个和摄影中心铅垂方向投影与三个控制点铅垂 投影 M、 N、 L具体位置关系相匹配的方程作为迭代方程, 迭代运算解测 的值, ( 注 : 当摄影中心。
31、在 Q 水平面铅垂投影点落在三个控制点在 Q 水平面铅垂投影点相互连线组成 的三角形的区或区时用式 (9) 作为迭代方程, 当落在该三角形的区或区时用式 (10) 作为迭代方程, 当落在该三角形的区或区时用式 (11) 作为迭代方程。), ( 可将 代入这三个方程式 中的任意一个方程式, 可求到 HL即 、HM即 和HN即 这三个线段中任意一个线段 的值, 摄影中心、 三个控制点在 Q 水平面上的铅垂投影点 ( 即点 H、 L、 M和 N ) 四者相 互连线的任一线段长都可求到, 以这些连线为边构成的所有三角形的任意边长和任意内角 都可求到, 三控制点间方位角或三控制点在 Q 水平面上的投影点。
32、间的方位角可用它们的坐 标反算求到 ), 在 Q 水平面上以摄影中心的铅垂投影点 H 为顶角, 以三个控制点铅垂投影 点的相互连线 M N、 N L、 L M为底边的三个三角形中任选一个三角形, 将 代入 这三个方程式中 其中的两个方程式(比如和求到HL即、 HM即 和HN即这三个线段其中两个线段的值, 通过以余弦定理组建关系式, 通过求反 三角函数, 求出该三角形任一个底角, 用该底角的值及该底角的顶点到摄影中心铅垂投影 H 的距离和该三角形底边 ( 比如 M N ) 的方位角, 求到摄影中心铅垂投影 H 的坐标, 即摄 影中心 S 的坐标, 求到 后,就是摄影中心的高程。第三步, 解测摄影。
33、中心 S 到主光轴控 制面点 K 的距离 V, 当摄影所成像的像主点是在三个控制点 M、 N、 L 的像以内时 ( 即像主点 在三个控制点的像相互连线组成的三角形以内时 ), 用 0007 0008 说 明 书 CN 103353300 A 9 5/21 页 10 0009 作 为 迭 代方程, 进行迭代运算, 解测摄影中心 S 到主光轴控制面点的距离, 当摄影所成像的像主 点是在三个控制点的像以外时 ( 即像主点在三个控制点的像相互连线组成的三角形以外 时 ), 用 0010 0011 0012 或用 0013 0014 0015 或用 0016 0017 0018 即用以上三个方程中其中一。
34、个和像主点与三个控制点的像具体位置关系相匹配的方程作 为迭代方程, ( 注 : 当主光轴控制面点 K 落在区时用式 (13) 作为迭代方程, 当主光轴控 制面点落在区或区时用式 (15) 作为迭代方程, 当主光轴控制面点落在区或区时 用式 (14) 作为迭代方程, 当主光轴控制面点落在区或区时用式 (16) 作为迭代方程 ), 迭代运算解测摄影中心 S 到主光轴控制面点 K 间的距离 V ; 第四步, ( 可将求到的 V 代入 2+V2-2V cosI32, 或可代入n2+V2-2V n cosl22, 或可代入m2+V2-2V m cosI1 2, 可求到 2、 2、 2的算术平方根, 即可。
35、求到 KL 的长度 或KN 的长度 或KM 的 长度 , 至此, K、 M、 N、 L 相互的任一连线的长度都已可以求到, 它们连线之间的任一个夹 角也可据余弦定理组建关系式后用反三角函数求到, ) 主光轴控制面点 K 落在 MNL 内或 落在 MNL 外也都能找到这样的关系 : 包含 K 与其中一个控制点的直线 ( 称其为主动交直 线 ), 与另两个控制点间的线段 ( 称其为控制线 ) 相交, ( 并且因为若将主光轴控制面点及 M、 N、 L 三个控制点间两两相互连线, 以这些连线为边组成的三角形的任意内角和边长都可 说 明 书 CN 103353300 A 10 6/21 页 11 求到 。
36、), 可求到相交点与同其相交的包含两个已知控制点的线段 ( 即被相交的控制线 ) 上 的一个控制点之间的距离, 用该距离和该被相交的控制线上两个已知控制点的坐标、 高程 求到相交点的坐标、 高程, K 和一已知控制点以及已求得坐标、 高程的该相交点在同一主动 交直线上, 可求到 K 与该相交点或与该主动交直线上的一控制点之间距离, 再用该距离和 该相交点的坐标、 高程和主动交直线上该控制点的坐标、 高程求出主光轴控制面点 K 的坐 标 ; 至此解测了投影中心的坐标和高程、 主光轴控制面点 K 坐标、 摄影设备主光轴从摄影中 心到主光轴控制面点之间的线段长度, 这几个要素就决定了摄影设备的位置、。
37、 倾角、 方向, 可以用摄影中心坐标和主光轴控制面点坐标来反算主垂面方位角或主光轴方位角, 这两个 方位角之一决定了像片的方向, 像片的旋角是相对于像边框而言的, 其实三个控制点在像 片中的成像位置也已决定了像片的旋角, 也还可以用在实施例中利用主垂面方位角与控制 点(或控制线)的关系采用普通的数学和测绘方法求到决定像片旋角的主纵线在像片上的 位置。 用以运算本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中迭代运算的运算 设备的编程法 : 第一步, ( 用条件转移指令或子程序选择指令 ) 选择由迭代方程式移项或未 经过移项构建的一对迭代对比算式 ( 或一个归零算式 ), 注 : 一个运算设备。
38、中可只采用或 只存在一对迭代对比算式 ( 或一个归零算式 ), 其它的迭代方程由另外一个或另外多个运 算设备运算, 构建迭代对比算式是指将迭代方程式等号左右两边算式作为相互迭代对比的 两算式, 构建归零算式是指将迭代方程移项让迭代方程等号一边为零, 等号另一边的算式 确定为归零算式 ; 另, 选择迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 可不在本步骤中选择, 可在计算迭 代对比算式 ( 或归零算式 ) 之前选择 ; 在选择迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 时, 迭代对比 算式 ( 或归零算式 ) 对应的计算超限判断算式同时被选择 ( 即对应的计算超限判断算式和 迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 位于同。
39、一程序运行路径 ), 注 : 计算超限判断算式是用以判断 是否将出现计算超限的算式, 其包括迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 中的 : 含有自变量的作 为分母的算式 ( 根据一确定的自变量如果其值为零则是不合格 )、 含有自变量作为被开方 数的算式 ( 根据一确定的自变量如果其值为负数则是不合格 )、 用以求反三角函数的最终 算式 ( 即不再参加其它计算, 真接用其来求反三角函数的算式, 根据一确定的自变量如果 其值的绝对值大于 1 则是不合格 ), , 输入迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的已知数据 ; 第 二步, ( 估计和确定自变量的区间范围 ), 此时可输入一个自变量区间的最大取值 。
40、( 作为自 变量不能超过的值 ), 此时可输入自变量区间内最小的值的作为自变量的第一次值, ( 注 : 以自变量估计区间的最小值作为首个自变量, 以后, 每选一次自变量都采用上一次自变量 值加上一个正数逐改值作为当次选的自变量。), 输入首轮逐改值 注 : 可以用符合下式的 数 :(T 大于 3), 作为首轮逐改值, 这个分数不一定写入程序, 只 说明逐改值的取值范围。, 给记录最佳互差的代数人工输入一个大于任意限差 ( 即区间内 任意自变量产生的限差 ) 的数或大于 10 亿的数, 即在估计的自变量区间内采用任意一个 自变量, 迭代对比算式计算的互差 ( 或归零算式的计算值 ) 都比给记录最。
41、佳互差的该代数 人工输入的数小, 其作用是让程序在首次进入第四步时能记录下采用首个自变量计算出的 互差作为第一个最佳互差, 并记录该次的自变量作为首个最佳自变量, 操作中可以将区间 内最大自变量和最小自变量分别代入迭代对比算式 ( 或归零算式 ), 分别计算出用大、 小自 变量时迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的互差, 给记录最佳互差的代数人工输入的数值要大 说 明 书 CN 103353300 A 11 7/21 页 12 于该两互差中最大一个互差, 如果不能正常运行, 则加大数值输入, 为了简便可直接人工输 一个大于 10 亿的数, 如果不能正常运行, 再加大数值输入, 如此反复, 也可。
42、在首轮使用小数 值逐改值, 首轮逐改值小时, 首轮选用的自变量多, 算到的互差中最小的互差更接近限差的 可能大, 而给记录最佳互差的代数人工输入的数值不一定满足记录下首个自变量产生的互 差 ( 来作为最佳互差 ) 和该首个自变量 ( 来作为最佳自变量 ), 只要在第一轮运算中能自 动记录一个自变量产生的互差 ( 来作为最佳互差 ) 和该个自变量 ( 来作为最佳自变量 ), 即可。 ; 第三步, 以确定的自变量分别计算每个计算超限判断算式, 并分别判断其每个是否 合格 ( 采用的迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 中可出现计算超限的部位的计算超限判断算式 都要分别被判断是否合格 ), 如果任一个不。
43、合格, 用条件转移命令让程序运行立即转到第六 步, ( 注 : 有时迭代方程自变量的取值稍偏离真值, 可能造成迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 其中的反正弦函数等计算超限, 但这种情况出现的不多 ; 如将出现计算超限, 可让程序转到 第六步, 以致修改自变量的起点值、 修改自变量区间最大值、 修改逐改值后进行下一轮的迭 代运算过程, 在更接近真值的自变量范围内继续算 ), 如果合格则继续, 以确定了的自变量, 分别运算每个迭代对比算式 ( 或运算归零算式 ) ; 第四步, 将迭代对比算式运算的结果进 行互差比较运算 ( 可以用一对迭代对比算式中的两个迭代对比算式的结果相除, 或相减, 或相减后。
44、取差的绝对值, 其商或差或差的绝对值称为互差, 用以和限差比较, 如果采用的是 归零算式, 不需互差比较运算, 用归零算式的值直接和限差比较, 它本身可看作为与零相减 的差, 该限差是能比较是否接近零的限差, 为了语言统一, 下文中归零算式计算出的值也称 作为互差 ), 再比较本次计算的互差是否比记录的此前最佳互差更接近限差, 如果不是, 不 作改变, 如果是, 分别以代数记录本次更接近的自变量和互差作为最佳自变量和最佳互差, ( 程序的使用过程中, 如果是第一次运算, 该记录最佳自变量的代数还没有输入数值, 运算 设备可能会提问该代数的值, 那么, 给记录最佳自变量的代数输入任意数值。) ;。
45、 第五步, 判 断记录的最佳互差是否符合限差, 如果是, 则进入七步骤, 输出记录的符合限差的最佳互差 所对应的最佳自变量值, 停止运行程序, 如果不是, 继续 ; 判断当次自变量是否大于或等于 当前自变量区间的最大值, 如果不是, 当次自变量加上当前逐改值后的值作为新的自变量, 回到第三步骤, 如果是则继续 ; 第六步, 记录的此前最佳互差所对应的最佳自变量减去当前 逐改值后的差作为下一轮计算的自变量的新的起点值, 自变量新的起点值加上两倍当前逐 改值后的和作为下一轮运算的自变量区间的最大值 ( 即从自变量新的起点值至自变量新 的起点值加上两倍当前逐改值后的和这个区间作为下一轮运算自变量的取。
46、值范围区间 ), 当前逐改值乘以小于0.5的正数的积作为下一轮运算的逐改值, 回到第三步骤(注 : 此时改 变自变量区间的最大值和自变量的起点值及逐改值后回到第三步骤即进行下一轮运算开 始 ) ; 第七步骤, 输出记录的符合限差的最佳互差所对应的最佳自变量值, 停止运行程序 ; 本编法的一至七步骤其实主要采用的是很简单的断判或选择, 是普通软件技术员可随意编 写的, 重要的一点是 : 采用或选择的迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 是由前述本发明的摄影 中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的其中任一个迭代方程所构建 ( 即 : 采用 或选择的一对迭代对比算式中两个迭代对比算式相互用等号连接。
47、起来是本发明的摄影中 心位置或像姿态的测量方法的技术方案中一个迭代方程或该迭代方程移项变形后的迭代 方程, 亦或, 采用或选择的归零算式与零之间用等号连接起来是本发明的摄影中心位置或 像姿态的测量方法的技术方案中一个迭代方程或该迭代方程移项变形后的迭代方程。)。 说 明 书 CN 103353300 A 12 8/21 页 13 运算设备应具备含有保存程序、 运算程序的硬件, 具有输入、 运算处理、 保存或记忆或存储、 输出显示、 供电的硬件, 具有运算算式、 记忆和运算三角函数、 反三角函数、 加、 减、 乘、 除、 平 方、 开方、 分数、 角度计量等等常用运算规则的运算模块或硬件, ( 。
48、前述具备硬件条件, 比如 卡西欧 fx-4500PA 函数计算器的硬件条件或功能即可实现, 但卡西欧 fx-4500PA 函数计算 器内存较小, 可能不能被输入或包含全部迭代方程, 当容量有限时, 超容量不能输入的迭代 方程可由另外一个或另外多个计算器来完成, 该另外的计算器在使用之前也应输入类同前 述一至七步骤编程法的程序, 因此, 可以使用多个运算设备来共同完成, 一个运算设备可以 只采用或只存在一对迭代对比算式 ( 或一个归零算式 ), 同时, 卡西欧 fx-4500PA 函数计算 器每一个程序行也有容量限制, 当一个程序行容纳不下一个迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 及其它相配程序时,。
49、 可以先将迭代对比算式 ( 或归零算式 ) 的任意部分在一个程序行中先 行运算后再将运算的结果代入位于另一个程序行尚缺该部分的该迭代对比算式 ( 或该归 零算式 )。), 运算设备使用前还具有 : 记忆或保存有前述专门用于本发明的摄影中心位置 或像姿态的测量方法的技术方案的迭代运算编程方法的一至七步骤的程序的硬件, 重要的 是 : 具备保存有前述本发明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一 迭代方程的或由该方案任一迭代方程所构建的一对迭代对比算式或一个归零算式的硬件 或模块 ( 即应具备这样的硬件或模块, 该硬件或模块中保存有本发明的摄影中心位置或像 姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程, 或者是该硬件或模块中保存有由本发 明的摄影中心位置或像姿态的测量方法的技术方案中包含的任一迭代方程所构建的一对 迭代对比算式或一个归零算式。判断是否由该迭代方程所构建 : 一对迭代对比算式的两算 式之间用等号连接起来是该迭代方程。