外方位元素

在恢復內方位元素(即恢復了攝影光束)的基礎上，確定攝影光束在攝影瞬間的空間位置和姿態的參數，稱為外方位元素。一張像片的外方位元素包括六個參數，其中三個是直線元素，用於描述攝影中心的空間坐標值；另外三個是角元素，用於描述像片的空間姿態。

基本介紹

• 中文名：外方位元素
• 外文名：elements of exterior orientation
• 簡介：用於描述攝影中心的空間坐標值
• 用途：表征攝影光束攝影瞬間空間位置
• 又稱：像片外定向元素

定義

外方位元素是確定攝影光束在物方的幾何關係的基本數據。用於表征攝影光束在攝影瞬間的空間位置，包括攝影中心在某一空間直角坐標系中的三維坐標值 （即線元素）和確定攝影光束空間方位的三個角定向元素共6個數據。其中的3個角定向元素，常因採用的轉角系統不同而用不同的元素表示：當採用以 軸為主軸的轉角系統時，表示為主垂面的方位角t、像片的傾斜角口和像片旋角c；當採用以 軸為主軸的轉角系統時，表示為航向傾角 、旁向傾角 和像片旋角 ；當採用以 軸為主軸的轉角系統時，表示為旁向傾角 、航向傾角 和像片旋角 。

三角元素系統

作用

確定每張像片的六個外方位元素，就能恢復航攝相片與被攝地面之間的相互關係，重建地面立體模型，利用立體模型提取目標的幾何和物理信息，因此如何獲取相片的外方位元素一直是攝影工作探討的問題，其方法有利用雷達、全球定位系統、慣性導航系統（INS）以及形象攝影機來獲取像片的外方位元素，也可利用一定數量的地面控制點，根據共線方程反求像片的外方位元素。

求解方法

編輯

單張像片的空間後方交會

空間後方交會是利用航攝像片上三個以上不在一條直線上的已知點按構像方程計算該像片外方位元素的方法，即由物方已知若干個控制點以及相應像點的坐標，解求攝站的坐標與影像的方位。它是攝影測量的一個基本問題，通常採用最小二乘法（最小二乘法的定義為在殘差滿足VPV為最小的條件下解算測量估值或參數估值並進行精度估算的方法。其中V為殘差向量，P為其權矩陣是一種數學最佳化技術。最小二乘法通過最小化誤差的平方和尋找數據的最佳函式匹配。利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數據，並使得這些求得的數據與實際數據之間誤差的平方和為最小。最小二乘法還可用於曲線擬合。其他一些最佳化問題也可通過最小化能量或用最小二乘法來表達解算，由於原始的觀測值方程（一般為共線方程）是非線性的疊代關係，因此一般空間後方交會必須已知方位元素的初始值，且解算過程是個疊代過程。

空間後方交會的基本思想是以單幅影像為基礎，從該攝影所覆蓋地面範圍內若干控制點的已知地面坐標和相應的像點坐標量測值出發，根據共線條件方程求解該測量值影像在航空攝影時刻的外方位元素XS， YS ，ZS ，φ，ω，k。

相對定向-絕對定向解算

確定立體像對中兩張像片相對位置和姿態關係的參數，稱之為相對定向元素。相對定向的目的是恢復兩張像片的相對位置和姿態，使同名光線對對相交，建立一個與被攝物體相似的幾何模型，以確定模型點的三維坐標。

絕對定向元素是確定相對定向所建立的幾何模型的比例尺和模型空間方位的絕對位置和姿態的元素。目的：將建立的模型坐標納入到地面坐標系統中，並歸化為規定的比例尺。方法：通過將相對定向建立的立體模型進行縮放、旋轉和平移，使其達到絕對位置和縮放。

光束法解算

光束法：用已知的少數控制點以及待求的地麵點，在立體像對內同時解求兩像片的外方位元素和待定點的坐標，俗稱一步定向法即光束法。