一幅影像的外方位元素包括6个参数，其中有3个是线元素，用于描述摄影中心相对于物方空间坐标系的位置、、；另外3个是角元素，用于描述传感器在摄影瞬间的姿态角（，，）。

外方位元素如图所示。

外方位元素示意图

外方位元素中的角元素根据主轴的不同，有3种不同的表达形式：①以轴为主轴的--系统（主轴是在旋转过程中空间方向不变的一个固定轴）。以轴为主轴旋转角，然后绕轴旋转角，最后绕轴旋转角。其中角称为航向倾角（如机头俯仰），角称为旁向倾角（如机身侧翻），角称为像片倾角（如飞机绕主光轴偏转）。②以轴为主轴的系统。以轴为主轴旋转角，然后绕轴旋转角，最后绕轴旋转角。类似于系统，角为旁向倾角，角为航向倾角，角为像片倾角。③以轴为主轴的系统。以轴为主轴旋转角，然后绕轴旋转角，最后绕轴旋转角。

外方位元素的作用是针对已建立的摄影光束，确定像片摄影瞬间在地面直角坐标系中空间位置和姿态的参数。在摄影测量和遥感工作中，获取影像的外方位元素的主要方法有：利用雷达、全球定位系统、惯性导航系统，以及星象摄影机来获取像片的外方位元素，也可以利用一定数量的地面控制点根据共线方程，反求像片的外方位元素。随着空间信息技术的飞速发展，遥感卫星的运行轨道和姿态的测控精度不断提高，其轨道和姿态等各类参数信息随同遥感数据一起提供给用户。

精确求解影像的外方位元素是摄影测量学的重要研究内容，这项工作长期以来一直由复杂烦琐的空中三角测量完成，由于其对地面控制点的决定性依赖，导致在一些控制资料匮乏的地区难以实现航空摄影测量成图。20世纪90年代，在全球定位系统辅助空中三角测量成功应用的基础上，惯性测量装置也被引入到摄影测量领域，它采用陀螺仪和加速度计测量飞行平台的角速率和加速度，通过积分得到平台的姿态和位置。惯性测量装置和差分全球定位系统的集成，构成了传感器位置和姿态的自动测量装置，无须地面控制或使用少量地面控制就可使影像达到很高的定位精度，这项技术也称之为直接地理定位或集成传感器定向。欧洲实验性摄影测量研究组织在1999年成立了集成传感器定向工作组，对惯性测量装置/差分全球定位系统系统的定位能力进行了深入研究，结果表明在l∶5000的成像比例尺下可以达到厘米级的定位精度，具有广阔的应用前景。