掃描坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像平面坐標(biāo).doc

實(shí)驗(yàn)一、坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)原理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)際上是完成像片上像素的像素坐標(biāo)到像平面坐標(biāo)的一個(gè)轉(zhuǎn)換，此過(guò)程又被稱(chēng)作數(shù)字影像的內(nèi)定向。解析攝影測(cè)量學(xué)通過(guò)坐標(biāo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)和共線方程建立了像點(diǎn)坐標(biāo)與對(duì)應(yīng)物點(diǎn)坐標(biāo)的嚴(yán)密關(guān)系。數(shù)字影像像素坐標(biāo)系不同于像平面坐標(biāo)系，需要通過(guò)內(nèi)定向建立像素坐標(biāo)系與像平面坐標(biāo)系的關(guān)系。由數(shù)字相機(jī)直接獲取的數(shù)字影像具有簡(jiǎn)單的內(nèi)定向關(guān)系；通過(guò)對(duì)光學(xué)航片的掃描得到的數(shù)字化航片則需要識(shí)別和量測(cè)框標(biāo)的像素坐標(biāo)，結(jié)合相機(jī)檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)定向。內(nèi)定向的實(shí)質(zhì)是要確定像素點(diǎn)在像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。由于我們?cè)趻呙柘衿臅r(shí)候像片的位置放置和像素坐標(biāo)系和像平面坐標(biāo)系之間的差異而導(dǎo)致同一個(gè)像素點(diǎn)在不同的坐標(biāo)系中有不同的坐標(biāo)值，我們?cè)谶M(jìn)行解算的時(shí)候所應(yīng)有到得是像平面坐標(biāo)，而根據(jù)掃描所得到的相片我們只能得到像素坐標(biāo)，那么他們之間就存在一個(gè)轉(zhuǎn)換的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系我們通常將它描述為一個(gè)關(guān)系式，即仿射變換：其中x y分別為像素點(diǎn)在像素坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，x y為相對(duì)于的點(diǎn)在像平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值。所以根據(jù)上式我們只要知道一部分點(diǎn)在兩種坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值我們就可以求得仿射變換中所對(duì)應(yīng)的系數(shù)，然后就可以根據(jù)一個(gè)像素點(diǎn)的像素坐標(biāo)而求得其所對(duì)應(yīng)的像平面坐標(biāo)。由于在實(shí)際的應(yīng)用中我們已經(jīng)知道了8個(gè)框標(biāo)的像平面坐標(biāo)，所以我們只需要通過(guò)一定得手段量取他們的像素坐標(biāo)就可以求得所對(duì)應(yīng)的系數(shù)。當(dāng)量測(cè)分別位于影像四邊中央和四角的8個(gè)框標(biāo)，也可采用雙線性變換公式進(jìn)行像點(diǎn)坐標(biāo)改正： 實(shí)驗(yàn)用具及已知數(shù)據(jù)文件計(jì)算機(jī)、編程軟件（MATLAB），通用圖像處理軟件Photoshop、立體像對(duì)：左片 01-156_50mic.tif、右片01-155_50mic.tif,地面GCP標(biāo)識(shí)文件01-156_50mic.jpg、像框標(biāo)坐標(biāo)理論值實(shí)驗(yàn)步驟找到像框標(biāo)的像素坐標(biāo)將其將立體像對(duì)中的左片用Photoshop軟件打開(kāi)，此時(shí)此軟件說(shuō)用的坐標(biāo)即為像素坐標(biāo)，那么我們就可以通過(guò)此軟件找到像框標(biāo)對(duì)應(yīng)的像素坐標(biāo)。像框標(biāo)在像片中的分布位置如圖如圖所示：由于像框標(biāo)在像片上的位置已經(jīng)用紅色的小圓圈標(biāo)識(shí)出來(lái)，我們只需要找到它的大體位置然后將它放大，知道放大到不能繼續(xù)放大位置，那么這是說(shuō)看到的圖像就是一個(gè)個(gè)分離的像素點(diǎn)，然后將光標(biāo)放到小圓圈和十字架的中心位置，這是軟件上將會(huì)顯示光標(biāo)所指示的像素點(diǎn)的像素坐標(biāo)，將它記錄下來(lái)，然后輸入到之前說(shuō)新建的.txt文件中。再輸入數(shù)據(jù)的時(shí)候，依次輸入x y坐標(biāo)值，每個(gè)數(shù)字之間用逗號(hào)隔開(kāi)，直到八個(gè)框標(biāo)的像素坐標(biāo)都輸入完為止，然后換行。按順序?qū)⒖驑?biāo)的像素坐標(biāo)輸入到一個(gè)文本文件中：用同樣的方法對(duì)右片進(jìn)行同樣的處理，并將所得的坐標(biāo)數(shù)據(jù)保存到另一個(gè)文本文件中。這樣就完成了第一步的處理。框標(biāo)坐標(biāo)的理論值輸入到文件中因?yàn)閷?duì)于一張航空攝影像片它的框標(biāo)坐標(biāo)的理論值是已知的，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)前都已經(jīng)得到了8個(gè)框標(biāo)所對(duì)應(yīng)的理論像平面坐標(biāo)。在此步我們只需要將已知的數(shù)據(jù)輸入到我們的數(shù)據(jù)文件中，以遍程序能正確讀入數(shù)據(jù)。我們將前面所建立的保存框標(biāo)像素坐標(biāo)的文本文件打開(kāi)，在它的第二行輸入8個(gè)框標(biāo)的坐標(biāo)理論值。找出每張像片上GCP所對(duì)應(yīng)的像素坐標(biāo)根據(jù)所提供的GCP標(biāo)識(shí)的圖像文件我們可以推測(cè)每張像片上游六個(gè)地面控制點(diǎn)，由于他們的大體位置已經(jīng)在圖片上標(biāo)出，所以我們只需要根據(jù)給定的信息找到相應(yīng)的點(diǎn)，找到他們所對(duì)應(yīng)的像素坐標(biāo)，將它們記錄保存下來(lái)。此步與前面求框標(biāo)的像素坐標(biāo)基本相同，但與前面比起來(lái)，顯得相對(duì)難一些，在這個(gè)步驟中由于在我們所要處理的像片中并沒(méi)有對(duì)地面控制點(diǎn)的具體位置在圖上標(biāo)識(shí)出來(lái)，所以我們只能根據(jù)給定的控制點(diǎn)的描述圖片在我們所處理的相片上來(lái)找到地面控制點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位置。我們首先需要根據(jù)地面控制點(diǎn)周?chē)牡孛睬闆r判斷出它在我們所要處理的相片上所對(duì)應(yīng)的位置，然后將他放大，與說(shuō)給出的地面控制點(diǎn)周?chē)h(huán)境的具體描述的圖片對(duì)比，則可找到其對(duì)于的位置，在圖上地面控制點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素顯示為一個(gè)黑色小方塊，我們可記錄下他的位置，然后輸入到坐標(biāo)文件中將其保存。下面給出6156好控制點(diǎn)位置過(guò)程：對(duì)6156號(hào)控制點(diǎn)的描述圖像為：它在我們的目標(biāo)像片中的位置大概在下圖說(shuō)畫(huà)的紅圈中：我們將次區(qū)域放大。 與實(shí)地的描述相對(duì)比：我們可以得到此地面控制點(diǎn)的像素作弊為：11.56 18.25最后將所得到的數(shù)據(jù)輸輸入到我們的數(shù)據(jù)文件中，即完成了我們的數(shù)據(jù)處理,最后所得的數(shù)據(jù)文件為：求變換參數(shù)及地面控制點(diǎn)的像平面坐標(biāo)首先是將8個(gè)框標(biāo)的正確坐標(biāo)和量測(cè)坐標(biāo)值帶入變換公式中，求得8個(gè)待定參數(shù)。然后再用變換公式按變換參數(shù)已知，對(duì)每個(gè)量測(cè)的坐標(biāo)值變化到理論影像坐標(biāo)。其中變換參數(shù)可根據(jù)最小二乘法求出在此步中我們只需用在MATLAB環(huán)境下調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)即可完成待定參數(shù)及地面控制點(diǎn)的像平面坐標(biāo)的求解。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下，在MATLAB命令窗口中輸入轉(zhuǎn)換文件zhuanhuan_GZ，調(diào)用相應(yīng)的腳本文件。選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，并將結(jié)果保存完成以上兩步后我們就可得到我們所需要的控制點(diǎn)在左右像片中的像平面坐標(biāo)數(shù)據(jù)： 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及感想通過(guò)一個(gè)多小時(shí)的努力，本次實(shí)驗(yàn)成功的完成了，回想起來(lái)還是感覺(jué)比較容易的。此次實(shí)驗(yàn)所用到的實(shí)驗(yàn)原理像對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。實(shí)驗(yàn)中主要利用了仿射變換，然后就是通過(guò)幾個(gè)已知點(diǎn)的坐標(biāo)找到他們之間的變換系數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟在于找到有關(guān)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素坐標(biāo)。對(duì)于框標(biāo)來(lái)說(shuō)顯得相對(duì)容易。而對(duì)于地面控制點(diǎn)來(lái)說(shuō)，就有一點(diǎn)難找了，它們?cè)趫D片上并沒(méi)有明顯的標(biāo)記。在剛一開(kāi)始，我怎么有不能準(zhǔn)確的找到他們的位置，而只是在圖上四處亂找，這無(wú)異于大海撈針。在嘗試了一段時(shí)間后，我終于找到了實(shí)驗(yàn)的訣竅，我們不能求一步就能達(dá)到目的，只能一步一步的將我們搜索的范圍縮小，然后與實(shí)地的詳細(xì)描述相對(duì)比，即可快速的找到我們所搜尋的目標(biāo)。學(xué)了這么久的攝影測(cè)量，此次實(shí)驗(yàn)讓我們第一次接觸到了攝影像片，心中比較的激動(dòng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都在比較愉悅的心情中順利的完成了。在剛剛從老師那兒拿到像片的時(shí)候，我被它超高的分辨率給驚呆了，在看了看他的大小與普通圖片比起來(lái)相差太大了。在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中我們同時(shí)還學(xué)會(huì)了立體像對(duì)左右片的識(shí)別。此次實(shí)驗(yàn)讓我們對(duì)攝影測(cè)量有了一個(gè)更為客觀的了解，提高了我們動(dòng)手操作