像片糾正與正射影像

1、第九章第九章像片糾正與正射影像圖像片糾正與正射影像圖9-1 像片糾正的概念與分類像片糾正的概念與分類一、像片糾正的概念一、像片糾正的概念 像片平面圖像片平面圖或正射影像圖是地圖的一種，它是或正射影像圖是地圖的一種，它是用相當于用相當于正射投影正射投影的航攝像片上的影像表示地物的的航攝像片上的影像表示地物的形狀和平面位置的地圖形式。利用中心投影的航攝形狀和平面位置的地圖形式。利用中心投影的航攝像片編制像片平面圖或正射影像圖，是將像片編制像片平面圖或正射影像圖，是將中心投影中心投影轉變?yōu)檗D變?yōu)檎渫队罢渫队暗膯栴}。的問題。 當像片水平且地面為水平的情況下，該航攝像當像片水平且地面為水平的情況下，

2、該航攝像片就相當于該地區(qū)比例尺為片就相當于該地區(qū)比例尺為1：m(=f/h) 的平面圖。的平面圖。 由于航空攝影時，不能保持像片嚴格水平，而由于航空攝影時，不能保持像片嚴格水平，而且地面也不可能是水平面，致使像片上的構像由于且地面也不可能是水平面，致使像片上的構像由于像片傾斜像片傾斜和和地形起伏地形起伏產(chǎn)生產(chǎn)生像點位移、圖形變形以及像點位移、圖形變形以及比例尺不一致比例尺不一致。所以，不能簡單的用原始航攝像片。所以，不能簡單的用原始航攝像片上的影像來表示地物的形狀和平面位置。上的影像來表示地物的形狀和平面位置。 將原始的航攝像片通過投影變換，獲得相當于將原始的航攝像片通過投影變換，獲得相當于航攝

3、像機航攝像機物鏡主光軸在鉛垂位置攝影物鏡主光軸在鉛垂位置攝影的水平像片，的水平像片，同時改化規(guī)定的比例尺；或應用計算機按相應的數(shù)同時改化規(guī)定的比例尺；或應用計算機按相應的數(shù)學關系式進行解算，從原始非正射的數(shù)字影像獲取學關系式進行解算，從原始非正射的數(shù)字影像獲取數(shù)字正射影像，這些作業(yè)過程稱為數(shù)字正射影像，這些作業(yè)過程稱為像片糾正像片糾正。二、像片糾正方法分類二、像片糾正方法分類1. 光學機械糾正法光學機械糾正法 這種糾正方法是攝影測量的傳統(tǒng)方法，只適這種糾正方法是攝影測量的傳統(tǒng)方法，只適用于對平坦地區(qū)的航攝像片進行糾正，只能消除用于對平坦地區(qū)的航攝像片進行糾正，只能消除因因像片傾斜像片傾斜引起的

4、像點位移，不能消除因引起的像點位移，不能消除因地形起地形起伏伏產(chǎn)生的產(chǎn)生的投影差投影差。2. 光學微分糾正光學微分糾正 可以完成對可以完成對起伏地區(qū)起伏地區(qū)的影像進行糾正。方法的影像進行糾正。方法是在正射投影儀上，將影像分解成小面元的集合，是在正射投影儀上，將影像分解成小面元的集合，以小面元為糾正單元，經(jīng)投影變換實現(xiàn)糾正的技以小面元為糾正單元，經(jīng)投影變換實現(xiàn)糾正的技術。術。 3. 數(shù)字微分糾正數(shù)字微分糾正 利用經(jīng)典的光學糾正儀器進行像片糾正，在數(shù)利用經(jīng)典的光學糾正儀器進行像片糾正，在數(shù)學關系上受到很大的限制，特別是近代遙感技術中學關系上受到很大的限制，特別是近代遙感技術中許多新的傳感器的出現(xiàn)，

5、產(chǎn)生了不同于經(jīng)典的框幅許多新的傳感器的出現(xiàn)，產(chǎn)生了不同于經(jīng)典的框幅式航攝像片的影像，使得經(jīng)典的光學糾正儀器難以式航攝像片的影像，使得經(jīng)典的光學糾正儀器難以適應這些影像的糾正任務，而且這些影像中有許多適應這些影像的糾正任務，而且這些影像中有許多本身就是數(shù)字影像，不便使用這些光學糾正儀器。本身就是數(shù)字影像，不便使用這些光學糾正儀器。使用數(shù)字微分糾正技術，則可方便地解決上述問題。使用數(shù)字微分糾正技術，則可方便地解決上述問題。 數(shù)字微分糾正：數(shù)字微分糾正：根據(jù)已知影像的內(nèi)定向參數(shù)和根據(jù)已知影像的內(nèi)定向參數(shù)和外方位元素及數(shù)字高程模型，按一定的數(shù)學模型用外方位元素及數(shù)字高程模型，按一定的數(shù)學模型用控制點解

6、算，從原始非正射影像獲取正射影像，即控制點解算，從原始非正射影像獲取正射影像，即 將影像化為很多微小的區(qū)域（一般為一個像元大小將影像化為很多微小的區(qū)域（一般為一個像元大小的區(qū)域），逐一進行改正。這種直接利用計算機對的區(qū)域），逐一進行改正。這種直接利用計算機對數(shù)字影像進行逐個像元的微分糾正，稱為數(shù)字影像進行逐個像元的微分糾正，稱為數(shù)字微分數(shù)字微分糾正。糾正。 特點：特點： 1 1、使用數(shù)字攝影測量系統(tǒng)作業(yè)、使用數(shù)字攝影測量系統(tǒng)作業(yè) 2 2、適用于各類地區(qū)，是逐像元的嚴格糾正、適用于各類地區(qū)，是逐像元的嚴格糾正3 3、作業(yè)所需、作業(yè)所需demdem可在同一系統(tǒng)中自動生成可在同一系統(tǒng)中自動生成4 4

7、、成果為數(shù)字正射影像、成果為數(shù)字正射影像9-2 數(shù)字微分糾正數(shù)字微分糾正一、數(shù)字微分糾正的基本原理一、數(shù)字微分糾正的基本原理 數(shù)字微分糾正與光學微分糾正一樣，其基本任數(shù)字微分糾正與光學微分糾正一樣，其基本任務是務是實現(xiàn)兩個二維圖像之間的幾何變換實現(xiàn)兩個二維圖像之間的幾何變換。在數(shù)字微。在數(shù)字微分糾正過程中，必須首先確定原始圖像與糾正后的分糾正過程中，必須首先確定原始圖像與糾正后的圖像之間的幾何關系。設任意像元在原始影像和糾圖像之間的幾何關系。設任意像元在原始影像和糾正后圖像中的坐標分別為正后圖像中的坐標分別為(x,y)和和(x，y)。它們之間。它們之間存在著映射關系存在著映射關系:(9-2a)

8、(9-2b) 公式公式(9-2a)是由糾正后的像點坐標是由糾正后的像點坐標(x，y)出發(fā)，出發(fā)，根據(jù)像片的內(nèi)、外方位元素及根據(jù)像片的內(nèi)、外方位元素及p點的高程點的高程 反求其在反求其在原始圖像上的像點坐標原始圖像上的像點坐標(x，y)，這種方法稱為，這種方法稱為反解反解法法(或稱為間接解法或稱為間接解法)。而公式（。而公式（9-2b）則相反，它）則相反，它是由原始圖像上像點坐標是由原始圖像上像點坐標(x，y)解求糾正后圖像上解求糾正后圖像上相應點坐標相應點坐標(x，y)，這種方法稱為，這種方法稱為正解法正解法(或稱直接或稱直接解法解法)。二、反解法數(shù)字微分糾正二、反解法數(shù)字微分糾正計算過程如下

9、計算過程如下: 1. 計算地面點坐標計算地面點坐標 設正射影像上任意一像點設正射影像上任意一像點p的坐標為（的坐標為（x,y）,由左下角圖廓點坐標（由左下角圖廓點坐標（x0，y0）及正射影像比例）及正射影像比例尺分母尺分母m，計算其地面點坐標。，計算其地面點坐標。（9-3）2. 計算像點坐標計算像點坐標 應用共線條件式計算應用共線條件式計算p點在原始圖像上的像點點在原始圖像上的像點p的坐標（的坐標（x，y）：）：)()()()()()()()()()()()(33322203331110sssssssssssszzcyybxxazzcyybxxafyyzzcyybxxazzcyybxxafxx

10、z z為為p p點的高程，由點的高程，由demdem內(nèi)插求得。內(nèi)插求得。3. 灰度內(nèi)插灰度內(nèi)插 由于所求得的像點坐標不一定正好落在像元素由于所求得的像點坐標不一定正好落在像元素中心，為此必須進行灰度內(nèi)插，一般可采用雙線性中心，為此必須進行灰度內(nèi)插，一般可采用雙線性內(nèi)插方法，求得像點內(nèi)插方法，求得像點p的灰度值的灰度值g(x，y)。4. 灰度賦值灰度賦值 最后將像點最后將像點p p的灰度值賦給糾正后的像元素的灰度值賦給糾正后的像元素p p，即即 g(xg(x，y)y)g(xg(x，y) (9-4)y) (9-4) 依次對每個糾正像元素進行上述運算，即能獲依次對每個糾正像元素進行上述運算，即能獲得

11、糾正的數(shù)字圖像。得糾正的數(shù)字圖像。三、正解法數(shù)字微分糾正三、正解法數(shù)字微分糾正 正解法數(shù)字微分糾正是從原始圖像出發(fā)，將原正解法數(shù)字微分糾正是從原始圖像出發(fā)，將原始圖像上的每一個像元素用正解公式求得糾正后的始圖像上的每一個像元素用正解公式求得糾正后的像點坐標。像點坐標。 這種方法存在著很大的缺點，在糾正后的圖像這種方法存在著很大的缺點，在糾正后的圖像上，所得的像點是不規(guī)則排列的，有的像元素內(nèi)可上，所得的像點是不規(guī)則排列的，有的像元素內(nèi)可能出現(xiàn)能出現(xiàn)空白空白，而有的像元素內(nèi)可能出現(xiàn)，而有的像元素內(nèi)可能出現(xiàn)多個像點多個像點，因此很難實現(xiàn)灰度內(nèi)插并獲得規(guī)則排列的數(shù)字影像。因此很難實現(xiàn)灰度內(nèi)插并獲得規(guī)則

12、排列的數(shù)字影像。 基于上述原因，數(shù)字糾正一般采用基于上述原因，數(shù)字糾正一般采用反解法反解法。四、數(shù)字微分糾正實際解法四、數(shù)字微分糾正實際解法 數(shù)字糾正的實際解法，從原理上來說，是屬于數(shù)字糾正的實際解法，從原理上來說，是屬于點元素點元素糾正，但在實際的軟件系統(tǒng)中，均是以糾正，但在實際的軟件系統(tǒng)中，均是以“面元面元素素”作為糾正單元的，一般以作為糾正單元的，一般以正方形正方形作為糾正單元。作為糾正單元。利用反算公式計算該單元利用反算公式計算該單元個個“角點角點”的像點坐標，的像點坐標，再沿再沿x 和方向，在和方向，在“面面元素元素”內(nèi)線性內(nèi)插求得糾內(nèi)線性內(nèi)插求得糾正單元內(nèi)的坐標，求得像正單元內(nèi)的坐

13、標，求得像點坐標后，再內(nèi)插其灰度。點坐標后，再內(nèi)插其灰度。xy),(33yx),(11yx),(44yx),(22yx9-3 數(shù)字正射影像圖的制作方法數(shù)字正射影像圖的制作方法 數(shù)字正射影像圖（數(shù)字正射影像圖（dom）是以）是以航攝像片或遙感航攝像片或遙感影像影像為基礎，經(jīng)掃描處理并經(jīng)逐像元進行輻射改正、為基礎，經(jīng)掃描處理并經(jīng)逐像元進行輻射改正、微分糾正和鑲嵌，按地形圖范圍裁剪成的影像數(shù)據(jù)，微分糾正和鑲嵌，按地形圖范圍裁剪成的影像數(shù)據(jù)，并將地形要素的信息以符號、線畫、注記等形式添并將地形要素的信息以符號、線畫、注記等形式添加到該影像平面上，形成以加到該影像平面上，形成以柵格數(shù)據(jù)柵格數(shù)據(jù)形式存儲的

14、影形式存儲的影像數(shù)據(jù)庫。像數(shù)據(jù)庫。 具有地形圖的具有地形圖的幾何精度幾何精度和和影像特征影像特征。 優(yōu)點優(yōu)點：精度高、信息豐富、直觀逼真、現(xiàn)實性強。：精度高、信息豐富、直觀逼真、現(xiàn)實性強。 制作方法：制作方法：1.全數(shù)字攝影測量方法全數(shù)字攝影測量方法 該方法是通過數(shù)字攝影測量系統(tǒng)來實現(xiàn)的，即該方法是通過數(shù)字攝影測量系統(tǒng)來實現(xiàn)的，即對數(shù)字影像對進行內(nèi)定向、相對定向、絕對定向對數(shù)字影像對進行內(nèi)定向、相對定向、絕對定向后，形成后，形成dem，按反解法做單元數(shù)字微分糾正，按反解法做單元數(shù)字微分糾正，進而制作正射影像圖，并進行地名注記、公里格進而制作正射影像圖，并進行地名注記、公里格網(wǎng)和圖廓整飾等。其基本流程如下圖所示：網(wǎng)和圖廓整飾等。其基本流程如下圖所示：2. 單片數(shù)字微分糾正單片數(shù)字微分糾正 在區(qū)域內(nèi)在區(qū)域內(nèi)dem數(shù)據(jù)及像片控制成果已知的情況數(shù)據(jù)及像片控制成果