第八章全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量基礎(chǔ)

1、攝影測(cè)量學(xué)攝影測(cè)量學(xué)第八章第八章8.1 概述8.2 數(shù)字影像及數(shù)字影像重采樣8.3 基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)8.4 SIFT匹配方法8.5 核線相關(guān)與同名核線的確定8.6 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量(1) 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量概述數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量概述 攝影測(cè)量自動(dòng)化的發(fā)展攝影測(cè)量自動(dòng)化的發(fā)展 怎樣用怎樣用 機(jī)器代替人眼機(jī)器代替人眼 識(shí)別同名點(diǎn)識(shí)別同名點(diǎn)是攝影測(cè)量自動(dòng)化的是攝影測(cè)量自動(dòng)化的關(guān)鍵之一關(guān)鍵之一 也是也是 攝影測(cè)量工作者攝影測(cè)量工作者 長(zhǎng)期追求的目標(biāo)長(zhǎng)期追求的目標(biāo)60年代很多攝影測(cè)量工作站用年代很多攝影測(cè)量工作站用 陰極射線管陰極射線管CRT 將影像的灰度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)將影像的灰度信

2、號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 試圖實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量自動(dòng)化試圖實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量自動(dòng)化CRT影像影像 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量基本特點(diǎn)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量基本特點(diǎn) ( (a) )用數(shù)字影像替代光學(xué)膠片的影像用數(shù)字影像替代光學(xué)膠片的影像；光學(xué)影像通過(guò)掃描儀光學(xué)影像通過(guò)掃描儀,獲得數(shù)字影像獲得數(shù)字影像直接用數(shù)碼相機(jī)直接用數(shù)碼相機(jī),獲得數(shù)字影像獲得數(shù)字影像( (b) )由此計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)由此計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行全部的攝影測(cè)量；行全部的攝影測(cè)量；它們被它們被(或即將或即將)送入博物館送入博物館取而代之的是取而代之的是 DPW( (c c) )數(shù)字圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)化；數(shù)字圖像處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)化；自動(dòng)匹配自動(dòng)匹配“密集同名點(diǎn)密集同名點(diǎn)

3、”-生成等高線生成等高線 ( d ) 同時(shí)也大大地?cái)U(kuò)大了攝影測(cè)量的功能。同時(shí)也大大地?cái)U(kuò)大了攝影測(cè)量的功能。如如“數(shù)碼城市數(shù)碼城市” 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量在我國(guó)的發(fā)展歷史數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量在我國(guó)的發(fā)展歷史 早在早在1978年代，王之卓先生就提出了年代，王之卓先生就提出了 “全數(shù)字化自動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)的研究方案全數(shù)字化自動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)的研究方案”不僅獲得了一系列的獎(jiǎng)勵(lì)、而且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、不僅獲得了一系列的獎(jiǎng)勵(lì)、而且實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、國(guó)際化，推動(dòng)我國(guó)攝影測(cè)量生產(chǎn)的跨越式發(fā)展國(guó)際化，推動(dòng)我國(guó)攝影測(cè)量生產(chǎn)的跨越式發(fā)展一、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的定義一、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的定義v 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是基于數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量是基于數(shù)字影像與攝影測(cè)量數(shù)字影像與攝影

4、測(cè)量的基本原理的基本原理，應(yīng)用應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字影像處理、影像匹配、模式識(shí)別計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字影像處理、影像匹配、模式識(shí)別等多等多學(xué)科學(xué)科的理論與方法，提取所攝對(duì)象用的理論與方法，提取所攝對(duì)象用數(shù)字方式表達(dá)的幾何與數(shù)字方式表達(dá)的幾何與物理信息物理信息的攝影測(cè)量學(xué)的分支學(xué)科。的攝影測(cè)量學(xué)的分支學(xué)科。利用數(shù)字灰度信號(hào)，采用數(shù)字相關(guān)技術(shù)量測(cè)同名像點(diǎn)，利用數(shù)字灰度信號(hào)，采用數(shù)字相關(guān)技術(shù)量測(cè)同名像點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上通過(guò)解析計(jì)算，進(jìn)行內(nèi)定向、相對(duì)定向和絕對(duì)定在此基礎(chǔ)上通過(guò)解析計(jì)算，進(jìn)行內(nèi)定向、相對(duì)定向和絕對(duì)定向，建立數(shù)字立體模型，從而建立數(shù)字高程模型，繪制等高向，建立數(shù)字立體模型，從而建立數(shù)字高程模型，繪制等

5、高線，制作正射影像圖以及為地理信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)信息等。線，制作正射影像圖以及為地理信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)信息等。最大的優(yōu)點(diǎn)：最大的優(yōu)點(diǎn)：v 由計(jì)算機(jī)代替人眼進(jìn)行立體觀察由計(jì)算機(jī)代替人眼進(jìn)行立體觀察v 與計(jì)算機(jī)圖像處理緊密聯(lián)系與計(jì)算機(jī)圖像處理緊密聯(lián)系二、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的特點(diǎn)二、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的特點(diǎn)v 自動(dòng)化程度高自動(dòng)化程度高v 可處理多種資料可處理多種資料v 產(chǎn)品多樣化產(chǎn)品多樣化v 功能多功能多三、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展三、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展基于電子相關(guān)的自動(dòng)化測(cè)圖基于電子相關(guān)的自動(dòng)化測(cè)圖基于光學(xué)相關(guān)的自動(dòng)化測(cè)圖基于光學(xué)相關(guān)的自動(dòng)化測(cè)圖基于數(shù)字相關(guān)的自動(dòng)化測(cè)圖基于數(shù)字相關(guān)的自動(dòng)化測(cè)圖數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)

6、量系統(tǒng)DPSDPS（Digital Photogrammetric System)Digital Photogrammetric System)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站DPWDPW（Digital Photogrammetric Digital Photogrammetric Workstation):Workstation):實(shí)現(xiàn)數(shù)字影像自動(dòng)測(cè)圖的系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)數(shù)字影像自動(dòng)測(cè)圖的系統(tǒng)。數(shù)字影像的概念數(shù)字影像的概念數(shù)字影像數(shù)字影像數(shù)字影像是由數(shù)字影像是由“像點(diǎn)像點(diǎn)”稱為稱為象元象元(pixel)組組成成象元象元 (象素象素)一、影像的灰度一、影像的灰度 影像的灰度又稱為影像的灰度又稱為

7、光學(xué)密度光學(xué)密度。透明像片（正片或負(fù)。透明像片（正片或負(fù)片）影像的灰度值，反映了它透明的程度，即透光的片）影像的灰度值，反映了它透明的程度，即透光的能力。設(shè)投影在透明像片上的光通量為能力。設(shè)投影在透明像片上的光通量為F F0 0，而透過(guò)透，而透過(guò)透明像片后的光通量為明像片后的光通量為F F，則，則F F與與F F0 0之比稱為透過(guò)率之比稱為透過(guò)率T T，F(xiàn) F與與F F0 0之比稱為不透過(guò)率之比稱為不透過(guò)率O O，有，有: :FFOFFT00, 因此，像點(diǎn)因此，像點(diǎn)愈黑愈黑，則透過(guò)的光通量，則透過(guò)的光通量愈小愈小，不透過(guò)率，不透過(guò)率愈大，所以透過(guò)率和不透過(guò)率都可以說(shuō)明影像黑白愈大，所以透過(guò)率和

8、不透過(guò)率都可以說(shuō)明影像黑白的程度。但是人眼對(duì)明暗程度的感覺(jué)是按對(duì)數(shù)關(guān)系的程度。但是人眼對(duì)明暗程度的感覺(jué)是按對(duì)數(shù)關(guān)系變化的。為了適應(yīng)人眼的視覺(jué)，在分析影像的性能變化的。為了適應(yīng)人眼的視覺(jué)，在分析影像的性能時(shí)，不直接用透過(guò)率或不透過(guò)率表示其黑白程度，時(shí)，不直接用透過(guò)率或不透過(guò)率表示其黑白程度，而用不透過(guò)率的對(duì)數(shù)值表示：而用不透過(guò)率的對(duì)數(shù)值表示： D D稱為影像的灰度稱為影像的灰度，當(dāng)光線全部透過(guò)時(shí)，即透過(guò)率，當(dāng)光線全部透過(guò)時(shí)，即透過(guò)率等于等于1 1，則影像的灰度等于，則影像的灰度等于0 0，當(dāng)光通量?jī)H透過(guò)百分，當(dāng)光通量?jī)H透過(guò)百分之一，即不透過(guò)率是之一，即不透過(guò)率是100100時(shí)，則影像的灰度是時(shí)，

9、則影像的灰度是2 2，實(shí)，實(shí)際的航空底片的灰度一般在際的航空底片的灰度一般在0.30.3到到1.81.8范圍之內(nèi)。范圍之內(nèi)。TOD1loglog二、數(shù)字影像及獲取方法數(shù)字影像是一個(gè)數(shù)字影像是一個(gè)二維二維的數(shù)字矩陣的數(shù)字矩陣 矩陣的每一個(gè)元素稱為矩陣的每一個(gè)元素稱為像元素像元素（PixelPixel）。）。),()2 ,() 1 ,(), 2()2 , 2() 1 , 2(), 1 ()2 , 1 () 1 , 1 (NMgMgMgNgggNggg 矩陣中的每一個(gè)像元素矩陣中的每一個(gè)像元素g(m,ng(m,n) )是一個(gè)灰度值，對(duì)是一個(gè)灰度值，對(duì)應(yīng)著光學(xué)影像或?qū)嶓w的一個(gè)微小區(qū)域，稱為應(yīng)著光學(xué)影像

10、或?qū)嶓w的一個(gè)微小區(qū)域，稱為像素。像素。各元素的各元素的灰度值灰度值g(m,ng(m,n) )代表其影像經(jīng)過(guò)代表其影像經(jīng)過(guò)采樣與量化采樣與量化了的了的“灰度級(jí)灰度級(jí)”，一般是，一般是0 0255255之間的某個(gè)整數(shù)。之間的某個(gè)整數(shù)。 矩陣的每一行對(duì)應(yīng)于一個(gè)掃描行。數(shù)字化像元素的矩陣的每一行對(duì)應(yīng)于一個(gè)掃描行。數(shù)字化像元素的點(diǎn)位坐標(biāo)可由像元素在矩陣中所在行、列號(hào)點(diǎn)位坐標(biāo)可由像元素在矩陣中所在行、列號(hào)m,nm,n來(lái)來(lái)表示：該坐標(biāo)通常稱為表示：該坐標(biāo)通常稱為掃描掃描坐標(biāo)。坐標(biāo)。ymyyxnxx) 1() 1(00 數(shù)字影像可以直接通過(guò)空間飛行器中的掃描數(shù)字影像可以直接通過(guò)空間飛行器中的掃描式傳感器產(chǎn)生，

11、也可以利用式傳感器產(chǎn)生，也可以利用影像數(shù)字化器影像數(shù)字化器對(duì)對(duì)攝取的光學(xué)像片經(jīng)過(guò)攝取的光學(xué)像片經(jīng)過(guò)采樣采樣和和量化量化而獲取。而獲取。采樣采樣 像片上像點(diǎn)是連續(xù)分布的，但在影像數(shù)字化過(guò)程像片上像點(diǎn)是連續(xù)分布的，但在影像數(shù)字化過(guò)程中不可能將每一個(gè)連續(xù)的像點(diǎn)全部數(shù)字化，而只能中不可能將每一個(gè)連續(xù)的像點(diǎn)全部數(shù)字化，而只能每隔一個(gè)間隔每隔一個(gè)間隔讀一個(gè)點(diǎn)的灰度值，這個(gè)過(guò)程稱為讀一個(gè)點(diǎn)的灰度值，這個(gè)過(guò)程稱為采樣采樣，稱為稱為采樣間隔。采樣間隔。實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)對(duì)影像幾何空間（像平面）的離散化，對(duì)影像幾何空間（像平面）的離散化，取得像元點(diǎn)位。取得像元點(diǎn)位。 采樣間隔（通常取與像元邊長(zhǎng)相等）可采樣間隔（通常取與像元

12、邊長(zhǎng)相等）可取取 12.5,25, 50, 100, (m12.5,25, 50, 100, (m) ) 采樣后是不連續(xù)的等間隔序列，采樣過(guò)程會(huì)給影像采樣后是不連續(xù)的等間隔序列，采樣過(guò)程會(huì)給影像的灰度帶來(lái)誤差例如相鄰兩個(gè)點(diǎn)的影像被丟失，的灰度帶來(lái)誤差例如相鄰兩個(gè)點(diǎn)的影像被丟失，亦即影像的細(xì)部受到損夫，若要減少損失則采樣亦即影像的細(xì)部受到損夫，若要減少損失則采樣間隔越小越好。但是采樣間隔越小，數(shù)據(jù)量越大，間隔越小越好。但是采樣間隔越小，數(shù)據(jù)量越大，增加了運(yùn)算工作量和提高了對(duì)設(shè)備的耍求。究竟如增加了運(yùn)算工作量和提高了對(duì)設(shè)備的耍求。究竟如何確定采樣間隔，應(yīng)根據(jù)精度要求和影像分解力，何確定采樣間隔，應(yīng)

13、根據(jù)精度要求和影像分解力，另外還要考慮到數(shù)據(jù)量和存貯設(shè)備的容量。另外還要考慮到數(shù)據(jù)量和存貯設(shè)備的容量。 量化量化 通過(guò)上述采樣過(guò)程得到每個(gè)點(diǎn)的灰度值不是整數(shù)，通過(guò)上述采樣過(guò)程得到每個(gè)點(diǎn)的灰度值不是整數(shù)，這對(duì)于計(jì)算很不方便，為此，應(yīng)將各點(diǎn)的灰度值取這對(duì)于計(jì)算很不方便，為此，應(yīng)將各點(diǎn)的灰度值取為整數(shù)，這一過(guò)程稱為影像灰度的為整數(shù)，這一過(guò)程稱為影像灰度的量化量化。 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)對(duì)影像灰度空間的離散化，取得各像元的對(duì)影像灰度空間的離散化，取得各像元的灰度值?；叶戎怠?其其方法方法是將透明像片有可能出現(xiàn)的最大灰度變化范是將透明像片有可能出現(xiàn)的最大灰度變化范圍進(jìn)行等分，等分的數(shù)目稱為圍進(jìn)行等分，等分的數(shù)目稱為

14、“灰度等級(jí)灰度等級(jí)”；然后；然后將每個(gè)點(diǎn)的灰度值在其相應(yīng)的灰度等級(jí)內(nèi)將每個(gè)點(diǎn)的灰度值在其相應(yīng)的灰度等級(jí)內(nèi)取整取整，取，取整的原則是四舍五入。由于計(jì)算機(jī)中數(shù)字均用二進(jìn)整的原則是四舍五入。由于計(jì)算機(jī)中數(shù)字均用二進(jìn)制表示，因此灰度等級(jí)一般都取為制表示，因此灰度等級(jí)一般都取為 （m m是正整是正整數(shù)）。數(shù)）。當(dāng)當(dāng)m=1m=1時(shí)，灰度只有黑白兩級(jí)，當(dāng)時(shí)，灰度只有黑白兩級(jí)，當(dāng)m=8m=8時(shí)，則得時(shí)，則得256256個(gè)灰度級(jí)，個(gè)灰度級(jí)，0 0為黑，為黑，255255為白，每個(gè)像元素得灰度值為白，每個(gè)像元素得灰度值占占8bit8bit，即一個(gè)字節(jié)。，即一個(gè)字節(jié)。m2對(duì)于黑白影像而言，影像的黑白程度用灰度級(jí)（g

15、ray level)表達(dá)，一般用一個(gè)字節(jié)-8bits。250180100180901301501800灰度圖像010111010二值圖像對(duì)于彩色影像，每個(gè)像元用三個(gè)字節(jié)表示（紅、綠、藍(lán)）表示，其中R，G，B由不同的灰度級(jí)來(lái)描述。401800800250240240255R2552501006002552401600G02501001500252401600B數(shù)字影像的定向數(shù)字影像的定向定義：定義：目的：目的：掃描坐標(biāo)掃描坐標(biāo) 像片坐標(biāo)像片坐標(biāo)如圖中，如圖中，o-cro-cr為影像掃描坐標(biāo)為影像掃描坐標(biāo)系，系，e-xye-xy為框標(biāo)坐標(biāo)系，為框標(biāo)坐標(biāo)系，o-xyo-xy為像平面坐標(biāo)系，為像平面坐

16、標(biāo)系，S Sxyzxyz為像為像空間坐標(biāo)系。空間坐標(biāo)系。內(nèi)定向的基本步驟：內(nèi)定向的基本步驟：v 框標(biāo)的識(shí)別與定位框標(biāo)的識(shí)別與定位v 確定變換參數(shù)確定變換參數(shù)v 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換LPS軟件中的數(shù)字影像內(nèi)定向一般認(rèn)為同一像點(diǎn)的像平面坐標(biāo)一般認(rèn)為同一像點(diǎn)的像平面坐標(biāo)x,yx,y與其掃描坐標(biāo)與其掃描坐標(biāo) 之間存在之間存在仿射變換仿射變換，即：，即：式中，式中， 稱為內(nèi)定向參數(shù)，其數(shù)值由像稱為內(nèi)定向參數(shù)，其數(shù)值由像片上四個(gè)框標(biāo)的掃描坐標(biāo)及其相應(yīng)的像平面坐標(biāo)片上四個(gè)框標(biāo)的掃描坐標(biāo)及其相應(yīng)的像平面坐標(biāo)（視為理論值）組成誤差方程式，用平差方法求得。（視為理論值）組成誤差方程式，用平差方法求得。yx,21021

17、0,kkkhhhykxkkyyhxhhx210210像片坐標(biāo)像片坐標(biāo))(yx，掃描坐標(biāo)掃描坐標(biāo)yx，393.495當(dāng)欲知不位于矩陣（采樣）點(diǎn)上的原始函數(shù)當(dāng)欲知不位于矩陣（采樣）點(diǎn)上的原始函數(shù)g(x,y)g(x,y)的數(shù)值時(shí)就需要進(jìn)行內(nèi)插，此時(shí)稱為的數(shù)值時(shí)就需要進(jìn)行內(nèi)插，此時(shí)稱為重采樣重采樣。(Resampling(Resampling) )，意即在原采樣的基礎(chǔ)上再一次，意即在原采樣的基礎(chǔ)上再一次采樣（即根據(jù)采樣（即根據(jù)已有已有的采樣點(diǎn)內(nèi)插的采樣點(diǎn)內(nèi)插未知未知像元灰度像元灰度值的過(guò)程）。值的過(guò)程）。每當(dāng)對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行幾何處理時(shí)總會(huì)產(chǎn)生這項(xiàng)。每當(dāng)對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行幾何處理時(shí)總會(huì)產(chǎn)生這項(xiàng)問(wèn)題，例如，核線

18、排列，數(shù)字糾正等。問(wèn)題，例如，核線排列，數(shù)字糾正等。三、數(shù)字影像重采樣不在采樣點(diǎn)四、影像數(shù)字化器利用影像數(shù)字化器對(duì)攝取的航攝像片進(jìn)行重采樣和量化，利用影像數(shù)字化器對(duì)攝取的航攝像片進(jìn)行重采樣和量化，是獲取數(shù)字圖像的方法之一。是獲取數(shù)字圖像的方法之一。影像數(shù)字化器有多種形式：電子光學(xué)掃描器、固體陳列影像數(shù)字化器有多種形式：電子光學(xué)掃描器、固體陳列式數(shù)字化器等。式數(shù)字化器等。一、影像相關(guān)（匹配）一、影像相關(guān)（匹配）利用兩個(gè)影像信號(hào)的利用兩個(gè)影像信號(hào)的相關(guān)函數(shù)相關(guān)函數(shù)，評(píng)價(jià)它們之間的相似性，以確，評(píng)價(jià)它們之間的相似性，以確定同名像點(diǎn)的過(guò)程。定同名像點(diǎn)的過(guò)程。v 分類分類電子相關(guān)：電子相關(guān)：利用電子電路

19、解算相關(guān)函數(shù)的影像相關(guān)。利用電子電路解算相關(guān)函數(shù)的影像相關(guān)。 光學(xué)相關(guān)：光學(xué)相關(guān)：利用光學(xué)方法確定相關(guān)函數(shù)的影像相關(guān)。利用光學(xué)方法確定相關(guān)函數(shù)的影像相關(guān)。 數(shù)字相關(guān)：數(shù)字相關(guān)：利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行數(shù)值計(jì)算完成影像相關(guān)。利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字影像進(jìn)行數(shù)值計(jì)算完成影像相關(guān)。數(shù)字影像匹配n影像匹配（相關(guān)）是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量處理的核心問(wèn)題之一，是指在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中用影像匹配技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工觀測(cè)，從而達(dá)到自動(dòng)確定同名像點(diǎn)（特征）的目的。示意圖示意圖 互相互相關(guān)函關(guān)函數(shù)數(shù)相似程相似程度度同名點(diǎn)同名點(diǎn)目標(biāo)區(qū)目標(biāo)區(qū)搜索區(qū)搜索區(qū)影像相關(guān)的算法分類影像相關(guān)的算法分類1.1.基于灰度的影像相關(guān)基于灰度的影像相關(guān)諸如：協(xié)

20、方差法、相關(guān)系數(shù)法、高精度最小二乘相關(guān)諸如：協(xié)方差法、相關(guān)系數(shù)法、高精度最小二乘相關(guān)等等，以及以這些方法為基礎(chǔ)加上各種約束條件構(gòu)成等等，以及以這些方法為基礎(chǔ)加上各種約束條件構(gòu)成的方法，如帶核線約束的相關(guān)系數(shù)法、顧及共線條件的方法，如帶核線約束的相關(guān)系數(shù)法、顧及共線條件的高精度最小二乘相關(guān)法、多點(diǎn)乃至多片最小二乘相的高精度最小二乘相關(guān)法、多點(diǎn)乃至多片最小二乘相關(guān)方法及同時(shí)采闡幾種相似性量度作為判據(jù)的多重信關(guān)方法及同時(shí)采闡幾種相似性量度作為判據(jù)的多重信息多重判據(jù)方法，等等。息多重判據(jù)方法，等等。2.2.基于特征的影像相關(guān)基于特征的影像相關(guān)首先提取影像中的特征（點(diǎn)、線、面），然后對(duì)提取首先提取影像中

21、的特征（點(diǎn)、線、面），然后對(duì)提取的特征進(jìn)行參數(shù)描述，最后以特征的參數(shù)值為依據(jù)進(jìn)的特征進(jìn)行參數(shù)描述，最后以特征的參數(shù)值為依據(jù)進(jìn)行同名特征的搜索，進(jìn)而獲得同名像點(diǎn)。行同名特征的搜索，進(jìn)而獲得同名像點(diǎn)。 二、基于灰度的影像相關(guān)二、基于灰度的影像相關(guān)基于灰度的影像相關(guān)是基于待相關(guān)點(diǎn)所在基于灰度的影像相關(guān)是基于待相關(guān)點(diǎn)所在的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)的影像的灰度信息來(lái)尋找的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)的影像的灰度信息來(lái)尋找左右像片的同名像點(diǎn)的方法左右像片的同名像點(diǎn)的方法 假設(shè)在左片上有一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，為了搜索它在右片上假設(shè)在左片上有一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，為了搜索它在右片上的同名點(diǎn)，須以它為中心取其周圍的同名點(diǎn)，須以它為中心取其周圍 個(gè)像元素的個(gè)像

22、元素的灰度序列組成一個(gè)目標(biāo)區(qū)，在目標(biāo)區(qū)中任意一個(gè)像元灰度序列組成一個(gè)目標(biāo)區(qū)，在目標(biāo)區(qū)中任意一個(gè)像元素的的灰度值設(shè)為素的的灰度值設(shè)為 ， 一般取一般取n n為為奇數(shù)奇數(shù)，其其中心點(diǎn)即為目標(biāo)點(diǎn)中心點(diǎn)即為目標(biāo)點(diǎn)。根據(jù)左片上的目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)概。根據(jù)左片上的目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)概略地估計(jì)出它在右片上的近似點(diǎn)位，并以此為中心取略地估計(jì)出它在右片上的近似點(diǎn)位，并以此為中心取其周圍其周圍 個(gè)影像灰度序列，組成一個(gè)搜索個(gè)影像灰度序列，組成一個(gè)搜索區(qū)。在搜索區(qū)內(nèi)有區(qū)。在搜索區(qū)內(nèi)有 個(gè)與目標(biāo)區(qū)等大的區(qū)域，稱為相關(guān)窗口，窗口內(nèi)任意個(gè)與目標(biāo)區(qū)等大的區(qū)域，稱為相關(guān)窗口，窗口內(nèi)任意一點(diǎn)的灰度值設(shè)為一點(diǎn)的灰度值設(shè)為nn),.,1,(n

23、jigijml ) 1() 1(nmnl),.,1 , 0,.1 , 0;,.,1,(,nmhnlknjighjki二、基于灰度的影像相關(guān)二、基于灰度的影像相關(guān)三、基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法三、基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法,ijijgg表示目標(biāo)影像（左影像）和搜索影像（右影像）的灰度分布表示目標(biāo)影像（左影像）和搜索影像（右影像）的灰度分布影像窗口大小影像窗口大小m mn n，則均值為：，則均值為：minjijminjijgmnggmng111111211211221121121111ggmnggmnggmnggmnminjijminjijggminjijminjijgg1 1、相關(guān)函數(shù)測(cè)度、相關(guān)

24、函數(shù)測(cè)度max11minjijijggR2 2、協(xié)方差函數(shù)測(cè)度、協(xié)方差函數(shù)測(cè)度max111minjijijggggggmn3 3、相關(guān)系數(shù)測(cè)度、相關(guān)系數(shù)測(cè)度maxgggggg4 4、差平方和測(cè)度、差平方和測(cè)度min1122minjijijggSgggggg相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)2112112222112112221111ijninjijninjijijggijninjijninjijijggggnggnggnggnijijijninjijninjijijijijggggggnggggn11112211ninjijijgng1121ninjijijgng1121 最小二乘影像匹配（最小二乘影像匹配（L

25、east Squares Image Least Squares Image MatchingMatching）是由德國(guó)）是由德國(guó)AckermannAckermann教授提出的一教授提出的一種高精度影像匹配算法，該方法的影像匹配種高精度影像匹配算法，該方法的影像匹配可以達(dá)到可以達(dá)到1/101/10甚至甚至1/1001/100像素的高精度，也即像素的高精度，也即可以達(dá)到子像素級(jí)（可以達(dá)到子像素級(jí)（SubPixelSubPixel）。）?；诤司€的影像匹配基于核線的影像匹配 前面討論了基于二維影像窗口的相關(guān)算法。如前面討論了基于二維影像窗口的相關(guān)算法。如果能夠利用空間成像的某些性質(zhì)，將二維相關(guān)轉(zhuǎn)果

26、能夠利用空間成像的某些性質(zhì)，將二維相關(guān)轉(zhuǎn)化為一維相關(guān)，就會(huì)使得影像匹配的效率與可靠化為一維相關(guān)，就會(huì)使得影像匹配的效率與可靠性都得到提高。那么這個(gè)空間成像的某些性質(zhì)具性都得到提高。那么這個(gè)空間成像的某些性質(zhì)具體是指什么呢？體是指什么呢？一維相關(guān)一維相關(guān) 在核線影像上，只需要進(jìn)行一維搜索在核線影像上，只需要進(jìn)行一維搜索 目標(biāo)區(qū)目標(biāo)區(qū) 搜索區(qū)搜索區(qū) n確定同名確定同名核線的核線的兩種方法兩種方法 基于影像幾何糾正的核線解折關(guān)系基于影像幾何糾正的核線解折關(guān)系基于共面條件的同名核線幾何關(guān)系基于共面條件的同名核線幾何關(guān)系n核線的重排列（重采樣核線的重排列（重采樣）主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、核線的基本概念與性

27、質(zhì)一、核線的基本概念與性質(zhì)1 1、基本概念、基本概念通過(guò)攝影基線與地面通過(guò)攝影基線與地面所作的平面稱為所作的平面稱為核面核面核面與影像面交線稱核面與影像面交線稱為為核線核線同名像點(diǎn)必定在同名像點(diǎn)必定在同名同名核線核線上。上。理想像對(duì)：平行于攝理想像對(duì)：平行于攝影基線的影基線的“相對(duì)水平相對(duì)水平”的像片對(duì)。的像片對(duì)。 2 2、性質(zhì)、性質(zhì)AS1S2l1a1a2l2同名核線 為了討論核線的性質(zhì)，先引人一個(gè)概念：為了討論核線的性質(zhì)，先引人一個(gè)概念： 理想像對(duì)；平行于攝影基線的理想像對(duì)；平行于攝影基線的“相對(duì)水平相對(duì)水平”的影像的影像對(duì)。對(duì)。 核線的基本性質(zhì)可以歸納如下：核線的基本性質(zhì)可以歸納如下：（1

28、 1）在傾斜影像上的所有核線相互不平行，旦交于）在傾斜影像上的所有核線相互不平行，旦交于核核點(diǎn)（點(diǎn)（極點(diǎn)）。極點(diǎn)）。（2 2）在理想影像平面上，所有核線相互）在理想影像平面上，所有核線相互平行平行，不僅同，不僅同一影像面上的核線平行，而且影像對(duì)上的相應(yīng)的核一影像面上的核線平行，而且影像對(duì)上的相應(yīng)的核線也平行，線也平行，上下視差為零上下視差為零，這一特性對(duì)于立體觀測(cè)，這一特性對(duì)于立體觀測(cè)是十分有用的。是十分有用的。（3 3）左（右）影像上的某一點(diǎn)，其同名點(diǎn)必定在其右）左（右）影像上的某一點(diǎn)，其同名點(diǎn)必定在其右（左）影像上的同名核線上，這一特性是實(shí)現(xiàn)核線（左）影像上的同名核線上，這一特性是實(shí)現(xiàn)核線

29、相關(guān)的相關(guān)的基本依據(jù)基本依據(jù)。 傾斜像片上核線互不平行，交于核點(diǎn)傾斜像片上核線互不平行，交于核點(diǎn) 理想像對(duì)上，所有的核線平行，且同名像點(diǎn)無(wú)上下視差理想像對(duì)上，所有的核線平行，且同名像點(diǎn)無(wú)上下視差 同名像點(diǎn)一定位于同名核線上同名像點(diǎn)一定位于同名核線上傾斜影像傾斜影像水平影像水平影像1 1、基于共面條件的同名核線幾何關(guān)系、基于共面條件的同名核線幾何關(guān)系思路：思路：0qSpSB S S1 1S S2 2二、同名核線的確定方法二、同名核線的確定方法直 接直 接在 傾在 傾斜 影斜 影像 上像 上獲 取獲 取核 線核 線影像影像將上式展開(kāi)將上式展開(kāi)： fcycxcfbybxbwvwvqqqqqqpp32

30、1321000qqppqqqpppwvwvBwvuwvuBqpqpfyxcccbbbaaawvu,321321321,fcvbwcvbwxcvbwbwcvyppppqppppq22332211假設(shè)采用基線坐標(biāo)系假設(shè)采用基線坐標(biāo)系fBCxBAyqq當(dāng)給定當(dāng)給定x xq q，就能求出相應(yīng)的，就能求出相應(yīng)的y yq q，這樣就能確定左核線。，這樣就能確定左核線。同理，左像點(diǎn)同理，左像點(diǎn)p p和右片上同名核線上任一點(diǎn)和右片上同名核線上任一點(diǎn) 也應(yīng)在也應(yīng)在同一核面上，有同一核面上，有p0pSSpB000qqppqqqpppwvwvBwvuwvuBfcvbwcvbwxcvbwbwcvyppppqppppq

31、223322112 2、基于數(shù)字影像幾何糾正的核線解析關(guān)系、基于數(shù)字影像幾何糾正的核線解析關(guān)系u uv vV=V=常數(shù)，則得到核線常數(shù)，則得到核線A基于影像幾何糾正的核線解折關(guān)系基于影像幾何糾正的核線解折關(guān)系111333222333tttttttta xb yc fxfa xb yc fa xb yc fyfa xb yc f 111222333 , , , , , , , , , , , ttx yfa b c a b c a b cx y ，傾斜影像傾斜影像水平影像水平影像S1S2攝影基線p0水平相片uvP傾斜影像xy焦距f示意圖111333222333tttttttta xb yc fx

32、fa xb yc fa xb yc fyfa xb yc f yt = 某常數(shù)即表示某一核線 kC=yt在“水平”影像上獲取核線影像u=k采樣間隔xy同理可求得右片上的同名核線影像。同理可求得右片上的同名核線影像。注意對(duì)于每一對(duì)同名核線，都有注意對(duì)于每一對(duì)同名核線，都有v v=v=vfcvbuafcvbuafyfcvbuafcvbuafx333222333111在內(nèi)定向的基礎(chǔ)上，按照單獨(dú)像對(duì)相對(duì)定向的方法進(jìn)行相對(duì)定向，在內(nèi)定向的基礎(chǔ)上，按照單獨(dú)像對(duì)相對(duì)定向的方法進(jìn)行相對(duì)定向，求得五個(gè)相對(duì)定向元素。求得五個(gè)相對(duì)定向元素。 根據(jù)相對(duì)定向的結(jié)果，將原始影像的四個(gè)角點(diǎn)投影到核線影像根據(jù)相對(duì)定向的結(jié)果，

33、將原始影像的四個(gè)角點(diǎn)投影到核線影像平面上，以確定核線影像的范圍。平面上，以確定核線影像的范圍。 fcycxcfbybxbfvfcycxcfayaxafu321321321321 等間隔取一系列的等間隔取一系列的U U值值 ，可得到一系列的像點(diǎn)坐，可得到一系列的像點(diǎn)坐標(biāo)即傾斜像片上點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)即傾斜像片上點(diǎn)的坐標(biāo) ，將其轉(zhuǎn)化成在掃描坐，將其轉(zhuǎn)化成在掃描坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。標(biāo)系下的坐標(biāo)。32 ， ,2211yxyx基于糾正法的核線影像生成：基于糾正法的核線影像生成： 灰度重采樣，提取傾斜像片上點(diǎn)的灰度值賦給水平像灰度重采樣，提取傾斜像片上點(diǎn)的灰度值賦給水平像片上相應(yīng)點(diǎn)，則得到水平像片上的核線片上相應(yīng)點(diǎn)，

34、則得到水平像片上的核線nnyxgcngyxgcgyxgcg,2,0220110由于在水平像片對(duì)上，同名核線的由于在水平像片對(duì)上，同名核線的v v坐標(biāo)值相等，因此將坐標(biāo)值相等，因此將 代入右片共線方程中，即能獲得右片上的同名核代入右片共線方程中，即能獲得右片上的同名核線。線。 cv 11321321ueeueyuddudx基于共面方程的核線影像的生成基于共面方程的核線影像的生成 利用核線方程得出核線上兩點(diǎn)的坐標(biāo)，確定原始影像上核線利用核線方程得出核線上兩點(diǎn)的坐標(biāo)，確定原始影像上核線的方向的方向1212tanxxyyK 確定像素的坐標(biāo)，通過(guò)重采樣，獲取點(diǎn)的灰度值，并按水平確定像素的坐標(biāo)，通過(guò)重采樣

35、，獲取點(diǎn)的灰度值，并按水平方向排列，就能得到一條核線影像。方向排列，就能得到一條核線影像。三、沿核線重采樣，形成核線影像三、沿核線重采樣，形成核線影像主要內(nèi)容主要內(nèi)容 n概述n數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站的組成與功能n數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站簡(jiǎn)介數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)基于數(shù)字影像或數(shù)字化影像來(lái)完成攝影測(cè)量作業(yè)的所有軟件、硬件組成的系統(tǒng)。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)發(fā)展數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)發(fā)展60年代，第一臺(tái)解析測(cè)圖儀AP-1問(wèn)世不久，美國(guó)也已研制了全數(shù)字化測(cè)圖系統(tǒng)DAMC。1988年京都國(guó)際攝影測(cè)量與遙感協(xié)會(huì)第16屆大會(huì)上展出了商用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站KERN DSP-1。 1992年8月在美國(guó)華盛頓第17屆國(guó)際攝影

36、測(cè)量與遙感大會(huì)上，已有多套較為成熟的產(chǎn)品展示，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站正在由試驗(yàn)階段步入攝影測(cè)量的生產(chǎn)階段。1996年7月，在維也納17屆國(guó)際攝影測(cè)量與遙感大會(huì)上，展出十幾套數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站，這表明數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站已進(jìn)入了使用階段一、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的組成一、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的組成1 1、 硬件硬件v 數(shù)字影像獲取裝置與成果輸出設(shè)備數(shù)字影像獲取裝置與成果輸出設(shè)備( (影像掃描數(shù)字化儀繪圖儀影像掃描數(shù)字化儀繪圖儀)v 計(jì)算機(jī)及其它外圍設(shè)備計(jì)算機(jī)及其它外圍設(shè)備立體觀測(cè)裝置立體觀測(cè)裝置 閃閉式立體眼睛及同步閃閉式立體眼睛及同步器手輪，腳盤（編碼器）器手輪，腳盤（編碼器）（核心部分）（核心部分） 2 2

37、、軟件、軟件v 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)v 應(yīng)用軟件：解析攝影測(cè)量軟件、數(shù)字圖象處理軟件。應(yīng)用軟件：解析攝影測(cè)量軟件、數(shù)字圖象處理軟件。（1 1）數(shù)字影像處理軟件主要包括：）數(shù)字影像處理軟件主要包括： 影像旋轉(zhuǎn)影像旋轉(zhuǎn) 影像濾波影像濾波 影像增強(qiáng)影像增強(qiáng) 特征提取特征提?。?）模式識(shí)別軟件主要包括： 特征識(shí)別與定位，包括框標(biāo)的識(shí)別與定位 影像匹配（同名點(diǎn)、線與面的識(shí)別） 目標(biāo)識(shí)別（3）解析攝影測(cè)量軟件主要包括： 定向參數(shù)計(jì)算，包括內(nèi)定向、相對(duì)定向、絕對(duì)定向 空中三角測(cè)量解算 核線關(guān)系解算;坐標(biāo)計(jì)算與變換 數(shù)值內(nèi)插; 數(shù)字微分糾正 投影變換（4）輔助功能軟件主要包括 數(shù)據(jù)輸入輸出 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換 注記 質(zhì)

38、量報(bào)告 圖廓整飾 人機(jī)交互數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站的功能 單像雙像多像影像數(shù)字化影像處理量測(cè)影像定向核線影像內(nèi)定向相對(duì)定向絕對(duì)定向影像匹配建立數(shù)字高程模型自動(dòng)空中三角測(cè)量選點(diǎn)、轉(zhuǎn)點(diǎn)模型連接、區(qū)域網(wǎng)平差粗差剔除等自動(dòng)繪制等高線制作正射影像正射影像鑲嵌與修補(bǔ)數(shù)字測(cè)圖制作影像地圖制作透視圖、景觀圖制作立體匹配片矢量數(shù)據(jù)等高線正射影像幾何色彩無(wú)縫鑲嵌104 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)二、主要功能與產(chǎn)品二、主要功能與產(chǎn)品1 1、功能、功能 1 1 影像數(shù)字化影像數(shù)字化 2 2 影像處理影像處理 3 3 單片量測(cè)單片量測(cè) 4 4 多像量測(cè)多像量測(cè) 5 5 攝影測(cè)攝影測(cè)量解算量解算 6 6數(shù)字表面內(nèi)插數(shù)字表面內(nèi)插DEM 7

39、 DEM 7 自動(dòng)生成等高線自動(dòng)生成等高線 8 8 機(jī)助量測(cè)與機(jī)助量測(cè)與解譯解譯 9 9 交互編譯交互編譯2 2、產(chǎn)品、產(chǎn)品1 1 空中三角測(cè)量加密成果空中三角測(cè)量加密成果 2 2 數(shù)字地面模型（數(shù)字地面模型（DEMDEM） 3 3 數(shù)字線劃數(shù)字線劃圖（圖（DLGDLG） 4 4 數(shù)字正射影像圖（數(shù)字正射影像圖（DOMDOM） 5 5 三維景觀圖三維景觀圖 6 6透視圖透視圖 7 7 立體模型立體模型 8 8 各種工程設(shè)計(jì)所需要的三維空間信息各種工程設(shè)計(jì)所需要的三維空間信息 9 9 各類地各類地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的空間信息。理信息數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的空間信息。 三、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的作業(yè)過(guò)程三、數(shù)字

40、攝影測(cè)量系統(tǒng)的作業(yè)過(guò)程(1)(1)影像數(shù)字化或數(shù)字影像獲取。影像數(shù)字化或數(shù)字影像獲取。對(duì)像片進(jìn)行數(shù)字化或直接獲取數(shù)字形像。對(duì)像片進(jìn)行數(shù)字化或直接獲取數(shù)字形像。(2)(2)定向參數(shù)的計(jì)算。定向參數(shù)的計(jì)算。 對(duì)數(shù)字影像的框標(biāo)進(jìn)行定位，計(jì)算掃描坐標(biāo)系與像片坐標(biāo)系間的對(duì)數(shù)字影像的框標(biāo)進(jìn)行定位，計(jì)算掃描坐標(biāo)系與像片坐標(biāo)系間的變換參數(shù)。變換參數(shù)。 將左影像分區(qū)提取特征點(diǎn)，利用二維相關(guān)尋找同名像點(diǎn)，計(jì)算相將左影像分區(qū)提取特征點(diǎn)，利用二維相關(guān)尋找同名像點(diǎn)，計(jì)算相對(duì)定向元素。對(duì)定向元素。 現(xiàn)階段由人工在左、右影像上定位控制點(diǎn)，由影像匹配計(jì)算同名現(xiàn)階段由人工在左、右影像上定位控制點(diǎn)，由影像匹配計(jì)算同名點(diǎn)坐標(biāo)，然后

41、解算絕對(duì)定向參數(shù)。點(diǎn)坐標(biāo)，然后解算絕對(duì)定向參數(shù)。 (3) (3)影像匹配與建立數(shù)字地面模型。影像匹配與建立數(shù)字地面模型。 數(shù)字影像匹配數(shù)字影像匹配：用數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)立體像對(duì)經(jīng)數(shù)字化后所取得的灰用數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)立體像對(duì)經(jīng)數(shù)字化后所取得的灰度級(jí)值，通過(guò)相關(guān)函數(shù)，探求左右影像的相似程度，以確定同名像點(diǎn)。度級(jí)值，通過(guò)相關(guān)函數(shù)，探求左右影像的相似程度，以確定同名像點(diǎn)。 按同名核線將影像的灰度予以重新排列。按同名核線將影像的灰度予以重新排列。 沿核線進(jìn)行一維影像匹配求出同名點(diǎn)。沿核線進(jìn)行一維影像匹配求出同名點(diǎn)。 計(jì)算同名點(diǎn)的空間坐標(biāo)。計(jì)算同名點(diǎn)的空間坐標(biāo)。 建立數(shù)字地面模型建立數(shù)字地面模型( (或表面

42、模型或表面模型) )。 (4)(4)測(cè)制等高線及正射影像圖。測(cè)制等高線及正射影像圖。 根據(jù)根據(jù)DEMDEM自動(dòng)生成等高線。自動(dòng)生成等高線。 數(shù)字糾正產(chǎn)生正射影像。數(shù)字糾正產(chǎn)生正射影像。數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量測(cè)圖的主要過(guò)程數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量測(cè)圖的主要過(guò)程 1 1、影像數(shù)字化；、影像數(shù)字化；2 2、解析內(nèi)定向；、解析內(nèi)定向；3 3、相對(duì)定向；、相對(duì)定向；4 4、絕對(duì)定向；、絕對(duì)定向；5 5、數(shù)字影像處理；、數(shù)字影像處理；6 6、建立、建立DEMDEM；7 7、自動(dòng)生成等高線；、自動(dòng)生成等高線；8 8、生成正射影像；、生成正射影像；9 9、生成帶有等高線的正射影像。、生成帶有等高線的正射影像。四、國(guó)產(chǎn)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系

43、統(tǒng)四、國(guó)產(chǎn)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo NTVirtuoZo NT1 1、組成、組成 高精度影像掃描儀高精度影像掃描儀 高檔微機(jī)高檔微機(jī) 液晶立體眼鏡和紅外線發(fā)射器液晶立體眼鏡和紅外線發(fā)射器 手輪、腳盤手輪、腳盤 大幅面高分辨率的影像輸出設(shè)備大幅面高分辨率的影像輸出設(shè)備 全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件VirtuoZo VirtuoZo 及及Windows NTWindows NT操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 2 2、工作流程圖、工作流程圖相機(jī)參數(shù)文件相機(jī)參數(shù)文件 -0.004000 -0.008000152.7200002-106.003000-106.0030003-106.001000106.0030004106.001000 106.0010001106.003000 -106.0050006-110.0010000.0020007-0.0