《攝影測量與遙感》實習指導(dǎo)書

1、地理信息科學專業(yè)攝影測量學教學實習指導(dǎo)書空間信息系二O 一五年七月一、概述目的：理論聯(lián)系實踐，鞏固攝影測量基本原理的掌握，鍛煉應(yīng)用攝影測量技術(shù)解決實際問題的 能力。要求：掌握攝影測量的基本過程，了解常用數(shù)字攝影工作站的結(jié)構(gòu)、功能、工作方式。組織分工：每班分為4個小組，每組人數(shù)為67人。每組設(shè)組長一人，負責實習考勤、工作協(xié) 調(diào)、組織。任務(wù)：學習數(shù)字攝影測量工作站JX-4的應(yīng)用；應(yīng)用PCI9.0完成攝影測量的基本工作，包括影 像的內(nèi)定向、外定向、立體像對建模、DEM提取、正射影像制作、影像鑲嵌等過程。二、實習內(nèi)容（一）、數(shù)字攝影測量工作站JX-4應(yīng)用1、JX-4簡介JX-4C DPW是中國四維測繪

2、技術(shù)北京公司面向生產(chǎn)高精度、高密度DEM和高質(zhì)量DOM、DLG，結(jié) 合生產(chǎn)單位的作業(yè)經(jīng)驗，開發(fā)出的一套半自動化、實用性強、人機交互功能好、有很強的產(chǎn)品質(zhì)量 控制工藝的微機數(shù)字攝影測量工作站。基本功能：（1）定向建模（2）向量測圖（3）DEM制作（4）數(shù)字正射影像圖（5）柵格地圖修測（6）IKONOS影像定向與測圖（7）近景資料的定向與測圖工作流程（見圖211）：圖2 1 1 JX-4工作流程2、定向建模（見圖2 12）立體模型圖2-1-2無空三數(shù)據(jù)定向建模工作流程3、向量測圖（矢量測圖）完成定向建模生成了立體模型，然后就可以進行向量測圖。在開始進入向量測圖之前，要求在用 戶目錄下新建一個向量文

3、件夾，用以存放所測向量文件。每個向量文件由*.ltf和相應(yīng)的*1.vtr組 成（此文件為內(nèi)部格式，無法打開查看）。在定向建模完成之后，可直接進入向量測圖模塊。JX4向量測圖模塊中的符號庫由*.sdb和相應(yīng)的*.lib文件組成（符號庫可自己創(chuàng)建）；動作設(shè) 計文件由action目錄下的layercontrol.lct、*.btn、*.actf共計20個文件組成，導(dǎo)出的DXF文 件進入到 AutoCAD 后則由 action 目錄下的 exportlay.lut、exportsym.lut、predefinition.dxf、 *.dwg、*.lin 及*.arx 共同進行編輯。系統(tǒng)已分別提供了 1

4、:500、1:1000、1:2000、1： 5000、1:10000 五種比例尺的符號庫及其相應(yīng)的動作設(shè)計文件，用戶亦可根據(jù)自己的需要自行創(chuàng)建。在測圖過程中 所采用的哪種比例尺的符號庫及動作設(shè)計文件的信息可進入向量測圖后查看或修改在主界面下，單擊“處理”下的“矢量測圖”菜單，就進入了向量測圖工作環(huán)境，屏幕（左屏 幕）顯示如圖2-1-3所示，右屏幕為立體像對，通過手輪控制像片的移動，通過腳踏控制抬筆和 落筆。圖2-1 3向量測圖主界面(二)、PCI Geomatic模塊OrthoEngine數(shù)字攝影測量應(yīng)用1、啟動Geomatics OrthoEngine,新建并命名一 PCI工程文件。圖 22

5、 1 PCI Geomatics 主界面啟動 Geomatics OrthoEngine圖 222 啟動后 Geomatics OrthoEngine 界面建立工程文件時需要設(shè)置以下參數(shù)：工程的一般信息(General project information)；主要設(shè)置數(shù)學模型方法、相機類型和外方位元素的獲取方法。TIPS:外定向方式選擇-Compute from GCPs & Tie Points意思是外定向時外方位元素的確定通過地面控制點利用光束法 平差計算獲得。如果選擇-user input則意味著立體像對外定向時，外方位元素是通過用戶直接輸 入的。如GPS輔助空中三角測量通過GPS定位

6、技術(shù)獲得的外方位元素。但是，一般情況下，外方位元素都是通過控制點解算方法獲得。輸出及默認的投影(Output & default projection)；本實驗采用的數(shù)字影像的數(shù)字化采樣間隔為0.5um，比例尺為1： 8000,所以像元對應(yīng)的地面空間分辨率為0.4m。相機校準信息(Camera calibration)；設(shè)置相機焦距、校準參數(shù)(包括物鏡畸變和主點偏移)，框標平面坐標、像片比例尺，地球半徑等參數(shù)。相機焦距：152.86mm ；物鏡畸變和主點偏移值設(shè)置為0。000000000ComputeCancelAcceptFil eri：am e:Descripti on：Math Mode

7、lling Method- f* Aeri al Fho t o gi_ aphy L Satellite Orbital Modelling 1- Folynomi alC Thin Plate Spline P Rational FunctionsL None Qflosai c Only)|Cornpute From GZFe & Tie PoiritE IR0: |0. i：i00Rl: |0. 00i：iR4: jO. OOOR6: |0. 0b0R7: I0. 000.一.Focal Length： |152. E6 mmPrincipal Point Offset：.口00Y|-

8、106L Edge _CornerY 106Y |-i06 mmmm丫顧Photo Scale 1: |8000Earth Radi us: (6371000|S + ：TLd：i- d Aeri ：alExteri or Ori entati on：R2: j0. 000R3: jO. OOOP3:(0. 000Position： C Edge Data input博 Fiducial Mark Collection for Photo:S12-i回義Top RightBottom RightBottom LeftPr i nc i p al P c i ntCalibration Edge

9、X： |225. 8 FSet I CiearlSet I ClearTop RightBottom RightBottom LeftCancelAuto Fiduei al Coilecti onFi duei al MarksWorkingUse Point 打開原始的立體影像對以后，就可以定位框標的像素坐標。首先用鼠標定位相應(yīng)的框標的中心點, (誤差應(yīng)在1個像素以內(nèi)，盡量放大框標影像以提高定位精度)。獲得該框標中心的像素坐標，然后 在圖225右圖中，通過Set按鈕接收該點的像素坐標。如要修改可以通過口竺七按鈕清空 文本框，再重新設(shè)置即可。奏 Viewer: Image ID: 5129

10、- F:pci4 L J|，- |225.813P f98.560L 立體像對的框標像素坐標確定以后，就完成了數(shù)字影像的內(nèi)定向工作。OE將自動進行內(nèi)定向參數(shù)的解算?？梢酝ㄟ^Processing step-Reports查看影像的內(nèi)定向信息。影像的內(nèi)定向信息主要包括 相機校準信息(Camera Calibration)，框標的理論平面坐標(Fiducial marks)。3、外定向(Exterior Orientation)外定向的過程即外方位元素（XS, YS，ZS,8,。K）的獲取過程，在OE中提供了兩種外方位元素的輸入方法: 如果已知外方位元素，則可以直接通過手工輸入。通常情況下，外方位元

11、素是通過控制點計算得到。OE中提供各種控制點的輸入方法用于計算外方位元素。下面介紹兩種常用的方式。手工采集 控制點（Collect GCPs通過數(shù)據(jù)文件輸入控制點（Import GCPsmanually)from files)圖2-26控制點的輸入方式從數(shù)據(jù)文件輸入控制點，輸入后控制點將標記在影像上。如圖2-2-7所示。AcceptFLHXYPLIPEIYXYFUHYXLPIFLXTESelect GCF Input File： F：pci 9J?sl29. GCF數(shù)據(jù)文件的格式：如IPLXYE：、 分別代表點號、像素坐標和點的） I空間坐標-! x|48 4曙一4854854856300 0

12、000 9600 7800 80 0 03800158.2000265.40002392.4000 4159.1000 4145.1000 2256.9000627885628459628188628994&28382627263Format DescriptionExample FormatsS12903S12904 si2906S12907 si 290 8 si29092&21.7i：i0i：i4095.60002665.10004131.40002569.1000319.6000jlPmEApply FormatProj ecti onsRead GCP From Text File1

13、7v Of cl a 1j-Q(f| QCP F 11 125S129 - .DATAAIRPHOTOsl29.piN圖2 2 8光束法平差示意圖線方程利用地面控制點及其對應(yīng)的同名像點整體求 解立體 像對的 外方位 元素：S （X , Y , Z , 8 ,，K ），S1 S1S1 11 1S （X , Y ,Z ,8 ,，K ）。其原理如圖2S 2 S 2 S 2 2 2 2一28所示：通過 OE-Processing Step - Model calculations便可執(zhí)行光束法平差計算外方位元素。計算完畢可以通過Processing step -圖2-2-9影像匹配及DEM的生成過程c

14、ollect tie points)選中。選中Auto Locate,則在左Accept.PointsGroundT0003T00014857921DEM:627850.193Center FhotosResi dual Units：L Ground 笛 Fidels L MicronsTOO 11628054.1044858111.893T0004628272.8454858627.165T0002628409.5744858218.380T00053628293.74910 同名點采集界面一疏無荔isl29Photo IDSick Dpen Fhot。|hint ID4857215.488

15、4857087.908Tie Point ID： |T0012+/-|mV Bundle Update+/-r fPixelsLinesGr uiindElevation環(huán) Autci LocateWorkiiLg Photo Tie FointReference Photo Tie FoiritsAccepted Tie Points： 7 TotalAux i 11 ：=Lt_y Irifurm at i oil3Tie Point Collectionreports- project report 查看。4、影像匹配(image matching)TIPS：影像匹配就是利用互相關(guān)函數(shù) 評

16、價兩塊影像的相似性以確定同名 點，同名像點是獲取DEM的先決條件 (影像匹配原理參考如圖228)， 要內(nèi)插DEM需要有一定數(shù)量的地面 離散點，一對同名像點可以確定一個 地面點，因此，因此，要獲得滿足一 定精度的DEM就要匹配大量的同名 點，本次實習要求至少匹配20個以上 的同名像點。OE中提供了兩種匹配方式：手工采集同名點(Manually自動匹配同名點(Automatically collect tie points) 手工采集同名點窗口如圖2210。步驟 如下：首先在立體像對的左影像中選擇待匹配的 點。TIPS：在立體像對的左影像中選擇待匹配的點 時，要盡量選擇特征點且在重疊區(qū)域內(nèi)要均勻

17、分布。影像中選擇待匹配的點時，在右影像中采用相 關(guān)技術(shù)自動匹配出同名點。在左影像中選擇了 一點T0011,則在右影像的同名區(qū)域內(nèi)自動匹 配出該點的同名點。如圖2211所示。TIPS：匹配點在數(shù)字攝影測量中也就是連接點(Tie points)，所以匹配出的同名像點以T開 頭，大家要盡量使用這種標識，同時，同名點 號不能重復(fù)。T0011莎汁Liwer: Image ID: si30 - .DATAAIRPHOTO5130.piKWorkingUse Point一將1830-xl.Viewer: Image ID: s!29 -.詵.由一.一.匹配.出同名點以一后T |1132, 320F 1195

18、.227Li網(wǎng) iiT點坐標。如圖22120Ground YImage YGround XPoint ID I Im age XT0001555. 61680. 1627947.1404858005. T93T00022149.11490.4628543. 8764858274. 737T00051039.13954.4628412.2544857177.382T0003435. 6166. 4627721.6464858576.557T00042220.1131.6628406. 0064858810. 698Ground Z206.43206.72200.44215.64210.85圖2-

19、2-12同名點及其對應(yīng)的地面點坐標點擊Accepc保存匹配的同名點及其對應(yīng)的地面點坐標。通過 *9 D-eleteI可以修改。自動匹配同名點。（不建議采用）TIPS：自動匹配界面中各參數(shù)的含義：No. of Tie Points per Area在立體像對的重疊區(qū)域內(nèi)所期 望匹配出的同名點數(shù)；MatchingThreshold:匹配閾值，在0-1之間。Approx. Elevation:近似高程， 通過給定一個近似高程，加快匹配速度。如圖2-2-13上圖。5、DEM自動提取 Import & BuildZ* All PhotosTie Point Di stributi on F attern

20、Uni formlyMatching TrLt eshold： LL ib ApproK. Elevati on：n urking Use Point圖2-2-14自動匹配同名點通過以上幾個步驟，在影像的范圍內(nèi)已經(jīng)有了地面控制點GCP,通過影像匹配技術(shù)匹配了一定 數(shù)量的同名像點繼而通過光束法平差計算出了相應(yīng)數(shù)量的地面離散點數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，可以內(nèi)插 該區(qū)域的DEM。但是為了提高DEM的精度，還要通過匹配技術(shù)匹配一定數(shù)量的特征點（高程匹配備彈出如圖22點：Elevation Match Point）。OE-Processing Step-Import & Build DEM 點擊15所示的特征點

21、匹配界面。同時彈出影像布局窗口。首先在左影像中選擇一特征點，采用自動匹 配技術(shù)在右影像中匹配出該特征點的同名點。采集2030個左右。TIPS：特征匹配點不要求在影像中均勻分布，但要求是采用自動匹配方法容易遺漏的特征點，如道 路交叉口、房屋拐角、影像灰度變換不大的地區(qū)（如湖泊、池塘等）。Create DEM當完成這一步驟以后，所有的離散點采集任務(wù)就全部完成了，可以進行 DEM的自動提取。點擊按鈕進行DEM的自動提取。自動提取DEM所需的離散點要包含地面控制點（GCP），影像匹配點（或稱為連接點：Tie Points）高程匹配點（Elevation Match Point）；此外，生成DEM 的時

22、候還要在圖2216的界面中對DEM數(shù)據(jù)設(shè)置一些參數(shù)：設(shè)置DEM數(shù)據(jù)的存儲路徑，Default to設(shè)置為:Elevation Source Area。其它選擇默認選項。Point ID： |E0006ElevationE0003E0004E0005sl29 5130 207.321 m 3129 sl30 103.453 m sl29 sl30 204.634 mGround X:Ground Y:圖2216 DEM數(shù)據(jù)的參數(shù)設(shè)置17由離散點數(shù)據(jù)內(nèi)插DEM from Stereo (從立體模型直接構(gòu)造DEM)從立體影像對中可以直接創(chuàng)建DEM,利用影像相關(guān)技術(shù)可以獲得匹配像元，然后利用傳感器的幾

23、何 模型計算出同名點對應(yīng)的地面坐標。圖2218從立體模型中直接提取DEM點擊該按鈕創(chuàng)建核線影像(Epipolar images) 0 創(chuàng)建核線影像對就是將立體像對重新投影到一個共同 的方向上，這樣做的優(yōu)點是可以加快影像匹配速度并 且可以減少匹配錯誤，提高匹配的精度。在圖2-2-20 所示的窗口中，分別選好“ Left image ”和“ Right image”，并將其加入到“List of Epipolar pairs” 中，即可進行核線重采樣。圖2221核線DEM生成必點擊該按鈕將進行DEM的自動提取，在上一步生成的核線影像對的基礎(chǔ)上，該步驟將生成核 線 DEM(Epipolar DEM)，如圖 2-2-21。在Epipolar DEM ExtractionOption 中需要設(shè)置一些參數(shù)， MinimumElevation,MaximumElevation意思是估計出該區(qū)域的最大和最小高程，以加快匹配速度， Failurevalues, Backgroundvalue 分別指定匹配失敗和 DEM 的最低值。pixel samplinginterval： 采樣間隔決定了 DEM的分辨率。采樣間隔以像素為單位，如選8個像素，則DEM的