利用生成正射影像評(píng)估DEM之研究課件

利用生成正射影像評(píng)估DEM之研究

指導(dǎo)教授：趙鍵哲學(xué)生：彭念豪利用生成正射影像評(píng)估DEM之研究1報(bào)告流程前言實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)成果與分析結(jié)論參考文獻(xiàn)報(bào)告流程前言2前言DEM的生成是藉著影像匹配，找出在共軛影像中的共軛點(diǎn)，利用前方交會(huì)的方式算出地面的坐標(biāo)。但在複雜的真實(shí)世界裡，影像匹配總無法達(dá)到所預(yù)期的成效，而會(huì)得到不正確的高程資訊。自動(dòng)化的DEM生成，常伴隨著人工的檢驗(yàn)，使得生產(chǎn)的效能大大的減弱。前言DEM的生成是藉著影像匹配，找出在共軛影像中的共軛點(diǎn)，利3前言(續(xù))本實(shí)驗(yàn)的目的便是在於找出DEM中，含有錯(cuò)誤的點(diǎn)位，或是確認(rèn)出那些區(qū)域的DEM都是正確無誤的，如此在之後人工檢驗(yàn)時(shí)便能減少其工作量，進(jìn)而提昇效率。為了達(dá)成上述之目的，本實(shí)驗(yàn)所採(cǎi)用的方法為物空間匹配。前言(續(xù))本實(shí)驗(yàn)的目的便是在於找出DEM中，含有錯(cuò)誤的點(diǎn)位，4實(shí)驗(yàn)方法物空間匹配，即是利用正射影像間之匹配，概念在於將匹配執(zhí)行空間由像空間轉(zhuǎn)換至物空間。由於轉(zhuǎn)換至物空間所憑藉的就是DEM及方位參數(shù)，若DEM的有錯(cuò)誤，將會(huì)直接影響所產(chǎn)生出來的正射影像，而正射影像間的匹配也會(huì)受到牽連。本實(shí)驗(yàn)便是基於此原理，由正射影像間的匹配來評(píng)估DEM的正確性。實(shí)驗(yàn)方法物空間匹配，即是利用正射影像間之匹配，概念在於將匹配5正射影像之生成DEM為一規(guī)則網(wǎng)格資料，每一網(wǎng)格都有其(X,Y,Z)，代入共線式，反算像片坐標(biāo)，將DEM坐標(biāo)配合方位參數(shù)，可算出像片坐標(biāo)，再經(jīng)仿射轉(zhuǎn)換算出影像坐標(biāo)。

正射影像之生成DEM為一規(guī)則網(wǎng)格資料，每一網(wǎng)格都有其(X,Y6正射影像之生成(續(xù))由上述之步驟，可由DEM之坐標(biāo)推回影像坐標(biāo)，並萃取該點(diǎn)灰階，將DEM上每一點(diǎn)都找出其對(duì)該灰階，並填入對(duì)應(yīng)之網(wǎng)格，便可得一正射影像。而理論上，若DEM正確無誤，且方位參數(shù)精確，則所得之正射影像對(duì)應(yīng)該只會(huì)有一幅射的平移量，除了被遮蔽的資訊左右像應(yīng)不相同，其餘資訊在正射影像對(duì)上應(yīng)該都會(huì)相似。正射影像之生成(續(xù))由上述之步驟，可由DEM之坐標(biāo)推回影像坐7正射影像之生成示意圖正射影像之生成示意圖8標(biāo)準(zhǔn)化互相關(guān)法(NormalizedCrossCorrelation，NCC)標(biāo)準(zhǔn)化互相關(guān)法(NormalizedCrossCorre9正射影像對(duì)之匹配若DEM正確其正射影像對(duì)應(yīng)該相似，所以匹配出之共軛點(diǎn)，在其共軛影像上的坐標(biāo)應(yīng)該相同，因?yàn)槭菑耐粋€(gè)DEM網(wǎng)格點(diǎn)去反推出來的。所以便可利用正射影像對(duì)之匹配來判斷DEM是否正確。正射影像對(duì)之匹配若DEM正確其正射影像對(duì)應(yīng)該相似，所以匹配出10實(shí)驗(yàn)成果與分析-實(shí)驗(yàn)資料本實(shí)驗(yàn)所使用之DEM為PCI所生成的，並經(jīng)過人工使用立體鏡檢驗(yàn)其正確性，標(biāo)記出自動(dòng)生成的DEM中所含之錯(cuò)誤高程，來做為實(shí)驗(yàn)資料，DEM資料為5公尺一格點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)成果與分析-實(shí)驗(yàn)資料本實(shí)驗(yàn)所使用之DEM為PCI所生成的11DEM及原始影像的對(duì)照DEM及原始影像的對(duì)照12正射影像灰階極值平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差訊雜比相關(guān)係數(shù)左像222.73&22.06129.6543.722.96550.932右像238.91&35.84132.8344.932.9563正射影像灰階極值平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差訊雜比相關(guān)係數(shù)左像222.7313正射影像之分析在DEM有錯(cuò)誤之點(diǎn)位，其所對(duì)應(yīng)在影像上灰階應(yīng)該是不同地物所擁有的，而造成兩正射影像灰階不規(guī)則的差異，產(chǎn)生匹配的失敗，我們便可利用此一現(xiàn)象來找出DEM錯(cuò)誤之處。正射影像之分析在DEM有錯(cuò)誤之點(diǎn)位，其所對(duì)應(yīng)在影像上灰階應(yīng)該14DEM錯(cuò)誤量與灰階差異比較極值平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差訊雜比相關(guān)係數(shù)DEM錯(cuò)誤量9.88&00.3951.3160.3000.249灰階差異量106.3&0.0511.01412.5640.877DEM錯(cuò)誤量與灰階差異比較極值平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差訊雜比相關(guān)係數(shù)DE15正確DEM取樣出差異很大的灰階

正確DEM取樣出差異很大的灰階16錯(cuò)誤DEM取樣到相似灰階

錯(cuò)誤DEM取樣到相似灰階17實(shí)驗(yàn)成果實(shí)驗(yàn)成果18實(shí)驗(yàn)成果-第2組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表錯(cuò)誤的DEM點(diǎn)，黃色的星號(hào)表相關(guān)係數(shù)低於門檻值之匹配點(diǎn)，藍(lán)色的十字表相關(guān)係數(shù)高於門檻值之錯(cuò)誤匹配點(diǎn)，綠色的外框表示有檢查的區(qū)域。實(shí)驗(yàn)成果-第2組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表19實(shí)驗(yàn)成果-第4組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表錯(cuò)誤的DEM點(diǎn)，黃色的星號(hào)表相關(guān)係數(shù)低於門檻值之匹配點(diǎn)，綠色的外框表示有檢查的區(qū)域。實(shí)驗(yàn)成果-第4組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表20實(shí)驗(yàn)成果-第7組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表錯(cuò)誤的DEM點(diǎn)，黃色的星號(hào)表相關(guān)係數(shù)低於門檻值之匹配點(diǎn)，綠色的外框表示有檢查的區(qū)域。實(shí)驗(yàn)成果-第7組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表21成果分析由以上圖形所透露資訊，可知有些匹配錯(cuò)誤的點(diǎn)雖沒有落在DEM錯(cuò)誤之處，但也出現(xiàn)在附近，而我們實(shí)驗(yàn)的目的便在於找出DEM有問題的區(qū)域，所以這樣的資訊是足夠的。所以在重新整理實(shí)驗(yàn)成果如下，其中附近的定義為中心點(diǎn)周圍8格。成果分析由以上圖形所透露資訊，可知有些匹配錯(cuò)誤的點(diǎn)雖沒有落在22實(shí)驗(yàn)成果二實(shí)驗(yàn)成果二23實(shí)驗(yàn)成果-第3組實(shí)驗(yàn)成果-第3組24成果分析(續(xù))由1、4、7組來看，目標(biāo)視窗越大其可靠度越好，而相同大小的目標(biāo)視窗，相關(guān)係數(shù)門檻值越低可靠度越高，而提高相關(guān)係數(shù)門檻值，則可增加偵錯(cuò)的能力。對(duì)正確DEM卻有灰階差異，只要灰階差異不是差的很多，似乎可用較大的目標(biāo)視窗來解決此問題，但錯(cuò)誤之DEM格點(diǎn)取樣出相似的灰階的問題，仍無法偵測(cè)出。成果分析(續(xù))由1、4、7組來看，目標(biāo)視窗越大其可靠度越好，25特例之探討

特例之探討26特例之探討(續(xù))高程錯(cuò)誤量達(dá)6公尺，但其左右像灰階差異量只有不到20，將該點(diǎn)做為一目標(biāo)視窗的中心點(diǎn)，匹配相對(duì)應(yīng)的位置，其相關(guān)係數(shù)約0.978，而將正確的灰階放入該點(diǎn)，計(jì)算後的相關(guān)係數(shù)為0.976，差異相當(dāng)小，像這樣的例子，實(shí)在很難發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤量的存在。特例之探討(續(xù))高程錯(cuò)誤量達(dá)6公尺，但其左右像灰階差異量只有27結(jié)論在本實(shí)驗(yàn)中可靠度方面，都有7成以上的可靠度，但隨著為了增加偵錯(cuò)能力而提高相關(guān)係數(shù)門檻值，其可靠度也會(huì)減低，如何在維持可靠度的前提下，增加偵錯(cuò)能力則將是之後很大的問題。結(jié)論在本實(shí)驗(yàn)中可靠度方面，都有7成以上的可靠度，但隨著為了增28結(jié)論(續(xù))基於本實(shí)驗(yàn)的理論，錯(cuò)誤的高程應(yīng)該會(huì)取到有差異的灰階，而在實(shí)際例子中發(fā)現(xiàn)有許多特例的存在，而這些特例對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有很大的影響，以本實(shí)驗(yàn)改變目標(biāo)視窗及相關(guān)係數(shù)的門檻值，雖可降低其影響，但還無法完全解決，這個(gè)問題是現(xiàn)在的瓶頸，要如何克服，還需要更多的測(cè)試。結(jié)論(續(xù))基於本實(shí)驗(yàn)的理論，錯(cuò)誤的高程應(yīng)該會(huì)取到有差異的灰階29參考文獻(xiàn)[1]Schenk,T.,1999.DigitalPhotogrammetry.VolumeI,TerraScience,pp.248-251.[2]Norvelle,F.RAYE“UsingIterativeOrthophotoRefinementstoGenerateandCorrectDigitalElevationModels(DEM’s)”[3]何維信，1996，航空攝影測(cè)量學(xué)，大中國(guó)圖書公司[4]吳華泰，2003，整合特徵資訊的區(qū)域匹配法研究，國(guó)立臺(tái)灣大學(xué)土木工程研究所論文[5]邱文欽，2003，引入輔助資料於衛(wèi)載SAR地塊影像匹配之研究，國(guó)立中央大學(xué)土木工程研究所論文參考文獻(xiàn)[1]Schenk,T.,1999.Digit30利用生成正射影像評(píng)估DEM之研究

指導(dǎo)教授：趙鍵哲學(xué)生：彭念豪利用生成正射影像評(píng)估DEM之研究31報(bào)告流程前言實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)成果與分析結(jié)論參考文獻(xiàn)報(bào)告流程前言32前言DEM的生成是藉著影像匹配，找出在共軛影像中的共軛點(diǎn)，利用前方交會(huì)的方式算出地面的坐標(biāo)。但在複雜的真實(shí)世界裡，影像匹配總無法達(dá)到所預(yù)期的成效，而會(huì)得到不正確的高程資訊。自動(dòng)化的DEM生成，常伴隨著人工的檢驗(yàn)，使得生產(chǎn)的效能大大的減弱。前言DEM的生成是藉著影像匹配，找出在共軛影像中的共軛點(diǎn)，利33前言(續(xù))本實(shí)驗(yàn)的目的便是在於找出DEM中，含有錯(cuò)誤的點(diǎn)位，或是確認(rèn)出那些區(qū)域的DEM都是正確無誤的，如此在之後人工檢驗(yàn)時(shí)便能減少其工作量，進(jìn)而提昇效率。為了達(dá)成上述之目的，本實(shí)驗(yàn)所採(cǎi)用的方法為物空間匹配。前言(續(xù))本實(shí)驗(yàn)的目的便是在於找出DEM中，含有錯(cuò)誤的點(diǎn)位，34實(shí)驗(yàn)方法物空間匹配，即是利用正射影像間之匹配，概念在於將匹配執(zhí)行空間由像空間轉(zhuǎn)換至物空間。由於轉(zhuǎn)換至物空間所憑藉的就是DEM及方位參數(shù)，若DEM的有錯(cuò)誤，將會(huì)直接影響所產(chǎn)生出來的正射影像，而正射影像間的匹配也會(huì)受到牽連。本實(shí)驗(yàn)便是基於此原理，由正射影像間的匹配來評(píng)估DEM的正確性。實(shí)驗(yàn)方法物空間匹配，即是利用正射影像間之匹配，概念在於將匹配35正射影像之生成DEM為一規(guī)則網(wǎng)格資料，每一網(wǎng)格都有其(X,Y,Z)，代入共線式，反算像片坐標(biāo)，將DEM坐標(biāo)配合方位參數(shù)，可算出像片坐標(biāo)，再經(jīng)仿射轉(zhuǎn)換算出影像坐標(biāo)。

正射影像之生成DEM為一規(guī)則網(wǎng)格資料，每一網(wǎng)格都有其(X,Y36正射影像之生成(續(xù))由上述之步驟，可由DEM之坐標(biāo)推回影像坐標(biāo)，並萃取該點(diǎn)灰階，將DEM上每一點(diǎn)都找出其對(duì)該灰階，並填入對(duì)應(yīng)之網(wǎng)格，便可得一正射影像。而理論上，若DEM正確無誤，且方位參數(shù)精確，則所得之正射影像對(duì)應(yīng)該只會(huì)有一幅射的平移量，除了被遮蔽的資訊左右像應(yīng)不相同，其餘資訊在正射影像對(duì)上應(yīng)該都會(huì)相似。正射影像之生成(續(xù))由上述之步驟，可由DEM之坐標(biāo)推回影像坐37正射影像之生成示意圖正射影像之生成示意圖38標(biāo)準(zhǔn)化互相關(guān)法(NormalizedCrossCorrelation，NCC)標(biāo)準(zhǔn)化互相關(guān)法(NormalizedCrossCorre39正射影像對(duì)之匹配若DEM正確其正射影像對(duì)應(yīng)該相似，所以匹配出之共軛點(diǎn)，在其共軛影像上的坐標(biāo)應(yīng)該相同，因?yàn)槭菑耐粋€(gè)DEM網(wǎng)格點(diǎn)去反推出來的。所以便可利用正射影像對(duì)之匹配來判斷DEM是否正確。正射影像對(duì)之匹配若DEM正確其正射影像對(duì)應(yīng)該相似，所以匹配出40實(shí)驗(yàn)成果與分析-實(shí)驗(yàn)資料本實(shí)驗(yàn)所使用之DEM為PCI所生成的，並經(jīng)過人工使用立體鏡檢驗(yàn)其正確性，標(biāo)記出自動(dòng)生成的DEM中所含之錯(cuò)誤高程，來做為實(shí)驗(yàn)資料，DEM資料為5公尺一格點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)成果與分析-實(shí)驗(yàn)資料本實(shí)驗(yàn)所使用之DEM為PCI所生成的41DEM及原始影像的對(duì)照DEM及原始影像的對(duì)照42正射影像灰階極值平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差訊雜比相關(guān)係數(shù)左像222.73&22.06129.6543.722.96550.932右像238.91&35.84132.8344.932.9563正射影像灰階極值平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差訊雜比相關(guān)係數(shù)左像222.7343正射影像之分析在DEM有錯(cuò)誤之點(diǎn)位，其所對(duì)應(yīng)在影像上灰階應(yīng)該是不同地物所擁有的，而造成兩正射影像灰階不規(guī)則的差異，產(chǎn)生匹配的失敗，我們便可利用此一現(xiàn)象來找出DEM錯(cuò)誤之處。正射影像之分析在DEM有錯(cuò)誤之點(diǎn)位，其所對(duì)應(yīng)在影像上灰階應(yīng)該44DEM錯(cuò)誤量與灰階差異比較極值平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差訊雜比相關(guān)係數(shù)DEM錯(cuò)誤量9.88&00.3951.3160.3000.249灰階差異量106.3&0.0511.01412.5640.877DEM錯(cuò)誤量與灰階差異比較極值平均數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差訊雜比相關(guān)係數(shù)DE45正確DEM取樣出差異很大的灰階

正確DEM取樣出差異很大的灰階46錯(cuò)誤DEM取樣到相似灰階

錯(cuò)誤DEM取樣到相似灰階47實(shí)驗(yàn)成果實(shí)驗(yàn)成果48實(shí)驗(yàn)成果-第2組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表錯(cuò)誤的DEM點(diǎn)，黃色的星號(hào)表相關(guān)係數(shù)低於門檻值之匹配點(diǎn)，藍(lán)色的十字表相關(guān)係數(shù)高於門檻值之錯(cuò)誤匹配點(diǎn)，綠色的外框表示有檢查的區(qū)域。實(shí)驗(yàn)成果-第2組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表49實(shí)驗(yàn)成果-第4組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表錯(cuò)誤的DEM點(diǎn)，黃色的星號(hào)表相關(guān)係數(shù)低於門檻值之匹配點(diǎn)，綠色的外框表示有檢查的區(qū)域。實(shí)驗(yàn)成果-第4組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表50實(shí)驗(yàn)成果-第7組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表錯(cuò)誤的DEM點(diǎn)，黃色的星號(hào)表相關(guān)係數(shù)低於門檻值之匹配點(diǎn)，綠色的外框表示有檢查的區(qū)域。實(shí)驗(yàn)成果-第7組其背景為兩正射影像灰階的差異，而紅色的方框表51成果分析由以上圖形所透露資訊，可知有些匹配錯(cuò)誤的點(diǎn)雖沒有落在DEM錯(cuò)誤之處，但也出現(xiàn)在附近，而我們實(shí)驗(yàn)的目的便在於找出DEM有問題的區(qū)域，所以這樣的資訊是足夠的。所以在重新整理實(shí)驗(yàn)成果如下，其中附近的定義為中心點(diǎn)周圍8格。成果分析由以上圖形所透露資訊，可知有些匹配錯(cuò)誤的點(diǎn)雖沒有落在52實(shí)驗(yàn)成果二實(shí)驗(yàn)成果二53實(shí)驗(yàn)成果-第3組實(shí)驗(yàn)成果-第3組54成果分析(續(xù))由1、4、7組來看，目標(biāo)視窗越大其可靠度越好，而相同大小的目標(biāo)視窗，相關(guān)係數(shù)門檻值越低可靠度越高，而提高相關(guān)係數(shù)門檻值，則可增加偵錯(cuò)的能力。對(duì)正確DEM卻有灰階差異，只要灰階差異不是差的很多，似乎可用較大的目標(biāo)視窗來解決此問題，但錯(cuò)誤之DEM格點(diǎn)取樣出相似的灰階的問題，仍無法偵測(cè)出。成果分析(續(xù))由1、4、7組來看，目標(biāo)視窗越大其可靠度越好，55特例之探討

特例之探討56特例之探討(續(xù))高程錯(cuò)誤量達(dá)6公尺，但其左右像灰階差異量只有不到20，將該點(diǎn)做為一目標(biāo)視窗的中心點(diǎn)，匹配相對(duì)應(yīng)的位置，其相關(guān)係數(shù)約0.978，而將正確的灰階放入該點(diǎn)，計(jì)算後的相關(guān)係數(shù)為0.976，差異相當(dāng)小，像這樣的例子，實(shí)在很難發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤量的存在。特例之探討(續(xù))高程錯(cuò)誤量達(dá)