第五次課全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)演示文稿

第五次課全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)演示文稿目前一頁\總數(shù)五十頁\編于八點優(yōu)選第五次課全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)目前二頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－1概述數(shù)字攝影測量：基于數(shù)字影像與攝影測量基本原理，應(yīng)用計算機技術(shù)，數(shù)字影像處理、影像匹配、模式識別等多學(xué)科的理論方法，提取所攝目標(biāo)用數(shù)字方式表達的幾何與物理信息的攝影測量學(xué)的分支學(xué)科。

SoftCopyPhotogrammetryAllDigitalPhotogrammetry目前三頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－1概述攝影測量三個發(fā)展階段的比較：應(yīng)用時間典型設(shè)備主要測繪產(chǎn)品

20世紀初～90年代初模擬立體測圖儀模擬線劃圖

20世紀70年代初～至今解析立體測圖儀模擬/數(shù)字線劃圖

20世紀80年代末～至今數(shù)字攝影測量系統(tǒng)DEM,DOM,DLG,DRG

目前四頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－1概述攝影測量三個發(fā)展階段的比較：代表性理論方法作業(yè)性質(zhì)發(fā)展?fàn)顩r模擬攝影測量光學(xué)、機械投影交會機械輔助測圖已過時（成熟）解析攝影測量數(shù)字投影交會、平差計算機輔助測圖正在過時（成熟）數(shù)字攝影測量影像匹配、模式識別

自動化測繪及迅速發(fā)展中，信息處理

成熟部分進入生產(chǎn)

目前五頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－1概述影像匹配的發(fā)展過程灰度信號電信號電子相關(guān)光學(xué)相關(guān)數(shù)字相關(guān)電信號數(shù)字信號目前六頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－2數(shù)字影像及數(shù)字影像重采樣一、影像灰度

影像的灰度又稱為光學(xué)密度。在攝影底片上，攝影的灰度值反映了它透明的程度，即透光的能力。取阻光率的對數(shù)稱為影像的光學(xué)密度或灰度，即：阻光率為：

投射在底片上的光通量為，經(jīng)底片吸收后而通過底片的光通量為，則透光率為：目前七頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－2數(shù)字影像及數(shù)字影像重采樣

數(shù)字式傳感器對目標(biāo)拍攝數(shù)字影像的獲取

將光學(xué)影像數(shù)字化每個最小影像單元稱為像元或像素（Pixel)二、數(shù)字影像目前八頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－2數(shù)字影像及數(shù)字影像重采樣矩陣表示:

矩陣的每個元素值g(i,j)是個灰度值,代表影像經(jīng)采樣與量化了的“灰度級”。目前九頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－2數(shù)字影像及數(shù)字影像重采樣2、量化——把采樣點上的灰度數(shù)值取為整數(shù)。把像片上有可能出現(xiàn)的最大灰度范圍進行等分，四舍五入。1、采樣——對影像幾何空間（像平面）的離散化，取得像元點位。即對實際連續(xù)函數(shù)模型離散化的量測過程。采樣間隔（通常取與像元邊長相等）可取12.5,25,50,100,(μm)量化級別可取(i通常取6、7、8）

目前十頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－2數(shù)字影像及數(shù)字影像重采樣三、數(shù)字影像內(nèi)定向影像內(nèi)定向：將儀器坐標(biāo)系中的像點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為像平面坐標(biāo)系中坐標(biāo)的過程。

通常采用仿射變換:其中變換系數(shù)由四個框標(biāo)的儀器坐標(biāo)及相應(yīng)像平面坐標(biāo)代入上式解得。

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§8－2數(shù)字影像及數(shù)字影像重采樣四、數(shù)字影像重采樣

由于所求得的像點不一定恰好落在原始像片上像元素的中心，要獲得該像點的灰度值，就要在原采樣的基礎(chǔ)上再一次采樣，即重采樣。

采用影像內(nèi)插的方法：雙線性內(nèi)插、雙三次卷積法、最鄰近像元法等。目前十二頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－3基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)

影像匹配：根據(jù)某種相似性尺度評判兩張像片上子區(qū)域（影像相關(guān))(窗口）內(nèi)影像的相似性，以確定同名像點的過程。基于特征的影像匹配：先提取窗口影像中的特征,

再探求特征相似性的匹配法。基于灰度的影像匹配：直接探求窗口影像的灰度分布相似性的匹配法。目前十三頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－3基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)在數(shù)字攝影測量中，在沒有人眼的立體觀測情況下，如何從左右數(shù)字影像中尋找同名像點，即是數(shù)字影像相關(guān)（影像匹配）。影像匹配是全數(shù)字化攝影測量的核心問題。目前十四頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－3基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)一、相關(guān)系數(shù)法相似性尺度為兩窗口內(nèi)影像（灰度分布）的相關(guān)系數(shù)。目前十五頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－3基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)2、計算公式

依次在搜索區(qū)內(nèi)取出與目標(biāo)區(qū)同樣大小的子窗口,并計算目標(biāo)窗口與搜索子窗口的影像相關(guān)系數(shù)ρ；ρ最大的子窗口即為匹配窗口；目標(biāo)窗口中心像元，與匹配窗口中心像元為同名像元。1、匹配方法目前十六頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－3基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)式中：目前十七頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－3基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)二、高精度最小二乘匹配法匹配精度可達1/10～1/100像元。

利用相關(guān)影像灰度差有均方根值為最小的原理提出此方法。

在相關(guān)運算中引入一些變換參數(shù)作為待定值，直接納入到最小二乘解算中，引入變換參數(shù)的目的是低償兩個匹配窗口之間的幾何及輻射差異。目前十八頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－3基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)設(shè)窗口影像之間的幾何變形為：又設(shè)窗口影像之間的輻射變化有：線性化后，得匹配的誤差方程式

平差解得變換參數(shù)后，也可得到的匹配點位目前十九頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定核面：通過攝影基線且與像平面相交的任一平面。核線：核面與像平面的交線。同名核線：同一核面與像對相交所得的一對核線。一、同名核線:1、基本概念目前二十頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定2、核線的性質(zhì)（1）在傾斜影像上的所有核線相互不平行，但交于核點（極點）。（2）在理想影像平面上，所有核線相互平行，不僅同一影像面上的核線平行，而且影像對上的相應(yīng)的核線也平行，上下視差為零，這一特性對于立體觀測是十分有用的。（3）左（右）影像上的某一點，其同名點必定在其右（左）影像上的同名核線上，這一特性是實現(xiàn)核線相關(guān)的基本依據(jù)。（同名像點必然位于同名核線上。）目前二十一頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定影像數(shù)字化過程中，像元素按矩陣形式規(guī)則排列，掃描行不是核線方向。因此，欲進行核線相關(guān)，必須先找到核線，而且核線確定的精度直接影響影像相關(guān)的精度。目前二十二頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定

影像上的所有核線是互相不平行的，它們交于核點；如果將核線投影到一對“理想像對”上，則在理想像對上的所有核線相互平行。影像上的核線以及影像對之間的核線均相互平行。目前二十三頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定

因此，可以在相對水平像片上建立規(guī)則的格網(wǎng)，它的行就是核線，核線上像元素的灰度可由它對應(yīng)的實際像片上的灰度求得。設(shè)傾斜影像上的坐標(biāo)系為與；理想影像上的坐標(biāo)系為與，按照共線方程有：目前二十四頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定

式中的外方位元素可以由單獨像對相對定向求得，顯然在理想影像像對上，v可視為常數(shù)，同時將屬于外方位元素的項合并整理，得：目前二十五頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定（4）得到原始影像坐標(biāo)后，并不一定處于某一個像素的整數(shù)位置上，需要進行重采樣，將這些像點經(jīng)重采樣后的灰度直接賦給核線影像。3、核線影像生成過程（1）在內(nèi)定向的基礎(chǔ)上，按照單獨像對相對定向的方法進行相對定向，求得五個相對定向元素。（2）根據(jù)相對定向的結(jié)果，將原始影像的四個角點投影到核線影像平面上，以確定核線影像的范圍。（3）在確定某一行核線影像的坐標(biāo)v=c之后，以等間隔Δ取一系列u值：Δ,2Δ,3Δ…

按(a)式解求的一系列的像點坐標(biāo)(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)…

并內(nèi)定向出這些點的原始影像坐標(biāo)。目前二十六頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定目前二十七頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定

把原始影像轉(zhuǎn)為行方向與核線方向一致的影像，則匹配搜索只需沿行方向進行，由此二維匹配轉(zhuǎn)化為一維匹配。二、一維匹配目前二十八頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－4核線相關(guān)與同名核線的確定核線相關(guān)

核線相關(guān)是一種一維相關(guān)，其目標(biāo)區(qū)和搜索區(qū)分別位于左、右同名核線上，均為一維的影像窗口。

為了沿同名核線搜索同名點。在左核線上建立一個目標(biāo)區(qū)，該目標(biāo)區(qū)中心就是目標(biāo)點，目標(biāo)區(qū)的長度為n個像元素（n為奇數(shù)）；另在右片上沿同名核線建立搜索區(qū)，其長度為m個像元素，計算有關(guān)相關(guān)系數(shù)，并取最大值所對應(yīng)的目標(biāo)區(qū)的中心點為最終的同名點。目前二十九頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)

一、系統(tǒng)硬件1、影像掃描數(shù)字化儀2、計算機3、立體觀測裝置4、輸出設(shè)備繪圖儀閃閉式立體眼睛及同步器手輪，腳盤（編碼器）

目前三十頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)目前三十一頁\總數(shù)五十頁\編于八點運行環(huán)境及配置

VirtuoZoNT基于WindowsNT（4.0以上版本）平臺運行，基本配置為：

PentiumⅡ300/128MBRAM/9GBHD/20×CDROM；17寸彩色顯示器，1024×768分辨率，刷新頻率大于100Hz。另外還應(yīng)有數(shù)字化影像獲取裝置（高精度掃描儀）、成果輸出設(shè)備以及立體觀察裝置等附屬配置。其中立體觀察裝置有偏振光、閃閉式、立體反光鏡、互補色（紅綠鏡）等四種。

目前三十二頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)二、系統(tǒng)軟件（VirtuoZoNT)

基本模塊包括：

1、基本數(shù)據(jù)管理模塊

a、基本數(shù)據(jù)、影像輸入及參數(shù)設(shè)置

b、圖廓整飾

c、數(shù)據(jù)輸出

d、三維立體景觀顯示

2、定向模塊

a、全自動內(nèi)定向

b、全自動相對定向

c、半自動絕對定向

d、生成核線影像目前三十三頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)3、匹配模塊a、影像匹配預(yù)處理

b、影像匹配

c、匹配編輯4、DEM生成模塊a、自動生成DEM

b、DEM自動拼接

c、自動繪制等高線5、正射影像生成模塊

a、自動生成數(shù)字正射影像

b、正射影像和等高線疊合

c、正射影像鑲嵌6、數(shù)字測圖模塊

a、人機交互式立體測繪

b、線劃要素半自動提取目前三十四頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)1、衛(wèi)星影像測圖模塊

2、近景測量模塊

3、自動空中三角測量模塊

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·備選模塊包括：目前三十五頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作流程（VirtuoZo.NT）

準(zhǔn)備工作模塊（參數(shù)文件的建立）自動空中三角測量定向模塊自動內(nèi)定向自動相對定向半自動絕對定向目前三十六頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)

預(yù)處理（特征點線的提取）核線影像生成平坦城市地區(qū)的匹配及編輯影像匹配匹配編輯

地物測繪立體測繪線劃要素半自動提取第三方高程信息輸入、構(gòu)建三角網(wǎng)DEM生成與拼接正射影像的生成等高線生成及自動注記正射影像鑲嵌等高線編輯目前三十七頁\總數(shù)五十頁\編于八點第八章全數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

§8－5數(shù)字攝影測量系統(tǒng)正射影像圖等高線要素地物要素地圖整飾DigitalElevationModel(DEM)數(shù)字高程模型DigitalOrthophotoMap(DOM)數(shù)字正射影像圖DigitalLineGraph(DLG)數(shù)字線劃圖DigitalRasterGraph(DRG)數(shù)字柵格地圖四、系統(tǒng)測繪成果目前三十八頁