第07章 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量課件.ppt

2021-6-7 1 攝 影 測(cè) 量 學(xué) Photogrammetry 2021-6-7 2 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量Digital Photogrammetry 2021-6-7 3 （ 一 ） 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 概 述 （ 二 ） 影 像 數(shù) 字 化 及 影 像 重 采 樣 （ 三 ） 基 于 灰 度 的 影 像 相 關(guān) （ 四 ） 同 名 核 線 的 確 定 與 核 線 相 關(guān)（ 五 ） 基 于 特 征 的 影 像 匹 配（ 六 ） 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 系 統(tǒng) （ DPS） 2021-6-7 4 為能利用攝影測(cè)量方法獲取地面目標(biāo)的幾何信息，首先必須對(duì)影像進(jìn)行量測(cè)。無(wú)論在模擬攝影測(cè)量階段，還是解析攝影測(cè)量階段，量測(cè)工作均需要人工進(jìn)行。（ 一 ） 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 概 述 v 例 如 ： 在 立 體 坐 標(biāo) 量 測(cè) 儀 上 進(jìn) 行 像 點(diǎn) 坐 標(biāo) 立 體 量 測(cè) ， 或 在 模 擬測(cè) 圖 儀 上 進(jìn) 行 定 向 、 測(cè) 繪 地 物 與 地 貌 時(shí) ， 都 要 人 眼 在 立 體 觀 察情 況 下 使 左 右 測(cè) 標(biāo) 對(duì) 準(zhǔn) 左 右 同 名 像 點(diǎn) 。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，攝影測(cè)量工作者一直在研究如何用計(jì)算機(jī)代替人完成一些攝影測(cè)量任務(wù)，如同名像點(diǎn)的量測(cè)及建立立體模型等。這就是自動(dòng)化測(cè)圖的重要內(nèi)容。早期的自動(dòng)化測(cè)圖（1950年美國(guó)研制了第一臺(tái)）是將像片上的灰度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，利用電子相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化量測(cè)。 2021-6-7 5 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)算，這種方法稱為數(shù)字相關(guān)（ Digital Correlation） 。v 20世 紀(jì) 60年 代 初 美 國(guó) 研 制 的 自 動(dòng) 解 析 測(cè) 圖 儀 SA-11B-X及RASTER均 利 用 數(shù) 字 相 關(guān) 技 術(shù) 。 到 了 80年 代 ， 對(duì) 數(shù) 字 相 關(guān) 的 研究 占 了 統(tǒng) 治 地 位 。 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 相 對(duì) 定 向 和 絕 對(duì) 定 向 ， 建 立數(shù) 字 立 體 模 型 ， 從 而 建 立 DEM、 繪 制 等 高 線 、 制 作 DOM以 及 為 GIS提 供 基 礎(chǔ) 信 息 等 。 這 就 是 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 。 由于整個(gè)過(guò)程都是以數(shù)字形式在計(jì)算機(jī)中完成，因而又稱為全數(shù)字化攝影測(cè)量。 2021-6-7 6 實(shí)現(xiàn)數(shù)字影像自動(dòng)測(cè)圖的系統(tǒng)稱為數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)DPS（ Digital Photogrammetric System）或數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站DPW（ Digital Photogrammetric Workstation） 。v 這 種 系 統(tǒng) 不 同 于 其 它 自 動(dòng) 化 測(cè) 圖 儀 ， 它 即 沒(méi) 有 模 擬 測(cè) 圖 儀 ， 也沒(méi) 有 解 析 測(cè) 圖 儀 ， 它 實(shí) 質(zhì) 上 是 一 個(gè) 普 通 的 計(jì) 算 機(jī) 影 像 數(shù) 據(jù) 處 理系 統(tǒng) ， 其 硬 設(shè) 備 就 是 影 像 數(shù) 字 化 裝 置 、 影 像 或 圖 形 輸 出 裝 置 及電 子 計(jì) 算 機(jī) ， 而 由 事 先 編 制 好 的 置 于 計(jì) 算 機(jī) 中 的 軟 件 系 統(tǒng) 來(lái) 完成 各 種 攝 影 測(cè) 量 處 理 工 作 。 因 此 ， 這 種 系 統(tǒng) 的 功 能 主 要 取 決 于計(jì) 算 機(jī) 及 軟 件 系 統(tǒng) 的 功 能 。 1988年 京 都 第 16屆 ISPRS， 標(biāo) 志 著 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 在 迅 速 發(fā) 展 。 1992年 華 盛 頓 第 17屆 ISPRS， 標(biāo) 志 著 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 正 在 走 向 實(shí) 用 ， 并步 入 攝 影 測(cè) 量 生 產(chǎn) 。 1996年 維 也 納 召 開(kāi) 的 第 18屆 ISPRS， 實(shí) 現(xiàn) 了 攝 影 測(cè) 量 幾 何 處 理 的 自 動(dòng) 化 ， 并 把 GPS技 術(shù) 引 入 攝 影 測(cè) 量 ， 以 確 定 攝 影 時(shí) 的 方 位 元 素 。 2021-6-7 7 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)DPS之所以受到廣泛重視，是因?yàn)樗墓δ軆?yōu)越于解析測(cè)圖儀，更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)模擬測(cè)圖儀。v 模 擬 時(shí) 代 的 攝 影 測(cè) 量 作 業(yè) 大 部 分 依 賴 于 各 種 各 樣 的 攝 影 測(cè) 量 儀器 。 如 坐 標(biāo) 量 測(cè) 儀 、 糾 正 儀 、 正 射 投 影 儀 等 等 。 每 種 儀 器 均 各具 不 同 的 用 途 ， 其 設(shè) 計(jì) 、 結(jié) 構(gòu) 、 通 用 性 、 靈 活 性 、 精 度 、 輸 入輸 出 等 亦 各 異 。v 解 析 測(cè) 圖 儀 則 前 進(jìn) 了 一 大 步 ： 在 一 臺(tái) 解 析 測(cè) 圖 儀 上 便 可 完 成 多種 不 同 類 型 的 任 務(wù) 。v 而 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 系 統(tǒng) 則 又 在 解 析 測(cè) 圖 儀 的 基 礎(chǔ) 上 前 進(jìn) 了 一 大 步 ：集 各 種 功 能 于 一 體 ， 且 其 應(yīng) 用 范 圍 也 將 大 大 擴(kuò) 展 。 2021-6-7 8 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站DPW除了能勝任解析測(cè)圖儀的一切任務(wù)外，尚具有許多新的功能，如： 影 像 位 移 的 去 除 、 任 意 方 式 的 糾 正 、 反 差 的 擴(kuò) 展 、 多 幅 影 像 的比 較 分 析 、 圖 像 識(shí) 別 、 影 像 數(shù) 字 相 關(guān) 、 以 及 數(shù) 據(jù) 庫(kù) 的 管 理 等 等 ； 通 過(guò) 顯 示 器 還 可 觀 察 數(shù) 字 圖 像 以 及 框 標(biāo) 、 控 制 點(diǎn) 、 連 接 點(diǎn) 、DEM及 其 它 所 需 特 征 ； 易 于 實(shí) 現(xiàn) 用 于 整 體 檢 查 和 質(zhì) 量 控 制 的 圖 形 顯 示 或 疊 合 ， 甚 至 進(jìn)行 立 體 顯 示 ； 可 對(duì) 圖 像 自 動(dòng) 進(jìn) 行 所 需 要 的 特 征 提 取 ； 具 有 實(shí) 時(shí)數(shù) 據(jù) 獲 取 和 處 理 的 能 力 。 等 等 。 2021-6-7 9 目前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)仍處于發(fā)展的時(shí)期，其自動(dòng)化功能僅限于幾何處理，即可進(jìn)行自動(dòng)內(nèi)定向、相對(duì)定向，自動(dòng)建立DEM、制作DOM。其它工作要作采用自動(dòng)或人工的方式進(jìn)行。特別是地物的測(cè)繪，目前全部是人工交互方式。數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 系 統(tǒng) 2021-6-7 10 數(shù) 字 影 像 的 產(chǎn) 生 ：直接從空間飛行器中的掃描式傳感器產(chǎn)生；利用影像數(shù)字化器對(duì)攝取的像片通過(guò)影像數(shù)字化過(guò)程獲得。（ 二 ） 影 像 數(shù) 字 化 與 影 像 重 采 樣 Vexcel Ultra5000專 業(yè) 航 片 掃 描 儀 2021-6-7 11 有多種，主要有：電子光學(xué)掃描器和固體陣列式數(shù)字化器等。1.電子光學(xué)掃描器主要分：滾筒式和平臺(tái)式兩類。x y光 源 2021-6-7 12在一條線上可以排列到2048個(gè)傳感器。亦可由多組2048個(gè)傳感器串聯(lián)成更長(zhǎng)的線陣列。在一個(gè)面積上可以排列成面陣列式傳感器。 2.固體陣列式數(shù)字化器是 使 用 在 一 條 線 上 或 者 是 在 一 個(gè) 面 積 上 排 列 的 半 導(dǎo)體 傳 感 器 （ 電 荷 耦 合 裝 置 CCD） ， 對(duì) 像 片 進(jìn) 行 數(shù) 字化 ， 而 無(wú) 需 使 用 掃 描 頭 的 移 動(dòng) 。 2021-6-7 13 影像數(shù)字化：將透明正片（或負(fù)片）放在影像數(shù)字化器上，把像片上像點(diǎn)的灰度值用數(shù)字形式記錄下來(lái)的過(guò)程。 Vexcel Ultra5000專 業(yè) 航 片 掃 描 儀1.影像的灰度又稱為光學(xué)密度。透明像片（正片或負(fù)片）上影像的灰度值，反映了它透明的程度，即透光的能力。 2021-6-7 14 1.影像的灰度設(shè)投影在透明像片上的光通量為F0，而透過(guò)透明像片后的光通量為F，則F與F0之比稱為透過(guò)率T，F(xiàn)0與F之比稱為不透過(guò)率O： 00 FFO FFT因此，像點(diǎn)愈黑，則透過(guò)的光通量愈小，不透過(guò)率愈大，所以，透過(guò)率和不透過(guò)率都可以說(shuō)明影像黑白的程度。 2021-6-7 15 1.影像的灰度但是，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： 1loglog TOD D稱為影像的灰度，當(dāng)光線全部透過(guò)時(shí)，即透過(guò)率為1，則影像的灰度為0；當(dāng)光通量?jī)H透過(guò)百分之一，即不透過(guò)率是100時(shí)，則影像的灰度為2，實(shí)際的航空底片的灰度一般在0.3至1.8范圍之內(nèi)。 2021-6-7 16 采樣：在像片上像點(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)程稱為采樣， 稱為采樣間隔。2.采樣與量化影像數(shù)字化過(guò)程包括采樣與量化兩項(xiàng)內(nèi)容。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。所以采樣間隔越小越好。但是采樣間隔越小，數(shù)據(jù)量越大。 2021-6-7 17 量化：通過(guò)采樣過(guò)程得到的每個(gè)點(diǎn)的灰度值不是整數(shù)，不方便計(jì)算。為此，應(yīng)將各點(diǎn)的灰度值取為整數(shù)，這個(gè)一過(guò)程稱為影像灰度的量化。2.采樣與量化影像數(shù)字化過(guò)程包括采樣與量化兩項(xiàng)內(nèi)容。其方法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“灰度等級(jí)”，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)取整，取整的原則是四舍五入。 2021-6-7 18 量化：2.采樣與量化影像數(shù)字化過(guò)程包括采樣與量化兩項(xiàng)內(nèi)容。由于數(shù)字計(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2m（m是正整數(shù)）。當(dāng)m=1時(shí)，灰度只有黑白兩級(jí)，當(dāng)m=8時(shí)，則得256個(gè)灰度級(jí)。其中，級(jí)數(shù)是介于0255之間，0為黑，255為白，每個(gè)像元素的長(zhǎng)度值占8bit，即一個(gè)字節(jié)。 2021-6-7 19 經(jīng)過(guò)影像數(shù)字化以后得到的數(shù)字影像是一個(gè)二維的數(shù)字矩陣： ),(.)2,()1,( ),2(.)2,2()1,2( ),1(.)2,1()1,1( NMgMgMg Nggg Nggg 矩陣的每個(gè)元素稱一個(gè)元素(Pixel=Picture element)。對(duì)各像元素所賦予的灰度值g(m,n)一般在0255之間某個(gè)整數(shù)，代表像元素的黑白程度。矩陣的每一行對(duì)應(yīng)于一個(gè)掃描行。 2021-6-7 20。掃 描 坐 標(biāo)上 述 這 種 坐 標(biāo) 通 常 稱 為元 素 對(duì) 應(yīng) 的 點(diǎn) 位 坐 標(biāo) ， 列行 、 第為 矩 陣 中 第；其 中 來(lái) 表 示 ：，行 、 列 號(hào) 在可 由 像 元 素 在 矩 陣 中 所數(shù) 字 化 元 素 的 點(diǎn) 位 坐 標(biāo) 11),(,2,1,2,1 )1( )1( ),( 0000 yxNnMm ymyy xnxxnm yx 2021-6-7 21 在攝影測(cè)量中常取用以像主點(diǎn)為原點(diǎn)的像平面坐標(biāo)來(lái)建立像點(diǎn)與地面點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系。 數(shù) 字 影 像 內(nèi) 定 向 ：由于在像片掃描的數(shù)字化過(guò)程中，像片的掃描坐標(biāo)系與像平面坐標(biāo)系不平行，且坐標(biāo)原點(diǎn)不同，所以同一像點(diǎn)的像平面坐標(biāo)x，y與其掃描坐標(biāo)x，y不相等，需要加以換算，這種換算稱為數(shù)字影像內(nèi)定向。 2021-6-7 22稱 為 內(nèi) 定 向 參 數(shù) 。，式 中 ， 間 存 在 仿 射 變 換 ， 即 ：一 般 認(rèn) 為 ， 兩 種 坐 標(biāo) 之 210210 210 210 kkkhhh ykxkky yhxhhx 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) （ 視 為 理 論 值 ） 組 成 誤 差 方 程 式 ， 用 平 差 運(yùn) 算求 得 。 2021-6-7 23 立體測(cè)圖的關(guān)鍵是要已知同名像點(diǎn)在左、右像片上的位置，無(wú)論是在模擬測(cè)圖儀上還是在解析儀上作業(yè)，都需要作業(yè)員通過(guò)人眼的立體觀測(cè)，不斷地從左、右像片上搜索同名像點(diǎn)，也是就探求影像的相關(guān)。對(duì)于全數(shù)字化攝影測(cè)量，在沒(méi)有人眼的立體觀測(cè)的情況下，如何從左、右數(shù)字影像中尋找同名像點(diǎn)，亦即數(shù)字影像相關(guān)，是其核心問(wèn)題。對(duì)這個(gè)問(wèn)題的研究，從分析影像的灰度特性入手，提出了許多各具特色的數(shù)字影像相關(guān)方法，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。這些方法有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即：它們都是基于待相關(guān)點(diǎn)所在的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)的影像灰度。（ 三 ） 基 于 灰 度 的 影 像 相 關(guān) 2021-6-7 24 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)，須以這目標(biāo)點(diǎn)為中心取其周圍nn個(gè)像元素的灰度序列組成一個(gè)目標(biāo)區(qū)，如圖：在目標(biāo)區(qū)中任意一個(gè)像元素的灰度值設(shè)為gij（i, j1,2,n），一般取n為奇數(shù)，其中心點(diǎn)即為目標(biāo)點(diǎn)。根據(jù)左片上目標(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，并以此為中心取其周圍lm個(gè)影像灰度序列（l,mn），組成一個(gè)搜索區(qū)。 2021-6-7 25 在搜索區(qū)內(nèi)有（l-n+1）（m-n1）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gi+k, j+h（k=0,1,l-n，h=0,1,m-n）。為了在右像片上的搜索區(qū)內(nèi)尋找同名點(diǎn)，須按下式計(jì)算相關(guān)系數(shù)值： gggg ggkh 2021-6-7 26 gggg ggkh 上 式 可 計(jì) 算 出（l-n+1）（m-n1）個(gè) 相 關(guān) 系 數(shù) 。當(dāng) 取 最 大 值 時(shí) ， 對(duì) 應(yīng) 的 相 關(guān) 窗 口 的 中 點(diǎn) 即 被 認(rèn) 為 是 待 定 點(diǎn) 的 同 名 像 點(diǎn) 。 2021-6-7 27 用協(xié)方差法搜索同名像點(diǎn)的過(guò)程與相關(guān)系數(shù)法基本相同，不同之處僅在于采用的相似性判據(jù)不同。這里采用協(xié)方差值作為相似性判據(jù)。為了搜索同名像點(diǎn)須按下式計(jì)算協(xié)方差值： ni nj hjkihk ni nj ij hkni nj hjkiijgg gng gng ggggnhk 1 1 ,2, 1 12 ,1 1 ,2 1 1 1),( 其 中 ， 這 樣 ， 共 有（l-n+1）（m-n1）個(gè) 協(xié) 方 差 值 ， 取其 最 小 者 對(duì) 應(yīng) 的 相 關(guān) 窗 口 的 中 心 ， 即 為 目 標(biāo) 點(diǎn) 的 同名 像 點(diǎn) 。 2021-6-7 28 略 2021-6-7 29 在影像相關(guān)方法中，無(wú)論是目標(biāo)區(qū)，還是搜索區(qū)，都是一個(gè)二維的影像窗口，在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)，其計(jì)算量是相當(dāng)大的。由攝影測(cè)量基本知識(shí)可知，通過(guò)攝影基線所作的任意一個(gè)與像片面相交的平面，與像片對(duì)相交，就會(huì)在左、右像片上獲得一對(duì)同名核線，由核線的幾何關(guān)系確定了同名點(diǎn)必然位于同名核線上。這樣，利用核線(epipolar line)的概念就能將沿著x，y方向搜索同名點(diǎn)的二維相關(guān)問(wèn)題，改成為沿同名核線的一維相關(guān)問(wèn)題。（把二維變到一維上。）（ 四 ） 同 名 核 線 的 確 定 與 核 線 相 關(guān) 2021-6-7 30 但是在影像數(shù)字化過(guò)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(jìn)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到影像相關(guān)的精度。當(dāng)兩個(gè)比例尺不同的影像相關(guān)時(shí)，可能同名點(diǎn)的灰度相關(guān)很大，灰度相關(guān)就很難實(shí)現(xiàn)，所以只能基于特征相關(guān)。 2021-6-7 31 確定同名核線的方法很多，原理上最簡(jiǎn)單的一種方法是：基于數(shù)字影像幾何糾正的方法。同名核線在航攝像片上是互相不平行的，它們交于一個(gè)點(diǎn)（核點(diǎn)）。但是，如果將像片上的核線投影到一對(duì)“相對(duì)水平”的像片（平行于投影基線的像片對(duì)），則核線相互平行。如下圖： （ b） 水 平 像 片（ b） 實(shí) 際 像 片核 線 的 幾 何 關(guān) 系 2021-6-7 32 正是由于相對(duì)水平像片對(duì)具有這一特性，我們就有可能在相對(duì)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（坐標(biāo)為xt，yt）的灰度可由它對(duì)應(yīng)的實(shí)際像片上的像元素（坐標(biāo)為x，y）的灰度求得，即g(xt，yt) g(x，y)。下右圖代表通過(guò)攝影基線SS=B和某一個(gè)攝影射線SA所構(gòu)成的平面，亦即通過(guò)像點(diǎn)a的核平面，圖中P代表位在左方的航攝像片。 2021-6-7 33 t代表相應(yīng)的平行于攝影基線的水平像片，at為A點(diǎn)在左水平像片上的相應(yīng)像點(diǎn)。設(shè)a，at在各自的像片坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為（x，y）和（xt，yt），則： fcybxa fcybxafy fcybxa fcybxafx tt tt tt tt 333 222 333 111 2021-6-7 34 fcybxa fcybxafy fcybxa fcybxafx tt tt tt tt 333 222 333 111 式中a1，a2，c3為左片的方向余弦，為這張像片相對(duì)于攝影基線的角方位元素的函數(shù)，f 為像片主距。 3333 22233 21 33 3333 11233 11 3 21 3 21 e e 11 dfccb fccbfccb ae fccb adfccb fccbdfccb ad xe exefy xd dxdfx tt tt 式 中 ：顯然在相對(duì)水平像片上，當(dāng)yt常數(shù)，則為核線。將yt=c代入上式，經(jīng)整理得： 2021-6-7 35 若以等間隔取一系列的xt值k，(k+1)，(k+2) ，即求得一系列的像片坐標(biāo)(x1，y1),(x2，y2), (x3，y3)，這些像點(diǎn)就位于傾斜像片P的核線上，將這些像點(diǎn)的灰度 g(x1，y1)，g(x2，y2) ，直接賦給相對(duì)水平像片上相應(yīng)的像點(diǎn)，即：g0(k,c)= g(x1，y1)， g0(k+1),c)= g(x2，y2)就能獲得相對(duì)水平像片上的核線影像。 2021-6-7 36 由于在相對(duì)水平像片上，同名核線的yt坐標(biāo)值相等，因此，將同樣的yt=c代入右片共線方程： fcybxa fcybxafy fcybxa fcybxafx tt tt tt tt 333 222 333 111 式中a1，a2，c3為右片的方向余弦，分別是右片相對(duì)于攝影基線的角方位元素的函數(shù)，f 為像片主距。由此即得右片上的同名核線。 2021-6-7 37 數(shù)字影像是個(gè)規(guī)則排列的灰度格網(wǎng)序列，為了獲取核線的灰度序列，必須對(duì)原始影像灰度重采樣。 11 3 213 21333 222 333 111 tt tttt tt tt tt xe exefy xd dxdfxfcybxa fcybxafy fcybxa fcybxafx 右圖為相對(duì)水平像片上沿核線排列的規(guī)則格網(wǎng)，為求得每個(gè)格網(wǎng)的灰度，須按下式依次將每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)（xt，yt）反算到原始像片上，得到相應(yīng)的坐標(biāo)（x，y）。 2021-6-7 38 但是，由于所求得的像點(diǎn)不一定恰好落在原始像片上像元素的中心，因此，就必須進(jìn)行灰度重采樣。如下右圖，為原始像片數(shù)字化時(shí)的采樣間隔，待求的像元素的灰度g可由其周圍四個(gè)像元的灰度值g1，g2，g3，g4經(jīng)雙線性內(nèi)插求得：)()()()(1 4113112111112 gyxgyxgyxgyxg 2021-6-7 39 與二維相關(guān)不同的是，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，現(xiàn)以相關(guān)系數(shù)法為例，介紹核線相關(guān)的過(guò)程。為了沿同名核線搜索同名點(diǎn)，在左核線上建立一個(gè)目標(biāo)區(qū)，該目標(biāo)區(qū)中心就是目標(biāo)點(diǎn)，目標(biāo)區(qū)的長(zhǎng)度為n個(gè)像元素（n為奇數(shù)）；在右片上沿同名核線建立搜索區(qū)，其長(zhǎng)度為m個(gè)像元素，如下圖： 2021-6-7 40 為找同名點(diǎn)，須按下式計(jì)算相關(guān)系數(shù)值： 2121 1 221 1 121 )(11 )(11 11 ) , ,1 ,0( ni kini kikigg ni ini iigg ni ni kiini kiigg gggg ggk gnggn gnggn ggnggn nmk 式 中 協(xié) 方 差 ： 共計(jì)算（m-n+1）個(gè)相關(guān)系數(shù)，判別其中最大的一個(gè)，設(shè)kk 0時(shí)相關(guān)系數(shù)取得最大值，則同名像點(diǎn)在搜索區(qū)內(nèi)的序號(hào)為k0+(n+1)/2。 2021-6-7 41 前面介紹了幾種基于灰度的影像相關(guān)方法，它們均是直接以待定點(diǎn)為中心的窗口內(nèi)影像灰度值為依據(jù)進(jìn)行同名點(diǎn)的搜索。一般而言，這些方法大多不能顧及圖像的總體結(jié)構(gòu)，而是機(jī)械地按照某種或幾種相似性判據(jù)逐像元以一定大小的窗口順序進(jìn)行相關(guān)搜索。雖然在某些情況下也能獲得較高的相關(guān)精度，但是對(duì)于信息貧乏區(qū)域，或相關(guān)影像之間存在著較大比例尺差異或扭曲的區(qū)域，相關(guān)則難免失敗。（ 五 ） 基 于 特 征 的 影 像 匹 配 2021-6-7 42 而基于特征的影像匹配（feature based image matching）是另一類搜索同名像點(diǎn)的方法。基本思想是： 首 先 用 某 種 特 征 提 取 算 子 提 取 影 像 中 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) 行 同 名 特 征 的 搜 索 ， 繼而 獲 得 同 名 像 點(diǎn) 。 2021-6-7 43 用于影像匹配的特征分為點(diǎn)特征和線特征兩種。在數(shù)字圖像處理中通常將線特征稱為邊緣。用于提取點(diǎn)特征的算子稱為有利算子或興趣算子，提取的特征點(diǎn)稱為有利點(diǎn)或興趣點(diǎn)；用于提取邊緣的算子稱為邊緣檢測(cè)算子或邊緣檢測(cè)器。一般而言，點(diǎn)特征（如明顯地物點(diǎn)）具有較高的匹配精度。特別是當(dāng)圖像的方位元素未知時(shí)，往往需要首先匹配少量點(diǎn)求解圖像的相對(duì)方位元素，這時(shí)點(diǎn)特征就顯示其重要性。但孤立的特征點(diǎn)匹配亦可能出現(xiàn)多義性。 2021-6-7 44 如果已知圖像的方位元素，則可以方便地引用核線約束條件。這時(shí)與核線正交或近似正交的邊緣特征不僅可以達(dá)到高的匹配精度，同時(shí)還可用作核線與核線之間匹配信息的傳遞媒介。即：將已匹配成功的核線上的邊緣信息沿著邊緣傳遞到待匹配的核線，從而提高核線匹配的精度、速度和可靠性。 2021-6-7 45 1) Moravec算子是通過(guò)逐像元量測(cè)與其鄰元的灰度差，搜索相鄰像元之間具有高反差的點(diǎn)，具體方法有：計(jì)算各像元的有利值IV（Interest Value）。給一定閾值，確定特定的有利點(diǎn)。抑制局部非最大。 2021-6-7 46 2) Forstner算子是通過(guò)逐像元計(jì)算其Roberts梯度和協(xié)方差矩陣尋找具有盡可能小而圓的誤差隨圓的點(diǎn)作為特征點(diǎn)。具體方法有：以55或更大的窗口逐像元計(jì)算Roberts梯度和協(xié)方差矩陣，以及有利值q和w。確定待選的有利窗口。抑制局部非最大。在最佳窗口中確定加權(quán)中心作為最后所需的有利點(diǎn)，即特征點(diǎn)。 2021-6-7 47 3) LY算子。具體方法略。 2021-6-7 48 1)直方圖法，具體方法略。 2021-6-7 49 由于提取的特征有點(diǎn)特征和邊緣特征之分，而且對(duì)于邊緣特征，又由于描述特征的參數(shù)不同，繼而在匹配過(guò)程中采用的相似性基元也不同，從而形成了許多具有不同特點(diǎn)的特征匹配算法。 Barnard-Thompson算法 Greenfeld-Schenk算法跨接法影像匹配方法 2021-6-7 50 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的任務(wù)是基于數(shù)字影像或數(shù)字化影像完成攝影測(cè)量作業(yè)。原則上，數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)是對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)量測(cè)與識(shí)別的系統(tǒng)。（ 六 ） 數(shù) 字 攝 影 測(cè) 量 系 統(tǒng) JX4-4A VirtuoZo NT 2021-6-7 51 AT：空中三角測(cè)量； DAT：半自動(dòng)數(shù)字化空中三角測(cè)量； DC：數(shù)字制圖； DM數(shù)字測(cè)圖：特征提取與更新、屬性化及繪圖； DTM：人工或自動(dòng)化獲取數(shù)字高程模型，包括影像相關(guān)功能； GIS：GIS功能，通常用于柵格數(shù)據(jù)的分析、疊置和表達(dá)； GO：幾何操作，坐標(biāo)量測(cè)，影像配準(zhǔn)； 2021-6-7 52 GPS：GPS輔助空中三角測(cè)量； IP：影像處理； OM：正射影像圖的生成； OR：內(nèi)定向和外定向； RS：遙感功能，主要是多光譜影像分類； SCA：像片掃描數(shù)字化； TIN：不規(guī)則三角網(wǎng)； VI：可視化，特別是地形三維顯示； 2021-6-7 53 主要由兩部分組成：一是數(shù)字影像獲取裝置及成果輸出設(shè)備；另（也是核心部分）是計(jì)算機(jī)及其它外部設(shè)備； 2021-6-7 54 包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩大部分：操作系統(tǒng)：DOS，UNIX，WINDOWS，NT等；應(yīng)用軟件：實(shí)際上是解析攝影測(cè)量軟件和數(shù)字圖形與圖像處理軟件的集合。如果：定向參數(shù)計(jì)算：內(nèi)定向；外定向，包括相對(duì)定向和絕對(duì)定向；空中三角測(cè)量形成按核線方向排列的立體影像影像相關(guān)或特征匹配 2021-6-7 55 建立數(shù)字高程模型自動(dòng)繪制等高線制作正射影像等高線與正射影像疊加，制作帶等高線的正射影像圖制作透視圖和景觀圖數(shù)字影像的機(jī)助量測(cè)，如地物、地貌元素的量測(cè)地圖編輯與注記 2021-6-7 56 VirtuoZo NT：原武漢測(cè)繪科技大學(xué)研制 JX-4A(DPW)：中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院研制JX4-4A VirtuoZo NT