《第八章数字摄影测量相关理论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章数字摄影测量相关理论（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 主要内容 特征提取 影像匹配 核线重采样要点回顾 摄影测量的基本要点 最少在两个位置，获取两张像片 观测同名像点a1 和 a2 恢复两条对应直线的空间方位，最后获得空间点A 的坐标。模拟、解析摄影测量：恢复摄影光线的方位，而同名点是通过目视判读来实现的。数字摄影测量则实现了自动（半自动）识别同名点。数字影像的来源对光学胶片相机的影像扫描仪数码相机进行摄影数字影像表达形式 频率域傅立叶 变化一、特征提取线特征点特征1.内定向：自动进行影像框标识别目的：快速恢复内方位元素航空像片的内定向由相机参数、框标位置、投影 中心和辐射畸变共同完成。利用适当的变换 ,扫描的 图像即被重采样到一个新的矩阵，该
2、矩阵基于由框标 确定的坐标系统表示，该过程称为影像内定向。精度指标：识别精度1/3左右像素扫描坐标系框标坐标系X=h0+h1x+h2y Y=k0+k1x+k2y相机参数、 点特征提取2.点特征的灰度特征3.点特征的灰度特征点特征20213028262421213028263022254158423129314324 043383021396838342122302826244. Moravec算子 Moravec于1977年提出利用灰度 方差提取点特征的算子 rc（1）计算各像元的兴趣值 IVK=INT(w/2)（2）给定一经验阈值，将兴趣值大于阈值的点作为候选点。 确定窗 口大小Morave
3、c算子是在四个主要方向上 ，选择具有最大最小灰度方差的点作 为特征点。（3）选取候选点中的极值点作为特征点。总结一、特征提取 “边缘”影像局部区域特征不相同的区域 间的分界线。 “线”是具有很小宽度的其中间区域具有 相同的影像特征的边缘对。 1、线特征房屋 道路2、线的灰度特征3、微分算子梯度算子差分算子3、微分算子差分算子sobelprewittroberts二、影像匹配4 8 6 7 2 3 5 9 0 1 模板匹配例子 计算机如何识别？1269453780建立模板1. 问题的提出用十个09数字模板对上述一串数字中每个数 字（如第一个数字4）逐个进行套合、配准。12694537804 8
4、6 7 2 3 5 9 0 1 比较“待识别的数字”与“数字模板”之间的 相似性，以判断待识别的数字。1. 问题的提出影像匹配-寻找同名点2.数字相关n二维相关 数字相关是利用计算机对数字影像进行 数值计算的方式完成影像的相关 目标区 搜索区搜索区目标区Xy1234iAS1S2l1a1a2l2同名核线通过摄影基线 与地面所作的 平面称为核面核面与影像面 交线称为核线同名像点必定 在同名核线上 。一维相关 一维相关 在核线影像上，只需要进行一维搜索 目标区 搜索区 n目标区n搜索区m12345同名点的确定是以匹配测度为基础 3.数字影像匹配基本算法（）相关系数法目标区灰度均值搜索区灰度均值目标区
5、方差搜索区方差（）相关系数法 协方差相关系数（）最小二乘影像匹配n 德国Ackermann教授提出了一种新 的影像匹配方法最小二乘影像匹配 （least Squares Image Matching）n 影像匹配可以达到1/10甚至 1/100像素的高精度a. 原理 n“灰度差的平方和最小” 在影像匹配中引入变形参数，同时按最小 二乘的原则，解求这些参数，就是最小二乘 影像匹配的基本思想。辐射 畸变几何 畸变b仅考虑影像相对移位的一维最小二 乘匹配 假设两个一维灰度函数g1(x), g2(x), 除随机噪声外，g2(x)相对于g1(x)只存在 零次几何变形移位量x。前提误差方程式b仅考虑影像相
6、对移位的一维最小二 乘匹配 n离散的数字影像而言，灰度函数 的导数g,2(x)可由差分代替 n为解求相对移位量x，需上式进行 线性化 最小二乘影像匹配是非线性系统，必须进 行迭代。迭代过程收敛的速度取决于初值 。n误差方程式可写为 n解得影像的相对移位 总结 影像匹配技术是整个数字摄影测量的核心所 在，也是区别于模型摄影测量和解析摄影测量 的核心所在。 影像匹配实质上是用计算机技术代替人眼进 行观测，找到同名像点。三、核线重采样 确定同名核线的两种方法基于影像几何纠正的核线解折关系基于共面条件的同名核线几何关系 核线的重排列（重采样）1.基于影像几何纠正的方法实际像片水平像片S1S2摄影基线p
7、0水平影像uvP倾斜影像xy焦距f示意图v = 某常数即表示某一核线 C=v在“水平”影像上获取核线影像u=k采样间隔uv核线的重排列（重采样 ） 是否是采 样点？水平像片倾斜像片同名核线的v坐标值相等同名核线的确定三、核线重采样 核线的重排列（重采样）线性内插四、摄影测量系统像点放大量测窗左影像显示窗右影像显示窗点位放大显示窗点位微调按钮 用计算机 影像匹配与识 别代替人眼量 测与识别 高度自动化其影像的内定向、相对定向、相对纠正、影像 匹配、建立DEM、绘制等高线、制作正射影像等完全不需要人工 操作，可以进行批处理。 高效率影像的相对定向仅需要1-2分钟，影像匹配达到500点 /秒。 可接
8、合性由于“交互处理”与“自动化”两种作业方式是分 开的，因而系统不会因为无法处理的问题而进行不下去。 应用面广能用于1:5万,1:1万,1:1千,1:500等各种比例尺 的数字化测图与GIS数据采集。工作站特点工作站特点系统配置系统配置系统配置系统配置cpu: PentiumIV 1GHzcpu: PentiumIV 1GHz或或 以上以上内存：内存：512MB512MB以上以上硬盘：硬盘：40GB40GB以上以上1280102412801024或以上的分辨率或以上的分辨率立体反光镜液晶立体眼镜和红外发射器手轮脚盘和三维鼠标手轮脚盘和三维鼠标主要配置主要配置立体观测装置立体观测装置其它硬件设备
9、其它硬件设备工作站可处理的数据源工作站可处理的数据源 航空影像航空影像 卫星影像卫星影像 IKONOSIKONOS QuickBird QuickBird 数码量测相机数码量测相机IGS(交互式图形系统)以及 MicroStation 接口测图模块工作流程关键步骤-数据准备备查看原始数字影像的分辨率、比例尺等。查看相机检校 参数及其影像方位、框标的位置等。查看地面控制点数据 及其点位分布。 关键步骤-模型定向关键步骤-模型定向内定向-建立框标模板按钮小窗口参数窗口关键步骤-模型定向内定向-自动识别框标中心关键步骤-模型定向 自动相对定向像点放大量测窗左影像显示窗右影像显示窗点位放大显示窗点位微
10、调按钮 解析相对定向原理同名光线 对对相交 于核面内XYZ a1(x1,y1)x1y1z1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)z2y2x2S2首先在左（右）影像上分区提取特征点，然后利用二维影 像匹配算法，自动在右（左）影像上寻找若干个同名点（通常 超过100个点），作为相对定向的定向点，确定这些点的像平 面坐标，再按解析摄影测量的相对定向算法，解求出立体像对 的5个相对定向参数。根据相对定向参数就可确定立体影像对 内左、右影像的相对方位，计算出各点的模型坐标。 关键步骤-模型定向绝对定向实现关键步骤-模型定向绝对定向X1Y1Z1PZpYpXpX2Y2Z2Aa1s1a2s2MZtpYtpXt
11、pX0Y0Z0绝对定向元素关键步骤-模型定向绝对定向实现由人工在左右影像上定位控制点点位，采用影像匹配技术确 定同名点，计算绝对定向参数，完成绝对定向。支持立体量 测功能，可通过手轮、脚盘直接驱动立体影像来调整控制点 和像点坐标。 关键步骤-影像匹配关键步骤-影像匹配生成核线影像将原始数字影像重新按核线方向，逐条核线进行排列，形成 按核线排列的立体影像。一般情况下，数字影像的扫描行与 核线不重合，为了获取核线上点的灰度序列，必须根据原始 影像灰度值进行内差，即所谓沿核线进行影像灰度重采样。 关键步骤-影像匹配匹配预处理在自动影像匹配之前，可以在立体模型中量测一部分特征线（ 山脊线、山谷线、陡坎
12、、断裂线等），特征点（山顶、鞍部点 、变坡点等），特征面（湖面、阴影区、林区边界等），作为 自动影像匹配的控制。经过上述的预处理，可以明显改善影像 匹配的效果。对于大比例尺测图，预处理是很重要的。 关键步骤-影像匹配影像匹配影像匹配，是沿核线进行一维影像匹配，自动确定同名点。影 像匹配采用金字塔影像数据结构，基于跨接法的整体影像匹配 。 关键步骤-影像匹配匹配结果编辑在影像自动匹配完成后，系统根据相关系数对匹配结果进行 统计分类，并以绿、黄、红三种区域，表示影像匹配较好、 一般、较差。在立体模型中通过显示匹配后同名点的视差（ 左右视差）断面或等视差曲线，可以发现粗差，显示出系统 认为不可靠的点
13、。 关键步骤-产品生成DEM 在完成绝对定向和匹配编辑后，根据编辑后的影像匹配结果 （视差数据），定向结果参数及给定用于建立 DEM 的参数等 ，利用移动曲面拟合法，自动内插生成不规则格网的 DTM（ 影像上规则视差格网投影于地面坐标系），以及规则格网的 DEM，即数字高程模型。 关键步骤-产品生成DOM采用反解法进行数字纠正，自动生成正射影像图。比例尺由 参数确定。可以使用VirtuoZo 系统产生的 DEM 文件、DTM 文件直接对原始影像进行纠正。并且可以选择纠正格网的类 型（三角网或矩形格网）。 关键步骤-产品生成 等高线由 DEM 自动生成等高线图。等高线间隔由参数设定。关键步骤-产
14、品生成等高线叠加正射影像 等高线和正射影像分别生成以后，可将等高线叠合到正射影像 上，获得带等高线的影像地形图。 关键步骤-产品生成数字测图基于数字立体影像，按类似于解析测图仪的作业方式，人工交 互式地分类测绘各种地物要素，辅以房屋、道路等线状地物的 半自动提取，生成数字线划图或矢量图。 启动启动VirtuoZoVirtuoZo菜单条菜单条工作区工作区状态条状态条VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜
15、单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统VirtuoZoVirtuoZo菜单系统菜单系统应用实例应用实例上海小陆家嘴地区航空影像上海小陆家嘴地区航空影像浦东小陆家嘴地区现状三维模型浦东小陆家嘴地区现状三维模型三维审批模型三维审批模型 日照影响分析模型日照影响分析模型应用实例应用实例未来景观模型未来景观模型三维三维GISGIS属性查询属性查询应用实例应用实例三维三维GISGIS统计查询统计查询网上调用三维可视化成果网上调用三维可视化成果应用实例应用实例
