第七章數(shù)字攝影測量

§7.1.概述§7.2.數(shù)字影像及數(shù)字影像重采樣§7.3.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)匹配方法§7.5.核線相關(guān)與同名核線確實定§7.6.數(shù)字攝影測量系統(tǒng)主要內(nèi)容第一節(jié)概述影像量測方式的進展數(shù)字攝影測量的概念數(shù)字攝影測量系統(tǒng)(DPS)或數(shù)字攝影測量工作站(DPW)主要內(nèi)容

一.影像量測方式的進展早期的攝影測量階段，對影像量測均需人工進展，通過人眼與腦對影像進展人工定位、匹配與識別?，F(xiàn)階段，計算機技術(shù)的進展，漸漸用計算機代替人工完成一些攝影測量任務(wù)，即自動化測圖。電子相關(guān)技術(shù)：將像片上的灰度信號轉(zhuǎn)化為電信號光學(xué)相關(guān)技術(shù)數(shù)字相關(guān)技術(shù)：電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，由計算機實現(xiàn)相關(guān)運算二.數(shù)字攝影測量的概念

利用數(shù)字灰度信號，承受數(shù)字相關(guān)技術(shù)量測同名像點，再通過解析計算，進展內(nèi)定向、相對定向和確定定向，建立數(shù)字立體模型，從而建立數(shù)字高程模型，繪制等高線，制作正射影像以及為地理信息系統(tǒng)供給根底信息等的工作。三.數(shù)字攝影測量系統(tǒng)(DPS)或

數(shù)字攝影測量工作站(DPW)

一般計算機影像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件：影像數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)硬件：影像數(shù)字扮裝置、影像或圖形輸出裝置、電子計算機(微機或工作站)自動化功能還有限，很多工作還要人工參與。其次節(jié)數(shù)字影像及

數(shù)字影像重采樣影像灰度數(shù)字影像及獵取方法數(shù)字影像重采樣影像數(shù)字化器主要內(nèi)容

一.影像灰度

透光率T：阻光率O：影像灰度：底片F(xiàn)0F圖8-1底片透光力量二.數(shù)字影像及獵取方法

數(shù)字影像表達形式

頻率域傅立葉變化二.數(shù)字影像及獵取方法數(shù)字影像獵取方式：直接獵?。焕脭?shù)字化器對光學(xué)影像經(jīng)過采樣和量化而獲得。采樣：將連續(xù)的灰度函數(shù)模型離散化灰度量化：將采樣得到的各像素點的灰度值取整的過程。二.數(shù)字影像及獵取方法采樣對實際連續(xù)函數(shù)模型離散化的量測過程樣點被量測的“點”是小的區(qū)域----像素采樣間隔矩形〔或正方形〕的長與寬通常稱為像素的大小二.數(shù)字影像及獵取方法二.數(shù)字影像及獵取方法灰度量化的方法：將航攝像片上有可能消失的最大灰度范圍進展等分為假設(shè)干個“灰度等級”，當采樣點的灰度值落在某個灰度級內(nèi)，則取其為此像素點的灰度值?；叶鹊燃壍谋硎荆憾?數(shù)字影像及獵取方法像素點的平面坐標：數(shù)字化影像中同一像點的像平面坐標x，y與其掃描坐標不相等，需進展換算(數(shù)字影像內(nèi)定向)，用仿射變換公式變換為內(nèi)定向參數(shù)，其數(shù)值由像片上四個框標點的掃描坐標及其相應(yīng)的像平面坐標組成誤差方程式，平差解算。三.影像重采樣理論

求解不在原始像片上的像元素中心的像點的坐標值時的再一次采樣，稱為重采樣(Resampling)

不在采樣點b雙線性插值法卷積核是一個三角形函數(shù)

yx11121314Py1y2a

yx1x2

x三.影像重采樣理論

三.影像重采樣理論

影像灰度內(nèi)插方法：雙線性內(nèi)插法、雙三次卷積法及最鄰近像元法。四.影像數(shù)字化器

對攝取的航攝像片進展采樣和量化，是獵取數(shù)字影像的方法之一。形式：電子光學(xué)掃描器和固體陳設(shè)數(shù)字化器。圖8-3滾筒式電子-光學(xué)數(shù)字化器結(jié)果示意圖第三節(jié)基于灰度的

數(shù)字影像相關(guān)概念

基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

主要內(nèi)容

一.影像相關(guān)立體測圖的關(guān)鍵：查找同名像點在左右像片上的位置。模擬測圖：是作業(yè)人員通過雙眼不斷地在左右像片上查找同名像點。數(shù)字攝影測量中，以影像匹配的方法自動確定同名像點。影像匹配一.影像相關(guān)影像相關(guān)是利用相互關(guān)函數(shù)，評價兩塊影像的相像性以確定同名點。首先，取出其中以待定點為中心的小區(qū)域中的影像信號，然后，取出其在另一幅影像中相應(yīng)區(qū)域的影像信號，計算兩者的相關(guān)函數(shù)，以相關(guān)函數(shù)最大值對應(yīng)的相應(yīng)區(qū)域中心點為同名點。以影像信號分布最相像的區(qū)域為同名區(qū)域，同名區(qū)域的中心點為同名點。影像匹配示意圖

相互關(guān)函數(shù)相像程度同名點目標區(qū)搜尋區(qū)影像匹配---同名點查找1.二維相關(guān)

利用計算機對數(shù)字影像進展數(shù)值計算完成影像的相關(guān)目標區(qū)i,j搜尋區(qū)mnkl二.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)

123456789相像性測度則認為(c，r)為同名點。此處，i=4，j=4。2.一維相關(guān)

目標區(qū)的選擇：理論上，目標窗和搜尋窗均可以是一維窗口。但是，由于兩影像窗口的相像性測度一般是統(tǒng)計量，目標窗口中的像素不應(yīng)太少；假設(shè)目標區(qū)長，由于一般狀況下，灰度信號的重心與幾何重心并不重合，而相關(guān)函數(shù)的頂峰值總是與最強信號全都，加之影像的幾何變形，就會產(chǎn)生相關(guān)誤差。取一個以待定點為中心，m×n個像素的窗口；搜尋區(qū)為m×l(l>n)個像素的灰度陣列。在核線影像上，只需要進展一維搜尋。二.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)

2.一維相關(guān)

目標區(qū)

搜尋區(qū)二.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)

三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

相關(guān)系數(shù)法

設(shè)g代表目標區(qū)點組的灰度值，代表搜尋區(qū)內(nèi)相應(yīng)點組的灰度值，則每個點組共取n個點的灰度值的均值兩個點組的方差(8-10)(8-9)三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

相關(guān)系數(shù)法

兩個點組的協(xié)方差兩個點組的相關(guān)系數(shù)(8-12)(8-11)在搜尋區(qū)內(nèi)沿核線查找同名像點，共能計算出個相關(guān)系數(shù)，取其最大值，其對應(yīng)的相關(guān)窗口的中心像素被認為是目標點的同名像點。設(shè)時相關(guān)系數(shù)取得最大值，則同名像點在搜尋區(qū)內(nèi)的序號為。三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

相關(guān)系數(shù)法

二維相關(guān)的狀況下(8-13)三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

協(xié)方差法

搜尋同名像點的過程與相關(guān)系數(shù)法根本一樣，不同點在于承受的相關(guān)性判據(jù)不同，前者承受協(xié)方差值作為相像性判據(jù)。或三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

最小二乘影像相關(guān)

根本思想德國Stuttgart大學(xué)的一些學(xué)者提出的；特點：在實行數(shù)字影像的相關(guān)運算中，引入變換參數(shù)作為待定值，直接納入到最小二乘法運算中；引入?yún)?shù)的目的：抵償目標區(qū)與搜尋區(qū)兩個窗口之間因輻射及幾何畸變產(chǎn)生的差異；三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

最小二乘影像相關(guān)

根本思想精度：1/50~1/100像元(1)；影像灰度誤差偶然誤差：隨機噪聲系統(tǒng)誤差：輻射畸變與幾何畸變?nèi)?基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

最小二乘影像相關(guān)

僅考慮相對位移的一維最小二乘影像相關(guān)把搜尋區(qū)像點移動的位移量作為一個幾何參數(shù)引入最小二乘影像相關(guān)算法中，直接解求像點移位原理：設(shè)有兩個一維灰度函數(shù)，除隨機噪聲外，相對于存在位移量，則三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

令則(8-14a)(8-14b)三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

對(8-14b)線性化對離散的數(shù)字影像可用差分令，則誤差方程為(8-15a)(8-15b)(8-15c)三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

影像相對位移量的解算需迭代計算。(8-16)二維最小二乘影像相關(guān)根本思想：兩影像間存在畸變，只有充分考慮影像幾何變形，才能獲得最正確的影像相關(guān)結(jié)果。二維最小二乘影像相關(guān)數(shù)學(xué)模型：幾何變形的一次畸變線性灰度畸變?nèi)?基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-17)(8-18)二維最小二乘影像相關(guān)誤差方程待定參數(shù)的初始值三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-19)幾何改正重采樣輻射畸變改正是否迭代計算最正確匹配的點位計算參數(shù)值完畢左片右片最小二乘法匹配流程圖二維最小二乘影像相關(guān)系數(shù)三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-20)二維最小二乘影像相關(guān)系數(shù)中的偏導(dǎo)數(shù)可用差分代替在目標區(qū)內(nèi)逐像元建立誤差方程三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-21)(8-22)二維最小二乘影像相關(guān)法方程具體步驟幾何變形改正重采樣：輻射畸變改正三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-23)二維最小二乘影像相關(guān)計算左影像窗口和經(jīng)改正的右影像窗口的相關(guān)系數(shù)，推斷是否需要迭代承受最小二乘影像相關(guān)，解求變形參數(shù)的改正值計算變形參數(shù)三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

方法設(shè)是前一次求得的變形參數(shù)，是本次迭代所求得的改正值，則三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-24)方法求得幾何改正參數(shù)三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-25)方法同理求得輻射畸變改正參數(shù)計算最正確匹配點位匹配精度取決于影像灰度的梯度左影像窗口的像點坐標三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-26)(8-27)計算最正確匹配點位同名點坐標三.基于灰度的數(shù)字影像相關(guān)方法

(8-28)第五節(jié)核線相關(guān)與同名核線確實定核線相關(guān)同名核線確實定核線影像的生成主要內(nèi)容

核線的概念通過攝影基線與任一物方點A所作的平面稱為通過點A的核面。核面與影像面的交線稱為核線，在一條核線上的任一點其在另一幅影像上的同名像點必定位在其同名核線上。依據(jù)上述理論，沿核線查找同名像點的過程。一.核線相關(guān)核線的概念通過攝影基線與地面所作的平面稱為核面核面與影像面交線稱為核線同名像點必定在同名核線上。AS1S2l1a1a2l2同名核線共面條件法二.同名核線確實定直接在傾斜影像上獵取核線影像。左影像上任意一個像點，確定左影像上通過該點的核線l以及它在右影像上的同名核線l‘。思想：確定左核線上的另外一點,與同名核線上的兩個點和。圖8-11同名核線位于同一核面二.同名核線確實定左影像上a和b點的像空間幫助坐標系坐標共面條件或(8-40)(8-39)二.同名核線確實定求左核線l上任一個像點b的坐標由(8-39)式，得而所以二.同名核線確實定整理后得或二.同名核線確實定(8-41a)(8-41b)同理，右片同名核線上任一像點與左片的點位于同一核面內(nèi)，則或二.同名核線確實定可得按同樣的法則，可得的像點坐標。二.同名核線確實定基于數(shù)字影像幾何訂正提取核線核線的排列特點傾斜像片上，各核線不平行，相交于核點；水平像片上，全部核線相互平行。思想：將傾斜影像上的相互不平行的核線投影(或訂正)到一對“相對水平”——平行于攝影基線的影像上后，則核線相互平行。圖過A點的核面二.同名核線確實定代表傾斜的左右像片，代表平行于攝影基線的水平像片，與分別為A點在左水平像片t、傾斜像片p上相應(yīng)的像點。其坐標關(guān)系式：二.同名核線確實定(8-42)在“水平”影像上獵取核線影像,即表示某一核線。其中c(8-43)二.同名核線確實定在“水平”影像對上，同名核線的

坐標值相等，將同樣的

代入右影像共線方程：(8-44)二.同名核線確實定因其規(guī)章格網(wǎng)的行就是核線，按式(8-42)或(8-43)依次將“水平”像片上的坐標反算到原始影像上得到x，y。對于所求得的沒有落在原始采樣像元中心的像點要重采樣，求其灰度值。三.核線影像的形成在“水平”影像上獵取核線影像基于“水平”影像獵取核線影像三.核線影像的形成影像上同名核線的方向確實定依據(jù)核線的一個起點坐標及方向(k),就能確定核線在傾斜影像上的位置。(8-45)三.核線影像的形成直接在傾斜影像上獵取核線影像承受線性內(nèi)插等方法所得的核線上的像素的灰度值。三.核線影像的形成第六節(jié)數(shù)字攝影