鄧非_攝影測量與遙感

1、 攝影測量概述遙感及其發(fā)展攝影測量與遙感結(jié)合攝影測量概述攝影測量概述攝影測量的任務(wù) 攝影測量的基本任務(wù)是基于像片的量測和解譯，它是利用光學(xué)或數(shù)碼攝影機(jī)攝影得到的影像，研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的一門科學(xué)和技術(shù)。 在影像上進(jìn)行量測和解譯，無需接觸被測目標(biāo)物體本身。 嚴(yán)格建立像片獲取瞬間所存在的像點(diǎn)與對應(yīng)物點(diǎn)之間的幾何關(guān)系攝影測量的分類 按照研究對象不同，分為地形攝影測量和非地形攝影測量兩大類； 按攝影站的位置或傳感器平臺，分為航天(衛(wèi)星)攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量等。攝影測量的發(fā)展發(fā)展階段原始資料投影方式儀器操作方式產(chǎn)品模擬攝影測量像片物理投影模擬測圖儀作業(yè)員

2、手工模擬產(chǎn)品解析攝影測量像片數(shù)字投影解析測圖儀機(jī)助作業(yè)員操作模擬產(chǎn)品數(shù)字產(chǎn)品數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)字化影像數(shù)字影像數(shù)字投影計算機(jī)+外圍設(shè)備自動化操作+作業(yè)員的干擾數(shù)字產(chǎn)品模擬產(chǎn)品遙感及其發(fā)展遙感及其發(fā)展 遙感泛指通過非接觸傳感器遙測物體的幾何與物理特性的技術(shù)。攝影測量是遙感的前身。遙感技術(shù)主要由遙感圖像獲取技術(shù)和遙感信息處理技術(shù)兩大部分組成。 按電磁波波段的工作區(qū)域，分為可見光遙感、紅外遙感、微波遙感和多波段遙感等。按傳感器的運(yùn)載工具分為航天遙感、航空遙感和地面遙感；按傳感器工作方式分為主動方式和被動方式兩種。攝影測量與遙感的結(jié)合攝影測量與遙感的結(jié)合 國際攝影測量與遙感學(xué)會(ISPRS)與1988年在

3、日本京都召開的第十六屆大會上給出定義:“攝影測量與遙感乃是對非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達(dá)進(jìn)行記錄、量測和解譯，從而獲得自然物體和環(huán)境的可靠信息的一門工藝、科學(xué)和技術(shù)”。 單張航攝像片解析像點(diǎn)坐標(biāo)的量測立體測圖的原理與方法攝影測量解析計算基礎(chǔ)數(shù)字?jǐn)z影測量基礎(chǔ)單張航片像片解析單張航片像片解析航攝像片與地圖的區(qū)別 航攝像片是地面景物的中心投影構(gòu)像，地圖是地面景物的正射投影。 只有當(dāng)?shù)孛鎳?yán)格水平且像片也嚴(yán)格水平時，上述兩種投影結(jié)果才等效。像片傾斜引起的像點(diǎn)位移 一般情況下，航空攝影所獲取的像片是傾斜的，即使地面嚴(yán)格水平，航攝像片上的目標(biāo)物體也會因?yàn)橄衿瑑A斜而產(chǎn)生變形或像點(diǎn)位移。 可用像片糾正

4、的方法予以改正。地面起伏引起的投影差 航空攝影的對象主要是地球表面，地球表面有起伏，包括自然地地形起伏和有人工建筑物。植被等引起的起伏。由于地球表面起伏所引起的像點(diǎn)位移稱為像片上的投影差。1像片的內(nèi)方位元素：攝影物鏡后節(jié)點(diǎn)與像片 之間相互位置的參數(shù)恢復(fù)內(nèi)方位元素可恢復(fù)攝影時的攝影光束xycSfox0y0航攝像片的內(nèi)外方位元素2像片外方位元素：已建立的攝影光束，確定像片攝 影瞬間在地面直角坐標(biāo)系中空間 位置和姿態(tài)的參數(shù)XYZApS三個直線元素，描述攝影中心在地面空間直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值(Xs、Ys、Zs)。三個角元素(、)，表示攝影光束空間姿態(tài)(像片在攝影瞬間空間姿態(tài)的要素）XYZApSXsYs

5、Zs中心投影共線方程 共線方程是指中心投影的構(gòu)想方程，即在攝影成像過程中，攝影中心S、像點(diǎn)a及其對應(yīng)的地面點(diǎn)A三點(diǎn)位于一條直線上。xyzMZpYpXp(XA,YA,ZA)(x,y,-f)YXZXA- XsYA- YsZAXYZ攝影中心S、象點(diǎn)a、物點(diǎn)A三點(diǎn)共線共線條件aAsXsYsZsN 共線方程式可以寫為：00111333222333ssssssssssssXYZabcXYZxxfXYZabcXYZXYZabcXYZyyfXYZabcXYZ 以像主點(diǎn)為原點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)x、y相應(yīng)地面點(diǎn)坐標(biāo) X、Y、Z像片主距 f外方位元素XS、YS、ZS、。像點(diǎn)坐標(biāo)量測像點(diǎn)坐標(biāo)量測像平面坐標(biāo)系 以像片上對邊框框

6、標(biāo)的連線作為x、y軸，其交點(diǎn)P作為坐標(biāo)原點(diǎn)，與航線方向相近的連線為x軸，在像點(diǎn)坐標(biāo)量測中，像點(diǎn)坐標(biāo)值常用此坐標(biāo)系表示。像點(diǎn)坐標(biāo)的量測 量測像點(diǎn)的像片坐標(biāo)(x,y) 傳統(tǒng)的量測方法包括單像坐標(biāo)量測儀和立體坐標(biāo)量測儀。 可通過立體影像匹配進(jìn)行自動量測。像點(diǎn)坐標(biāo)的系統(tǒng)誤差改正 主要由攝影材料變形、攝影物鏡畸變、大氣折光以及地球曲率等因素引起，是系統(tǒng)誤差。立體測圖的原理與方法立體測圖的原理與方法立體測圖原理 人造立體視覺:利用相鄰像片所組成的像對進(jìn)行雙眼觀察時，可重建空間景物的立體視覺，所產(chǎn)生的立體視覺稱為人造立體視覺。觀察人造立體的條件1 兩個不同攝站點(diǎn)攝取同一景物的一個立體像對2 分像條件3 兩眼

7、各自觀察同一景物的左右影像點(diǎn)的連線應(yīng) 與眼基線近似平行4 像片間的距離應(yīng)與雙眼的交會角相適應(yīng)像點(diǎn)的立體觀測方法l立體鏡觀測法l疊映影像的立體觀測法l雙目鏡觀測光路的立體觀測法像對的立體測圖方法l模擬法立體測圖l解析法立體測圖l數(shù)字化立體測圖 目前，在生產(chǎn)單位前兩種方法不再采用，已基本實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化立體測圖地物與地貌的測繪攝影測量解析計算基礎(chǔ)攝影測量解析計算基礎(chǔ) 基于立體相對的解析攝影測量是利用解析計算的方法處理影像信息，從而獲得地面的基礎(chǔ)空間信息。像點(diǎn)的立體觀測方法l立體鏡觀測法l疊映影像的立體觀測法l雙目鏡觀測光路的立體觀測法單像空間后方交會單像空間后方交會:利用一定數(shù)量的地面控制點(diǎn)，根據(jù)利

8、用一定數(shù)量的地面控制點(diǎn)，根據(jù)共線共線條件方程式條件方程式，解求像片，解求像片外方位元素外方位元素的過程的過程aCBcbS (XS、YS、ZS)AXZY 當(dāng)已知（至少）當(dāng)已知（至少）三個空間已知點(diǎn)三個空間已知點(diǎn) A、B 、 C，與它們在與它們在影像上的三個對應(yīng)點(diǎn)影像上的三個對應(yīng)點(diǎn) a、b 、 c，就，就能求得影像的能求得影像的 6 個外方位元素個外方位元素。 其理論基礎(chǔ)為：其理論基礎(chǔ)為：共線方程共線方程，一個點(diǎn)有兩個方程，已知三一個點(diǎn)有兩個方程，已知三個點(diǎn)可列個點(diǎn)可列6個方程個方程，因此可以，因此可以解得解得6個個外方位元素外方位元素。立體相對的空間前方交會 前方交會的定義：由立體像對中兩張像片

9、的內(nèi)、外方位元素和像點(diǎn)坐標(biāo)確定相應(yīng)地面點(diǎn)的地面坐標(biāo)的方法。 設(shè)在空中S1和S2相鄰兩個攝站點(diǎn)對地面進(jìn)行攝影，獲得一個立體像對，任一地面點(diǎn)A在該像對的左右像片上的構(gòu)像分別為a1和a2，在左右兩張像片的內(nèi)、外方位元素均已知的情況下，使用立體像對上兩同名像點(diǎn)的左右像片坐標(biāo)a1(x1,y1)和a2 (x2,y2)，即可根據(jù)共線方程式計算出A點(diǎn)的物方空間坐標(biāo)(X,Y,Z).相對定向與絕對定向 用立體像對確定地面點(diǎn)坐標(biāo)的另一途徑： 先恢復(fù)兩張像片的相對位置和姿態(tài)（相對定向）建立起立體模型 ，再恢復(fù)立體模型的絕對方位（絕對定向）解析法相對定向：通過計算相對定向元素建立地面立體模型解析法相對定向：通過計算相對

10、定向元素建立地面立體模型目的：目的：恢復(fù)兩張像片的相對位置和姿態(tài)，使同名光線對對相交恢復(fù)兩張像片的相對位置和姿態(tài)，使同名光線對對相交相對定向元素：相對定向元素：確定立體像對中兩張像片相對位置和姿態(tài)關(guān)系確定立體像對中兩張像片相對位置和姿態(tài)關(guān)系的參數(shù)的參數(shù)連續(xù)像對相對定向元素：連續(xù)像對相對定向元素：222vwbb、 、單獨(dú)像對相對定向元素：單獨(dú)像對相對定向元素：11222、數(shù)學(xué)模型描述：數(shù)學(xué)模型描述：同名射線對對相交同名射線對對相交數(shù)學(xué)描述：三射線共面數(shù)學(xué)描述：三射線共面121 122S SS a S a 、121122()0S SS aS a S1S2bAa1a2共面條件方程式共面條件方程式三矢

11、量共面，混合積為零三矢量共面，混合積為零解析法相對定向原理解析法相對定向原理解求相對定向元素，解求相對定向元素，建立立體模型建立立體模型特征：恢復(fù)兩張像片的相對位置，同名射線對對相交特征：恢復(fù)兩張像片的相對位置，同名射線對對相交DZYXU1V1W1U2V2W2Aa1s1a2s2基本關(guān)系式：基本關(guān)系式：123123123SSSaaaXXUYbbbVYZWcccZ地面點(diǎn)在地面地面點(diǎn)在地面攝影測量坐標(biāo)攝影測量坐標(biāo)系中坐標(biāo)系中坐標(biāo)模型點(diǎn)在像空間輔助模型點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)原點(diǎn)的平移量平移量計算的方向余弦計算的方向余弦、 、模型比例尺模型比例尺縮放系數(shù)縮放系數(shù)七個絕對

12、定向元素七個絕對定向元素SSSXYZ、 、 、 、解析法絕對定向：利用已知的地面控制點(diǎn)，解求絕對定向元素解析法絕對定向：利用已知的地面控制點(diǎn)，解求絕對定向元素數(shù)字?jǐn)z影測量基礎(chǔ)數(shù)字?jǐn)z影測量基礎(chǔ)影像數(shù)字化與影像重采樣 影像數(shù)字化包括量化和采樣2m采樣：采樣：每隔一個間隔獲取一個點(diǎn)的灰度值每隔一個間隔獲取一個點(diǎn)的灰度值 。 對實(shí)際連續(xù)函數(shù)模型離散化的量測過程對實(shí)際連續(xù)函數(shù)模型離散化的量測過程 量化：量化：將各點(diǎn)的灰度值轉(zhuǎn)換為整數(shù)將各點(diǎn)的灰度值轉(zhuǎn)換為整數(shù) ，將透明底片有可能出現(xiàn)的最大灰度變將透明底片有可能出現(xiàn)的最大灰度變化范圍進(jìn)行等分，分為若干灰度等級，一般都取為化范圍進(jìn)行等分，分為若干灰度等級，一般

13、都取為 ， 時得到時得到256個個灰度級，其級數(shù)是介于灰度級，其級數(shù)是介于0到到255之間的一個整數(shù)，之間的一個整數(shù)，0為黑，為黑，255為白，每個為白，每個像元素的灰度值占像元素的灰度值占8bit，即一個字節(jié)，即一個字節(jié) 8m 影像的內(nèi)定向：影像的內(nèi)定向：ykxkkyyhxhhx210210210210kkkhhh，內(nèi)定向參數(shù)，利用四個框標(biāo)內(nèi)定向參數(shù)，利用四個框標(biāo)點(diǎn)平差解算點(diǎn)平差解算問題的提出：問題的提出：經(jīng)典的攝影測量已經(jīng)建立了一整套經(jīng)典的攝影測量已經(jīng)建立了一整套像點(diǎn)坐像點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)與與對應(yīng)的物點(diǎn)坐標(biāo)對應(yīng)的物點(diǎn)坐標(biāo)間的關(guān)系間的關(guān)系，只要確定只要確定掃描坐標(biāo)系掃描坐標(biāo)系與與像平面坐標(biāo)系像平面坐標(biāo)

14、系之間的關(guān)系之間的關(guān)系（內(nèi)定向）（內(nèi)定向）就能利用原有理論就能利用原有理論兩種坐標(biāo)之間存在仿射變換兩種坐標(biāo)之間存在仿射變換內(nèi)定向的目的：內(nèi)定向的目的：確定掃描坐標(biāo)確定掃描坐標(biāo)系和像片坐標(biāo)系之間的關(guān)系系和像片坐標(biāo)系之間的關(guān)系數(shù)字化的掃描方向數(shù)字化的掃描方向數(shù)字化的步進(jìn)方向數(shù)字化的步進(jìn)方向xyoOxy基于灰度的影像匹配基于灰度的影像匹配（Area Based Image MatchingArea Based Image Matching） 影像特征為匹配基礎(chǔ)）基于特征的影像匹配（為匹配基礎(chǔ)）小區(qū)域內(nèi)影像灰度分布基于灰度的影像匹配匹配方法(全數(shù)字化攝影測量的全數(shù)字化攝影測量的核心問題：核心問題：如何

15、在兩幅（或多幅）影如何在兩幅（或多幅）影像之間像之間自動識別同名像點(diǎn)自動識別同名像點(diǎn)（影像相關(guān)）（影像相關(guān)）匹配點(diǎn)確定的匹配點(diǎn)確定的基礎(chǔ)基礎(chǔ)：匹配測度：匹配測度。基于不同的理論可以定義各。基于不同的理論可以定義各種種不同的匹配測度不同的匹配測度，因而形成了各種影像匹配方法，因而形成了各種影像匹配方法相關(guān)系數(shù)法協(xié)方差法最小二乘相關(guān)L數(shù)字影像相關(guān)：利用計算機(jī)對數(shù)字影像進(jìn)行數(shù)值計算的方數(shù)字影像相關(guān)：利用計算機(jī)對數(shù)字影像進(jìn)行數(shù)值計算的方式完成影像的相關(guān)式完成影像的相關(guān)（匹配）（匹配）n一、相關(guān)系數(shù)法一、相關(guān)系數(shù)法:目標(biāo)區(qū)：目標(biāo)區(qū)：以左片目標(biāo)點(diǎn)為中心選取以左片目標(biāo)點(diǎn)為中心選取 個像素的灰度陣列個像素的灰

16、度陣列搜索區(qū)：搜索區(qū)：估計出右片上同名點(diǎn)可能出現(xiàn)的范圍，建立一個估計出右片上同名點(diǎn)可能出現(xiàn)的范圍，建立一個 個像素的灰度陣列個像素的灰度陣列nn),nmnlml（nnm目標(biāo)區(qū)目標(biāo)區(qū)搜索區(qū)搜索區(qū)l l計算相關(guān)系數(shù)值：計算相關(guān)系數(shù)值：nnu依次在搜索區(qū)內(nèi)取出依次在搜索區(qū)內(nèi)取出 個個 像素的灰度陣像素的灰度陣列，計算其與目標(biāo)區(qū)的相似性測度列，計算其與目標(biāo)區(qū)的相似性測度相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)，可求出可求出(l-n+1)(l-n+1)* *(m-n+1)(m-n+1)個相關(guān)系數(shù)個相關(guān)系數(shù),1122,1111,211,211()()()()11ggkhggg gnni ji k j hijnnnni ji k

17、j hk hijijnni jijnni k j hk hijggggggggggnggn 結(jié)果：結(jié)果：目標(biāo)區(qū)相對于搜索區(qū)不斷移動一個整像素，當(dāng)相關(guān)目標(biāo)區(qū)相對于搜索區(qū)不斷移動一個整像素，當(dāng)相關(guān)系數(shù)最大時，對應(yīng)窗口的中心點(diǎn)即是目標(biāo)點(diǎn)的同名像點(diǎn)系數(shù)最大時，對應(yīng)窗口的中心點(diǎn)即是目標(biāo)點(diǎn)的同名像點(diǎn)特點(diǎn)：特點(diǎn)：p搜索的結(jié)果均以整像素為單位搜索的結(jié)果均以整像素為單位p相關(guān)系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)方差函數(shù)，目標(biāo)影像的灰度與搜相關(guān)系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)方差函數(shù)，目標(biāo)影像的灰度與搜索影像的灰度之間存在線性畸變時，仍能較好地評價它索影像的灰度之間存在線性畸變時，仍能較好地評價它們之間的相似性程度們之間的相似性程度p目標(biāo)區(qū)和搜索區(qū)都是

18、一個二維的影像窗口，二維相關(guān)目標(biāo)區(qū)和搜索區(qū)都是一個二維的影像窗口，二維相關(guān)二、協(xié)方差法二、協(xié)方差法hjkinjnikhijnjnignggng,11211211nnm目標(biāo)區(qū)目標(biāo)區(qū)搜索區(qū)搜索區(qū)khhjkiijnjniggggggnhk1),(,112u可求出可求出(l-n+1)(l-n+1)* *(m-n+1)(m-n+1)個個協(xié)方差值，當(dāng)協(xié)方差值為最大協(xié)方差值，當(dāng)協(xié)方差值為最大時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的中點(diǎn)就時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的中點(diǎn)就是待定點(diǎn)的同名像點(diǎn)。是待定點(diǎn)的同名像點(diǎn)。l l差平方和測度差平方和測度nnm目標(biāo)區(qū)目標(biāo)區(qū)搜索區(qū)搜索區(qū)2,112)(),(hjkiijnjnigghkSu可求出可求出(l

19、-n+1)(l-n+1)* *(m-n+1)(m-n+1)個個S S2 2值，值，當(dāng)當(dāng)S S2 2為最小時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的中為最小時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的中點(diǎn)就是待定點(diǎn)的同名像點(diǎn)點(diǎn)就是待定點(diǎn)的同名像點(diǎn)灰度差的平方和最小灰度差的平方和最小l l差絕對值和測度差絕對值和測度nnm目標(biāo)區(qū)目標(biāo)區(qū)搜索區(qū)搜索區(qū),11),(hjkiijnjnigghkSu可求出可求出(l-n+1)(l-n+1)* *(m-n+1)(m-n+1)個個S S值，值，當(dāng)當(dāng)S S為最小時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的為最小時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的中點(diǎn)就是待定點(diǎn)的同名像點(diǎn)中點(diǎn)就是待定點(diǎn)的同名像點(diǎn)灰度差的絕對值最小灰度差的絕對值最小l ln三、高精度最

20、小二乘影像匹配三、高精度最小二乘影像匹配問題的引出：匹配怎樣達(dá)到子像素精度？問題的引出：匹配怎樣達(dá)到子像素精度？ 在相關(guān)運(yùn)算中引入變形參數(shù)，補(bǔ)償兩相關(guān)窗口之間的在相關(guān)運(yùn)算中引入變形參數(shù)，補(bǔ)償兩相關(guān)窗口之間的n輻射畸變輻射畸變n幾何畸變幾何畸變引入的變換參數(shù)作為待定值，一同納入到最小二乘解算中，引入的變換參數(shù)作為待定值，一同納入到最小二乘解算中，使匹配可達(dá)到使匹配可達(dá)到1/10甚至甚至1/100像素的高精度（子像素精度）像素的高精度（子像素精度） 由德國由德國Stuttgart大學(xué)大學(xué)Ackermann教授與教授與Pertl提出提出 影像灰度的系統(tǒng)變形影像灰度的系統(tǒng)變形n輻射畸變輻射畸變（產(chǎn)生的

21、原因）（產(chǎn)生的原因）照明及被攝物體輻射面的方向照明及被攝物體輻射面的方向攝影處理?xiàng)l件的差異攝影處理?xiàng)l件的差異影像數(shù)字化過程中產(chǎn)生的誤差等影像數(shù)字化過程中產(chǎn)生的誤差等 n幾何畸變幾何畸變 ：產(chǎn)生了影像灰度分布之間的差異（產(chǎn)生了影像灰度分布之間的差異（相對移位、圖形變化相對移位、圖形變化 ）攝影方位不同所產(chǎn)生的影像畸變攝影方位不同所產(chǎn)生的影像畸變由于地形坡度所產(chǎn)生的影像畸變等由于地形坡度所產(chǎn)生的影像畸變等最小二乘影像匹配的精度最小二乘影像匹配的精度 相關(guān)系數(shù)法：相關(guān)系數(shù)越大，匹配質(zhì)量越好。相關(guān)系數(shù)法：相關(guān)系數(shù)越大，匹配質(zhì)量越好。但是無法獲得其精度指標(biāo)但是無法獲得其精度指標(biāo)最小二乘匹配算法：根據(jù)法方

22、程式系數(shù)矩陣的最小二乘匹配算法：根據(jù)法方程式系數(shù)矩陣的逆矩陣，同時求得其精度指標(biāo)逆矩陣，同時求得其精度指標(biāo) 核線的性質(zhì)：核線的性質(zhì)：同名像點(diǎn)必然位于同名核線上同名像點(diǎn)必然位于同名核線上沿核線沿核線（一維）（一維）進(jìn)行相關(guān)計算進(jìn)行相關(guān)計算) 1( nm效果：效果：沿同名核線進(jìn)行相關(guān)計算沿同名核線進(jìn)行相關(guān)計算會加快搜索速度和增加會加快搜索速度和增加影像匹配的可靠性影像匹配的可靠性 過程：過程：左核線上左核線上建立目標(biāo)區(qū)，建立目標(biāo)區(qū)，目標(biāo)的長度為目標(biāo)的長度為n n個像素個像素在右片上沿同名核線建立搜索區(qū)，在右片上沿同名核線建立搜索區(qū)，其長度為其長度為m m個像素個像素計算相關(guān)系數(shù)計算相關(guān)系數(shù) : :

23、共計算共計算 個相關(guān)系數(shù)個相關(guān)系數(shù) 注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：相似性測度一般是統(tǒng)計量，相似性測度一般是統(tǒng)計量，應(yīng)有較多的樣本進(jìn)行應(yīng)有較多的樣本進(jìn)行估計估計（窗口中的像素數(shù)不應(yīng)太少窗口中的像素數(shù)不應(yīng)太少），），目標(biāo)區(qū)長，灰度信號重目標(biāo)區(qū)長，灰度信號重心與幾何重心心與幾何重心不不重合重合，產(chǎn)生相關(guān)誤差產(chǎn)生相關(guān)誤差，目標(biāo)區(qū)目標(biāo)區(qū)、搜索區(qū)搜索區(qū)都都取取二維二維窗口窗口，搜索過程只搜索過程只在核線上進(jìn)行在核線上進(jìn)行 基于核線的一維影像匹配基于核線的一維影像匹配 基于特征的影像匹配 基本思想：首先用某種特征提取算子提取左右影像中的特征(點(diǎn)、線、面)；然后對多提取的特征進(jìn)行參數(shù)描述；最后一特征的參數(shù)值為依據(jù)進(jìn)行同

24、名特征的搜索，繼而獲得同名像點(diǎn)遙感基礎(chǔ)知識遙感圖像特征常用衛(wèi)星遙感簡介遙感圖像解譯基于特征的影像匹配 基本思想：首先用某種特征提取算子提取左右影像中的特征(點(diǎn)、線、面)；然后對多提取的特征進(jìn)行參數(shù)描述；最后一特征的參數(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)遙感基礎(chǔ)知識遙感基礎(chǔ)知識電磁波譜與電磁輻射傳輸 電磁波譜 紫外、可見光、紅外 大氣窗口太陽輻射在到達(dá)地面之前穿過大氣層，大氣折射只是改變太陽輻射的方向，并不改變輻射的強(qiáng)度。但是大氣反射、吸收和散射的共同影響卻衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分才為透射部分。，有些波段的電磁輻射通過大氣后衰減較小，透過率較高，對遙感十分有利，這些波段通常稱為“大氣窗

25、口”。遙感圖像的輻射定標(biāo)與大氣校正l 系統(tǒng)輻射定標(biāo)l 大氣校正l 太陽位置引起的輻射誤差校正l 地形坡度、坡向校正地物波譜特性 地物波譜特性是指各種地物各自所具有的電磁波特性（發(fā)射輻射或反射輻射）。測量地物的反射波譜特性曲線主要作用： 它是選擇遙感波譜段、設(shè)計遙感儀器的依據(jù) 在外業(yè)測量中，它是選擇合適的飛行時間的基礎(chǔ)資料 它是有效地進(jìn)行遙感圖像數(shù)字處理的前提之一，是用戶判讀、識別、分析遙感影像的基礎(chǔ)。 不同地物的波普反射曲線，其形態(tài)差異很大。典型的有水體，植被等。遙感圖像特征遙感圖像特征 遙感圖像特征可歸納為幾何特征、物理特征和時間特征，這三方面的表現(xiàn)特征為空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率。

26、空間分辨率 傳感器瞬時視場內(nèi)所觀察到地面的大小。 地面分辨率：影像能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元（像元）能代表的地面尺寸的大小。 影像分辨率：地面分辨率在不同比例尺的具體影像上的反映。 一般來說，空間分辨率越高，識別物體的能力越強(qiáng)光譜分辨率 光譜探測能力，包括：傳感器總的探測波段的寬度、波段數(shù)、各波段的波長范圍和間隔。 波段太多，輸出數(shù)據(jù)量太大，加大處理工作量和判讀難度。 最佳探測波段，是指這些波段中探測各種目標(biāo)之間和目標(biāo)與背景之間，有最好的反差或波譜響應(yīng)特性的差別。時間分辨率 定義：我們把傳感器對同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)探測時，相鄰兩次探測的時間間隔成為遙感圖像的時間分辨率。 應(yīng)用：土地利用變化、洪水、綠地

27、消長、城市熱島等常用衛(wèi)星遙感簡介常用衛(wèi)星遙感簡介 衛(wèi)星分辨率與成圖比例尺的關(guān)系衛(wèi)星影像名稱分辨率/m按規(guī)范規(guī)定最大成圖比例尺僅用于一般判讀的成圖比例尺M(jìn)SS791:50萬1:25萬TM301:10萬1:5萬SPOT 1-420，101:5萬1:2.5萬SPOT 510，2.51:2.5萬1:1萬IKONOS4.11:1萬1:5000QuickBird2.44，0.611:50001:2000常用衛(wèi)星及其傳感器 Landsat衛(wèi)星系列及其TM/ETM+傳感器 SPOT衛(wèi)星系列及其傳感器 新型高分率衛(wèi)星遙感衛(wèi)星及傳感器 IKONOS 、QuickBird、SPOT-5、P5、ALOS、WorldV

28、iew-1、GeoEye-1等。 國產(chǎn)衛(wèi)星系列遙感圖像的解譯遙感圖像的解譯遙感圖像解譯的任務(wù) 獲取信息： 目標(biāo)地物的大小、形狀及空間分布特點(diǎn) 目標(biāo)地物的屬性特點(diǎn) 目標(biāo)地物的變化動態(tài)特點(diǎn) 遙感圖像的解譯標(biāo)志定義：遙感圖像光譜、輻射、空間和時間特征決定圖像的視覺效果、表現(xiàn)形式和計算特點(diǎn)，并導(dǎo)致物體在圖像上的差別。解譯標(biāo)志可以分為直接解譯標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志直接解譯標(biāo)志 形狀、大小、陰影、色調(diào)、顏色、紋理、圖案、位置和布局間接解譯標(biāo)志 并不直接與物體有關(guān)。它們自己不能確保對物體的識別，但卻能指示出用直接標(biāo)志不能確定的，或在圖像上沒有成像的那些物體的存在，它們有助于排除由分析直接標(biāo)志所作結(jié)論的多義性，還

29、能取得物體的補(bǔ)充特性。應(yīng)注意的問題 由于遙感圖像種類較多，投影性質(zhì)、波譜特性、色調(diào)和比例尺等存在差異，故利用上述解譯標(biāo)志時應(yīng)區(qū)分不同遙感圖像的不同特點(diǎn)。 彩紅外圖像、多光譜圖像、假彩色合成圖像、熱紅外圖像、雷達(dá)圖像等。遙感圖像的目視解譯遙感圖像的目視解譯目視解譯的一般原則和步驟 原則：總體觀察，綜合分析，對比分析，觀察方法正確，尊重影像的客觀實(shí)際，解譯圖像耐心認(rèn)真，有價值的地方重點(diǎn)分析。 步驟：從已知到未知，先易后難，先山區(qū)后平原，先地表后深部，先整體后局部，先宏觀后微觀，先圖形后線性。數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)機(jī)載LIDAR和車載移動測圖系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)主要功能

30、l影像數(shù)字化l影像預(yù)處理l坐標(biāo)量測l影像定向l自動空中三角測量l構(gòu)成核線影像l影像匹配l建立數(shù)字地面模型及其編輯l自動繪制等高線 l制作正射影像l正射影像鑲嵌與修補(bǔ)l數(shù)字測圖l制作影像地圖l制作透視圖、景觀圖l制作立體匹配片lGIS功能l近景攝影測量功能l遙感圖像處理功能常用數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)簡介lVirtuoZo數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng) 武漢大學(xué)張祖勛院士主持研發(fā)，是一個功能齊全、高度自動化的現(xiàn)代攝影測量系統(tǒng)，能完成從自動空中三角測量(AAT)到各種比例尺4D產(chǎn)品的測繪生產(chǎn)。lJX-4數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng) 中國測繪科學(xué)研究院劉先林院士主持研發(fā)的一套半自動化的微機(jī)數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)。遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)遙感數(shù)

31、字圖像處理系統(tǒng)遙感數(shù)字圖像處理概述 對遙感圖像進(jìn)行一系列操作，以求達(dá)到預(yù)期目的的技術(shù)稱作遙感圖像處理。 可分為光學(xué)處理和遙感數(shù)字圖像處理。 內(nèi)容包括：圖像轉(zhuǎn)換、數(shù)字圖像校正、數(shù)字圖像增強(qiáng)、多元信息融合、遙感數(shù)字圖像計算機(jī)解譯處理遙感圖像輻射處理l遙感圖像增強(qiáng) 為了特定目的而突出遙感圖像中的某些信息，削弱或出去某些不需要的信息，使圖像更易判讀。圖像增強(qiáng)的實(shí)質(zhì)是增強(qiáng)感興趣目標(biāo)和周圍背景圖像間的反差。 圖像增強(qiáng)處理技術(shù)可分為空間域和頻率域的處理。l平滑和銳化 圖像平滑的目的在于消除各種干擾噪聲，使圖像中高頻成分消退，平滑掉圖像的細(xì)節(jié)，使其反差降低，保存低頻成分。方法有領(lǐng)域平均法、低通濾波法。 圖像銳

32、化的目的是增強(qiáng)圖像中的高頻成份，突出圖像的邊緣信息，提高圖像細(xì)節(jié)的反差，也稱為邊緣增強(qiáng)，其結(jié)果與平滑相反。遙感圖像幾何處理 解決遙感圖像的幾何變形問題，對遙感圖像進(jìn)行幾何糾正。分為光學(xué)糾正和數(shù)字糾正兩大類。 遙感圖像幾何變形誤差分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差兩大類。靜態(tài)誤差是傳感器相對于地球表面呈靜止?fàn)顟B(tài)時所具有的各種變形誤差。動態(tài)誤差是由于地球的旋轉(zhuǎn)等因素所造成的圖像變形誤差。 兩個層次：第一是遙感圖像的粗加工處理，第二是遙感圖像的精糾正處理1.粗加工處理 遙感圖像的粗糾正：僅做系統(tǒng)誤差改正。 當(dāng)已知圖像的構(gòu)像方式時，就可以把與傳感器有關(guān)的測定的校正數(shù)據(jù)，如傳感器的外方位元素等代入構(gòu)像公式對原始圖像

33、進(jìn)行幾何校正。 粗糾正處理對傳感器內(nèi)部畸變的改正很有效，但處理后圖像仍有較大的殘差。2. 精糾正處理概念：消除圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表達(dá)要求的新圖像。 兩個環(huán)節(jié)：像素坐標(biāo)的變換，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標(biāo)；坐標(biāo)變換后的像素亮度值進(jìn)行重采樣 根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型。 根據(jù)所采用的數(shù)字模型確定糾正公式。 根據(jù)地面控制點(diǎn)和對應(yīng)像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行平差計算變換參數(shù)，評定精度。 對原始影像進(jìn)行幾何變換計算，像素亮度值重采樣。 目前的糾正方法有多項(xiàng)式法，共線方程法和隨機(jī)場插值法等圖像的自動配準(zhǔn)與數(shù)字鑲嵌l圖像間的自動配準(zhǔn) 配準(zhǔn)的目的 多源數(shù)據(jù)進(jìn)行比較

34、和分析，圖像融合、變化檢測。 配準(zhǔn)的實(shí)質(zhì) 幾何糾正。采用一種幾何變換將圖像歸化到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中。 配準(zhǔn)的方式 圖像間的匹配 絕對配準(zhǔn) 配準(zhǔn)步驟 在多源圖像上確定分布均勻，足夠數(shù)量的圖像同名點(diǎn)。 通過所選擇的圖像同名點(diǎn)確定幾何變換的多項(xiàng)式系數(shù)，從而完成一幅圖像對另一幅圖像的幾何糾正。l數(shù)字圖像鑲嵌圖像鑲嵌：將不同的圖像文件合在一起形成一幅完整的包含感興趣區(qū)域圖像。 不同時間同一傳感器獲取，也可以是不同時間不同傳感器獲取，但同時要求鑲嵌的圖像之間要有一定的重疊度。 實(shí)質(zhì)就是幾何糾正（前提）多源遙感數(shù)據(jù)的融合圖像融合：將多源遙感圖像按照一定的算法，在規(guī)定的地理坐標(biāo)系，生成新的圖像的過程。目的：從不同

35、的遙感圖像中獲得更多有用的信息，補(bǔ)充單一傳感器的不足。遙感圖像的自動識別分類 常見的兩種分類方法：監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類1.數(shù)據(jù)預(yù)處理2.監(jiān)督分類 監(jiān)督分類是基于我們對遙感圖像上樣本區(qū)內(nèi)地物的類屬已知，于是可以利用這些樣本類別的特征作為依據(jù)來識別非樣本數(shù)據(jù)的類別。 監(jiān)督分類的思想：首先根據(jù)已知的樣本類別和類別的先驗(yàn)知識，確定判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準(zhǔn)則，其中利用一定數(shù)量的已知類別函數(shù)中求解待定參數(shù)的過程稱之為學(xué)習(xí)或訓(xùn)練，然后將未知類別的樣本的觀測值代入判別函數(shù)，再依據(jù)判別準(zhǔn)則對該樣本的所屬類別作出判定。3.非監(jiān)督分類 非監(jiān)督分類：也稱聚類分析，是事先對分類過程不施加任何先驗(yàn)知識，僅憑遙感圖像地物的光

36、譜特征的分布規(guī)律，進(jìn)行自動分類。 常用分類方法：K-均值聚類法、ISODATA算法聚類分析遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要 一個完整的遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)應(yīng)包括硬件和軟件兩大部分。l硬件系統(tǒng)：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、電子計算機(jī)存儲設(shè)備以及系統(tǒng)操作臺。l軟件系統(tǒng)：由許多圖像處理控制程序、管理程序和圖像處理算法程序組成。機(jī)載機(jī)載LIDAR和車載移動測圖系統(tǒng)和車載移動測圖系統(tǒng)機(jī)載LIDAR系統(tǒng) 機(jī)載LIDAR集激光測距儀、GPS全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）于一體。航拍時，GPS確定傳感器的空間位置（經(jīng)緯度），慣導(dǎo)系統(tǒng)（INS）測量飛機(jī)的俯仰角、測滾角和航向角，激光測距儀直接測量地形。 LIDAR數(shù)據(jù)的優(yōu)

37、勢：1、采用主動性工作方式，不受日照和天氣條件的限制，全天候?qū)Φ赜^測。2、發(fā)射的激光脈沖具有很強(qiáng)的穿透能力，能部分地穿透樹林遮擋，直接獲取真實(shí)地面的高精度三維信息。3、能快速獲取大面積的目標(biāo)空間信息，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的及時采集，從而可以應(yīng)用與需自動監(jiān)控的行業(yè)。4、通過對目標(biāo)的直接掃描來描述目標(biāo)特征，使用龐大的點(diǎn)陣和濃密的格網(wǎng)來獲取目標(biāo)信息，采樣點(diǎn)之間間隔很小，具有精度高、密度大的特點(diǎn)。5、既可以作為獲取地表資源、環(huán)境信息的一種重要技術(shù)手段，又可以同其他技術(shù)手段集成使用，為數(shù)字地球信息智能化處理提供新的融合數(shù)據(jù)源。車載移動測圖系統(tǒng) 移動測圖系統(tǒng)(MMS)是指在移動載體平臺上集成多種傳感器，通過多種傳

38、感器自動采集各種三維連續(xù)地理空間數(shù)據(jù)，并使用一定的數(shù)據(jù)處理方法，對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和加工，最終生成各種空間信息應(yīng)用系統(tǒng)所需要的圖形、數(shù)據(jù)等信息的科學(xué)和技術(shù)。 MMS基本部件：系統(tǒng)控制模塊、定位定姿模塊、影像獲取模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。 車載移動測圖系統(tǒng)(L-MMS)是以汽車作為平臺，它是在車上裝備GPS接收機(jī)、CCD、INS等傳感器和設(shè)備，在車輛高速行駛過程中，快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。野外像片調(diào)繪像片控制測量野外像片調(diào)繪野外像片調(diào)繪像片判讀特征與判讀方法 1.像片判讀特征 形狀、大小、色調(diào)、陰影、紋形、布局、位置 2.目視判讀一般方法 從宏觀到細(xì)部，從一般細(xì)部到個別

39、細(xì)部，從一只特征到位置特征，從局部特征到整個區(qū)域的判讀特征。有直判法、對比法、綜合判認(rèn)法 像片調(diào)繪的基本知識 像片調(diào)繪是以像片判讀為基礎(chǔ)，把航攝像片上的影像所代表的地物識別和辨認(rèn)出來，并按照規(guī)定的圖示符號和主機(jī)方式表示在航測像片上。l像片的綜合取舍 綜合取舍對地物地貌進(jìn)行選擇和概括的過程l像片調(diào)繪的基本作業(yè)流程 準(zhǔn)備工作像片判讀綜合取舍著鉛詢問檢查量測補(bǔ)測新增地物清繪復(fù)查接邊主要地形目標(biāo)的調(diào)繪 像片調(diào)繪可采用全野外調(diào)繪法或室內(nèi)綜合調(diào)繪法。 在調(diào)繪中應(yīng)判讀準(zhǔn)確，描繪清楚，圖示符號運(yùn)用恰當(dāng)，各種助劑準(zhǔn)確無誤。對地物地貌的取舍，以圖面負(fù)載量和保持實(shí)地特征為原則。 通過調(diào)繪獲取成果后需要對調(diào)繪像片進(jìn)行

40、整飾和接邊，以便提供下一工序使用。調(diào)繪像片的整飾與接邊l調(diào)繪像片的整飾 及時清繪，清繪時各種地物中心位置要準(zhǔn)確，中心的、中心線應(yīng)按圖示規(guī)定繪出。l調(diào)繪像片的接邊 a.圖幅內(nèi)部接邊、幅與幅之間接邊 b.同期作業(yè)接邊、不通氣作業(yè)接邊新增地物的補(bǔ)測 新增地物必須在調(diào)繪時進(jìn)行補(bǔ)測，通常采用交會法、坐標(biāo)法、截距法和比較法確定新增地物的位置。像片控制測量像片控制測量野外像片控制點(diǎn)的布點(diǎn)方案 1.全野外布點(diǎn)方案 通過野外控制測量獲得的航片像片控制點(diǎn)不需內(nèi)業(yè)加密，直接提供內(nèi)業(yè)測圖定向或糾正使用。 2.非全野外布點(diǎn)方案 按航線數(shù)分為單航線和區(qū)域網(wǎng)兩種 3.特殊情況的布點(diǎn)方案野外控制點(diǎn)的選擇 航外像片控制點(diǎn)的布設(shè)

41、不僅和布點(diǎn)方案有關(guān)，還須考慮航測成圖過程中像點(diǎn)量測的精度、絕對定向和各類誤差改正對像片控制點(diǎn)的具體點(diǎn)位要求。野外控制點(diǎn)的編號、整飾和注記野外像片控制點(diǎn)的施測 1.刺點(diǎn)目標(biāo)的選擇要求 2.像片控點(diǎn)平面坐標(biāo)和高程的施測 先整體到局部，先控制后碎步先整體到局部，先控制后碎步 3.控制點(diǎn)接邊4D產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)據(jù)流解析空中三角測量數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)字正射影像圖(DOM)數(shù)字線劃地圖(DLG)數(shù)字柵格地圖(DRG)4D產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)據(jù)流 數(shù)字?jǐn)z影測量與遙感的產(chǎn)品主要包括3大類： 1.影像類產(chǎn)品 2.點(diǎn)和矢量類產(chǎn)品 4D產(chǎn)品是指DEM、DOM、DLG和DRG。 3.影像和矢量相結(jié)合的產(chǎn)品 另外，還有各種可

42、視化的立體模型，各種工程設(shè)計所需的三維信息，各種信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫所需的空間信息等都屬于數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的產(chǎn)品范疇。解析空中三角測量 數(shù)字?jǐn)z影測量與遙感的產(chǎn)品主要包括3大類： 1.影像類產(chǎn)品 2.點(diǎn)和矢量類產(chǎn)品 4D產(chǎn)品是指DEM、DOM、DLG和DRG。 3.影像和矢量相結(jié)合的產(chǎn)品 另外，還有各種可視化的立體模型，各種工程設(shè)計所需的三維信息，各種信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫所需的空間信息等都屬于數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)的產(chǎn)品范疇。解析空中三角測量解析空中三角測量概述 解析空中三角測量指的是用攝影測量解析法確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位原色及待定點(diǎn)的地面坐標(biāo)?？罩腥菧y量、區(qū)域網(wǎng)平差空中三角測量、區(qū)域網(wǎng)平差它是利用它是

43、利用 少量控制點(diǎn)少量控制點(diǎn) 對整個區(qū)域?qū)φ麄€區(qū)域所有影像所有影像 恢復(fù)它們的恢復(fù)它們的 外方位元素外方位元素解析空中三角測量分類 單航帶法航帶法區(qū)域網(wǎng)平差解析空三（按區(qū)域分）區(qū)域網(wǎng)法（按平差模型分）獨(dú)立模型法區(qū)域網(wǎng)平差光束法區(qū)域網(wǎng)平差n一、建立航帶模型一、建立航帶模型1、像點(diǎn)坐標(biāo)量測及系統(tǒng)誤差改正、像點(diǎn)坐標(biāo)量測及系統(tǒng)誤差改正2、每個像對進(jìn)行、每個像對進(jìn)行連續(xù)像對法相對定向：連續(xù)像對法相對定向：得到模型點(diǎn)在各自得到模型點(diǎn)在各自像空間輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)像空間輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)（坐標(biāo)原點(diǎn)和比例尺不同）（坐標(biāo)原點(diǎn)和比例尺不同）航帶網(wǎng)法空中三角測量11221122212uxuxvyvRywfwfS1S2S3S4

44、各模型的各模型的像空間輔助坐像空間輔助坐標(biāo)系相互平行，標(biāo)系相互平行，每個像每個像對以左片為基礎(chǔ)，求出對以左片為基礎(chǔ)，求出右片相對左片的相對定右片相對左片的相對定向元素向元素模型點(diǎn)在各自像空間輔助模型點(diǎn)在各自像空間輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)坐標(biāo)系坐標(biāo)11 12211 12211122uvwUN ubN uVN vbN vWN wbN w3、模型連接、模型連接：利用相鄰模型公共點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)：利用相鄰模型公共點(diǎn)在像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)應(yīng)相等，求出比例尺歸化系數(shù)，系的坐標(biāo)應(yīng)相等，求出比例尺歸化系數(shù)，得到模型點(diǎn)在得到模型點(diǎn)在統(tǒng)一的航帶像空間輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)統(tǒng)一的航帶像空間輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)S2S3M1M2S1模型和

45、模型比例尺不等，公共點(diǎn)在模型位于模型和模型比例尺不等，公共點(diǎn)在模型位于M1,在在模型位于模型位于M2（錯開），需要統(tǒng)一（錯開），需要統(tǒng)一比例尺歸化比例尺歸化：對模型的比例尺進(jìn)行歸化，與模型具有：對模型的比例尺進(jìn)行歸化，與模型具有相同的比例尺，使相同的比例尺，使M1、M2重合重合計算方法：計算方法：221112122111122()()()()wN wN wbS MkS MN wN w模型模型1模型模型一般在模型重疊區(qū)域內(nèi)取上、中、下三個點(diǎn)測求比例歸化系一般在模型重疊區(qū)域內(nèi)取上、中、下三個點(diǎn)測求比例歸化系數(shù)，取算術(shù)平均值數(shù)，取算術(shù)平均值1231()3kkkk將模型點(diǎn)的坐標(biāo)都納入到全航帶統(tǒng)一的像空

46、間輔助坐標(biāo)系將模型點(diǎn)的坐標(biāo)都納入到全航帶統(tǒng)一的像空間輔助坐標(biāo)系（第（第一張像片的像空間（輔助）坐標(biāo)系）一張像片的像空間（輔助）坐標(biāo)系）（一個一個像對依次進(jìn)行）（一個一個像對依次進(jìn)行）S1S2S3S4111111(,)iiiiiiiiiiiiSsiuSsivSsiwsssUUk bVVk bWWk bUVW為前一模型左站在統(tǒng)一的像空間輔助坐標(biāo)系中的坐標(biāo)每一模型的左站在統(tǒng)一的像空間每一模型的左站在統(tǒng)一的像空間輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)計算順序：后一模型向前一模型進(jìn)行歸化計算計算順序：后一模型向前一模型進(jìn)行歸化計算模型點(diǎn)在統(tǒng)一的像空間輔助坐標(biāo)系中坐標(biāo)模型點(diǎn)在統(tǒng)一的像空間輔助坐標(biāo)系中坐標(biāo)(以米為單位

47、）：以米為單位）：1 11 12211()1()()2()iiiiSiiiivSiiiSiiUN uVN vNUk mVk mk mk mvWWm N wkb二、航帶模型的絕對定向：二、航帶模型的絕對定向：將模型點(diǎn)在統(tǒng)一的航帶像空間將模型點(diǎn)在統(tǒng)一的航帶像空間輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)變換為航帶統(tǒng)一的地面攝影測量坐標(biāo)輔助坐標(biāo)系坐標(biāo)變換為航帶統(tǒng)一的地面攝影測量坐標(biāo)XUXYR VYZZW 為整體平差方便，改成以米為單位：坐標(biāo)值乘以攝影比例為整體平差方便，改成以米為單位：坐標(biāo)值乘以攝影比例尺分母再除以尺分母再除以1000，用，用m表示表示,iiiiiiSSSSSSmUU mVV mWW mUUmVVmWW重心化重

48、心化三、航帶網(wǎng)的非線性變形改正：三、航帶網(wǎng)的非線性變形改正：問題的提出：問題的提出：航帶模型仍存在偶然誤差和殘余的系統(tǒng)誤差航帶模型仍存在偶然誤差和殘余的系統(tǒng)誤差的影響，的影響，模型連接模型連接時誤差的累積使航帶產(chǎn)生變形，致使時誤差的累積使航帶產(chǎn)生變形，致使絕對定向后獲得的地面坐標(biāo)只是概略值絕對定向后獲得的地面坐標(biāo)只是概略值232012345623201234562320123456,iiiXaa Xa Ya Xa XYa Xa X YYbb Xb Yb Xb XYb Xb X YZcc Xc Yc Xc XYc Xc X Ya b c為待求參數(shù)改正方法：改正方法：用待定參數(shù)構(gòu)成的多項(xiàng)式來逼進(jìn)復(fù)

49、雜的變形曲面，用待定參數(shù)構(gòu)成的多項(xiàng)式來逼進(jìn)復(fù)雜的變形曲面，通過最小二乘擬合，使控制點(diǎn)處的變形值與實(shí)際相差最小，通過最小二乘擬合，使控制點(diǎn)處的變形值與實(shí)際相差最小，平差解求多項(xiàng)式的系數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)的改正，消除誤差的影響平差解求多項(xiàng)式的系數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)的改正，消除誤差的影響解決的辦法：解決的辦法：航帶網(wǎng)的非線性變形改正航帶網(wǎng)的非線性變形改正XUXYR VYZZW 觀測誤差的累計影響使觀測誤差的累計影響使X、Y、Z呈現(xiàn)明顯的誤差呈現(xiàn)明顯的誤差201234Ta a a a aXaa Xa Ya Xa XY01234誤差方程式：V=AX-LX=()()()GGGXXYYXXYYZZZZ四、航帶網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)平差四

50、、航帶網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)平差:由幾條航帶構(gòu)成一個區(qū)域，整體由幾條航帶構(gòu)成一個區(qū)域，整體平差解求平差解求各航帶的非線性變形改正系數(shù)各航帶的非線性變形改正系數(shù)，求得整個測區(qū)內(nèi)求得整個測區(qū)內(nèi)全部待定點(diǎn)的坐標(biāo)，主要過程：全部待定點(diǎn)的坐標(biāo)，主要過程：p各像對進(jìn)行各像對進(jìn)行連續(xù)像對相對定向：連續(xù)像對相對定向：得到像點(diǎn)在各自得到像點(diǎn)在各自 坐標(biāo)坐標(biāo)p模型連接：模型連接：求比例尺歸化系數(shù)，得到模型點(diǎn)在統(tǒng)一的航帶求比例尺歸化系數(shù)，得到模型點(diǎn)在統(tǒng)一的航帶 坐標(biāo)坐標(biāo) p各航帶模型的絕對定向各航帶模型的絕對定向：將模型點(diǎn)在統(tǒng)一：將模型點(diǎn)在統(tǒng)一 坐標(biāo)變換到坐標(biāo)變換到全區(qū)域統(tǒng)一的地面攝影測量坐標(biāo)系全區(qū)域統(tǒng)一的地面攝影測量坐標(biāo)系 （

51、各航帶坐標(biāo)重心化）（各航帶坐標(biāo)重心化）iiiiSu v w11 11111 1()Su v w Sx y z修正后的坐標(biāo)修正后的坐標(biāo)11 11Su v wDXYZp航帶網(wǎng)的非線性變形改正航帶網(wǎng)的非線性變形改正：平差整體解求航帶的非線性改正平差整體解求航帶的非線性改正系數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)的改正，得到改正后的坐標(biāo)值系數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)的改正，得到改正后的坐標(biāo)值獨(dú)立模型法解析空三基本思想：基本思想：每像對進(jìn)行每像對進(jìn)行獨(dú)立像對法相對定向：獨(dú)立像對法相對定向：得到模型點(diǎn)在每個像對得到模型點(diǎn)在每個像對的像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)的像空間輔助坐標(biāo)系的坐標(biāo)各模型進(jìn)行各模型進(jìn)行絕對定向：絕對定向：在滿足模型公共點(diǎn)（連接點(diǎn)）的

52、坐在滿足模型公共點(diǎn)（連接點(diǎn)）的坐標(biāo)應(yīng)相等及控制點(diǎn)的計算坐標(biāo)應(yīng)與實(shí)測坐標(biāo)相等的條件下，標(biāo)應(yīng)相等及控制點(diǎn)的計算坐標(biāo)應(yīng)與實(shí)測坐標(biāo)相等的條件下，平差整體解求每個模型的七個絕對定向元素，求出所有加平差整體解求每個模型的七個絕對定向元素，求出所有加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)（公共點(diǎn)取均值）密點(diǎn)的地面坐標(biāo)（公共點(diǎn)取均值）各單元模型分別進(jìn)行空間相似變換各單元模型分別進(jìn)行空間相似變換光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量一、光束法區(qū)域網(wǎng)基本思想一、光束法區(qū)域網(wǎng)基本思想以每張像片一束光線為單元，區(qū)域內(nèi)每張像片的控制點(diǎn)、以每張像片一束光線為單元，區(qū)域內(nèi)每張像片的控制點(diǎn)、加密點(diǎn)都列立加密點(diǎn)都列立共線條件方程式共線條件方程式建立全區(qū)域統(tǒng)一的誤差

53、方程，統(tǒng)一平差解算，整體解求建立全區(qū)域統(tǒng)一的誤差方程，統(tǒng)一平差解算，整體解求區(qū)域內(nèi)每張像片的區(qū)域內(nèi)每張像片的6個外方位元素個外方位元素所有加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)所有加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)TTSSStVABLXtdXdY dZ dddXdXdYdZ誤差方程： 1112121222TTTTTTA AA BtA LXB AB BB LNNutNNXu為計算方便，可消去一類未知為計算方便，可消去一類未知數(shù)，得到改化法方程（消去數(shù)，得到改化法方程（消去X）1111122212112222()()TNN NNtuN Nu法方程法方程加密（待定）點(diǎn)坐標(biāo)：多片前方交會加密（待定）點(diǎn)坐標(biāo)：多片前方交會11121321222

54、3xxyyvaXaYaZlvaXaYaZl 二、三種區(qū)域網(wǎng)平差方法的比較二、三種區(qū)域網(wǎng)平差方法的比較獨(dú)立模型法：獨(dú)立模型法：較航帶法嚴(yán)密較航帶法嚴(yán)密計算較費(fèi)時計算較費(fèi)時不能很好地消除系統(tǒng)誤差的影響，對粗差有較好的抵不能很好地消除系統(tǒng)誤差的影響，對粗差有較好的抵抗能力抗能力航帶法：航帶法：分步近似平差，不嚴(yán)密，精度較差分步近似平差，不嚴(yán)密，精度較差計算速度快，可以提供初始值計算速度快，可以提供初始值光束法：光束法：理論最嚴(yán)密，精度最高，成為解析空三的主流方法理論最嚴(yán)密，精度最高，成為解析空三的主流方法計算量最大計算量最大以像點(diǎn)坐標(biāo)為觀測值，對系統(tǒng)誤差反映最敏感，通過以像點(diǎn)坐標(biāo)為觀測值，對系統(tǒng)誤差

55、反映最敏感，通過自檢校自檢校法消除系統(tǒng)誤差，法消除系統(tǒng)誤差，達(dá)到厘米級精度達(dá)到厘米級精度可方便地加入粗差檢測，對粗差有較好的抵抗能力可方便地加入粗差檢測，對粗差有較好的抵抗能力三、解析空三的精度分析解析空三的精度分析誤差分布的規(guī)律誤差分布的規(guī)律1、最弱精度位于區(qū)域四周，平面控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在四周、最弱精度位于區(qū)域四周，平面控制點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在四周2、控制點(diǎn)稀疏布點(diǎn)時，理論精度隨區(qū)域的增大而降低；增大、控制點(diǎn)稀疏布點(diǎn)時，理論精度隨區(qū)域的增大而降低；增大旁向重疊度，可以提高理論精度旁向重疊度，可以提高理論精度3、周邊密集布點(diǎn)，光束法的精度不隨區(qū)域大小改變，是常數(shù)、周邊密集布點(diǎn)，光束法的精度不隨區(qū)域大小改變，

56、是常數(shù)4、高程理論精度取決于高程控制點(diǎn)間的跨度與區(qū)域大小無關(guān)、高程理論精度取決于高程控制點(diǎn)間的跨度與區(qū)域大小無關(guān)由平差可以得到坐標(biāo)的理論精度由平差可以得到坐標(biāo)的理論精度112200()()(TTTTttiiiiV PVtA PAA PL QA PAQr多余觀測）實(shí)際精度：通過多余控制點(diǎn)的地面實(shí)際測量坐標(biāo)與攝實(shí)際精度：通過多余控制點(diǎn)的地面實(shí)際測量坐標(biāo)與攝影測量加密坐標(biāo)值的差值（真誤差）估計點(diǎn)位精度：影測量加密坐標(biāo)值的差值（真誤差）估計點(diǎn)位精度：222(XXYYZZXXMnYYMnZZMn攝控攝控攝控）理論精度：反映偶然誤差的影響，與控制點(diǎn)點(diǎn)位的分布有關(guān)理論精度：反映偶然誤差的影響，與控制點(diǎn)點(diǎn)位的

57、分布有關(guān)實(shí)際情況：受偶然誤差和殘余系統(tǒng)誤差的綜合影響，理論精實(shí)際情況：受偶然誤差和殘余系統(tǒng)誤差的綜合影響，理論精度與實(shí)際精度有差異度與實(shí)際精度有差異實(shí)際的解算結(jié)果仍呈現(xiàn)明顯的系統(tǒng)誤差和不正常情況（如實(shí)際的解算結(jié)果仍呈現(xiàn)明顯的系統(tǒng)誤差和不正常情況（如光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度低于獨(dú)立模型法等），需進(jìn)一步進(jìn)光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度低于獨(dú)立模型法等），需進(jìn)一步進(jìn)行殘余系統(tǒng)誤差的改正行殘余系統(tǒng)誤差的改正GPS輔助空中三角測量簡介GPS定位技術(shù)定位技術(shù)定位特點(diǎn)：實(shí)時、快速、精確定位特點(diǎn)：實(shí)時、快速、精確給解析空三帶來怎樣的影響？給解析空三帶來怎樣的影響？將攝站的高精度三維坐標(biāo)做觀測值，以減少地面控制點(diǎn)，將攝站的高

58、精度三維坐標(biāo)做觀測值，以減少地面控制點(diǎn)，與攝影測量數(shù)據(jù)一起進(jìn)行聯(lián)合平差與攝影測量數(shù)據(jù)一起進(jìn)行聯(lián)合平差作業(yè)過程：作業(yè)過程：分別在地面基準(zhǔn)站和飛機(jī)設(shè)置至少兩臺分別在地面基準(zhǔn)站和飛機(jī)設(shè)置至少兩臺GPS接收機(jī)接收機(jī)GPS數(shù)據(jù)處理，解求攝站坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理，解求攝站坐標(biāo)將將GPS攝站坐標(biāo)視為帶權(quán)觀測值，與攝影測量數(shù)據(jù)攝站坐標(biāo)視為帶權(quán)觀測值，與攝影測量數(shù)據(jù)一起進(jìn)行聯(lián)合平差一起進(jìn)行聯(lián)合平差單差分方式相對動態(tài)單差分方式相對動態(tài)GPS定位示意圖定位示意圖帶帶GPS的航空攝影的航空攝影效果：效果：無失鎖、周跳等信號間斷，不考慮基準(zhǔn)，無失鎖、周跳等信號間斷，不考慮基準(zhǔn)，GPS攝站坐標(biāo)攝站坐標(biāo)可完全取代地面控制可完全取代

59、地面控制為解決基準(zhǔn)問題，改正由于失鎖、周跳等引起的系統(tǒng)誤為解決基準(zhǔn)問題，改正由于失鎖、周跳等引起的系統(tǒng)誤差，需加入少量控制差，需加入少量控制可用于生產(chǎn)可用于生產(chǎn)POS輔助空中三角測量 POS （Position & Orientation System）系統(tǒng)直接獲取攝影曝光時刻航攝儀的空間位置和姿態(tài)，即影像的外方位元素：1.差分GPS獲取高精度位置測量數(shù)據(jù)2. 高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)（INS） 輸出高采樣率的位置數(shù)據(jù)，通過差分GPS修正慣導(dǎo)系統(tǒng)可以獲取高精度、高采樣率的位置信息，慣導(dǎo)系統(tǒng)的精密陀螺可以輸出高精度的姿態(tài)數(shù)據(jù)機(jī)載POS系統(tǒng)的組成：a.慣性測量裝置(IMU)b.GPS接收機(jī)c.計算機(jī)系統(tǒng)d.

60、數(shù)據(jù)后處理團(tuán)建POS系統(tǒng)與航空攝影系統(tǒng)的集成： 將POS系統(tǒng)和航攝儀集成在一起，通過GPS載波相位差分定位獲取航攝儀的位置參數(shù)及慣性測量單元IMU測定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)，經(jīng)IMU、DGPS數(shù)據(jù)的聯(lián)合處理，可直接獲得測圖所需的每張像片6個外方位元素，從能夠大大減少乃至無須地面控制直接進(jìn)行航空影像的空間地理定位，為航空影像的進(jìn)一步應(yīng)用提供快速、便捷的技術(shù)手段。數(shù)字高程模型數(shù)字高程模型(DEM) 數(shù)字高程模型DEM（Digital Elevation Model）：是表示區(qū)域D上地形的三維向量有限序列. Vi=（Xi，Yi，Zi），），i=1，2，n 其中（Xi，Yi）D是平面坐標(biāo)，Zi是（Xi，Yi