数字摄影测量学习教案.pptx
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1、会计学1数字数字(shz)摄影测量摄影测量第一页,共56页。2023/2/72数字数字(shz)摄影测量摄影测量Digital Photogrammetry第1页/共56页第二页,共56页。2023/2/73(一)数字摄影测量概述(一)数字摄影测量概述 (二)影像数字化及影像重采样(二)影像数字化及影像重采样 (三)基于灰度的影像相关(三)基于灰度的影像相关 (四)同名核线的确定与核线相关(四)同名核线的确定与核线相关(五)基于特征(五)基于特征(tzhng)(tzhng)的影像匹的影像匹配配(六)数字摄影测量系统(六)数字摄影测量系统(DPSDPS)数字摄影数字摄影数字摄影数字摄影(shyn
2、g)(shyng)测量测量测量测量第2页/共56页第三页,共56页。2023/2/74为能利用摄影测量方法获取为能利用摄影测量方法获取(huq)地面目标的几何信息,首先必须对影像进行量测。无论在模拟摄影测量阶段,还是解析摄影测量阶段,量测工作均需要人工进行。地面目标的几何信息,首先必须对影像进行量测。无论在模拟摄影测量阶段,还是解析摄影测量阶段,量测工作均需要人工进行。(一)数字(一)数字(shz)(shz)摄影测量摄影测量概述概述 v例如:在立体坐标量测仪上进行像点坐标立体量测,或在模例如:在立体坐标量测仪上进行像点坐标立体量测,或在模拟测图仪上进行定向、测绘地物与地貌拟测图仪上进行定向、测
3、绘地物与地貌(dmo)时,都要人时,都要人眼在立体观察情况下使左右测标对准左右同名像点。眼在立体观察情况下使左右测标对准左右同名像点。随着现代科学技术的发展,摄影测量工作者一直在研究如何用计算机代替人完成一些摄影测量任务,如同名像点的量测及建立立体模型等。这就是自动化测图的重要内容。随着现代科学技术的发展,摄影测量工作者一直在研究如何用计算机代替人完成一些摄影测量任务,如同名像点的量测及建立立体模型等。这就是自动化测图的重要内容。早期的自动化测图(早期的自动化测图(1950年美国研制了第一台)是将像片上的灰度信号转化为电信号,利用电子相关技术实现自动化量测。年美国研制了第一台)是将像片上的灰度
4、信号转化为电信号,利用电子相关技术实现自动化量测。第3页/共56页第四页,共56页。2023/2/75随着计算机技术的发展随着计算机技术的发展(fzhn),将电信号转变成数字信号,由计算机来实现相关运算,这种方法称为数字相关(,将电信号转变成数字信号,由计算机来实现相关运算,这种方法称为数字相关(Digital Correlation)。)。v20世纪世纪60年代初美国研制的自动解析测图仪年代初美国研制的自动解析测图仪SA-11B-X及及RASTER均均利用数字相关技术利用数字相关技术(jsh)。到了。到了80年代,对数字相关的研究占了统年代,对数字相关的研究占了统治地位。治地位。利用数字利用
5、数字(shz)灰度信号,采用数字灰度信号,采用数字(shz)相关技术量测同名像点,在此基础上通过解析计算,进行相对定向和绝对定向,建立数字相关技术量测同名像点,在此基础上通过解析计算,进行相对定向和绝对定向,建立数字(shz)立体模型,从而建立立体模型,从而建立 DEM、绘制等高线、制作、绘制等高线、制作 DOM以及为以及为GIS提供基础信息等。这就是数字提供基础信息等。这就是数字(shz)摄影测量。摄影测量。由于整个过程都是以数字由于整个过程都是以数字(shz)形式在计算机中完成,因而又称为全数字形式在计算机中完成,因而又称为全数字(shz)化摄影测量。化摄影测量。第4页/共56页第五页,共
6、56页。2023/2/76实现数字影像自动测图的系统称为数字摄影实现数字影像自动测图的系统称为数字摄影(shyng)测量系统测量系统DPS(Digital Photogrammetric System)或数字摄影)或数字摄影(shyng)测量工作站测量工作站DPW(Digital Photogrammetric Workstation)。)。v这种系统不同于其它自动化测图仪,它即没有模拟测图仪,这种系统不同于其它自动化测图仪,它即没有模拟测图仪,也没有解析测图仪,它实质上是一个普通的计算机影像数据也没有解析测图仪,它实质上是一个普通的计算机影像数据处理系统,其硬设备就是处理系统,其硬设备就是(
7、jish)影像数字化装置、影像或影像数字化装置、影像或图形输出装置及电子计算机,而由事先编制好的置于计算机图形输出装置及电子计算机,而由事先编制好的置于计算机中的软件系统来完成各种摄影测量处理工作。因此,这种系中的软件系统来完成各种摄影测量处理工作。因此,这种系统的功能主要取决于计算机及软件系统的功能。统的功能主要取决于计算机及软件系统的功能。19881988年京都第年京都第1616届届ISPRSISPRS,标志着数字摄影,标志着数字摄影(shyng)(shyng)测量在迅速发展。测量在迅速发展。19921992年华盛顿第年华盛顿第1717届届ISPRSISPRS,标志着数字摄影,标志着数字摄
8、影(shyng)(shyng)测量正在走向实用,并步入测量正在走向实用,并步入摄影摄影(shyng)(shyng)测量生产。测量生产。19961996年维也纳召开的第年维也纳召开的第1818届届ISPRSISPRS,实现了摄影,实现了摄影(shyng)(shyng)测量几何处理的自动化,测量几何处理的自动化,并把并把GPSGPS技术引入摄影技术引入摄影(shyng)(shyng)测量,以确定摄影测量,以确定摄影(shyng)(shyng)时的方位元素。时的方位元素。第5页/共56页第六页,共56页。2023/2/77数字摄影测量系统数字摄影测量系统 DPS之所以受到广泛重视之所以受到广泛重视(
9、zhngsh),是因为它的功能优越于解析测图仪,更远远超过模拟测图仪。,是因为它的功能优越于解析测图仪,更远远超过模拟测图仪。v模拟时代的摄影测量作业大部分依赖于各种各样模拟时代的摄影测量作业大部分依赖于各种各样(zhn yn)的摄影测量仪器。如坐标量测仪、纠正仪、正射投影仪等的摄影测量仪器。如坐标量测仪、纠正仪、正射投影仪等等。每种仪器均各具不同的用途,其设计、结构、通用性、灵活等。每种仪器均各具不同的用途,其设计、结构、通用性、灵活性、精度、输入输出等亦各异。性、精度、输入输出等亦各异。v解析解析(ji x)测图仪则前进了一大步:在一台解析测图仪则前进了一大步:在一台解析(ji x)测图仪
10、上便可完测图仪上便可完成多种不同类型的任务。成多种不同类型的任务。v而数字摄影测量系统则又在解析测图仪的基础上前进了一大步:集各种功而数字摄影测量系统则又在解析测图仪的基础上前进了一大步:集各种功能于一体,且其应用范围也将大大扩展。能于一体,且其应用范围也将大大扩展。第6页/共56页第七页,共56页。2023/2/78数字摄影测量工作站数字摄影测量工作站DPW除了能胜任解析除了能胜任解析(ji x)测图仪的一切任务外,尚具有许多新的功能,如:测图仪的一切任务外,尚具有许多新的功能,如:影像位移的去除、任意方式的纠正、反差的扩展、多幅影像影像位移的去除、任意方式的纠正、反差的扩展、多幅影像的比较
11、分析、图像识别、影像数字相关、以及数据库的管理的比较分析、图像识别、影像数字相关、以及数据库的管理(gunl)等等;等等;通过显示器还可观察通过显示器还可观察(gunch)数字图像以及框标、控制点、连接点、数字图像以及框标、控制点、连接点、DEM及其它所需特征;及其它所需特征;易于实现用于整体检查和质量控制的图形显示或叠合,甚至进行易于实现用于整体检查和质量控制的图形显示或叠合,甚至进行立体显示;可对图像自动进行所需要的特征提取;具有实时数据立体显示;可对图像自动进行所需要的特征提取;具有实时数据获取和处理的能力。等等。获取和处理的能力。等等。第7页/共56页第八页,共56页。2023/2/7
12、9目前数字摄影目前数字摄影(shyng)测量系统仍处于发展的时期,其自动化功能仅限于几何处理,即可进行自动内定向、相对定向,自动建立测量系统仍处于发展的时期,其自动化功能仅限于几何处理,即可进行自动内定向、相对定向,自动建立DEM、制作、制作DOM。其它工作要作采用自动或人工的方式进行。其它工作要作采用自动或人工的方式进行。特别是地物的测绘特别是地物的测绘(chu),目前全部是人工交互方式。,目前全部是人工交互方式。数字数字(shz)摄影测量系统摄影测量系统第8页/共56页第九页,共56页。2023/2/710数字影像的产生:数字影像的产生:直接从空间飞行器中的扫描式传感器产生;直接从空间飞行
13、器中的扫描式传感器产生;利用影像数字化器对摄取的像片通过利用影像数字化器对摄取的像片通过(tnggu)影像数字化过程获得。影像数字化过程获得。(二)影像(二)影像(yn xin)(yn xin)数字化数字化与影像与影像(yn xin)(yn xin)重采样重采样 Vexcel Ultra5000专业专业(zhuny)航片航片扫描仪扫描仪第9页/共56页第十页,共56页。2023/2/711一、影像一、影像一、影像一、影像(yn xin)(yn xin)数字化仪数字化仪数字化仪数字化仪有多种,主要有多种,主要(zhyo)有:电子光学扫描器和固体阵列式数字化器等。有:电子光学扫描器和固体阵列式数字
14、化器等。电子光学电子光学(gungxu)扫描器扫描器主要分:滚筒式和平台式两类。主要分:滚筒式和平台式两类。xy光源光源第10页/共56页第十一页,共56页。2023/2/712一、影像一、影像一、影像一、影像(yn xin)(yn xin)数字化仪数字化仪数字化仪数字化仪在一条线上可以在一条线上可以(ky)排列到排列到2048个传感器。亦可由多组个传感器。亦可由多组 2048个传感器串联成更长的线阵列。在一个面积上可以个传感器串联成更长的线阵列。在一个面积上可以(ky)排列成面阵列式传感器。排列成面阵列式传感器。固体阵列式数字化器固体阵列式数字化器是使用是使用(shyng)在一条线上或者是在
15、一个面积上排列的半导体传感器(电荷耦合装置在一条线上或者是在一个面积上排列的半导体传感器(电荷耦合装置CCD),对像片进行数字化,而无需使用),对像片进行数字化,而无需使用(shyng)扫描头的移动。扫描头的移动。第11页/共56页第十二页,共56页。2023/2/713二、影像二、影像二、影像二、影像(yn xin)(yn xin)数字化过程数字化过程数字化过程数字化过程影像数字化:将透明正片影像数字化:将透明正片(zhngpin)(或负片)放在影像数字化器上,把像片上像点的灰度值用数字形式记录下来的过程。(或负片)放在影像数字化器上,把像片上像点的灰度值用数字形式记录下来的过程。Vexce
16、l Ultra5000专业专业(zhuny)航片扫描仪航片扫描仪影像的灰度影像的灰度又称为光学密度。透明像片(正片或负片)上影像的灰度值,反映了它透明的程度,即透光的能力。又称为光学密度。透明像片(正片或负片)上影像的灰度值,反映了它透明的程度,即透光的能力。第12页/共56页第十三页,共56页。2023/2/714二、影像二、影像二、影像二、影像(yn xin)(yn xin)数字化过程数字化过程数字化过程数字化过程影像影像(yn xin)的灰度的灰度设投影在透明像片设投影在透明像片(xin pin)上的光通量为上的光通量为F0,而透过透明像片,而透过透明像片(xin pin)后的光通量为后
17、的光通量为F,则,则F与与F0之比称为透过率之比称为透过率 T,F0与与F之比称为不透过率之比称为不透过率 O:因此,像点愈黑,则透过的光通量愈小,不透过率愈大,所以,透过率和不透过率都可以说明影像黑白的程度。因此,像点愈黑,则透过的光通量愈小,不透过率愈大,所以,透过率和不透过率都可以说明影像黑白的程度。第13页/共56页第十四页,共56页。2023/2/715二、影像二、影像二、影像二、影像(yn xin)(yn xin)数字化过程数字化过程数字化过程数字化过程影像影像(yn xin)的灰度的灰度但是,人眼对明暗但是,人眼对明暗(mn n)程度的感觉是按对数关系变化的。为了适应人眼的视觉,
18、在分析影像的性能时,不直接用透过率或不透过率表示其黑白程度,而用不透过率的对数值表示:程度的感觉是按对数关系变化的。为了适应人眼的视觉,在分析影像的性能时,不直接用透过率或不透过率表示其黑白程度,而用不透过率的对数值表示:D称为影像的灰度称为影像的灰度,当光线全部透过时,即透过率为,当光线全部透过时,即透过率为1,则影像的灰度为,则影像的灰度为0;当光通量仅透过百分之一,即不透过率是;当光通量仅透过百分之一,即不透过率是100时,则影像的灰度为时,则影像的灰度为2,实际的航空底片的灰度一般在至范围之内。,实际的航空底片的灰度一般在至范围之内。第14页/共56页第十五页,共56页。2023/2/
19、716二、影像二、影像二、影像二、影像(yn xin)(yn xin)数字化过程数字化过程数字化过程数字化过程采样:在像片上像点是连续分布的,但在影像数字化过程采样:在像片上像点是连续分布的,但在影像数字化过程(guchng)中不可能将每一个连续的像点全部数字化,而只能每隔一个间隔(中不可能将每一个连续的像点全部数字化,而只能每隔一个间隔()读一个点的灰度值,这个过程)读一个点的灰度值,这个过程(guchng)称为采样,称为采样,称为采样间隔。称为采样间隔。采样采样(ci yn)与量化与量化影像数字化过程包括采样影像数字化过程包括采样(ci yn)与量化两项内容。与量化两项内容。采样后是不连续
20、的等间隔序列,采样过程会给影像的灰度带来误差。所以采样间隔越小越好。但是采样间隔越小,数据量越大。采样后是不连续的等间隔序列,采样过程会给影像的灰度带来误差。所以采样间隔越小越好。但是采样间隔越小,数据量越大。第15页/共56页第十六页,共56页。2023/2/717二、影像二、影像二、影像二、影像(yn xin)(yn xin)数字化过程数字化过程数字化过程数字化过程量化:通过采样过程得到的每个点的灰度值不是整数,不方便量化:通过采样过程得到的每个点的灰度值不是整数,不方便(fngbin)计算。为此,应将各点的灰度值取为整数,这个一过程称为影像灰度的量化。计算。为此,应将各点的灰度值取为整数
21、,这个一过程称为影像灰度的量化。采样采样(ci yn)与量化与量化影像数字化过程包括采样影像数字化过程包括采样(ci yn)与量化两项内容。与量化两项内容。其方法是将透明像片有可能出现的最大灰度变化范围进行等分,等分的数目称为其方法是将透明像片有可能出现的最大灰度变化范围进行等分,等分的数目称为“灰度等级灰度等级”,然后将每个点的灰度值在其相应的灰度等级内取整,取整的原则是四舍五入。然后将每个点的灰度值在其相应的灰度等级内取整,取整的原则是四舍五入。第16页/共56页第十七页,共56页。2023/2/718二、影像二、影像二、影像二、影像(yn xin)(yn xin)数字化过程数字化过程数字
22、化过程数字化过程量化:量化:采样与量化采样与量化影像数字化过程影像数字化过程(guchng)包括采样与量化两项内容。包括采样与量化两项内容。由于数字计算机中数字均用二进制表示,因此由于数字计算机中数字均用二进制表示,因此(ync)灰度等级一般都取为灰度等级一般都取为2m(m是正整数)。是正整数)。当当m=1时,灰度只有黑白两级,当时,灰度只有黑白两级,当m=8时,则得时,则得256个灰度级。其中,级数是介于个灰度级。其中,级数是介于0255之间,之间,0为黑,为黑,255为白,每个像元素的长度值占为白,每个像元素的长度值占8bit,即一个字节。,即一个字节。第17页/共56页第十八页,共56页
23、。2023/2/719三、数字影像的构成三、数字影像的构成三、数字影像的构成三、数字影像的构成(guchng)(guchng)经过影像数字化以后经过影像数字化以后(yhu)得到的数字影像是一个二维的数字矩阵:得到的数字影像是一个二维的数字矩阵:矩阵的每个元素称一个矩阵的每个元素称一个(y)元素元素(Pixel=Picture element)。对各像元素所赋予的灰度值。对各像元素所赋予的灰度值g(m,n)一般在一般在0255之间某个整数,代表像元素的黑白程度。矩阵的每一行对应于一个之间某个整数,代表像元素的黑白程度。矩阵的每一行对应于一个(y)扫描行。扫描行。第18页/共56页第十九页,共56
24、页。2023/2/720三、数字影像的构成三、数字影像的构成三、数字影像的构成三、数字影像的构成(guchng)(guchng)第19页/共56页第二十页,共56页。2023/2/721四、数字影像内定向四、数字影像内定向四、数字影像内定向四、数字影像内定向(dn xin)(dn xin)在摄影测量中常取用以像主点为原点的像平面坐标来建立像点与地面在摄影测量中常取用以像主点为原点的像平面坐标来建立像点与地面(dmin)点的坐标关系。点的坐标关系。数字影像内定向:数字影像内定向:由于在像片扫描的数字化过程中,像片的扫描坐标系与像平面由于在像片扫描的数字化过程中,像片的扫描坐标系与像平面坐标系不平
25、行坐标系不平行,且,且坐标原点不同坐标原点不同,所以同一像点的像平面坐标,所以同一像点的像平面坐标 x,y与其扫描坐标与其扫描坐标x,y不相等不相等,需要加以换算,这种换算称为,需要加以换算,这种换算称为 数字影像内定向数字影像内定向。第20页/共56页第二十一页,共56页。2023/2/722四、数字影像内定向四、数字影像内定向四、数字影像内定向四、数字影像内定向(dn xin)(dn xin)其数值由像片其数值由像片(xin pin)上四个框标的扫描坐标及其相应的像平面坐标(视为理论值)组成误差方程式,用平差运算求得。上四个框标的扫描坐标及其相应的像平面坐标(视为理论值)组成误差方程式,用
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