河海大学摄影测量学课件下.ppt

摄影测量学测绘工程系李浩1 河海大学土木工程学院2003年4月2 目录第一章绪论1-1摄影测量的定义和任务1-2影像信息科学的形成与内涵1-3影像信息科学的组成第二章摄影的基本知识与影像误差处理2-1摄影原理与摄影机2-2黑白感光材料2-3摄影处理与像片晒印2-4航空摄影及摄影测量对摄影的基本要求2-5像片影像的误差及其处理3 第三章单张航摄像片解析3-1中心投影的基本知识3-2摄影测量常用坐标系3-3像片的内外方位元素3-4像点在不同坐标系中的变换3-5中心投影的构像方程(共线方程)3-6像点位移3-7单像空间后方交会目录4 第四章立体观察和立体量测4-1人眼的立体视觉4-2人造立体视觉4-3像对的立体观察4-4像对的立体量测第五章双像解析摄影测量5-1双像解析摄影测量概念5-2双像空间前方交会5-3单像空间后方交会及双像空间前方交会作业流程5-4解析相对定向及模型坐标计算5-5模型绝对定向5-6解析相对定向及解析绝对定向作业流程5-7单模型光束法(双像后方交会)目录5 第六章解析空中三角测量概述6-1解析空中三角测量的分类6-2单航带航带法空中三角测量概述6-3光束法空中三角测量概述第七章解析立体测图仪及立体测图作业7-1解析立体测图仪的基本原理7-2解析立体测图仪硬、软件构成7-3解析立体测图仪上的立体测图内业过程7-4航测立体测图作业工序流程目录6 第八章数字地面模型概述第九章像片纠正、正射投影技术及综合法测图9-1像片纠正的概念与分类9-2透视投影变换纠正（常规纠正）9-3数字纠正9-4综合法测图目录7 第十章数字摄影测量基础知识10-1数字影像10-2基于灰度的影像匹配10-3同名核线与一维匹配概念10-4数字摄影测量系统及数字摄影测量生产第十一章摄影测量的外业11-1像片控制点联测11-2像片调绘目录8 第八章数字地面模型概述一、数字地面模型的定义数字地面模型（DigitalTerrainModels）：地面信息的数字表达。数字高程模型（DigitalElevationModel)：地面高程信息（起伏形态）的数字表达。二、数字地面模型的表示方式数据点集：数据点不均匀分布时数据点规则分布时返回目录9 第八章数字地面模型概述三、数字地面模型数据点的获取1、全站仪实地测量方式2、数字化已有地形图方式3、摄影测量或遥感方式四、数字地面模型的内插算法在一定范围内，根据若干已知数据点，插值计算出某未知点处的高程的算法。例：双线性内插返回目录10 线路设计地面坡度坡向计算分类（土地利用规划）地表形态的面积、体积测算（工程土石方量计算）库容估计，洪水预报飞行导航地形透视观察测绘成图当A,B,C,D分布为正方形时，有五、数字地面模型的应用（举例）第八章数字地面模型概述返回目录11 一、像片纠正与像片平面图像片纠正：消除像片倾斜引起的像点位移，并限制或消除地形起伏引起的像点位移，将影像归化为成图比例尺的技术过程。像片平面图（正射影像图）：按图幅的具有规定比例尺的（地面）物体的正射投影影像。二、像片纠正的原理与分类1.透视投影变换纠正（常规纠正）对平坦地区像片，在光学纠正仪上经透视投影变换实现纠正的技术。§9－1像片纠正的概念与分类第九章正射影像技术及综合法测图返回目录12 §9－1像片纠正的概念与分类第九章正射影像技术及综合法测图SABCDabcdP返回目录13 透视投影变换纠正特点：1、使用光学纠正仪作业2、适用于平坦地区的影像作业3、整张像片经透视投影变换一次完成纠正4、投影晒印得到的规定比例尺的正射影像分辨率高§9－1像片纠正的概念与分类第九章正射影像技术及综合法测图对水平地面摄取的水平像片的影像即是地面正射影影像对平坦地区（地面起伏引起的像点位移可忽略不计）只需消除像片倾斜引起的像点位移，即可得到正射影像。返回目录14 2、微分纠正对起伏地区，在正射投影仪上，将影像分解成小面元的集合，以小面元为纠正单元，经投影变换实现纠正的技术。§9－1像片纠正的概念与分类第九章正射影像技术及综合法测图sZDXYXAYAZAXA小面元P返回目录15 微分纠正特点：1、使用正射投影仪作业2、适用于起伏地区（消除倾斜位移及高差位移）3、作业依赖于立体测图仪或DEM提供的地面几何模型4、成果为逐面元晒印得到规定比例尺的正射影像§9－1像片纠正的概念与分类第九章正射影像技术及综合法测图通常由立体测图仪提供（小面元a对应的)地面单元物方坐标A(X,Y,Z），由已建立的物像关系保证A，a对应，根据（X,Y）及像片上小面元a内的影像灰度，依比例尺晒印出正射影像。返回目录16 3、数字纠正对各类地区，在数字摄影测量系统上，以数字图像的像元为纠正单元，根据已建立的物像关系及DEM，逐像元的经数字投影变换实现纠正的技术。数字纠正的特点：1、使用数字摄影测量系统作业2、适用于各类地区，是逐像元的严格纠正3、作业所需DEM可在同一系统中自动生成4、成果为数字正射影像§9－1像片纠正的概念与分类第九章正射影像技术及综合法测图返回目录17 一、平坦地区的高差限制原始水平像片（主距f，比例尺1/m）p上，所得正射像片（比例尺1/M）上，若取△h＝±0.4（mm)（按地形图精度）则有h=±0.0004(m)得高差限制（m)§9－2透视投影变换纠正（常规纠正）第九章正射影像技术及综合法测图返回目录18 二、透视变换纠正所需的控制点及仪器自由度平坦地区的中心投影构像方程式（透视变换）为：§9－2透视投影变换纠正（常规纠正）第九章正射影像技术及综合法测图返回目录19 若采用解析计算，则需四个控制点列出8个方程式，解得8个参数，从而建立物像关系式。仪器自由度：仪器上的独立运动。显然，光学纠正仪须具有8个自由度三、纠正仪上纠正对点技术纠正仪：通过透视投影变换实现像片纠正的专门光学仪器。§9－2透视投影变换纠正（常规纠正）第九章正射影像技术及综合法测图返回目录20 纠正对点：在纠正仪上，运动仪器自由度，使像片控制点在承影面上的投影与图底上相应点位重合，建立像片与图底透视关系的技术过程。四、像平面图的制作过程1、像片平面图的制作a、图底准面绘制图底；按图比例尺展绘控制点A、B、C、D；整饰b、纠正对点使像片上a、b、c、d点的投影与A、B、C、D重合误差≤±0.4mmc、投影晒像承影面上放上像纸，经曝光、摄影处理后得到按成图比例尺的正射像片§9－2透视投影变换纠正（常规纠正）第九章正射影像技术及综合法测图返回目录21 d、像片镶嵌若干张正射像片割去重叠部分，按图幅拼接成像片平面图2、像片平面图的质量评定a、图面质量§9－2透视投影变换纠正（常规纠正）第九章正射影像技术及综合法测图影像清晰、色调均匀、反差适中镶嵌线密合（无影像重复或丢失）整饰、注记完整返回目录22 a、图面质量§9－2透视投影变换纠正（常规纠正）第九章正射影像技术及综合法测图控制点上纠正对点误差≤0.4mm镶嵌线上地物衔接误差≤1mm返回目录23 一、直接法数字纠正1、获取原始像片的数字影像2、依据已建立的物像关系式及DEM逐像元地将原始数字影像投影至物方坐标系，得{(X,Y,Z,D)}投影过程是一个趋近过程§9－3数字纠正第九章正射影像技术及综合法测图saApDEMsDEM内插返回目录DEM内插24 计算公式为：3、正射影像的生成依据{(X,Y,D)},进行图像的重采样生成正射影像。4、数字正射影像镶嵌制作正射影像图（像片平面图）9－3数字纠正第九章正射影像技术及综合法测图返回目录25 二、间接法数字纠正1、获取原始像片的数字影像2、依据已建立的物像关系及DEM，逐像元地将正射影像的像元投影至原始影像，得§9－3数字纠正第九章正射影像技术及综合法测图返回目录26 投影过程一次计算完成计算公式：共线方程式3、正射影像生成在原始影像上内插出各投影点上的灰度值D,并赋给正射影像上的相应像元。4、数字正射影像镶嵌制作正射影像图（像片平面图）§9－3数字纠正第九章正射影像技术及综合法测图返回目录27 综合法测图作业流程§9－4航测综合法测图第九章正射影像技术及综合法测图国家平高控制②像片联测①航空摄影③控制点加密④像片纠正制作像片平面图⑤像片平面图调绘及地貌测绘（外业）⑥制作影像地形图返回目录28 综合法测图的特点：1、适用于地面较平坦的地区；2、相对经纬仪测量方法而言，综合法作业速度快，劳动强度低；3、相对立体测图方法而言，综合法仍有二次外业，作业效率不高（是摄影测量方法与经纬仪测量方法相结合的作业方式）；§9－4航测综合法测图第九章正射影像技术及综合法测图返回目录29 第十章数字摄影测量基础知识数字摄影测量：基于数字影像与摄影测量基本原理，应用计算机技术，数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论方法，提取所摄目标用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。SoftCopyPhotogrammetryAllDigitalPhotogrammetry返回目录30 第十章数字摄影测量基础知识摄影测量三个发展阶段的比较：代表性理论方法作业性质发展状况模拟摄影测量光学、机械投影交会机械辅助测图已过时（成熟）解析摄影测量数字投影交会、平差计算机辅助测图正在过时（成熟）数字摄影测量影像匹配、模式识别自动化测绘及迅速发展中，信息处理成熟部分进入生产返回目录31 第十章数字摄影测量基础知识摄影测量三个发展阶段的比较：应用时间典型设备主要测绘产品20世纪初～90年代初模拟立体测图仪模拟线划图20世纪70年代中～至今解析立体测图仪模拟/数字线划图20世纪90年代初～至今数字摄影测量系统DEM,DOM,DLG,DRG返回目录32 数字式传感器对目标拍摄数字影像的获取将光学影像数字化一、数字影像最小影像单元称为像元或像素（Pixel)§10－1数字影像第十章数字摄影测量基础知识返回目录33 矩阵表示§10－1数字影像第十章数字摄影测量基础知识返回目录34 二、光学影像数字化过程1、采样——对影像几何空间（像平面）的离散化，取得像元点位。采样间隔（通常取与像元边长相等）可取12.5,25,50,100,(μm)2、量化——对影像灰度空间的离散化，取得各像元的灰度值。量化级别可取(i通常取6、7、8）§10－1数字影像第十章数字摄影测量基础知识返回目录35 三、数字影像内定向影像内定向：将仪器坐标系中的像点坐标转换为像平面坐标系中坐标的过程。通常采用仿射变换其中变换系数由四个框标的仪器坐标及相应像平面坐标代入上式解得。§10－1数字影像第十章数字摄影测量基础知识返回目录36 影像匹配：根据某种相似性尺度评判两张像片上子区域（影像相关)(窗口）内影像的相似性，以确定同名像点的过程。基于灰度的影像匹配：直接探求窗口影像的灰度分布相似性的匹配法。基于特征的影像匹配：先提取窗口影像中的特征，再探求特征相似性的匹配法。§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录37 ※相关函数两个随机信号x(t),y(t)的相关函数为实用估式为§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录38 当,称为自相关,有摄影测量的同名窗口信号间为互相关，但亦具有以上自相关性质。§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识ttt000ττ=0返回目录或39 ※τ的摄影测量意义§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识a1a2a2a1返回目录40 ※信号相似性测度设二维信号1、相关函数2、协方差函数是中心化的相关函数§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录41 2、相关系数是标准化的协方差函数§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录42 一、相关系数法相似性尺度为两窗口内影像（灰度分布）的相关系数。1、匹配方法§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录43 依次在搜索区内取出与目标区同样大小的子窗口,并计算目标窗口与搜索子窗口的影像相关系数ρ；ρ最大的子窗口即为匹配窗口；目标窗口中心像元，与匹配窗口中心像元为同名像元。2、计算公式§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录44 式中§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录45 二、高精度最小二乘匹配法在一个平差系统中，引入变换参数以低偿两个匹配窗口之间的几何及辐射差异，解求匹配点位移的算法。匹配精度可达1/10～1/100像元§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录46 设窗口影像之间的几何变形为：又设窗口影像之间的辐射变化有线性化后，得匹配的误差方程式平差解得变换参数后，也可得到的匹配点位§10－2基于灰度的影像匹配第十章数字摄影测量基础知识返回目录47 一、同名核线核面：通过摄影基线且与像平面相交的任一平面。核线：核面与像平面的交线。同名核线：同一核面与像对相交所得的一对核线。（特性：同名像点必然位于同名核线上。）§10－3同名核线与一维匹配概念第十章数字摄影测量基础知识返回目录48 二、一维匹配把原始影像转为行方向与核线方向一致的影像，则匹配搜索只需沿行方向进行，由此二维匹配转化为一维匹配。§10－3同名核线与一维匹配概念第十章数字摄影测量基础知识返回目录49 一、系统硬件影像扫描数字化仪计算机立体观测装置闪闭式立体眼睛及同步器手轮，脚盘（编码器）输出设备绘图仪§10－4数字摄影测量系统第十章数字摄影测量基础知识返回目录50 §10－4数字摄影测量系统第十章数字摄影测量基础知识51 二、系统软件（VirtuoZoNT)基本模块包括：1、基本数据管理模块a、基本数据、影像输入及参数设置b、图廓整饰c、数据输出d、三维立体景观显示2、定向模块a、全自动内定向b、全自动相对定向c、半自动绝对定向d、生成核线影像§10－4数字摄影测量系统第十章数字摄影测量基础知识返回目录52 3、匹配模块a、影像匹配预处理b、影像匹配c、匹配编辑4、DEM生成模块a、自动生成DEMb、DEM自动拼接c、自动绘制等高线5、正射影像生成模块a、自动生成数字正射影像§10－4数字摄影测量系统第十章数字摄影测量基础知识返回目录53 备选模块包括：1、卫星影像测图模块2、近景测量模块3、自动空中三角测量模块···§10－4数字摄影测量系统第十章数字摄影测量基础知识b、正射影像和等高线叠合c、正射影像镶嵌6、数字测图模块a、人机交互式立体测绘b、线划要素半自动提取返回目录54 三、系统结构及工作流程（VirtuoZo.NT）§10－4数字摄影测量系统第十章数字摄影测量基础知识准备工作模块（参数文件的建立）自动空中三角测量定向模块自动内定向自动相对定向半自动绝对定向返回目录55 §10－4数字摄影测量系统第十章数字摄影测量基础知识预处理（特征点线的提取）核线影像生成平坦城市地区的匹配及编辑影像匹配匹配编辑地物测绘立体测绘线划要素半自动提取第三方高程信息输入、构建三角网DEM生成与拼接正射影像的生成等高线生成及自动注记正射影像镶嵌等高线编辑返回目录56 §10－4数字摄影测量系统第十章数字摄影测量基础知识正射影像图等高线要素地物要素地图整饰四、系统测绘成果DigitalElevationModelDigitalOrthophotoMapDigitalLineGraphDigitalRasterGraph返回目录57 §11－1像片控制点的联测第十一章摄影测量的外业58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 像片联测：在实地依据若干国家平高控制点，利用外业仪器测定出所选像片控制点的地面坐标，并在像片上标示出点位的工作。作业流程：制定联测计划实地踏勘选点像控点的刺点、整饰得控制像片外业观测、计算得控制成果表控制像片联测成果控制成果表§11－1像片控制点的联测第十一章摄影测量的外业返回目录71 一、像片控制点的选择1、像片控制点位置的基本要求点分布在航向三度重叠中线和旁向重叠中线附近点距像片边缘大于1.5cm2、像片分布点的布点方案全野外布点稀疏布点（1）全野外布点摄影测量像控点全部由外业测定§11－1像片控制点的联测第十一章摄影测量的外业返回目录72 a、用于像片纠正的布点方案（透视变换）§11－1像片控制点的联测第十一章摄影测量的外业②①⑤①②③④隔片纠正逐片纠正返回目录73 b、用于立体测图的布点方案§11－1像片控制点的联测第十一章摄影测量的外业②③④返回目录74 （2)稀疏布点外业只测量少数像控点的坐标，其余像控点的选择及坐标测定通过内业空中三角测量加密完成。§11－1像片控制点的联测第十一章摄影测量的外业返回目录75 二、像片控制点位置的标定§11－1像片控制点的联测第十一章摄影测量的外业返回目录76 77 78 一、判读标志判读：根据影像识别地物判读标志：形状、大小、色调、阴影、相互关系§11－2像片调绘第十一章摄影测量的外业像片调绘：根据地物在像片上的构像规律，在现场对像片判读调查，识别影像的实质内容，并将相应信息按成图要求综合取舍后，用规定的符号表示在像片（图）上的技术过程。调绘成果：调绘像片返回目录79 二、调绘方法1、准备工作资料准备：航片、现有图、测区相关资料、调绘技术指导书等。调绘面积划分：按图幅分工，去用航片（隔片）。§11－2像片调绘第十一章摄影测量的外业每片的调绘面积分界线选在航向、旁向重叠中线附近。平坦地区用直线（折线）。起伏地区，像片东南边用直线（折线），西边由邻边立体转绘而得。返回目录80 2、调绘方法设计好调绘路线现场调绘（走到看到）调绘像片的清绘整饰（及时完成）a、综合取舍原则根据地物、地貌在国民经济建设中作用来取舍（统筹兼顾）根据地物密集程度取舍根据成图比例尺取舍根据地区、地形特点取舍§11－2像片调绘第十一章摄影测量的外业返回目录81 b、调绘内容测量控制点居民地独立地物管线、垣栅、境界道路水系地貌、土质植被地名§11－2像片调绘第十一章摄影测量的外业返回目录82 附录新型传感器及其应用83 激光扫描范围图像像幅机载数码成像系统84 85 86 使用GPS和惯性测量器IMU进行确的飞机定位和测绘激光测绘和测高系统（简称：激光雷达）87 系统结构图88 LIDAR数据采集了所有表面的信息城市规划模型89 90 91 数字城市移动扫描仪92 93 94 95 96 97 98 99 作业三1.什么是数字地面模型(DEM)?DEM在摄影测量中有和作用?2.什么是像片纠正?试述间接法数字纠正的过程.3.试述航测综合法测图的特点及作业流程.4.影像内定向的目的是什么?数字摄影测量的影像内定向是如何完成的?100 谢谢2003年4月`101