數(shù)字攝影測量學要點解析

1、數(shù)字攝影測量復習要點（2016.5）1、攝影測量發(fā)展歷程模擬攝影測量（1851-1970）模擬攝影測量主要是根據(jù)攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)，反求地面點的空間位置。它所采用的儀器為光學投影器、機械投影器或光學 -機械投影器模擬攝影過程， 用光線交會被攝物體的空間位置。解析攝影測量（1950-1980）1957年，helava提出用“數(shù)字投影代替”物理投影，數(shù)字投影就是利用電 子計算機實時的進行共線方程的解算，從而交會出被攝物體的空間位置。數(shù)字攝影測量（1970-現(xiàn)在）利用數(shù)字影像相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)真正的自動化測圖。? 數(shù)字攝影測量與模擬、解析攝影測量的最大區(qū)別：1）處理的原始信息主要是數(shù)字影像；2）以計算機

2、視覺代替人眼的立體觀測。2、數(shù)字攝影測量的任務、特點主要任務：使用星載（機載）傳感器所獲取的可見光影像對地球陸地區(qū)域進 行信息提取,具體包括：目標量測、影像解譯、地形圖測繪、正射影像圖制作、 數(shù)字高程模型生成。特點：數(shù)據(jù)量大、計算機運算速度快、技術(shù)精度高。3、數(shù)字攝影測量定義：數(shù)字攝影測量是利用影像相關(guān)技術(shù)來代替人眼的目視觀測,自動識 別同名點,實現(xiàn)幾何信息的自動提取。主要內(nèi)容：影像及特征點的識別、同名像點的自動相關(guān)和匹配、數(shù)字影像 糾正技術(shù)、數(shù)字高程模型（dem的制作、數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的完整操作和測繪 產(chǎn)品的生產(chǎn)。4、計算機輔助測圖計算機輔助測圖（又稱數(shù)字測圖）是利用解析測圖儀或具有機助系統(tǒng)

3、的模 擬測圖儀，進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，測繪數(shù)字地圖，制作數(shù)字高程模型，建 立測量數(shù)據(jù)庫。計算機輔助測圖系統(tǒng)所處理的依舊是傳統(tǒng)像片，且對影像的處 理仍然需要人眼的立體量測，計算機則起數(shù)據(jù)記錄與輔助處理的作用，是一種 半自動化的方式。計算機輔助測圖是攝影測量從解析化向數(shù)字化的過渡階段。5、影像的點、線、面特征點特征主要指明顯點,如角點、圓點等。 提取點特征的算子 稱為興趣算子 或有利算子,即運用某種算法從數(shù)字影像中提取我們感興趣的即有利于某種目 的的點。常用的興趣算子有 moravec算子、hannah算子不口 forstner 算子等。線特征是指線狀或面狀地物的邊緣在像片上的構(gòu)像。線特征提取算

4、子也稱 邊緣檢測算子。邊緣檢測通常是檢測一階導數(shù)（對離散數(shù)據(jù)為差分）最大或二 階導數(shù)（差分）為零的點。常用檢測算子有差分算子、拉普拉斯算子、log算丁有0 6、影像定向1）定義在傳統(tǒng)攝影測量中，是將模擬像片放到儀器承片盤進行量測，所量測的像 點坐標為影像架坐標或儀器坐標，隨后，應基于平面相似變換將儀器坐標變換 為以像主點為原點的像平面坐標系坐標，這個變換過程稱為影像內(nèi)定向。數(shù)字攝影測量中，在掃描數(shù)字化時，模擬像片在掃描儀上的放置具有一 定的隨意性，也就是說，掃描后得到的數(shù)字化影像的像素坐標應轉(zhuǎn)換為像平面 坐標系坐標、這同樣是影像內(nèi)定向。（嚴密內(nèi)定向還包括透鏡畸變改正）2）如何進行內(nèi)定向（實例見

5、pdf lec2）內(nèi)定向?qū)嶋H上是確定像素坐標（i,j）與像平面坐標（x,y）轉(zhuǎn)換關(guān)系一一即多 項式變換的過程。一般可采用6參數(shù)的仿射變換，其模型為：x =+a+ 42 * jy =4 + * / + 仇 j為確定a和bi （i=0,1,2）這6個參數(shù)，需要借助影像的框標來解決。所有 框標坐標已知（由相機檢定提供），且可通過量測數(shù)字影像上所有框標的像素坐 標，因此根據(jù)這框標上的這兩套坐標和最小二乘來求解這 6個參數(shù)。7、影像灰度的量化如把有黑-灰-白連續(xù)變化的灰度值量化為256個灰度級,灰度值的范圍為 0-255,表示亮度從深到淺，對應圖像中的顏色為從黑到白。8、像點位移當?shù)孛嫫鸱?、像片傾斜時，

6、地面點在像片上的構(gòu)像相對理想情況。9、金字塔影像（分頻道相關(guān)）1）定義對于二維影像逐次進行低通濾波，并增大采樣間隔，得到一個像元素總數(shù) 逐漸變小的影像序列，將這些影像疊置起來像一座金字塔,因而稱之為金字塔 影像結(jié)構(gòu)。2）建立每2x2 = 4個像元平均為一個像元構(gòu)成第二級影像，在第二級影像的基礎 上構(gòu)成第三級影像。四懂元平均九鼻元平均3）計算方法可采用移動平均這種最簡單的低通濾波方法,也可以采用較復雜、理想的 低通濾波，如高斯濾波等。4）相關(guān)過程從粗到精的相關(guān)策略：即先通過低通濾波,進行初相關(guān),找到同名點的 粗略位置，然后利用高頻信息進行精確相關(guān)。金字塔影像序列是實現(xiàn)由粗到精相關(guān)（匹配）的基礎。

7、先在最上一層影像進行相關(guān),將其結(jié)果作為初值，再在下一層影像相關(guān)， 最后在原始影像上相關(guān)、實現(xiàn)一個從粗到精的處理過程。10、影像采樣1）相關(guān)概念采樣：指對實際連續(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，即“像素”。采樣間隔：采樣矩形的大小，一般由掃面分辨率和數(shù)碼相機的分辨率所確定，也決定了儀器的價格。重采樣：在遙感和攝影測量中，經(jīng)常需要對數(shù)字化影像進行幾何變換， 如: 時序遙感影像的空間配準、核線影像的提取、正射影像圖生成等。幾何變換后 的影像矩陣元素位置一般不與原始數(shù)字影像矩陣的元素位置一一對應。因此, 遙感和攝影測量中經(jīng)常需要基于原始影像矩陣使用局部內(nèi)插的方法來估計灰度 值

8、，即影像重采樣。一幅大小為mx n、灰度級數(shù)為g的圖像所需的存儲空間，即圖像的數(shù)據(jù)量,大小為：mx nx g （bit ） 02）重采樣方法最鄰近點法（最簡單、計算小、精度差）、雙線內(nèi)插法（最常用）、雙三次卷積法（精度高、計算大）11、影像匹配影像匹配（又叫影像相關(guān)）是利用互相關(guān)函數(shù)，評價兩塊影像的相似性以 確定同名點。常用的數(shù)字影像匹配 算法包括一般匹配、基于物方坐標直接解的 匹配、最小二乘匹配與特征匹配。12、影像灰度灰度圖像指每個像素由一個量化的灰度值來描述的圖像。13、數(shù)字高程模型表達形式：規(guī)則矩形格網(wǎng)、不規(guī)則三角網(wǎng) tin、grid-tin混合網(wǎng)。數(shù)據(jù)獲取方式：地面測量（利用自動記錄

9、的全站儀在野外實測）、現(xiàn)有地圖數(shù)字化（用數(shù) 字化儀對已有地圖進行數(shù)字化的方法，如：手扶跟蹤數(shù)字化儀、掃描數(shù)字化儀）、 空間傳感器（利用gps合成孔徑雷達干涉和激光測高儀等進行數(shù)據(jù)采集）。數(shù)據(jù)采集方式：1）沿等高線采樣：沿等高線采樣可按等距離間隔記錄數(shù)據(jù)或按等時間問隔 記錄數(shù)據(jù)方式進行；2）規(guī)則格網(wǎng)采樣：方法簡單、精度較高、作業(yè)效率也較高，特征點可能丟 失。內(nèi)插方法：局部加權(quán)平均法、移動曲面擬合法、多面函數(shù)法demfi插、有限元法de岫插、克立格內(nèi)插、整體函數(shù)擬合法。應用：1）在測繪中被用于繪制等高線、坡度坡向圖、立體透視圖，制作正射影像 圖與地圖的修測；2）在遙感中可作為分類的輔助數(shù)據(jù)，是地理

10、信息系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)；3）在軍事上可用于導航及導彈制導；4）在工業(yè)上可利用 dsm （digital surface model）繪制出表面結(jié)構(gòu)復雜物體的形狀。14、數(shù)字正射影像原理：數(shù)字正射影像是利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空像片遙感影像（單色/彩色），經(jīng)逐個象元進行投影差改正，再按影像鑲嵌，根據(jù)圖 幅范圍剪裁生成的影像數(shù)據(jù)。定義：數(shù)字正射影像圖是對航空（或航天）像片進行數(shù)字微分糾正和鑲嵌, 按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像集，它是同時具有地圖幾何精度和影 像特征的圖像。特點及應用：dom具有精度高、信息豐富、直觀逼真、獲取快捷等優(yōu)點，可作為地圖分析背景控制信息，也可從 中提取自

11、然資源和社會經(jīng)濟發(fā)展的歷史 信息或最新信息，為防治災害和公共設施建設規(guī)劃等應用提供可靠依據(jù)；還可從 中提取和派生新的信息，實現(xiàn)地圖的修測更新（評價其它數(shù)據(jù)的精度、現(xiàn)實性 和完整性都很優(yōu)良）15、核線影像定義：從原始圖像沿核線重采樣得到的沒有上下視差的圖像。16、數(shù)字影像的像方、物方匹配方法與策略 基于像方的匹配基本算法影像匹配實質(zhì)上是在兩幅（或多幅）影像 之間識別同名點，影像匹配是數(shù)字攝影測量（dp） 的核心問題之一，也是dp與模擬或解析攝影測 量相區(qū)別的關(guān)鍵所在。常用方法有五種：相關(guān) 函數(shù)（矢量數(shù)積）、協(xié)方差函數(shù)（矢量投影）、 相關(guān)系數(shù)（矢量夾角）、差平方和、差絕對值基干物方的影像匹配（vl

12、l法）影像匹配的目的是提取物體的幾何信息，確定其空間位置。能夠直接確定 物體表面點空間三維坐標的影像匹配方法得到了研究，這些方法也被稱為“地 面元影像匹配”。待定點平面坐標（x, y）已知，只需確定其高程 z,因而基于 物方的影像匹配可理解為高程直接解求的影像匹配方法。鉛垂線軌跡法在物方有一條鉛垂線軌跡，它在影像上的投影是一直線。就是說 vll與地 面的交點a在影像上的構(gòu)像必定位于相應的“投影差”上。vll法影像匹配具體步驟1）給定地面點的平面坐標（x, y）與近似最低高程zmino2） zi = zmin+iz,高程搜索步距z可由所要求的高程精度確定3）由共線方程計算左右像點坐標：（xi ,

13、 y i ）與（xi , yi ）。f -x；）+c；（z-z；）r = _優(yōu)（刀£）+.（_：0 +d（/一4'）-,=j -s；）+而f+dz _ z;）d.1 1；） 4上）-彳匕一冷1n；（x- a；*）+hy-+c；（z-zylf= 日工f - g 十 mlf - x）+ w（z z；）-j .r .47）十翅y二匕）十4zz）4）分別以（xi , y i ）與（xi，?。橹行脑谧笥矣跋裆先∮跋翊翱?，計 算其匹配測度，如相關(guān)系數(shù)pio（5）將i的值增加1,重復（2）、（3）兩步，得到0、1、2n取其最大者 k: k= max0、1、2n。（6）還可以利用k及其相鄰

14、的幾個相關(guān)系數(shù)擬合一拋物線，以其極值對應 的高程作為a點的高程，以進一步提高精度，或以更小的高程步距在一小范圍 內(nèi)重復以上過程。17、光束法空中三角測量的優(yōu)缺點與意義優(yōu)點及意義光束法區(qū)域網(wǎng)平差的數(shù)學模型是共線條件方程式，平差單元是單個光束， 每幅影像的像點坐標為原始觀測值，未知數(shù)是各影像的外方位元素和待定點的 地面坐標。光束法區(qū)域網(wǎng)平差也稱“一步定向法”，是最嚴密的解算方法。誤差方程式直接對原始觀測值列出，能方便地顧及影像系統(tǒng)誤差的影響（自 檢校光束法區(qū)域網(wǎng)平差），最便于引入非攝影測量附加觀測值。缺點需對共線方程線性化，且需對未知數(shù)提供初始值，計算量大。18、影像相關(guān)測度計算方法19、影像內(nèi)插

15、的基本方法與實現(xiàn)策略20、核線影像含義、特點定義：從原始圖像沿核線重采樣得到的沒有上下視差的圖像。特點：21、de微據(jù)采集質(zhì)量控制方法的優(yōu)缺點 22、數(shù)字高程模型的表述方法 23、最小二乘影像匹配的理論灰度差的平方和最小。按2vv=min原則進行影像匹配的數(shù)學模型。若在 此系統(tǒng)中引入系統(tǒng)變形的參數(shù)，按2 vv = min的原則，解求變形參數(shù)，就構(gòu)成 了最小二乘影像匹配系統(tǒng)。24、相關(guān)系數(shù)法影像相關(guān)的計算原理與計算方法j = jj gs . y)-同江工j)產(chǎn)出力km)= jj ka+py+g)-耿'(工+內(nèi)+初尸超 (20若(p0, q0)>(p, q)(p wp0, qwq0)

16、,則p0, q0為搜索區(qū)影像相對于目標 區(qū)影像的位移參數(shù)。對于一維相關(guān)應有q = 0。離散計算相關(guān)系數(shù)的實用公式為二1 * *施*t箝輸或"斯女j相關(guān)系數(shù)計算實例總和二5891 2 34 5 6i7 8 9均值二5 0總和=45*0平方和=285。2 4 '9 11 12 =15 16 1s均值=10.4息和=94.0平方和=1220.0= 0,995_589-45x94/9p - 7(285 -452 / 9) x (1220 - 942 / 9)25、相關(guān)系數(shù)與信噪比的關(guān)系26、dem dtm dom數(shù)字高程模型(demt dhm是表示區(qū)域d上地形的三維向量有限序列v=(

17、xi, yi, z i)i=1,2,，n 其中(xi, yi) d是平面坐標，z是(xi, y i)對應的高程。數(shù)字地面模型(dtm是地形表面形態(tài)等多種信息的一個數(shù)字表示。dtm定義在某一區(qū)域d上的m維向量有限序列：vi, i=1,2,，n其向量 v=(vii, vi2,，vin)的分量為地形(xi, yi, z i) (x i, yi)cd)、溫 度、資源、環(huán)境、土地利用、人口分布等多種信息的定量或定性描述。數(shù)字正射影像圖(dom是對航空(或航天)相片進行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像集。27、比例尺與地面分辨率航攝像片比例尺：設攝影像片水平且取平均地面高程，則攝影比例尺為像 片上的線段了 l與地面上對應的水平距離 l之比為：1/m=l/l=f/h(f為攝影機主距，h為航高)地面空間分辨率：數(shù)字影像每一像元所代表實地面積的大小。28、點特征算子空中三角測量中，一般使用點特征提取算法來檢測出聯(lián)系點點特征提取算法主要有：moravec算子（計算窗口中心的興趣值一根據(jù)閾 值確定特征點）、forster 算子=29、線特征算子線特征提取算法主要有：一階差分算子（梯度算子、 roberts梯度算子、 方向差分算子、sobel算子prewitt算子）;二階差分算子（方向二階差分算 王、