摄影测量与遥感-ppt.

摄影测量与遥感摄影测量的任务摄影测量的基本任务是基于像片的量测和解译，它是利用光学或数码摄影机摄影得到的影像，研究和确定被摄物体的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门科学和技术。在影像上进行量测和解译，无需接触被测目标物体本身。严格建立像片获取瞬间所存在的像点与对应物点之间的几何关系第1章摄影测量与遥感概述摄影测量的分类按照研究对象不同，分为地形摄影测量和非地形摄影测量两大类；按摄影站的位置或传感器平台，分为航天(卫星)摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量等。摄影测量的发展发展阶段原始资料投影方式仪器操作方式产品模拟摄影测量像片物理投影模拟测图仪作业员手工模拟产品解析摄影测量像片数字投影解析测图仪机助作业员操作模拟产品数字产品数字摄影测量数字化影像数字影像数字投影计算机+外围设备自动化操作+作业员的干扰数字产品模拟产品遥感及其发展遥感泛指通过非接触传感器遥测物体的几何与物理特性的技术。摄影测量是遥感的前身。遥感技术主要由遥感图像获取技术和遥感信息处理技术两大部分组成。按电磁波波段的工作区域，分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感等。按传感器的运载工具分为航天遥感、航空遥感和地面遥感；按传感器工作方式分为主动方式和被动方式两种。摄影测量与遥感的结合国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)与1988年在日本京都召开的第十六届大会上给出定义:“摄影测量与遥感乃是对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术”。第2章摄影测量基础单张航摄像片解析像点坐标的量测立体测图的原理与方法摄影测量解析计算基础数字摄影测量基础航摄像片与地图的区别航摄像片是地面景物的中心投影构像，地图是地面景物的正射投影。只有当地面严格水平且像片也严格水平时，上述两种投影结果才等效。AaBbCcSBbAaCc正射投影中心投影像片倾斜引起的像点位移一般情况下，航空摄影所获取的像片是倾斜的，即使地面严格水平，航摄像片上的目标物体也会因为像片倾斜而产生变形或像点位移。可用像片纠正的方法予以改正。SfHPP0Aa0地面起伏引起的投影差航空摄影的对象主要是地球表面，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点位移称为像片上的投影差。SABA1B1飞行方向1、框标坐标系(o'-x'y')常用的坐标系统o'x'y'如何表示像点量测坐标？JIA2、扫描坐标系(A－IJ)用于表示扫描后数字影像的量测象素坐标飞行方向1、框标坐标系(o'-x'y')常用的坐标系统o'x'y'GXGYGZO大地坐标系是指高斯平面坐标和高程所组成的左手空间系；描述地面点的空间位置；摄影测量的成果最终转化到该坐标系中。3、大地坐标系GGGZYXO用于表示像点量测坐标。SoAaxyxySyxyxa-fyxz•像空间坐标系s-xyz表示像点在像方空间位置的空间直角坐标系。xyz原点、轴向、作用常用的坐标系GXGYGZO(x,y,-f)(x,y,-f)O右手系？？左手系三个直线元素，描述摄影中心在地面空间直角坐标系中的坐标值(Xs、Ys、Zs)。三个角元素(、、)，表示摄影光束空间姿态(像片在摄影瞬间空间姿态的要素）XYZApSXsYsZs框标坐标系像空间坐标系地面辅助坐标系大地坐标系像点地面点摄影测量关系?内方位元素外方位元素关系?关系已知像片的方位元素SfAo在理想情况下，摄影瞬间像点、投影中心、物点位于同一条直线上，描述这三点共线的数学表达式称之为共线条件方程。aaaSoAaxyxyxyzf),,(fyx),,(ZYXZcYbXaZcYbXafyZcYbXaZcYbXafx333333111222（3）)ZZ(c)YY(b)XX(a)ZZ(c)YY(b)XX(afy)ZZ(c)YY(b)XX(a)ZZ(c)YY(b)XX(afxSTSTSTSTSTSTSTSTSTSTSTST333222333111S),,(ZsYsXs用地面点坐标表示像点坐标的共线条件方程)();();(STSTSTZZZYYYXXXTXTYTZTO),,(TTTZYX像点坐标的量测量测像点的像片坐标(x,y)传统的量测方法包括单像坐标量测仪和立体坐标量测仪。可通过立体影像匹配进行自动量测。像点坐标的系统误差改正主要由摄影材料变形、摄影物镜畸变、大气折光以及地球曲率等因素引起，是系统误差。S1S2ABCDS’2B几何模型B航向重叠60％视差理论生理视差：RRLLCACA生理视差是产生立体感觉的生理基础。视差角立体观察条件①两张像片必须是从不同摄影站摄取的。②两眼各看一张像片，即必须分像。③必须使同名像点的连线与眼基线平行，以保证两视线在同一个视平面内。④比例尺基本一致①袖珍立体镜②反光立体镜③立体量测观察系统①立体观察工具3、分像方法3、分像方法②互补色法3、分像方法③偏振光法3、分像方法④交替光阑法（闪闭法、光闸法）量测的内容：像点坐标量测、左右视差量测、上下视差量测。借助于有测量标志的量测工具或仪器进行。测标测标的作用测标的种类利用地面控制点及其在片像上的像点，确定像片外方位元素的方法。1、什么叫单像空间后方交会2、单像空间后方交会的基本方法角锥体法利用共线条件方程解算像片的外方位元素)ZZ(c)YY(b)XX(a)ZZ(c)YY(b)XX(afy)ZZ(c)YY(b)XX(a)ZZ(c)YY(b)XX(afxSSSSSSSSSSSS3332223331113、单像空间后方交会对控制点的要求至少有三个不在一条直线上的地面控制点aCBcbS(XS、YS、ZS)AXZYS2o2a2S1o1a1A利用立体像对两张像片的内方位元素、同名像点坐标和像对的相对方位元素（或外方位元素）解算模型点坐标（或地面点坐标）的工作。A1、利用立体像对两张像片的相对方位元素，计算模型点的三维坐标；2、利用立体像对两张像片的外方位元素，计算地面点的地面坐标。SSBYZXYXZYBZBXBZYXYZYXYXZZAP1P2aaX)4(ZNBZBNZZYNBYBNYYXNBXBNXXZZYYXX共面条件方程在恢复两张像片的相对方位元素之后，同名光线对对相交S2S1AP1a2a1P2BWAo1o2n1n2J2J1共面条件的向量表达式0)(221121aSaSSS0)(21RRBS21x1y1zBS1Aa1a2BZBYBX连续像对系统0222111zyxzyxBBBZYX连续像对相对定向元素：222vwbb、、、、S1a1a2AB0XS20Y0Z单独像对系统000222111ZYXZYXBX单独像对相对定向元素：11222、、、、1234563、连续像对相对定向方程初值给定BX…..点数、点位qkxfyyffxyfxyyxpv221212121)(S21x1y1zBS1Aa1a2BZBYBX模型点的上下视差Q2、空间相似变换ZXYTTTZYX2、空间相似变换ZXY323322321ccabbaaaaTTTZYX2、空间相似变换TTTZYXZXY323322321ccabbaaaa2、空间相似变换TTTZYXZXY323322321ccabbaaaa000ZXY2、空间相似变换数字摄影测量基础影像数字化与影像重采样影像数字化包括量化和采样2m采样：每隔一个间隔获取一个点的灰度值。对实际连续函数模型离散化的量测过程量化：将各点的灰度值转换为整数，将透明底片有可能出现的最大灰度变化范围进行等分，分为若干灰度等级，一般都取为，时得到256个灰度级，其级数是介于0到255之间的一个整数，0为黑，255为白，每个像元素的灰度值占8bit，即一个字节8m影像的内定向：ykxkkyyhxhhx210210210210kkkhhh，，，，，内定向参数，利用四个框标点平差解算问题的提出：经典的摄影测量已经建立了一整套像点坐标与对应的物点坐标间的关系，只要确定扫描坐标系与像平面坐标系之间的关系（内定向）就能利用原有理论两种坐标之间存在仿射变换内定向的目的：确定扫描坐标系和像片坐标系之间的关系数字化的扫描方向数字化的步进方向xyoOxy基于灰度的影像匹配（AreaBasedImageMatching）影像特征为匹配基础）基于特征的影像匹配（为匹配基础）小区域内影像灰度分布基于灰度的影像匹配匹配方法(全数字化摄影测量的核心问题：如何在两幅（或多幅）影像之间自动识别同名像点（影像相关）匹配点确定的基础：匹配测度。基于不同的理论可以定义各种不同的匹配测度，因而形成了各种影像匹配方法相关系数法协方差法最小二乘相关L数字影像相关：利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像的相关（匹配）一、相关系数法:目标区：以左片目标点为中心选取个像素的灰度阵列搜索区：估计出右片上同名点可能出现的范围，建立一个个像素的灰度阵列nn),nmnlml（nnm目标区搜索区l计算相关系数值：nn依次在搜索区内取出个像素的灰度阵列，计算其与目标区的相似性测度相关系数，可求出(l-n+1)*(m-n+1)个相关系数,,1122,,,1111,211,,211()()()()11ggkhggggnnijikjhijnnnnijikjhkhijijnnijijnnikjhkhijggggggggggnggn结果：目标区相对于搜索区不断移动一个整像素，当相关系数最大时，对应窗口的中心点即是目标点的同名像点特点：搜索的结果均以整像素为单位相关系数是标准化协方差函数，目标影像的灰度与搜索影像的灰度之间存在线性畸变时，仍能较好地评价它们之间的相似性程度目标区和搜索区都是一个二维的影像窗口，二维相关二、协方差法hjkinjnikhijnjnignggng,112112'1'1nnm目标区搜索区khhjkiijnjniggggggnhk'1),(',112'可求出(l-n+1)*(m-n+1)个协方差值，当协方差值为最大时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点。l差平方和测度nnm目标区搜索区2',112)(),(hjkiijnjnigghkS可求出(l-n+1)*(m-n+1)个S2值，当S2为最小时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点灰度差的平方和最小l差绝对值和测度nnm目标区搜索区',11),(hjkiijnjnigghkS可求出(l-n+1)*(m-n+1)个S值，当S为最小时，对应的相关窗口的中点就是待定点的同名像点灰度差的绝对值最小l三、高精度最小二乘影像匹配问题的引出：匹配怎样达到子像素精度？在相关运算中引入变形参数，补偿两相关窗口之间的辐射畸变几何畸变引入的变换参数作为待定值，一同纳入到最小二乘解算中，使匹配可达到1/10甚至1/100像素的高精度（子像素精度）由德国Stuttgart大学Ackermann教授与Pertl提出影像灰度的系统变形辐射畸变（产生的原因）照明及被摄物体辐射面的方向摄影处理条件的差异影像数字化过程中产生的误差等几何畸变：产生了影像灰度分布之间的差异（相对移位、图形变化）摄影方位不同所产生的影像畸变由于地形坡度所产生的影像畸变