摄影测量

数字摄影测量第一章绪论内容1.摄影测量的内涵2.数字摄影测量与摄影测量的发展3.数据获取设备的发展4.数据处理的发展5.生产流程的可能变化1.摄影测量的内涵各种类型传感器被摄物体影像量测和解译过程自然物体及其环境的可靠信息DEM数字高程模型DLG数字线划图DRG数字栅格地图DOM数字正射影像摄影测量的原理立体交会XYZa1(x1,y1)u1v1w1S1A(X,Y,Z)a2(x2,y2)w2v2u2S2Bθ11122(,,)(,,,,)XYZFxyxy−=L双像量测与交会立体交会的条件z摄影时的位置和姿态已知z同名点已知摄影测量的两个基本问题1.几何关系的恢复2.同名点对应数字摄影测量的定义z数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，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与方法，提取所摄对象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。数字摄影测量的若干典型问题王之卓的手稿王之卓的手稿((19781978年底年底))7070年代末年代末，，王之卓院士提出王之卓院士提出““全数字化自动测图全数字化自动测图系统系统””的研究的研究数字摄影测量数字摄影测量2.数字摄影测量与摄影测量的发展解析摄影测量解析摄影测量模拟摄影测量模拟摄影测量模拟摄影测量时代多倍仪支架缩微片+测绘台+红绿眼镜模拟摄影测量时代目镜系统+相片盘+金属导杆精测仪)()()()()()()()()()()()(SSSSSSSSSSSSZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx−+−+−−+−+−−=−−+−+−−+−+−−=−33322203331110解析摄影测量时代（xl,yl）,（xr,yr）（X,Y,Z）目镜系统+电动相片盘+计算机（数字导杆）数字摄影测量时代数字影像+计算机+立体显卡+立体眼镜小结影像介质投影计算方式立体观测方式计算机介入处理对象自动化处理模拟时代胶片金属导杆光路+目镜无框幅式影像各种影像各种影像无解析时代胶片计算机驱动相片盘光路+目镜部分无数字时代数字计算机立体眼镜+计算机屏幕完全内定向相对定向DEM提取…摄影测量三个发展阶段的特点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手工操作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自动化操作+作业员干预数字产品模拟产品3数据获取手段（设备）的发展z影像获取设备{航空{航天z控制数据获取成像传感器框幅摄影机缝隙摄影机全景摄影机多光谱摄影机真实孔径雷达合成孔径雷达全景雷达光学摄影类型光电成像类型侧视雷达被动式主动式成像传感器TV摄像机扫描仪电荷耦合器件CCD激光雷达3.1航空相机z胶片式z数字式框幅式胶片航空相机RC30框幅式航摄仪RMKTop框幅式航摄仪胶片航空相机的参数焦距幅面大小视场角分解力畸变RC30152mm23mm×23cm93°114线对/毫米=5µ=3µ=3µRMKTop15153mm23mm×23cm93°130线对/毫米RMKTop30305mm23mm×23cm56°130线对/毫米经典摄影测量作业流程暗室处理FCIRColorB&W立体测图FilmsusedalternativelyAllspectralchannelssimultaneouslyGISDEMOrthophotosMappingRevisionVisualizationImageanalysisClassification数字测图GroundprocessingDirectdigitalworkflowADS40PrinterColorMSB&WArchivesystemColorFCIRB&W扫描FilmMassMemory航空胶片相机的不足z底片冲洗：需要暗室，需要时间，无在线查看能力z数字化需要扫描：需要时间长、影像质量降低z运输、存档：运输不便z保管：容易变质，随时间影像质量不断下降宽幅航空数码相机产品z线阵推扫9LeicaGeosystems：ADS409STARLABOCorporation：TLS9UkraineGeosystems9GermanyJenaOpticsz面阵9Z/IDMC9VexcelUltraCamD/X9BelgiumDiMAC大面阵航空数码相机的技术难题扫描分辨率影像大小(像素）20μm11500×1150010μm23000×230007.5μm30667×3066723mm×23cm面阵太大输出时间像移补偿：TDIΔt目前主要的航空数码相机的幅面传感器类型像素ADS40单镜头线阵12000/24001DMC多镜头面阵14000×8000UltraCamD多镜头面阵11500×7500ADS40ADS40是机载的、在姿态稳定系统和GPS/IMU支持下的，7线阵CCD按推扫方式成像的多功能软硬件系统。它可以同时获得高分辨率全色及多光谱航空数字影像，同时满足数字摄影测量与遥感图像处理的需求。ADS40的CCD排列与立体交会角„选择不同的线阵影像组合，得到不同的立体交会角„42.6°,28.4°,14.2°StaggeredpanchromaticlinesNIRlineRGBlinesBackwardviewForwardview28.4°-14.2°Focalplate三线阵立体成像原理不同视传感器对应的同一地面不同视传感器对应的不同地面ForwardstripNadirstripBackwardstripADS40高度集成POSGPSpositionEffectivetrajectoryCorrectiontoupdatetrajectoryofIMUIMUtrajectory„GPS产生绝对位置（2Hz)„IMU产生相对位置及高精度的pitch、roll、drift姿态角（200Hz）„IMU轨道更新„飞行轨道内插－以800Hz的频率产生位置和定向数据（初始POS数据）ADS40Level0与Level1影像Level0(原始影像）GSD：20cm航高：2000mLevel1(准核线影像）GSD：20cmADS40Level0与Level1影像Level0(原始影像）GSD：30cm航高：3000mLevel1(准核线影像）GSD：30cmNonpressurizedUpto25,000ft或7,620m记录间隔1.2msGSD(cm)飞行速度要求（kn)7.5120152403048060970ADS40地面分辨率与飞行速度的关系StarImager的Three-LineScanner(TLS)使用外挂式姿态稳定系统DMC像机原理镜头组的地面投影z多镜头倾斜z多镜头同时曝光z倾斜影像纠正拼接成“水平影像”z虚拟的单中心投影大幅面数字影像纠正、拼接而成一个大面阵虚拟影像相距、倾斜小面阵影像DMC由小影像拼接为大影像的误差分析HhdXXHhdXHfx⋅=−−−−−⋅⋅=Δδ摄影比例尺δx/δy(μ)δx/δy(象素)ΔX/ΔY(cm)ΔZ1:50001.6/3.40.13/0.280.8/1.7增加倍1:100000.8/1.70.06/0.140.8/1.71:300000.3/0.70.02/0.050.8/1.71:450000.2/0.40.01/0.030.8/1.7bf非严格中心投影误差，与h/H的比有关、影像上的误差还与f/H有关。当摄影比例尺大于1:1万时，所产生的影像上的误差0.2象素。按h/H＝0.2计，即高差1/5航高UltraCamD像机原理MasterCone主镜头4ColorCones四个彩色镜头Panchromatic全色波段镜头UltraCamD像机原理z四个全色波段镜头Îz“异步同地点”曝光Îz相同投影中心和主距的影像块UltraCamD像机原理z主镜头形成四个面阵的CCD影像，构成影像拼接的主控制z影像块经过影像配准拼接成一个中心投影的大幅面影像ImageGeometryisbasedontheMasterConewithits4CCDsImageGeometryisbasedontheMasterConewithits4CCDs主镜头的四个主镜头的四个CCDCCD阵面决定了数码影像的几何位置阵面决定了数码影像的几何位置11500pixel(x)11500pixel(x)飞行方向飞行方向FlightDirectionFlightDirection7500pixel(y)7500pixel(y)VexcelUCD的影像几何精度z4个物镜，顺序曝光，在理论上可获得一个中心投影的影像z要求在飞行过程中，每台相机的物镜在“同一空间点”上、“同一姿态”下曝光。实际上总有一定误差z按Vexcel大幅面数码航摄像机.pptz几何精度：误差1/4.5象素三个主流相机的极限分辨率比较全色GSD多光谱GSDADS405cm~1.6m15cm~1.6mDMC3.5cm16.6cmUltraCamD2cm6cm说明：a.ADS40航向分辨率由推扫曝光时间和飞行速度决定b.DMC、UltraCamD分辨率根据PASCO公司报告影像精度比较依赖因素精度（单位:像素）ADS40DMCUltraCamD航高、地形起伏拼接平移±0.30POS系统±0.5曝光控制影像配准姿态稳定性±0.25重叠度和基高比„ADS40的重叠度固定的„DMC,UltraCamD的重叠度和拍摄间隔有关（比例尺越小，飞行速度越低，重叠度越大）重叠度基高比ADS40DMCUltraCamD大比例尺时60％在60%重叠度时，0.32100％0.79、0.54、0.2590%在60%重叠度时，0.27多视匹配的潜力多视影像可以极大地降低“双视匹配”的歧异性，产生高质量的DSM。拍摄间隔多视潜力潜力ADS404视好UltraCamD0.75s5～8视很好DMC2.1s2~3视一般252251250249248247多光线立体多光线立体UCD的优点:多度重叠对正射影像的适宜性zADS40：{底视影像在航向上的透视变形很小，很适合于制作正射影像{如果采用东西和南北双向飞行则可以为真正射影像的制作提供很好的条件。{“像素地毯”可以减少航向影像的镶嵌工作，提高正射影像的拼接质量。zDMC、UltraCamD：没有特别的优势。中心投影效果ADS40框幅式相机面中心透视航线中航片的透视效果前视条带中视条带后视条带小结z现有线阵和面阵宽幅航空数码相机各有优缺点z面阵列的相机立体交会角还无法和模拟相机相比z随着技术的发展，单个CCD阵列的航空数码相机应是发展趋势z线阵推扫式为主{轨道稳定性优势z主要问题{立体获取问题3.2航天数码相机3.2航天数码相机传感器线阵数立体成像方式SPOT4单线阵异轨立体IKONOS单线阵异轨、同轨立体QuickBird单线阵异轨、同轨立体ALOS三线阵同轨立体SPOT5双线阵同轨立体测绘卫星三线阵同轨立体ALOS的立体观测我国的测绘卫星z地面像元分辨率:{前视、后视相机：5m{正视相机：5m/10m{HR相机:1.8mz覆盖宽度:{前视、后视相机：60km{正视相机：60km{HR相机:22km4.数据处理的发展z影像定位效率与精度的提高z影像匹配的自动化z地物提取的自动化z作业模式的发展摄影测量解析关系相邻影像间、影像与空间、…….对应性关系影像间同名特征间、影像特征与空间特征、…….摄影测量的“3个”基本关系语义关系影像理解、目标识别、地物自动提取、GIS数据的自动更新自动空三模型定向核线重排核线匹配DEM生成地物采集等高线生成正射影像生成数字线划图DLG数字高程模型DEM正射影像DOM摄影测量的基本功能影像定位效率与精度的提高z单片空间后方交会zPOS辅助空中三角测量zADS40空中三角测量z卫星影像空中三角测量单片空间后方交会XYZuvwSP1P2P3P4四个以上控制点区域网空中三角测量POS获取外方位元素GPS辅助框幅式影像空中三角测量SAOSOA+=ADS40影像