测绘综合能力第8章摄影测量与遥感

测绘综合能力第8章摄影测量与遥感第1节摄影测量与遥感概要摄影测量的分类（p233）摄影测量其内容涉及被摄物体的影像获取方法，影像信息的记录和存储方法，基于单张或多张像片的信息提取方法，数据的处理与传输，产品的表达与应用等方面的理论、设备和技术。摄影测量的基本原理是建立影像获取瞬间像点与对应物点之间所存在的几何关系。按照所研究对象的不同，摄影测量可分为地形摄影测量和非地形摄影测量两大类。摄影测量也可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。航空摄影测量的主要任务是测制各种比例尺的地形图和影像地图、建立地形数据库，并为各种地理信息系统和土地信息系统提供基础数据。航空摄影测量测绘的地形图比例尺一般为1:5万~1：500。遥感及其发展（p234）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。遥感技术的分类方法很多。按电磁波波段的工作区域，可分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感等。按传感器的运载工具可分为航天遥感(或卫星遥感)、航空遥感和地面遥感，其中航空遥感平台又可细分为高空、中空和低空平台，后者主要是指利用轻型飞机、汽艇、气球和无人机等作为承载平台。按传感器的工作方式可分为主动方式和被动方式两种。在遥感技术中除了使用可见光的框幅式黑白摄影机外，还使用彩色摄影、彩红外摄影、全景摄影、红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、CCD线阵列扫描和面阵摄影机以及合成孔径侧视雷达等手段。许多新的传感器的地面空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率都有了很大提高，同时还具备了立体覆盖的功能，所有这些都为遥感影像的定量化研究提供了保证，利用卫星影像测图已是一种重要途径。第2节摄影测量与遥感基础中心投影的共线方程（p236）共线方程式(8-2-1)是摄影测量中最基本、最重要的关系式。2.共线方程的主要应用在解析和数字摄影测量中，共线方程是极其有用的。共线方程的主要应用包括：(1)单像空间后方交会和多像空间前方交会;(2)解析空中三角测量光束法平差中的基本数学模型;(3)构成数字投影的基础;(4)利用数字高程模型(DEM)与共线方程制作正射影像;(5)利用DEM和共线方程进行单幅影像制图等相对定向与绝对定向（p236）像片的外方位元素是描述像片在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数，即是一种绝对方位元素。若能同时恢复立体像对中两张像片的外方位元素，即可重建被摄地面的立体模型，恢复立体模型的绝对位置和姿态。暂不考虑像片的绝对位置和姿态，而只恢复两张像片之间的相对位置和姿态，这样建立的立体模型称为相对立体模型，其比例尺和方位均是任意的;然后，在此基础上，将两张像片作为一个整体进行平移、旋转和缩放，以达到恢复绝对位置的目的。上述过程分别称为相对定向和绝对定向。1)相对定向确定两张影像相对位置关系的过程称为相对定向。相对定向不需要外业控制点，就能建立地面的立体模型。相对定向的唯一标准是两张像片上所有同名点的投影光线对对相交，所有同名点光线在空间的交会集合构成了地面的立体模型。用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素，相对定向元素共有5个。用解析计算的方法解求相对定向元素的过程，称为解析法相对定向。解析法相对定向计算过程中同名光线对对相交的特性可用共面条件来实现。共面条件的几何含义是摄影基线和左右片同名光线三矢量共面，它是解求相对定向元素的基本关系式。在数字摄影测量系统中，利用计算机的影像匹配代替人眼的立体观测识别同名点，通过自动量测6对以上同名点的像片坐标，用最小二乘平差计算解求出5个相对定向元素。2)绝对定向要确定立体模型在地面测量坐标系中的正确位置，则需要把相对定向所建立的立体模型进行平移、旋转和缩放，以便纳入到地面测量坐标系中，并归化到制图比例尺，这一过程称为立体模型的绝对定向。绝对定向需要借助地面控制点来进行。电磁波谱（p237）卫星遥感中常用的几个波谱为：紫外(ultraviolet，UV)、可见光(visiblelight)、红外(infrared，IR)、微波(microwave)。大气窗口（p237）遥感接收的电磁波信号需要穿过介于地表与高空之间厚厚的大气层，大气层中的水汽(H2O)、二氧化碳(C02)和臭氧(O3)等对某些波段的电磁波具有散射和吸收影响，其余的在通过大气层时较少被散射、吸收和反射，具有较高的透过率，这些波段称为“大气窗口”。常用的大气窗口包括：可见光和部分紫外、近红外(0.3～1.3μm);近、中红外(1.5~1.8μm，2.0～3.5μm);中红外(3.5～5.5μm);远红外(8～14μm);微波(1.0mm～lm)等。对地球观测卫星遥感而言，只有选择透过率高的“大气窗口”波段，才对观测有意义，否则，物体的电磁波信息难以到达传感器;而对于大气遥感而言，则应选择“大气窗口”外衰减系数大的波段，才能收集到有关大气成分、云高、气压分布和温度等方面的信息。地物波普特性（p238）进行地物波谱辐射特性的研究，可以为多波段遥感最佳波段的选择和遥感图像的解译提供基本依据。目前对地物波谱的测定主要分3部分，即反射波谱、发射波谱和微波波谱。物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两个波段。地物波谱特性的变化与太阳和测试仪器的位置、地理位置、时间环境(季节、气候、温度等)和地物本身有关。遥感图像特征（p238）进行地物波谱辐射特性的研究，可以为多波段遥感最佳波段的选择和遥感图像的解译提供基本依据。目前对地物波谱的测定主要分3部分，即反射波谱、发射波谱和微波波谱。物体的反射波谱限于紫外、可见光和近红外，尤其是后两个波段。地物波谱特性的变化与太阳和测试仪器的位置、地理位置、时间环境(季节、气候、温度等)和地物本身有关。遥感图像的解译（p239）遥感解译人员需要通过遥感图像获取三方面的信息：目标地物的大小、形状及空间分布特点，目标地物的属性特点，目标地物的变化动态特点。遥感信息的提取主要有两个途径，一是目视解译，一是计算机的数字图像处理。图像解译的首要一步是图像识别，其实只是个分类过程，即根据遥感图像的光谱特征、空间特征、时相特征，按照解译者的认识程度或自信程度和准确度，逐步进行目标的探测、识别和鉴定过程。遥感图像的解译是从遥感影像的特征人手的。影像特征不外乎色、形两个方面。前者指影像色调、颜色、阴影等，其中色调与颜色反映了影像的物理性质，是地物电磁波能量的记录，而阴影则是地物三维空间在影像色调上的反映;后者指影像的图形结构特征，如大小、形状、纹理结构、图形格式、位置、组合等，它是色调、颜色的空间排列，反映了影像几何性质和空间关系。遥感图像的解译，依赖于具体应用的目的和任务。但是，任何目的的解译都要通过基本解译要素和具体解译标志来完成。第3节技术设计项目设计：记住三大标题（p239）项目设计主要包括三个步骤：任务分析、项目设计编写、设计实施。项目设计书的编写基本内容（p240）项目设计书的基本内容主要包括概述、作业区自然地理概况和已有资料情况、引用文件、成果(或产品)主要技术指标和规格、设计方案、进度安排和经费预算、附录等7部分内容。专业设计书的编写基本内容（p241）航空摄影测量专业技术设计书一般根据具体的测绘活动内容编写，设计书的基本内容包括任务概述、测区自然地理概况和已有资料情况、引用文件、成果(或产品)主要技术指标和规格、技术设计方案等部分各工序的的作业要求质量指标（p242）航空摄影测量专业技术设计书一般根据具体的测绘活动内容编写，设计书的基本内容包括任务概述、测区自然地理概况和已有资料情况、引用文件、成果(或产品)主要技术指标和规格、技术设计方案等部分第4节影像资料的收集和预处理航摄影像分析（p243）根据具体成图比例尺及相应技术指标要求，分析确定适宜的航摄影像资料。比如地表植被及覆盖物对成图影响小的时间摄取的影像，彩红外和真彩色影像在北方应避开冬季等。(1)模拟影像一般成图比例尺与航摄比例尺、地面采样距离的对应关系实际作业中，要根据测区的地理条件、摄影条件和测绘成果精度、类型要求，选择确定适宜的航摄比例尺。(2)数字影像一般成图比例尺与数码相机像素地面分辨率的对应关系实际作业中，要根据测区的地理条件、摄影条件和测绘成果精度、类型要求，确定设置适宜的相机地面分辨率。遥感影像分析（p244）遥感影像在测绘中主要被用来测绘地形图、制作正射影像或各种专题图。卫星影像分辨率的选择除了考虑不同比例尺成图对影像分辨率要求，还要考虑现有可获取的卫星影像产品的规格。影像获取时相应尽量避开冬季。航空遥感影像资料（p245）航空遥感影像主要有模拟影像和数字影像两种，要按照设计要求收集航空遥感影像资料。1.模拟影像资料包括航摄原始底片、航摄像片、摄区范围图(含分区范围图)、像片索引图、航摄仪技术参数检定报告、航空摄影底片压平质量检测报告、航空摄影底片密度检测报告、航摄鉴定表、像片中心点结合图、航摄飞行记录、航空摄影技术设计书、航空摄影资料移交书等。其中航摄仪检定资料要包括航摄仪检定坐标系、航摄仪框标编号和框标坐标、航摄仪检定焦距、航摄仪镜头自准轴主点坐标、航摄仪镜头对称畸变差测定值。2.数字影像资料包括影像数据、像片索引图、航空摄影技术设计书、航摄鉴定表、航摄仪技术参数、航摄军区批文及航空摄影资料送审报告、航空摄影飞行记录、摄区航线和像片接合图、摄区完成情况图、航空摄影资料移交书等。1)IMU/GPS辅助航空摄影资料2)地面技术文档资料主要包括摄区IMU/DGPS辅助航空地面测量技术设计书、摄区IMU/DGPS辅助航空摄影地面测量技术总结、摄区IMU/DGPS辅助航空摄影地面测量检查报告、摄区地面控制测量成果表、摄区精度检测样区精度检测报告、摄区测站信息表。航天遥感影像资料（p245）航天遥感影像资料用于地形图测绘主要有立体像对(或条带)、单景卫星影像，有全色数据和多光谱数据(红、绿、蓝、红外)。航天遥感影像收集：包括数据格式、应用级别等满足要求的单片或立体的全色数据、多光谱数据、完整的卫星参数等资料。航空遥感影像预处理（p246）航空遥感影像预处理包括模拟航空摄影获取的底片扫描和数宇航空摄影获取的数字影像几何处理。1、模拟影像1)底片扫描分辨率的确定2)扫描参数调整扫描参数调整原则是使扫描影像的各通道灰度直方图尽可能布满0～255个灰阶，并接近正态分布，彩色影像不偏色。3)扫描质量4)影像增强采用滤波和直方图拉伸的方法对原始影像进行增强处理，使影像直方图尽量呈正态分布，纹理清晰、无显著噪声。同时需要注意对光标进行单独增强处理，使之清晰可见，从而保证内定向精度。2、数字影像数字航空摄影所获取的影像各通道灰度直方图应接近正态分布，彩色影像不偏色。对于线阵扫描成像的影像(如ADS80)，主要包括影像增强、降位处理、匀光处理、影像旋转等。航空遥感影像预处理（p247）1、影像格式转换用户从遥感卫星地面站获得的数据一般为通用二进制(genericbinary)数据，外加一个说明性头文件。而常用的遥感影像处理软件都有自己的数据格式，因此需要将原始航天遥感影像转换为生产软件可以利用的格式(TIF或IMG等)。2、轨道参数提取3、影像增强在对影像进行进一步处理之前，必须要对影像采用对比度增强、直方图增强和图像间算术运算的方法对原始影像进行增强处理。4、去除噪声、滤波通过修改遥感图像频率成分来实现遥感图像数据的改变，达到抑制噪声或改善遥感图像质量的目的，常用的滤波有低通滤波、高通滤波、带阻滤波、带通滤波、同态滤波等。5、去薄云处理6、降位处理原始影像不是8bit，需要在影像增强后做降位处理，每个像元统一转换为Unsigned8bit.即影像的灰度值在0～255之间。7、多光谱波段选取8、匀色处理第5节区域网划分与像片控制测量像片控制测量（p248）基本概念像片控制测量是在实地测定用于空三加密或直接用于测图定向的像片控制点平面位置和高程的测量工作。像片控制测量的布点方案分为全野外布点方案、非全野外布点方案和特殊情况布点方案等几种。1、全野外布点方案全野外布点方案是指通过野外控制测量