摄影测量学_数字地面模型概述

摄影测量学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ZYX,,Z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XYaYaXaaZ3210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DCBAPZLYLXZLYLXZLYLXZLYLXZ))(1())(()1)(()1)(1(自动生成正射影像图自动生成地形断面图自动生成等值线图返回目录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12MHH§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SABCD0A0B0C0D0a0b0c0d'EabcdP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142、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163、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HrhhhfMrMmhhrfMrfMhQ0008.02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118765487321yaxaayaxaYyaxaayaxaX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81~aa投影缩放方向倾斜承影面方向倾斜承影面方向平移像片方向平移像片或投影缩放承影面倾斜方向平移像片方向平移像片像片转换仪器的自由度为vyxyxxxvyyxxkEyExppepp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21d、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光学镶嵌切割镶嵌方法上•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22a、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sa),(yxApDEMs)Z,Y,XY,XZY,XZ1)i(1)i()i(1000（收敛投影投影DEM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s321321ss321321sYfcycxcfbybxb)ZZ(YXfcycxcfayaxa)ZZ(X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)},{(~~yx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),Z,~~yxYXDEM（逆投影上内插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)1,1(...)1,1()0,1(............)1,1(...)1,1()0,1()1,0(...)1,0()0,0(NNgNgNgNgggNgggI仪＝仪＝YJX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i2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002121bayxbbaayx＋仪仪20~ba返回目录36影像匹配：根据