像片纠正与正射影像图

引言 航片与地形图的区别
第八章 像片纠正与正射影像图
8.1 8.2 8.3 像片纠正的概念与分类 数字微分纠正 正射影像图的制作
8.1 像片纠正的概念与分类
一、像片纠正的概念
定义 消除因像片倾斜产生的像点位移，限制或 消除因地形起伏产生的投影差，同时归化 影像比例尺工作。 实质：将中心投影的像片变成具有正射投 影性质的像片
五、光学微分纠正
按像片和纠正基准面的关系 直接投影方式（中心投影关系）：像片平面与纠正 基准面是处在满足相似光束像片纠正的几何条件和光 学条件的位置上，投影晒像光线是使用恢复了像片的 内、外方位元素的中心投影光线。 间接投影方式：像片平面与纠正承影面的位置是任 意的，一般采取两平面相互平行，且垂直于纠正单元 基准面的投影晒像光线，图点与像点间的关系通过函 数关系表达。
四、平坦地区的像片纠正（光学机械纠正）
平坦地区的概念：由于地形起伏产生的像点位移在图 上不超过±0.4mm。
平坦地区的构像方程
a11 x + a12 y + a13 Xm = a31 x + a32 y + 1 a21 x + a22 y + a23 Ym = a31 x + a32 y + 1
Y − YS = (Z − Z S ) ⋅
b1 x + b2 y − b3 f c1 x + c2 y − c3 f
正解法缺点 正解法 •纠正像点是非规则排列的 • 二维图像 三维空间（X，Y，Z）
数字高程模型的应用
S
(X,Y) DEM内插 正解公式
Z2 Z1
近似Z
Z0
X1,Y1
X0,Y0
四、数字纠正实际解法
DEM
3）灰度内插 一般可采用双线性内插。
g ( x, y ) = a 00 + a10 x + a 01 y + a11 xy
4）灰度赋值 最后将像点p的灰度值赋给纠正后像元素P，即
G ( X , Y ) = g ( x, y )
2、直接法数字纠正 从原始图像出发，按行列顺序依次对每个原始像元点位 求出其在纠正影像中的正确位置
3、数字（微分）纠正 以像元（像素）为纠正单元。利用计算机对数字影像通 过图像变换来完成像片纠正，属于高精度的逐点纠正。 不仅适用于航片，还适用于遥感图像的纠正。 三、像片纠正原理 1、投影变换纠正 根据透视变换原理建立像点与图点的对应关系。 2、数学解析纠正 采用数学公式建立像点与图点的对应关系。
直接式光学投影的微分纠正 特点：用定向好的投影器所投射的中心投影光束作为晒 印正射投影像片的光线。 由一台双像投影测图仪与具有相同投影器的正射投影仪 联系在一起 立 体 测 正射 图 投影 仪 仪
直接投影式光学正射投影仪结
图
这种方法可以使缝隙内的各投影点消除像片倾斜引起的像 点位移；小缝隙中心点的投影晒像，由于紧贴着地面能消 除地形起伏产生的投影差，而得到完全纠正，但缝隙内的 其它点还存在着投影差。
反解法解算流程
纠正影像
度 内 插
Y
灰
原始影像
反 算
X y x
具体步骤：
1、计算地面点坐标
X ＝ X0 + M· X’ Y ＝ Y0 + M· Y’
X‘及Y‘为正射影像上像点的坐标 2、计算像点坐标
(X0,Y0)
• • • • •
• • • • •
• • • • •
• • • • •
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3、正射影像图扫描 若已有光学投影制作的正射影像图，可直接 对光学正射影像图进行影像扫描数字化，再 经几何纠正就能获取数字正射影像数据。 几何纠正是直接针对扫描图像变形进行数字 模拟。
x = a0 (a1 X + a2Y ) + a3 X 2 + a4 XY + a5Y 2 + a6 X 3 + a7 X 2Y + a8 XY 2 + a9Y 3
反解法（间接法）数字微分纠正 反解法（间接法）
从空白的纠正影像出发，按行列的顺序依次由每个纠正 像素点位反求其在原始影像中的位置，将所算得的原始 影像上的灰度值赋予纠正影像上的像元。
x = f x (X ,Y ) y = f y (X ,Y )
g 0 ( X , Y ) = g ( x, y )
fx, fy
正射影像精度的检查与质量控制 接边不仅涉及几何方面的精度问题， 还涉及不同影像之间色调的不一致
正射影像的影像质量一般采用 目视检查，有合适的反差，均 匀的色调
无缝镶嵌
Seam line
8.3 数字正射影像图的制作
一、基本概念
正射像片是指成像物体的影像具有正射投影 性质的像片，即像片上的像点消除了因像片 倾斜和地形起伏的产生的像点位移。 正射影像图是指用正射像片编制的带有公里 格网、图廓内外整饰和注记的平面图。 正射影像地图指带有等高线的正射影像图。
数字正射影像与一般航片资料的区别
比较项目 投影方式 比例尺 坐标系统 倾斜误差 投影差 影像拼接 与矢量叠加 数字正射影像 正射投影 固定 存在 无 地面上不存在 易、精确 能 一般像片 中心投影 不固定 不存在 有 有 难、粗略 不能
正射影像精度的检查与质量控制
野外检测：检查正射影像的绝对 野外检测：检查正射影像的绝对 精度， 与等高线图或线划地图套合后进 行目视检查 左影像和右影像制作同一地区的 两幅正射影像，量测两幅正射影 像上同名点的视差。
二、DOM的制作方法 1、全数字摄影测量法 通过数字摄影测量系统实现。通过对数字影 像进行内定向、相对定向、绝对定向后，形 成DEM，按反解法进行单片数字微分纠正，将 单片正射影像进行镶嵌，最后按图幅裁切得 到一幅数字正射影像图，并进行地名注记、 公里格网及图廓整饰等。
2、单片数字微分纠正 如果一个区域内已有DEM数据，以及像片控制 成果，就可以直接使用该成果数据制作DOM。 先对航摄影负片进行影像扫描后，根据控制 点坐标进行数字影像内定向，再由DEM成果进 行数字微分纠正。
a1 ( X − X s ) + b1 (Y − Ys ) + c1 (Z − Z s ) x − x0 = − f a3 ( X − X s ) + b3 (Y − Ys ) + c3 (Z − Z s ) a2 ( X − X s ) + b2 (Y − Ys ) + c2 (Z − Z s ) y − y0 = − f a3 ( X − X s ) + b3 (Y − Ys ) + c3 (Z − Z s )
传统方法的局限性
经典的光学纠正仪进行像片纠正，在数学 关系上受到了很大的限制，因此在实现过程 中作了不同程度的似近。 近代遥感技术中许多新的遥感器的出现， 产生了不同于框幅式摄影像片的影像，使得 经典的光学纠正仪器难以适应这些影像的纠 正任务。
8.2 数字(微分)纠正 数字(微分) 主要内容
数字微分纠正的概念 框幅式中心投影影像的数字微分纠正
此公式称为透视变换公式，反映了像片面与平坦地面 的中心投影构像关系，是像片纠正的理论依据。
平坦地区的像片纠正至少需要4对点（像点与其 物点）坐标
对点纠正
b a d
S
c
通过人工 平移、旋 转图面， 以及操作 纠正仪
B
D E C
图面
A
纠正仪(HJ-24)
具有两个方向倾斜 的复倾斜式国产仪 器。仪器结构轴与 主光轴重合，即物 镜主平面始终水平， 可用于纠正的最大 像幅为24×24（平 方厘米），缩放系 数（影像放大率） 为0.5-3.0。
2 0 1 2 3
ห้องสมุดไป่ตู้
( y = b (b X + b Y ) + (b X
+ b4 XY + b5Y 2
) ( ) + (b X
6
3
+ b7 X 2Y + b8 XY 2 + b9Y 3
)
)
为间接纠正变换函数，为共线方程式。
由于计算出的（x,y)并不一定恰好落在原始像元的中心， 需经过灰度值内插。
纠正影像格网的获取
由于纠正影像是地面模型的正射投影，两 者之间仅存在比例尺的差异。因此，首先 按成图比例尺的要求将作业范围内的地面 模型格网的间隔重新确定，并将地面模型 格网缩小为成图比例尺大小，即得到纠正 影像格网。
以“面元素”作为“纠正单元” ，一 般以正方形作为纠正单元 反算公式计算该纠正单元4个“角点” 的像点坐标，而纠正单元内的坐标则用 双线性内插求得
1 x(i, j) = 2 [(n − i)(n − j) x1 + i(n − j) x2 + (n − i) jx4 + ijx3] n 1 y(i, j) = 2 [(n − i)(n − j) y1 + i(n − j) y2 + (n − i) jy4 + ijy3] n
一、数字微分纠正的概念
根据已知影像的参数（内、外方位元 素）与数字地面模型，利用相应的构 像方程式，或按一定的数学模型用控 制点解算，从原始非正射投影的数字 影像获取正射影像。 这种过程是将影像化为很多微小的区 域逐一进行。
二、数字（微分）纠正的基本原理 基本任务：实现两个二维图像之间的几何变换。
Y = ϕ Y ( x, y ) X = ϕ X ( x, y )
正解法解算流程
纠正影像
Y
原始影像
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
x
y
X
X − X S = (Z − Z S ) ⋅
直接纠正变换函数
a1 x + a2 y − a3 f c1 x + c2 y − c3 f