《摄影测量学》(下)第二章特征的提取与定位算法
摄影测量学复习资料
摄影测量学复习资料(总15页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--摄影测量学复习资料第一章绪论1、摄影测量的定义、任务定义：摄影测量与遥感是从非接触成像和其他传感器系统，通过记录、量测、分析与表达等处理，获取地球及其环境和其他物体可靠信息的工艺，科学与技术。
其中摄影测量侧重于提取几何信息，遥感侧重于物理信息。
任务：（1）测绘各种比例尺地形图。
（2）建立数字地面模型（地形数据库）。
2、摄影测量学：是对研究的对象进行摄影，根据所得的构象信息，从几何方面和物理方面加以分析研究，从而对所摄对象的本质提供各种资料的一门学科。
3、解决的基本问题：几何定位和影像解译。
4、摄影测量的三个发展阶段及其特点。
（了解）5、摄影测量的分类方法及其分类（了解）：（1）按距离远近可分为航天摄影测、航空摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量和显微摄影测量；（2）按用途可分为地形摄影测量和非地形摄影测量；（3）按处理手段可分为模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量；（4）根据摄影机平台位置的不同可分为航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量和水下摄影测量。
第二章影像的获取1、航空影像和遥感影像的获取方式航空影像：飞机等航空平台搭乘航摄仪（或数码相机）摄影成像；一般航空影像分为专业航摄仪（航空摄影机）获取的标准航片和非量测摄影机（普通摄影机）获取的非标准航片。
遥感影像：卫星等航天平台利用各类传感器（阵列扫描、推扫）获取遥感影像。
例如SPOT、QB、TM、IKONOS、World View等影像。
2、量测摄影机与非量测摄影机的区别（1）量测摄影机的主距是一个固定的已知值（2）量测摄影机的承片框上具有框标，即固定不变的承片框上，四个边的中点各安置一个机械标志；框标，其目的是建立像片的直角，框标坐标系。
（3）量测摄影机的内方位元素是已知值。
3、航向重叠：摄影时飞机沿相邻影像之间必须保持一定的重叠度。
影像特征的提取与定位护理课件
02
影像特征提取技术
基于边缘的特征提取
01
02
03
边缘检测
通过检测图像中的边缘， 提取出物体的轮廓信息。 常用的边缘检测算法有 Sobel、Canny等。
边缘提取的优势
边缘是图像中最重要的特 征之一，通过提取边缘可 以有效地识别和区分物体 。
边缘提取的局限性
对于复杂背景或光照不均 的情况，边缘检测可能会 受到影响，导致提取的特 征不准确。
优化方向
研究高效的算法和并行计算技术，提 高处理速度；同时，采用硬件加速技 术，如GPU等，提升实时性处理能力 。
跨领域应用的拓展与融合
挑战
影像特征提取与定位技术在不同领域的应用存在差异和挑战。
拓展方向
研究跨领域应用的通用方法和融合技术，拓展影像特征提取与定位技术的应用范围；同时，结合具体 应用场景，开发定制化的解决方案。
影像特征提取的流程包括预处理、特征提取和特征分析等步骤。
预处理包括对原始影像进行去噪、增强、分割等操作，以提高特征提取的精度和效 率。
影像特征提取的方法与流程
特征提取是利用图像处理、计算机视 觉等技术从预处理后的影像中识别和 提取相关特征。
特征分析是对提取的特征进行分类、 聚类、关联性分析等操作，以挖掘影 像中的疾病或病变信息。
总结词
通过区域生长算法将像素点聚合成目标区域，提取区域特征进行定位。
详细描述
基于区域生长的特征定位是通过区域生长算法，将像素点聚合成目标区域，然后 提取区域特征进行定位。这种方法适用于目标区域较为连续、形状规则的图像， 能够准确地提取出目标区域的整体特征。
基于深度学习的特征定位
总结词
利用深度学习算法自动学习图像中的特征，通过特征进行定位。
数字影像的特征提取与定位课件
实验一：小波变换特征提取实验
小波变换理论
小波变换是一种信号分析方法， 能够将时域信号转换为频域信号
，适用于分析图像的特征。
实验步骤
在小波变换理论的基础上，通过 MATLAB软件实现小波变换特征 提取实验，包括图像的多尺度分 解、小波系数计算、特征提取等
步骤。
实验结果
通过对比不同尺度下的小波系数 和提取的特征，可以观察到图像 在不同尺度下的细节和特征表现
。
实验二：傅里叶变换特征提取实验
傅里叶变换理论
傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法，适用于分析 图像的特征。
实验步骤
在傅里叶变换理论的基础上，通过MATLAB软件实现傅里叶变换特 征提取实验，包括图像的傅里叶变换、滤波处理、特征提取等步骤 。
实验结果
通过对比滤波处理后的傅里叶频谱和提取的特征，可以观察到图像在 不同频率下的特征表现。
实验三：机器学习特征提取实验
机器学习理论
机器学习是一种通过训练数据自动提取特征的方法，适用于分类 、回归等任务。
实验步骤
在机器学习理论的基础上，通过Python软件实现机器学习特征提 取实验，包括数据预处理、模型训练、特征提取等步骤。
实验结果
通过对比不同模型下的特征提取结果，可以观察到机器学习模型对 图像特征的提取能力。
方法
常见的图像配准方法包括 基于灰度、基于特征、基 于变换域等。
基于特征匹配的定位技术
定义
特征匹配是一种通过提取 图像中的特征信息，然后 在另一幅图像中寻找相同 或相似特征的匹配过程。
过程
特征匹配通常包括特征提 取、特征匹配、变换模型 估计、图像变换与重采样 等步骤。
测绘技术摄影测量点位定向方法
测绘技术摄影测量点位定向方法1. 引言：测绘技术摄影测量的重要性和应用领域测绘技术摄影测量是一种应用摄影测量原理的测绘技术，广泛应用于地理信息系统、土地利用规划、建筑设计等领域。
通过摄影测量点位定向方法，可以获取目标物体的三维坐标信息，为相关领域的决策和规划提供精确的数据支持。
2. 摄影测量点位定向的原理摄影测量点位定向的基本原理是利用摄影测量仪器记录目标物体的影像信息，并通过解算相对定向元素和绝对定向元素，推导出目标物体的三维坐标。
相对定向元素主要包括相对摄影中对物体的影像位置关系、相对摄影中摄影机的内外定向参数等。
绝对定向元素主要通过辅助观测或控制点来获得，使得摄影坐标系与地理坐标系相一致。
3. 相对定向元素的测定方法相对定向元素的测定方法有多种途径，常用的方法包括影像纠正、影像匹配和立体分析等。
影像纠正是通过对影像进行几何纠正，得到校正后的影像，用于后续的处理。
影像匹配通过对影像进行特征提取，寻找匹配点，从而确定物体在不同影像中的对应关系。
立体分析是利用立体影像的几何关系，通过两个或多个影像的几何关系求解相对定向元素。
4. 绝对定向元素的测定方法绝对定向元素是通过辅助观测或控制点来获得，常用的方法有地面控制点测量、导航系统辅助定位和GPS技术等。
地面控制点测量是通过测量地表上的已知地物点的大地坐标和像点坐标，来推导出相机的外方位元素。
导航系统辅助定位是利用航空摄影测量中的GPS/INS导航系统，通过记录摄影机位置和姿态的GPS/INS数据来确定外方位元素。
GPS技术则是通过接收卫星信号，推导出摄影机的位置和姿态，从而获得外方位元素。
5. 点位定向方法的应用案例测绘技术摄影测量的点位定向方法在实际应用中有着广泛的应用。
例如，在土地利用规划中，可以利用摄影测量点位定向方法获取目标物体的三维坐标和形状信息，为土地利用规划提供准确的数据支持。
在建筑设计中，可以通过点位定向方法获取建筑场地的地形和地貌信息，为建筑设计和施工提供基础数据。
影像学技术中的特征提取研究
影像学技术中的特征提取研究影像学技术中的特征提取研究一直是计算机视觉领域的重要研究方向之一。
特征提取是将原始图像数据转换成具有差异性、可用性和可计算性的特征向量的过程，它在图像分类、目标检测、图像配准等领域中具有重要的应用价值。
特征提取的目的是从原始图像中提取出对于目标识别和分类具有显著差异性和可区分性的特征。
在影像学技术中，常用的特征提取方法包括传统的基于形状、纹理和颜色的特征提取方法，以及近年来兴起的基于深度学习的特征提取方法。
传统的特征提取方法主要是基于手工设计的特征提取算法。
其中，形状特征提取算法根据目标的几何形状、边界和轮廓等特征，提取目标的形状信息。
纹理特征提取算法通过分析图像的纹理、纹理方向和纹理统计等特征，提取图像的纹理信息。
颜色特征提取算法则通过分析图像中的颜色直方图、颜色分布和颜色矩等特征，提取图像的颜色信息。
尽管传统的特征提取方法在某些场景下具有可行性和可靠性，但是它们往往需要依赖于对图像的先验知识和经验，且对于复杂的图像数据往往表现较差。
近年来，基于深度学习的特征提取方法在影像学技术中得到了广泛的应用。
深度学习是一种机器学习的方法，通过构建多层次的神经网络模型，实现对数据的自动特征提取和表示。
在影像学技术中，基于深度学习的特征提取方法主要是基于卷积神经网络（CNN）的方法。
CNN是一种特殊的神经网络模型，它通过卷积层、池化层和全连接层等结构，对图像数据进行特征提取和表示。
在训练过程中，CNN通过反向传播算法，自动学习出适合于图像分类和识别的特征。
与传统的特征提取方法相比，基于CNN的特征提取方法不需要手工设计特征，具有更强的表征能力和泛化能力。
除了传统的特征提取方法和基于深度学习的特征提取方法之外，还有一些新的特征提取方法在影像学技术中得到了研究。
例如，基于稀疏编码的特征提取方法通过稀疏表示模型，将图像数据表示为少量基函数的线性组合。
基于字典学习的特征提取方法通过学习一组基函数的字典，将图像数据表示为字典中基函数的线性组合。
摄影测量学点特征提取模拟实践
辽宁工程技术大学模拟实践教学单位测绘学院专业测绘工程名称点特征提取模拟实践班级测绘13-3组长秦小茜组员柳少冬倪贺星刘建琪指导教师徐辛超一、目的理解影像中每个像素灰度值的概念；理解点特征在灰度方面的特点；掌握常用的点特征提取算子，及其对应的点特征提取方法，包括：Moravec 算子、Forstner 算子。
二、要求运用VC++、C#、MATLAB 其中一种自己擅长的语言，实现两种点特征提取算法。
三、方法与步骤(一) Moravec 算子提取过程a . 读取灰度影像，得到影像的灰度矩阵； b. 计算各像元的兴趣值 IV ：121,1,122,1,1123,,1124,1,1()()()()k c i r c i ri kk c i r i c i r i i kk c r i c r i i kk c i r i c i r i i k V g g V g g V g g V g g -+++=--++++++=--+++=--+-++--=-⎫=-⎪⎪⎪=-⎪⎬⎪=-⎪⎪=-⎪⎭∑∑∑∑,1234min{,,,}c r IV V V V V =c.给定一经验阈值，将兴趣值(,c r IV )大于阈值的点作为候选点；d.选取候选点中的极值点作为特征点；e. 将特征点在原始图像上进行标记、展示。
(二) Forstner 算子提取过程a. 计算各像素的Robert ’s 梯度 ；1,1,,11,u i j i j v i j i j g g g g u g g g g v ++++∂⎫==-⎪∂⎬∂⎪==-∂⎭ b. 计算l ⨯l （如5⨯5或更大）窗口中灰度的协方差矩阵 ；1212u u v v uv g g g Q N g g g --⎡⎤==⎢⎥⎣⎦∑∑∑∑其中：11221,1,1122,11,111,1,,11,()()()()c k r k ui j i j i c k j r k c k r k v i j i j i c k j r kc k r k u v i j i j i j i j i c k j r kg g g g g g g g g g g g +-+-++=-=-+-+-++=-=-+-+-++++=-=-∑=-∑=-∑=--∑∑∑∑∑∑c. 计算兴趣值q 与w ；1Det tr tr N w Q N == 24()DetNq trN =式中：DetN 代表矩阵N 之行列式，trN 代表矩阵N 之迹。
线特征的提取与定位算法
x cos y sin
图像空间
参数空间
映射
正弦 曲线
正弦曲线共线
Hough变换步骤
对影像进行预处理提取特征并计算其梯度方向. 将(，)参数平面量化，设置二维累计矩阵H(i， j).
ij
边缘细化，即在边缘点的梯度方向上保留极值 点而剔除那些非极值点. 对每一边缘点，以其梯度方向为中心，设置 一小区间[-o，+o].
0 1 0
1 4 1
0 1 0
i, j
拉普拉斯算子（Laplace）
卷积核 掩膜
0 1 0
1 4 1
0 1 0
取其符号变化的点，即通 过零的点为边缘点，因此 通常也称其为零交叉 （zero-Crossing）点
高斯一拉普拉斯算子（LOG）
《摄影测量学》
线特征的提取与定位算法
山东交通学院
测绘教研室
主要内容
特征的提取 • 特征点的提取算法 • 特征线的检测方法 特征的定位算法
线特征提取算子
线特征是指影像的“边缘”与“线”
“边缘”可定义为影像局部区域特 征不相同的那些区域间的分界线， 而“线”则可以认为是具有很小宽 度的其中间区域具有相同的影像特 征的边缘对
常用方法有差分算子、拉普拉斯算子、LOG算子等
房屋的提取
道路的提取
线的灰度 特征
一、微分算子
1．梯度算子
G g ( x, y ) g x g y
g 2 g G ( x, y ) m agG ( ) ( ) y x
2 g 2g x
2
2g y 2
2 g ij ( g i 1, j g i , j ) ( g i , j g i 1, j ) ( g i , j 1 g i , j ) ( g i , j g i , j 1 ) g i 1, j g i 1, j g i , j 1 g i , j 1 4 g i , j
遥感影像的几何校正和特征提取方法
遥感影像的几何校正和特征提取方法遥感影像是通过遥感技术获取的地球表面信息的图像或图像组。
由于数据获取过程中存在各种误差，如地球自转、大气扰动、平台运动等，遥感影像在获取后需要进行几何校正以提高图像的质量和精度。
此外，为了进一步分析遥感影像中的信息，特征提取是必需的，可以帮助科学家从图像中提取有关地理特征的信息。
一、遥感影像的几何校正方法1. 大地控制点法：这是一种常用的几何校正方法，通过确定遥感影像上一系列具有已知地理坐标的地物进行配准。
通过收集大量的地面控制点，利用全球定位系统（GPS）等技术获取精确的地理坐标，然后将遥感影像转化为地理坐标系统，实现几何校正。
2. 特征点匹配法：该方法利用遥感影像与参考图像之间的特征点进行匹配。
通过提取遥感影像和参考图像的特征点，并使用特征匹配算法对两幅图像进行配准，从而实现几何校正。
3. 数字高程模型法：该方法利用数字高程模型（DEM）来进行几何校正。
DEM是一种用来表示地表地形高程信息的数学模型。
通过提取遥感影像上的地物高程信息，并结合DEM数据，可以实现对遥感影像的几何校正。
二、遥感影像的特征提取方法1. 阈值分割：该方法基于像素间的灰度差异来实现特征提取。
通过设置适当的阈值，将像素灰度值划分为不同的区域，从而提取出感兴趣的特征。
例如，可以利用阈值分割方法提取出水体、植被等特征。
2. 目标识别和分类：该方法通过使用机器学习算法来实现对遥感影像中的目标进行识别和分类。
常用的机器学习算法包括支持向量机（SVM）、随机森林（RF）等。
通过对已标记的训练样本进行训练，然后对遥感影像进行分类，可以实现对特定目标的提取和分类。
3. 特征融合：该方法通过将多个特征进行融合，提高特征提取的准确性和稳定性。
常用的特征融合方法包括主成分分析（PCA）、小波变换、人工神经网络等。
通过将多个特征进行组合和处理，可以提取出更具辨识度的特征。
4. 目标检测：该方法通过一系列图像处理和模式识别技术来实现对目标的检测。
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房屋的提取
道路的提取
线的灰度 特征
一、微分算子
1．梯度算子
g
G g ( x,
y)
x
g
y
1
G (x,y)ma G g ( g x)2( g y)2 2
差分算子
1
G i,jgi,jgi 1 ,j2(gi,jgi,j 1)22
近似
G i,jgi,jgi 1,jgi,jgi,j 1
1
[g i 1 ,j g i,j g i 1 ,j] 2 g i j[ 12 1 ]
i, j
1
gij (gi1,j gi,j)(gi,j gi1,j)
[gi,j1 gi,j
1 gi,j1] 2
1
1 gij2
1
i, j
方向二阶差分算子
1 0 1 0
D 1 2 1 2 1 4 1
《摄影测量学》（下）第二章
特征的提取与定位算法
主要内容
特征的提取
• 特征点的提取算法 • 特线的检测方法
特征的定位算法
点特征提取算法
点特征主要指 明显点，提取 点特征的算子 称为兴趣算子 或有利算子
点特征的灰度特征
Moravec算子
Moravec于1977年提出利用灰度 方差提取点特征的算子
r
c
（1）计算各像元的兴趣值 IV
k 1
V 1
( g c i,r2
( g c i,r i
g
c i 1,r
i1
)
2
i k
k 1
V 3
( g c ,r i g c ,r i1 ) 2
i k
k 1
V 4
( g c i,r i
i, j
1 0 1 0
0 10
1 1
111
D 114 1 2 2 18 1
0 10 1
1 111
拉普拉斯算子（Laplace）
2gx2g2 y2g2
2gij(gi1,j gi,j)(gi,j gi1,j) (gi,j1gi,j)(gi,j gi,j1)
gi1,j gi1,j gi,j1gi,j14gi,j
当 q Tq同时 w Tw ，该像元为待选点
（5）选取极值点
即在一个适当窗口中选择最大的待选点
线特征提取算子
线特征是指影像的“边缘”与“线”
“边缘”可定义为影像局部区域特 征不相同的那些区域间的分界线， 而“线”则可以认为是具有很小宽 度的其中间区域具有相同的影像特 征的边缘对
常用方法有差分算子、拉普拉斯算手、LOG算子等
g ( i 1 ,j 1 ) 2 g ( i ,j 1 ) g ( i 1 ,j 1 ) [ g ( i 1 ,j 1 ) 2 g ( i ,j 1 ) g ( i 1 ,j 1 )
1 0 1
Gx 2 0 2
1 0 1
1 2 1
i, j
Gy
0
0
0
1 2 1
Sobel算子
考察它上下、左右邻点灰度的加权差。与 之接近的邻点的权大：
S ( i , j ) g ( i 1 , j 1 ) 2 g ( i 1 , j ) g ( i 1 , j 1 ) [ g ( i 1 , j 1 ) 2 g ( i 1 , j ) g ( i 1 , j 1 )
Forstner算子
计算各像素的Robert’s梯度和像素（c，r）为中心 的一个窗口的灰度协方差矩阵，在影像中寻找具 有尽可能小而接近圆的误差椭圆的点作为特征点。
Forstner算子步骤
（l）计算各像素的Robert’s梯度
gu
g u
gi1,
j1
gi,
j
gv
g v
gi, j1 gi1, j
i k
g
c i 1,r i 1 ) 2
Ic V ,rmV i1n ,V 2,{ V 3,V 4}
（2）给定一经验阈值，将兴趣值大 于阈值的点作为候选点。
确定窗 口大小
（3）选取候选点中的极值点作为 特征点。
综上所述，Moravec算子是在 四个主要方向上，选择具有 最 大 ―― 最 小 灰 度 方 差 的 点 作为特征点。
0 1 0
1
4
1
i, j
0 1 0
拉普拉斯算子（Laplace）
卷积核
掩膜
0 1 0
1
4
1
0 1 0
取其符号变化的点，即通 过零的点为边缘点，因此 通常也称其为零交叉 （zero-Crossing）点
高斯一拉普拉斯算子（LOG）
首先用高斯函数先进行低通滤波，然后利用 拉普拉斯算子进行高通滤波并提取零交叉点，
（2）计算ll（如55或更大）窗口
中灰度的协方差矩阵
QN1
gu2
gugv1
gvgu
gv2
ck 1 rk 1
gu2
(gi1, j1 gi, j )2
ick jrk
ck 1 rk 1
gv2
(gi, j1 gi1, j )2
ick jrk
ck 1 rk 1
gugv
-1 1
对于一给定的阈值T，当时，则
-1
认为像素（i，j）是边缘上的点。
1
Roberts梯度算子
g
Gr
g(x,
y)
u g
gu gv
v
1
G r(x,y)(gu 2gv 2)2
-1 1
1
G i,jg i,jg i 1 ,j2 (g i,jg i,j 1)22
-1 1
方向差分算子
直线与边 缘的方向
北
东北
东
东南
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1
2
1
1 2 1
1 2 1
1 2 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
南
西南
西
西北
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1
2
1
1 2
1
1 2 1
1 2 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Prewitt算子与Sobel算子
-1 0 1 -1 0 1 -1 0 1
-1 0 1 -2 0 2 -1 0 1
-1 -1 -1 000 111
Prewitt算子
-1 -2 1 -1 0 1 -1 2 1
Sobel 算子
加大模扳 抑制噪声
二阶差分算子
1．方向二阶差分算子
g i j(g i 1 ,j g i,j) (g i,j g i 1 ,j)
(gi1, j1 gi, j )(gi, j1 gi1, j )
ick jrk
（3）计算兴趣值q与w
1 DeNt
trQ trN
q
4DetN (trN)2
DetN代表矩阵N之行列式 trN代表矩阵N之迹
(4）确定待选点
Tq 0.5~0.75
fw ( f 0.5~1.5)
T cc (c 5)