7全数字摄影测量基础解析
第八章 数字摄影测量基础PDF
灰度： D = log O = log 1
T
二、数字影像及获取方法
数字影像是一个灰度矩阵g：
⎡ g0,0
g0,1
"
g
=
⎢ ⎢
g1,0
⎢#
g1,1
"
#
⎢
⎢⎣ gm−1,0 gm−1,1
"
g0,n－1 ⎤
g1,n−1
⎥ ⎥
#⎥ ⎥
gm−1,n−1 ⎥⎦
每个像元素 g j,i 是一个灰度值 每个元素称为一个像元素(对应着实体的一个微小区域)
字 化
x = h0 + h1 x + h2 y
的 步
进
y = k0 + k1x + k2 y
方 向
h0，h1，h2，k 0，k1，k 2
y
o
x
内定向参数，利用四个框标
点平差解算
O
数字化的扫描方向
x
影像重采样理论 非
采
样
•••••
点
• • •• • •
的
••••• •••••
灰 度 ？
•••••
五、数字影像重采样
39 40 66 159 251 252 159 127
数字影像的获取：
9采样 9 量化 采样：每隔一个间隔 Δ 获取一个 点的灰度值 。 对实际连续函数模型离散化的量测 过程 样点 被量测的“点”是小的区域，通常是矩 形或正方形的的微小影块----像素
采样间隔 Δ
矩形的长与宽通常称为像素的大小 9 精度要求 9 影像分辨率 9 数据量
Δx＝Δy : 采样间隔
0 39 127 251 251
摄影测量解析基础(后方交会前方交会)
06
结果输出
输出目标点的三维坐标数据。
前方交会方法的优缺点分析
优点 不需要地面控制点，可以在未知环境中进行测量。
可以快速获取大范围的三维空间信息。
前方交会方法的优缺点分析
• 适用于动态目标和快速测量场景。
前方交会方法的优缺点分析
01
缺点
02
03
04
对光照条件敏感，光照变化会 影响测量精度。
对摄影图像的质量要求较高， 需要清晰、分辨率高的图像。
随着科技的不断发展，摄影测量技术也在不断进步和完善，其在各个领域的应用 也日益广泛和深入。
摄影测量的历史与发展
01
摄影测量起源于19世纪中叶，当时人 们开始使用胶片相机进行地形测量。 随着技术的发展，数字相机逐渐取代 了胶片相机，使得摄影测量更加便捷 和高效。
02
近年来，随着计算机技术和人工智能 的飞速发展，摄影测量技术也取得了 重大突破。例如，无人机技术的兴起 使得摄影测量更加灵活、快速和安全 ；计算机视觉和深度学习技术的应用 则提高了影像解析的自动化和智能化 水平。
在复杂地形和遮挡严重的环境 中，前方交会方法可能会失效
。
05 实际应用案例
Hale Waihona Puke 后方交会方法应用案例总结词
通过已知的摄影站和地面控制点，解算出摄影中心和地面点的空间坐标。
详细描述
后方交会方法常用于地图更新、地籍测量和城市三维建模等领域。例如，在城市三维建模中，利用后方交会方法 可以快速准确地获取建筑物表面的空间坐标，为构建真实感强的城市三维模型提供数据支持。
图像获取
获取至少两幅不同角度的摄影图像。
01
02
像片处理
对图像进行预处理，包括图像校正、去噪等 操作。
全数字摄影测量基础
三种重采样方法比较
最邻近像元法最简单，计算速 度快且能不破坏原始影像的灰 度信息，但其几何精度较差。 前两种方法几何精度较好，但 计算时间较长，特别是双三次 卷积法较费时，在一般值况下 用双线性插值法较宜。
7.3 基于灰度的数字影像相关
主要内容：
影像相关概念
基于灰度的数字影像相关方法
一、影像相关的概念
探求左右像片影像信号相似程度，确定同名影像或目标
的过程。
分类 电子相关：利用电子电路解算相关函数的影像相关。 光学相关：利用光学方法确定相关函数的影像相关。 数字相关：利用计算机对数字影像进行数值计算方式完
成影像的相关。
基于灰度的影像相关：利用目标区和搜索区内 影像灰度矩阵进行的同名点的搜索。
误差方程式
v( x) g 2 ( x x) g1 ( x)
为解求相对移位量x，需上式进行线性化
v( x) g2 ( x) x [ g1 ( x) g2 ( x)]
离散的数字影像而言，灰度函数的导数g,2(x) 可由差分代替
g 2 ( x ) g 2 ( x ) g 2 ( x) 2
一、核线相关
同名核线
通过摄影基 线与地面所 作的平面称 为核面 核面与影像 面交线称为 核线 同名像点必 定在同名核 线上。
a1 l1 S1 S2 a2 l2
A
核线相关：沿核线方向搜索同名像点的过程。
同名像点一定位于同名核线上。因此可以将二维相 关转化为一维相关，大大减少计算工作量。
二、确定同名核线的方法
设投射在透明像片上的光通量为F0，而通过透明像片后 的光通量为F
F0
底 片
F
T O
F 透过率 F0 F0 阻光率 F
全数字摄影测量基础
0
V1
( g1i,1 g1i1,1 ) 2
i 1
0
V2
( g1i,1i g1i 1,1i1 ) 2
i 1
0Leabharlann V3 ( g1,1i g1,1i1 ) 2
i 1
V4
0
( g1i,1i
g1i 1,1i 1 ) 2
i 1
IV=0 IV=50
* Harris算子
M
I Ix
2 x
• 数字量与模拟量的本质区别在于模拟量是连续变量而数字 量是离散变量。
• 影像数字化 1、空间采样
o( x0 , y0 )
y x
x x0 i x(i 0,1..., n 1) y y0 j y( j 0,1,...m 1)
像元（pixel）
2、量化
• 影像的灰度又称为光学密度，在摄影底片上，影像的灰度值 反映了它透明的程度，即透光的能力。设投射在底片上的光通 量为F0，而透过底片后的光通量为F。则透过率T为：T=F/F0
y
B
x f (x, y)
f (i 1, y)
y
f (i, j 1)
在x方向,以f (i, y)和f (i 1, y)为边组成的梯形来内插f (x, y) : f (x, y) x f (i 1, y) (1 x) f (i, y) f (x, y) (1 x)(1 y) f (i, j) (1 x)y f (i, j 1) x(1 y) f (i 1, j) xy f (i 1, j 1)
“灰度差的平方和最小”
S 2 X Y 2 ( x1 y1 )2 ( x2 y2 )2 .... ( xN yN )2 min
vv min
仅仅认为影像灰度只存在偶然误差
数字摄影测量学讲义
数字摄影测量学 每一篇 摄影测量基础每一章 绪论主要内容：摄影测量学的定义，摄影测量学的分类，摄影测量要解决的基本问题，航空摄影测量的成图方法，摄影测量的成图作业工序，摄影测量的发展历程。
重点：摄影测量学的定义、分类，摄影测量要解决的基本问题，航空摄影测量测图方法，摄影测量的发展历程。
一、摄影测量学：是对研究的对象进行摄影，根据所获得的构像信息，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。
二、分类：(一)、按研究对象：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧交向摄影测量等倾摄影测量等偏摄影测量正直摄影测量非地形摄影测量地形摄影测量 1、地形摄影测量：研究的对象是地区表面的形态，以物体与构像之间的几何关系为基础，最终根据摄影像片测绘出摄影区域的地形图。
2、非地形摄影测量一般是指近景摄影测量，顾名思义，研究的对象在体积和面积上较小，摄影机到摄影目标的距离较近，一般小于300m ，测量的精度相应地要求较高。
基本理论也是根据物体与构像之间的几何关系，但在处理技术上有着其特殊性。
测量成果乃是表示研究对象的一系列特征点的三维坐标值，即研究对象的数字模型可绘制所摄物体的立面图、平面图和显示立体形态的等值图。
(二)、按摄影站的位置：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧水中摄影测量地面摄影测量航空摄影测量航天摄影测量1、航天摄影测量 ：利用航天器和人造卫星、高空飞机进行摄影。
2、航空摄影测量：指的是地形摄影测量，从航摄飞机上对地面进行摄影，目的在于测绘地形图。
3、地面摄影测量：包括地面立体摄影测量和近景摄影测量。
前者在测绘特殊地区的地形图时常采用，后者是对科学技术专题科目进行研究时采用。
4、水中摄影测量是将摄影机置于水中，对水下地表进行摄影以绘制水下地形图，这属于双介质摄影测量。
三、摄影测量要解决的基本问题：将中心投影的像片转换为正射投影的地形图。
四、航空摄影测量绘制地形图的方法：⎪⎩⎪⎨⎧全能法微分法分工法综合法)(1、综合法：是摄影测量和地面地形测量相结合的测图方法。
数字摄影测量知识点总结
数字摄影测量知识点总结第一章绪论摄影测量和遥感的概念：摄影测量和遥感是一门记录、测量和解释非接触式传感器系统获得的图像及其数字表达，从而获得可靠的自然物体和环境信息的技术、科学和技术。
摄影测量与遥感的主要特点：①在像片上进行量测和解译；② 它不需要接触物体本身，受自然和地理条件的限制较小；③ 可拍摄瞬时动态物体图像；④像片及其它各类影像提供物体的大量几何信息和物理信息摄影测量学的三个发展阶段：① 模拟摄影测量（1851-1970）利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转。
用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态，构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图。
② 分析摄影测量学（1950-1980）是一门以计算机为主要手段，通过摄影照片测量和分析计算方法的交叉，研究和确定物体的形状、大小、位置、性质和关系，并提供各种摄影测量产品的科学。
③ 数字摄影测量（1970年至今）基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进行处理，自动(半自动)提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品。
摄影测量学三个发展阶段的特点：摄影测量分类：按距离：航空航天摄影测量、航空摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量、微距摄影测量。
根据目的：地形摄影测量、非地形摄影测量按处理手段：模拟摄影测量、解析摄影测量、数字摄影测量单幅图像摄影测量的理论基础：共线方程和共面条件摄影测量的任务：地形测量场c各种比例尺的地形图、专题图、特种地图、正射影像地图、景观图。
c建立各种数据库。
C提供地理信息系统和土地信息系统所需的基础数据。
非地形测量领域C生物医学C公共安全检测c古文物、古建筑c建筑物变形监测c军事侦察c矿山工程第二章单张航相机胶片分析航摄机主距：航空摄影机物镜中心至底片面的距离是固定值，常用f表示。
摄影机的主距分为：长焦距(主距≥200mm)中焦距(主距100～200mm)短焦距(主距≤l00mm)对应的像场角分为：恒定角度（低于75°）广角（75°~100°）超广角（高于100°）摄影比例尺：是指航摄像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距l之比。
数字摄影测量-第一讲(基本原理)
I
D3 D1 2 D1 D3 2 D0
若 D0、D3 为扫描方向的像元灰度，则计算得 J 。框标的坐标为
I I 0 I J J 0 J
这样就使得框标的扫描坐标 I、J 达到子像元的精度。
2
<数字摄影测量>
第一讲
基本原理
昆明冶专 GIS 教研室
3
<数字摄影测量>
第一讲
基本原理
昆明冶专 GIS 教研室
形成数字等高线：根据地面规则格网 DEM，在 DEM 中跟踪每一条等高线与格网的交点， 形成离散等高线点列， 并通过对这些离散点进行光滑处理得到密集的光滑的等高线点列， 形 成数字等高线。将等高线点所经过的像元灰度赋以最大灰度值（加黑） ，计曲线不仅加黑， 还要加粗，则形成等高线图像或带等高线的数字图像。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.3 图像核线数字相关
数字相关：对于图像核线数字相关，开始几条核线采用分频道的多层相关算法。开始相关 时，由于缺乏预测相关点位的视差信息，在连续的几条核线上使用分频道相关。选择其中相 关结果最好的一条核线， 并用其相邻的几条核线的相关结果剔除相关粗差和进行视差平滑处 理。以后核线的相关以此作为预测的基础，在已知核线上的视差预测待相关点位，并根据这 个预测点位对搜索区内预测点和其左右各 3 个像元位置上计算 7 个相关系数。 用几条相邻核 线组成二维目标窗口和搜索区， 搜索仍沿核线做一维搜索。 其作用是在目标区长度有限的条 件下，增加目标区和搜索区信息容量，提高相关结果的可靠性。 采用多重判据提高相关结果的可靠性： 根据分析， 单一判断可能会产生相关结果出现粗差， 可以采用相关系数、相位系数的一阶差分、目标区与搜索区像元灰度的方差、相邻相关点的 视差之差以及相关点位与预测点为之差等判据，综合确定相关点位。 粗差剔除：相关结果中粗差是难以避免的，对于相关结果必须进行粗差检测和改正。对于 低反差区域， 难以得到正确的视差； 对于一般地区， 每一个点都可以用附件若干个点的视差， 按二次曲线拟合， 检测该点的视差， 若拟合值与相关结果之差大于 3 倍标准差， 则视为粗差， 并相应地进行改正，这种方法属于后处理，可有效剔除粗差。
摄影测量基础知识课件
05
摄影测量实践与技能提升
掌握基本操作技能与规范要求
摄影测量仪器设备使用
熟悉各类摄影测量仪器设备的性能、特点和操作流程，能 够准确设置参数和操作流程，确保测量数据的准确性和可 靠性。
摄影测量软件应用
掌握摄影测量软件的基本功能和应用技巧，包括数据处理 、图像拼接、三维建模等，提高数据处理和图像分析的效 率。
THANK YOU
像片控制测量与空中三角测量
像片控制测量
像片控制测量是摄影测量的重要环节之一，通过在像片上选择控制点并测定其坐标，为后续的空中三角测量提供 基础。控制点的选择应遵循一定原则，如分布均匀、覆盖整个拍摄范围等。
空中三角测量
空中三角测量是摄影测量的核心环节，通过在多张像片上确定像片之间的几何关系，从而实现对目标点的三维定 位。空中三角测量需要借助像片控制点坐标和相机内外参数等信息，通过一定的算法计算出目标点的空间位置。
摄影测量基础知识课件
目 录
• 摄影测量概述 • 摄影测量基本技术 • 摄影测量应用领域与案例 • 摄影测量新技术与发展趋势 • 摄影测量实践与技能提升
01
摄影测量概述
摄影测量的定义与分类
定义
摄影测量是指通过使用摄影机或其他传感器系统获取图像，并通过测量和分析 这些图像来获取目标物体的形状、大小、位置和运动信息的一门技术。
03
摄影测量应用领域与案例
城市规划与土地利用调查
城市规划
摄影测量技术可以提供高精度的地形 数据和空间信息，有助于城市规划师 合理规划城市空间布局，合理安排公 共设施、交通网络和绿地等。
土地利用调查
通过摄影测量技术，可以获取各类土 地利用数据，包括建设用地、农业用 地、林地等，为土地资源管理和利用 提供基础数据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二. 基于灰度的数字影像相关
2.一维相关
在核线影像上，只需要进行一维搜索。
目标区的选择：理论上，目标窗和搜索窗均可以是一 维窗口。但是，由于两影像窗口的相似性测度一般是 统计量，目标窗口中的像素不应太少；若目标区长， 由于一般情况下，灰度信号的重心与几何重心并不重 合，而相关函数的高峰值总是与最强信号一致，加之 影像的几何变形，就会产生相关误差。 取一个以待定点为中心，m × n个像素的窗口；搜索区 为m × l( l > n)个像素的灰度阵列。
不 在 采 样 点
三.影像重采样理论
双线性插值法
W ( x) 1 ( x), 0 x 1
卷积核是一个三角形函数
y1 y2 x1 x2 a 11 y 13 x b y x 12 P 14
三.影像重采样理论
1 g 2 [( x1 )( y1 ) g1 ( y1 ) x1 g 2 x1 y1 g 3 ( x1 ) y1 g 4 ]
二. 数字影像及获取方法
采样
对实际连续函数模型离 散化的量测过程
样点
被量测的“点”是小的区 域----像素
采样间隔
矩形（或正方形）的长与 宽通常称为像素的大小
二. 数字影像及获取方法
灰度量化的方法：将航摄像片上有可能出现的最
大灰度范围进行等分为若干个“灰度等级”，当
采样点的灰度值落在某个灰度级内，则取其为此
首先，取出其中以待定点为中心的小区域中的影像 信号，然后，取出其在另一幅影像中相应区域的影 像信号，计算两者的相关函数，以相关函数最大值 对应的相应区域中心点为同名点。 以影像信号分布最相似的区域为同名区域，同名区 域的中心点为同名点。
示意图
目 标 区
互相 关函 数
搜 索 区
相似程 度
同名点
影像匹配---同名点寻找
基于灰度的数字影像相关方法
一. 影像相关
影像匹配
立体测图的关键：寻找同名像点在左右像片上的位 置。
模拟测图：是作业人员通过双眼不断地在左右像片 上寻找同名像点。 数字摄影测量中，以影像匹配的方法自动确定同名 像点。
一. 影像相关
影像匹配
影像相关是利用互相关函数，评价两块影像的相似 性以确定同名点。
h0、h1、h2、k0、k1、k2 为内定向参数，其数值由
像片上四个框标点的扫描坐标及其相应的像平面
坐标组成误差方程式，平差解算。
三.影像重采样理论
求解不在原始像片上的像元素中心的像点的坐标值 时的再一次采样，称为重采样(Resampling)
摄影测量工作站(DPW)
一. 影像量测方式的发展
早期的摄影测量阶段，对影像量测均需人工进行， 通过人眼与脑对影像进行人工定位、匹配与识别。
现阶段，计算机技术的发展，逐渐用计算机代替人 工完成一些摄影测量任务，即自动化测图。 电子相关技术：将像片上的灰度信号转化为电信号
光学相关技术
数字相关技术：电信号转化为数字信号，由计算机 实现相关运算
x x0 i y y0 j (i 0,1,n 1) ( j 0,1,m 1)
频率域
傅立叶变化
二. 数字影像及获取方法
数字影像获取方式：直接获取；利用数字 化器对光学影像经过采样和量化而获得。 采样：将连续的灰度函数模型离散化
灰度量化：将采样得到的各像素点的灰度值取整 的过程。
F0 底 片 F
图8-1 底片透光能力
F 透光率T： T F0
影像灰度： D
F 阻光率O： O 0 F
lg O
二. 数字影像及获取方法
二. 数字影像及获取方法
数字影像表达形式
g 0,0 g 0,1 g 0,n1 g g g 1 , 0 1 , 1 1, n 1 g g m1,0 g m1,1 g m1,n1
第七章 数字摄影测量
主要内容
§7.1.概述
§7.2.数字影像及数字影像重采样 §7.3.基于灰度的数字影像相关 §7.4.SIFT匹配方法 §7.5.核线相关与同名核线的确定
§7.6.数字摄影测量系统
第一节 概述
主要内容
影像量测方式的发展 数字摄影测量的概念 数字摄影测量系统 (DPS) 或数字
二. 基于灰度的数字影像相关
利用计算机对数字影像进行数值计算完成影像的相关
l
1. 二维相关
n
k m
i,j
搜 索 区
目标区
1
2
3
4
5
6
测,r
则认为(c，r)为同名点。此处，i=4，j=4。
l n l n i i0 , , i0 2 2 2 2 max ij k m k m j j0 , , i0 2 2 2 2
像素点的灰度值。 灰度等级的表示：
i 2M (M 1,2,,8)
二. 数字影像及获取方法
像素点的平面坐标：数字化影像中同一像点的像 平面坐标x，y与其扫描坐标
x, y 换算(数字影像内定向)，用仿射变换公式变换
不相等，需进行
x h0 h1 x h2 y y k0 k1 x k2 y
影像灰度内插方法：双线性内插法、双三次卷积法 及最邻近像元法。
四.影像数字化器
对摄取的航摄像片进行采样和量化，是获取数字影 像的方法之一。
形式：电子光学扫描器和固体陈列数字化器。
图8-3 滚筒式电子-光学数字化器结果示意图
第三节 基于灰度的 数字影像相关
主要内容
概念
基于灰度的数字影像相关
二. 数字摄影测量的概念
利用数字灰度信号，采用数字相关技术量测同名像 点，再通过解析计算，进行内定向、相对定向和绝 对定向，建立数字立体模型，从而建立数字高程模 型，绘制等高线，制作正射影像以及为地理信息系 统提供基础信息等的工作。
三. 数字摄影测量系统(DPS)或 数字摄影测量工作站(DPW)
普通计算机影像数据处理系统 软件：影像数据处理软件系统 硬件：影像数字化装置、影像或图形输出装置、电
子计算机(微机或工作站)
自动化功能还有限，很多工作还要人工参与。
第二节 数字影像及 数字影像重采样
主要内容
影像灰度 数字影像及获取方法 数字影像重采样 影像数字化器
一. 影像灰度