摄影测量学7-2

第七章数字摄影测量,主要内容,7-1概述,7-2影像数字化与影像重采样,7-3基于灰度的影像相关,7-4同名核线的确定与核线相关,7-5基于特征的影像匹配,7-7数字摄影测量系统,a,a,同名核线核面与左右像片面的交线,立体像对中特殊的点线面,摄影基线相邻两个摄站的连线,同名像点同名光线在左右像片上的构像,核面摄影基线与某一地物点组成的平面,同名光线同一地物点发出的两条光线,7-4同名核线的确定与核线相关,将沿方向搜索同名点的二维相关问题，变成沿同名核线的一维相关问题。大大减少相关的计算工作量。,在影像数字化过程，像元素按矩阵的形式规则排列，但是扫描行不是核线的方向，要进行核显像管，必须先找到核线。同名核线的确定是关键所在。,一、共面方程法根据核线的定义直接在倾斜相片上提取同名核线。,7-4同名核线的确定与核线相关,b为过a点左核线l上的任一点，则满足三线共面条件,7-4同名核线的确定与核线相关,其中,单独相对定向系统,7-4同名核线的确定与核线相关,然后根据，左像点a和右片同名核线l上任一像点也位于同一核面上，因此：,7-4同名核线的确定与核线相关,共面法思路,首先，根据在同一核线上的像点a,b,确定左片核线其次，根据核线、基线共面推导右片上一点a的坐标核线方程再次。同理可以求得另一点b的坐标，最后，根据两点共线求得右片的核线方程。,7-4同名核线的确定与核线相关,实际像片,水平像片,P倾斜像片，Pt水平像片,摄影基线与某一构像光线构成的核面,三点共线,左片：,7-4同名核线的确定与核线相关,二、基于数字影像几何纠正的方法,：倾斜像片上像点坐标,：水平像片上像点坐标,（1）,水平像片上，核线的直线方程,倾斜像片上的核线方程,7-4同名核线的确定与核线相关,（2）,以等间隔取一系列的采样点,将xt带入（2）,在倾斜像片上的核线上对应一系列的点,将倾斜像片上像点的灰度值赋予水平像片上相应的像点。,获得了水平像片上核线影像。,7-4同名核线的确定与核线相关,右片：同名核线在水平像片的直线方程：,三点共线,7-4同名核线的确定与核线相关,同理可得右片像片的同名核线,三、沿核线重采样,水平像片沿核线排列的规则格网，每个格网的灰度值是数字化像片上相应点的灰度值。,7-4同名核线的确定与核线相关,数字影像是规则排列的灰度格网序列，为了获取核线的灰度序列，必须对原始影像灰度重采样。,由其周围四个像元的灰度值经双向性内插求得：,7-4同名核线的确定与核线相关,四、核线相关-一维相关,目标区,搜索区,相关窗口的个数：,7-4同名核线的确定与核线相关,由于一般情况下数字影像扫描行与核线并不重合，为了获得核线的灰度阵列，必须对原始数字影像进行重采样。若按照共线方程法确定同名核线，可直接在像片上获取核线影像，根据同名核线的几何关系确定像片上的核线方向根据核线的一个起点坐标及方向，就能确定核线在像片上的位置，用线性内插等方法求核线的像素灰度。用数字影像几何纠正方法获取核线，也要进行灰度内插重采样。,7-4同名核线的确定与核线相关,7-5基于特征的影像匹配,相关系数法、协方差法、最小二乘法是基于灰度的影像相关方法，都是直接以待定点为中心构建目标窗口，以窗口内像元的灰度值为依据进行同名点的搜索。,在待定点位于低反差区内，即该窗口内信息贫乏，信噪比很小，或存在较大比例尺差异或扭曲的区域，灰度相关将失败。,基于特征的影像匹配（featurebasedimagematching),步骤：首先用某种特征提取算子提取影像中的特征（点、线、面）；然后对提取的特征进行参数描述；以特征参数为依据进行同名特征的搜索，继而获得同名点。,主要目的：用于配准一些特殊的点、线或面。,7-5基于特征的影像匹配,影像匹配实质是在两幅（或多幅）影像之间的同名点。影像相关只是影像匹配方法的一种。,特征匹配,1.特征提取,点特征,线特征,2.特征的参数描述,3.特征匹配,三、基于特征的影像匹配-FeatureBasedMatching,一、点特征提取算法,点特征：明显的点，如角点、圆点,提取点特征的算子-兴趣算子或有利算子,1.Moravec算子,通过逐像元量测与其邻元的灰度差，搜索相邻像元之间具有高反差的点。,-利用灰度方差提取点特征。,7-5基于特征的影像匹配,1）计算各像元的有利值IV，按四个方向计算相邻像元间灰度差平方和，取最小的为该像元的有利值,r,c,n,n,K=int(n/2),2）给一定的阈值，确定待定的有利点。,像元的有利值大于给定的阈值，则该像元作为候选点。,3）抑制局部非最大。,判断：,在一定大小的窗口内，将所选的候选点与其周围的候选点比较。若该像元的有利值不是窗口的最大值，则去掉该点；否则该像元为特征点。,该方法是在四个主要方向上选择了最大最小方差点为特征点。,逐像元计算有利值IV,IV阈值，确定待定的有利点,抑制局部非最大，确定特征点,计算步骤：,2.Forstner算子,通过计算各像元的Roberts梯度和协方差矩阵寻找尽可能小而圆的误差椭圆的点为特征点。,1）有利值的计算,（1）计算有利值,行列式,是误差椭圆的长、短半轴,2）确定待选的有利窗口。,有利值大于给定的阈值，则以该像元为中心的窗口为候选的最佳窗口。,3）抑制局部非最大。,4）在最佳窗口中确定加权中心作为最后所需的有利点。,3.LY算子,图像可分为信息含量丰富区、不含或少含信息的区域。点特征和线特征必然存在于信息含量丰富的区域。,特征的提取分成两步：,1）用简单算子从提取,2）用Robert梯度和协方差矩阵从提取,二、线特征提取算子,线特征-边缘,边缘：表现为灰度变化的不连续影像局部区域特征不相同的那些区域间的分界线。,线：具有很小宽度的起中间区域具有相同的影像特征的边缘对。距离很小的一对边缘构成一条线。,边缘检测算子,提取边缘的途径：1、对图像进行区域分割，由区域的边界构成边缘；2、直接对图像进行边缘检测。,二、线特征提取算子,对于边缘检测要检测曲线上灰度变化最大的点，即一阶导数最大或二阶导数为0的点。,1.直方图法,图像的直方图：指对应于每个灰度值求出图像中具有该灰度值的的像元素数或频数（占总像素数的比率）的图形；横轴为灰度值，纵轴为频数。,理想情况下为双刃曲线，谷底点的灰度值为分割点。,以为阈值,将窗口内的影像分为大于和小于两个区域,区域的边界形成了边缘.,不理想的直方图,2.梯度算子,一个灰度函数在坐标上的梯度：,最大增加率,灰度函数最大增加率方向,对于给定的阈值T，像点边缘上的点。,3.特征分割法,一维影像由若干影像段（特征段）组成。,特征段由三个特征点组成。一个灰度梯度变化最大的点，两个“突出点”（灰度很小）,利用特征提取算子，提取特征（依次提取三个特征点），将一行影像分割为若干个影像段。,影像分割：将影像分割成若干子区域，每个子区域都具有一定的均匀性质对应于某一物体或物体的一部分。,（沿核线逐象元搜索）,三、基于特征的影像匹配-FeatureBasedMatching,灰度匹配-AreaBasedImageMatching:,以待定点为中心的窗口或（区域）内，以影像的灰度分布为影像匹配的基础。,待匹配的点位于低反差区内，即该窗口内信息贫乏，信噪比很小，匹配的成功率不高。,在大比例尺城市航空摄影测量中，处理的对象主要是人工建筑，由于影像的不连续、阴影与被遮蔽等原因，基于灰度的匹配算法难以适应。影像匹配主要是用于配准那些特征点、线、面。,跨接法影像匹配,处理影像几何变形的影响通常有两种方式：（1）先不顾及几何变形做“粗匹配”，然后用其结果作几何纠正再匹配（2）最小二乘影像匹配将影像匹配与几何纠正均作为参数同时解算。跨接法先坐几何纠正，后做影像匹配。,最小二乘影像匹配,核线影像由若干影像段（特征段）组成。,利用特征提取算子，提取特征（依次提取三个特征点），将一行影像分割为若干个影像段。“刀刃曲线”,1.特征提取,跨接法影像匹配,2.匹配窗口的构成,传统的影像匹配中，以影像窗口中心为匹配点。,跨接法的匹配窗口将两个窗口连接起来构成一个匹配窗口。,其中一个特征可以是已经匹配的特征，也可以是待匹配的特征；另一个是待匹配的特征。,这种窗口是随着影像的纹理结构而变化的。,跨接法匹配窗口的特点,1)待匹配的特征始终位于边缘，不是窗口的中心；,2)窗口的大小不固定，由影像的纹理特征决定。影像纹理越丰富，窗口越小，更合理。,3)由于目标窗口与搜索窗口在核线上有三个特征点对应，有利于在匹配之前进行变形改正，从而提高匹配的可靠性。,目标窗口,搜索窗口,核线,对于二维影像，跨接法的影像匹配窗口是边缘线为界限所形成的不规则窗口，在核线影像的情况下是曲边梯形，两条边缘线即曲边梯形的两个腰。,3跨接法匹配,1）传递方式的跨接法匹配,一个已经配准的特征与一个待匹配特征构成目标窗口；搜索窗口由另一个配准的特征与多个待匹配的特征构成,1,2,3,4,5,确定待匹配的特征,构成目标窗口,确定的备选特征1，3,组成右影像的特征窗口,右影像窗口重采样-以目标窗口为基准，使之于目标窗口的大小一致，消除几何变形,相关匹配-计算与的相关系数，取最大相关系数为匹配窗口，进而确定匹配的特征,3跨接法匹配,7-7数字摄影测量系统,任务：基于数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。,数字影像处理系统，利用计算机视觉代替人眼视觉，实现自动量测与识别的系统。,目前，对影像物理信息-光谱特性的自动提取-自动识别的研究还非常肤浅，现阶段是人工与计算机自动化并存。,3、直到1988年京都国际摄影测量与遥感协会第17届大会上才展出了商用数字据影测量工作站DsP1。尽管DSP1是作为商品推出的，但实际上并没有成功地进行销售。,1、早在20世纪70年代，第一台解析测团仪APll问世不久，美国也已研制了全数字化测图系统DAMc。,2、其后出现了多套数字摄影测量系统，但基本上都是属于体现数字摄影测量工作站(DPw)概念的试验系统。,4、到1992年8月第17届国际摄影测量与遥感大会上，已有多套较为成熟的产品展示，它表明了数字摄影测量工作站正在由试验阶段步入摄影测量的生产阶段。,5、1997年7月，在维也纳18届国际摄影测量与遥感大会上，展出了十几套数字摄影测量工作站，这表明数字摄影测量工作站已进入了使用阶段。,数字摄影测量工作站的发展,VIrtuozoNT简介,1978年武汉大学王之卓教授提出全数字化自动测图系统研究方案，由武汉大学张祖勋教授主持研发。1985年研发出WuDAMS1.0版本。与澳大利亚Geonautic公司合作，1994年推出第一个商品化的工作站版本，并改名为Virtuozo.1998年由适普公司推出其微机NT版本。组成：硬件：计算机立体观测装置、量测控制装置,功能,1、影像数字化2、影像处理3、量测