太原理工大学摄影测量学-像片纠正与正射影像图

1、 1.像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 2. 数字微分纠正数字微分纠正 像片纠正与正射影像图 3.立体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方法 4.数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 u两张像片两张像片 确定确定A点的地面坐标点的地面坐标X,Y, Z(解析摄影解析摄影 测量测量)或利用双像进行立体测图。或利用双像进行立体测图。 u 只用一张像片，能否确定只用一张像片，能否确定A点的空间位置？点的空间位置？ u 航摄像片与正射影像图的区别航摄像片与正射影像图的区别 p 航摄像片是中心投影，正射影像图是正射投影；航摄像片是中心投影，正射影像图是正射投影； p 航摄像片上存

2、在由于像片倾斜和地形起伏引起的航摄像片上存在由于像片倾斜和地形起伏引起的 像点位移，正射影像图上不存在像点位移；像点位移，正射影像图上不存在像点位移； p 航摄像片上各点的比例尺不一致，而正射影像航摄像片上各点的比例尺不一致，而正射影像 图上各点的比例尺与规划的比例尺一致。图上各点的比例尺与规划的比例尺一致。 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 S1 S2 b A a1 a2 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 像片平面图像片平面图与与像片纠正像

3、片纠正的概念的概念 u 像片平面图或正射影像图是地图的一种形式，是用像片平面图或正射影像图是地图的一种形式，是用相当于正射影像相当于正射影像的的 航摄像片航摄像片上的影像来表示地物的上的影像来表示地物的形状形状和和平面位置平面位置。 u 正射影像正射影像: 地面点在图面上的平面位置正确，且还有相应的灰度值。地面点在图面上的平面位置正确，且还有相应的灰度值。 u 利用中心投影的航摄像片编制像片平面图或正射影像图，是将中心投利用中心投影的航摄像片编制像片平面图或正射影像图，是将中心投 影转变为正射投影的问题。影转变为正射投影的问题。 u 像片纠正像片纠正: 消除由于像片的倾斜所引起的消除由于像片的

4、倾斜所引起的像点的位移像点的位移，同时改化规定，同时改化规定 的的比例尺比例尺，这一作业过程为像片纠正。，这一作业过程为像片纠正。 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 像片纠正方法分类像片纠正方法分类 u 光学机械纠正法光学机械纠正法:利用光学方法纠正图像是摄影测量中的传统方法利用光学方法纠正图像是摄影测量中的传统方法, 将将 航摄像片纠正成为像片平面图。航摄像片纠正成为像片平面图。 u 光学微分纠正光学微分纠正(正射投影技术正射投影技术):解析摄影测量发展阶段制作正射影像地解析摄影测量发展阶段制作正射影像地 图的主要方法图的主要方法, 使用一小块面积使用

5、一小块面积(一定长度的缝隙一定长度的缝隙)作为一个作为一个纠正单元纠正单元进进 行纠正的方法。行纠正的方法。(是在专门的仪器是在专门的仪器正射投影仪上进行的正射投影仪上进行的)。 u 数字微分纠正数字微分纠正:根据已知影像的根据已知影像的内定向参数内定向参数和和外方位元素外方位元素及数字高程及数字高程 模型模型(DEM) 进行纠正。进行纠正。 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 光学机械纠正法光学机械纠正法 u 仪器仪器: 纠正仪纠正仪 u 纠正过程纠正过程: 投影变换投影变换 u 适用地区适用地区:平坦地区平坦地区(投影差不超过图投影差不超过图 上上0.

6、4mm) u 纠正方法纠正方法: 一次纠正法一次纠正法(投影变换方投影变换方 法法) u 一次纠正方法仍然是一次纠正方法仍然是中心投影中心投影，只，只 适应对适应对平坦地区平坦地区的航摄像片进行纠的航摄像片进行纠 正，只能消除因像片倾斜引起的像点正，只能消除因像片倾斜引起的像点 位移，不能消除因地形起伏产生的投位移，不能消除因地形起伏产生的投 影差。影差。 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 光学机械纠正法光学机械纠正法 u 仪器仪器: 纠正仪纠正仪 u 适用地区适用地区:坡度变化较平缓的丘陵区坡度变化较平缓的丘陵区 (投影差超过图上投影差超过图上0.4m

7、m) u 纠正方法纠正方法: 分带纠正法分带纠正法 (Q=2h) u 分带纠正法是指在一张像片范围分带纠正法是指在一张像片范围 内，按照地形高程将作业区划分为若内，按照地形高程将作业区划分为若 干带区，使每一带区内地形起伏引起干带区，使每一带区内地形起伏引起 的投影差小于规定的值。对每一带区的投影差小于规定的值。对每一带区 分别纠正晒像，然后镶嵌成为一张纠分别纠正晒像，然后镶嵌成为一张纠 正像片。正像片。 Q/2 H1H2H3 p S E3 E2 E1 h Q Q Q )sin2sin 2 1 ( f r H hr bb h 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与

8、分类 光学机械纠正法光学机械纠正法 u 纠正仪满足：几何条件纠正仪满足：几何条件&光学条件光学条件 u 理论基础：中心投影变换理论基础：中心投影变换(像片与地面、像片与画面像片与地面、像片与画面) 111 333 222 333 SSS SSS SSS SSS a ( XX )b(YY )c (ZZ ) xf a ( XX )b (YY )c (ZZ ) a ( XX )b (YY )c (ZZ ) yf a ( XX )b (YY )c (ZZ ) 0 0 S xxx yyy ZZH 123 12 123 12 1 1 A XAYA x C XC Y B XB YB y C XC Y 两透视

9、平两透视平 面的投影面的投影 变换公式变换公式 光学机械纠正法光学机械纠正法 u 实际上是利用图底上已知点的坐标用对点实际上是利用图底上已知点的坐标用对点 的方法进行纠正，用纠正仪的机械动作的方法进行纠正，用纠正仪的机械动作(自自 由度由度) 将投影圈点将投影圈点(像点像点)与图底叉点与图底叉点(对应图对应图 点点)重合。重合。 u 纠正仪的自由度纠正仪的自由度: 比例尺缩放、承影面倾比例尺缩放、承影面倾 斜、像片盘旋转、像片的横向偏心和纵向偏斜、像片盘旋转、像片的横向偏心和纵向偏 心心 u 纠正点数：纠正点数：5个个 u 纠正方法：对点纠正纠正方法：对点纠正 u 纠正好后，在承影面上放相纸曝

10、光晒像得纠正好后，在承影面上放相纸曝光晒像得 纠正好的像片纠正好的像片(正射影像正射影像)。 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 S 光学微分纠正光学微分纠正 u 分为直接微分纠正与间接分为直接微分纠正与间接(函数函数)微分纠正微分纠正 u 构成：一台双像的光学测图仪构成：一台双像的光学测图仪+具有相同投影器的正射投影仪、同步运具有相同投影器的正射投影仪、同步运 动动 u 步骤：内定向、相对定向、绝对定向步骤：内定向、相对定向、绝对定向 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 感光材料 A0 A P1 Z S1 P1 P2

11、 S1 S2 数字微分纠正数字微分纠正 u 根据影像的内定向参数、方位元素以及数字高程模型，利用相应的构根据影像的内定向参数、方位元素以及数字高程模型，利用相应的构 像方程像方程(共线方程共线方程)，用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获取，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，这一过程是将影像化为很多正射影像，这一过程是将影像化为很多微小的区域微小的区域逐点逐点进行，且使用的进行，且使用的 是数字方式处理，故称为数字微分纠正。是数字方式处理，故称为数字微分纠正。 u 数字微分纠正技术是当前像片纠正和正射影像图制作的主要方法数字微分纠正技术是当前像片纠正和正射影像图制作的

12、主要方法 u 依被纠正的最小单元将微分纠正可分为两类：依被纠正的最小单元将微分纠正可分为两类：点元素纠正、面元素纠点元素纠正、面元素纠 正正 像片纠正与正射影像图 一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类 基本原理与解算方案基本原理与解算方案 u 数字微分纠正与光学微分纠正一样，其基本任务是实现两个二维图像数字微分纠正与光学微分纠正一样，其基本任务是实现两个二维图像 之间的几何变换之间的几何变换 u 数字纠正数字纠正: 像素的几何位置和灰度像素的几何位置和灰度 u 设任意像元在原始图像的坐标为设任意像元在原始图像的坐标为(x, y), 纠正后图像对应的地面点坐标为纠正后图像对应的地面

13、点坐标为 (X ,Y) ,实际上直接存在着映射关系实际上直接存在着映射关系 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 (, ) , ) x y xfX Y yfX Y （ ( , ) ( , ) x y Xx y Yx y 间接数字 微分纠正 直接数字 微分纠正 反解法反解法(间接法间接法)数字微分纠正数字微分纠正 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 x=fx(X,Y,Z) y=fy(X,Y,Z) 灰度赋值 x x y y P X X Y 灰度内插 原始图像 反解法反解法(间接法间接法)数字微分纠正数字微分纠正 (1) 计算地面点坐标计算地面点坐标 : 正

14、射影像上任一像点正射影像上任一像点P( X,Y)对应的地面坐标对应的地面坐标(X,Y) (2) 计算原始图像上像点坐标计算原始图像上像点坐标p(x, y) 根据共线条件方程式，地面点的根据共线条件方程式，地面点的Z坐标坐标 根据根据DEM内插内插 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 YMYY XMXX 0 0 111 0 333 222 0 333 SSS p SSS SSS p SSS a ( XX )b(YY )c (ZZ ) xfx a ( XX )b (YY )c (ZZ ) a ( XX )b (YY )c (ZZ ) yfy a ( XX )b (YY )c

15、(ZZ ) 22 012345 22 012345 Xaa xa ya xya xa y Ybb xb yb xyb xb y 任何地形 平坦地区 反解法反解法(间接法间接法)数字微分纠正数字微分纠正 (3) 像素坐标的解算像素坐标的解算: 根据内定向参数，计算像点根据内定向参数，计算像点(x, y)的像素坐标的像素坐标(I, J) (4) 灰度内插灰度内插: 根据计算得像素坐标根据计算得像素坐标 (I, J)，采用双线性内插法，内插像点的，采用双线性内插法，内插像点的 灰度值灰度值 (5) 灰度赋值灰度赋值: 将计算的灰度值赋给正射影像上的像点将计算的灰度值赋给正射影像上的像点(X,Y) 像

16、片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 012 012 xhh Ih J ykk Ik J 1234 91011 5678 91011 1 1 L XL YL ZL I L XL YL L XL YL ZL J L XL YL (, )( , )G X Yg x y 正解法正解法(直接法直接法)数字微分纠正数字微分纠正 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 原始图像 x y X 纠正图像 Y X=x(x,y) Y=y(x,y) ( , ) ( , ) x y Xx y Yx y (, )( , )G X Yg x y 123 123 123 123 SS S

17、S a xa ya f XX(ZZ ) c xc ya f b xb yb f YY(ZZ ) c xc ya f 正解法正解法(直接法直接法)数字微分纠正数字微分纠正 u直接法数字影像纠正实际上是由直接法数字影像纠正实际上是由二维影像二维影像坐标变换到坐标变换到三维空间三维空间坐标的过坐标的过 程程 u 需反复迭代解算需反复迭代解算 u 纠正后的影像所得的像点不是规则排列，可能出现纠正后的影像所得的像点不是规则排列，可能出现“空白空白”或重复像或重复像 素，难以实现灰度内插，获得规则排列的正射数字影像素，难以实现灰度内插，获得规则排列的正射数字影像 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠

18、正数字微分纠正 123 123 123 123 SS SS a xa ya f XX(ZZ ) c xc ya f b xb yb f YY(ZZ ) c xc ya f 间接法、直接法比较间接法、直接法比较 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 正射影像 取灰度 间接法 原始影像正射影像 送灰度 直接法 原始影像 间接法、直接法比较间接法、直接法比较 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 (x,y,Z)(X,Y) (Z) (x,y) (X,Y,Z) 间接法 直接法 计算 正射影像 取灰度 送灰度 原始影像 灰度赋值 数字微分纠正实际解法数字微分纠正实际

19、解法 u 实际上不是逐点纠正，以面元素作为纠正单元。取一个小正方形的块实际上不是逐点纠正，以面元素作为纠正单元。取一个小正方形的块 作为纠正单元，用反解法求出四个角点的像点坐标后，再内插出任意一作为纠正单元，用反解法求出四个角点的像点坐标后，再内插出任意一 个像元所对应的像点坐标后进行灰度内插。个像元所对应的像点坐标后进行灰度内插。 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 x2 x1 x4 x3 Y x X n i 2 2i n 1 1 O 2 2 1243 1243 1 ( , )()()()() 1 ( , )()()()() x i jni nj xi nj xni j

20、xijx n y i jni nj yi nj yni jyijy n 数字微分纠正实际解法数字微分纠正实际解法 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 数字微分纠正实际解法数字微分纠正实际解法 像片纠正与正射影像图 二二. .数字微分纠正数字微分纠正 1(0, 0） 2(n, 0) 3(n, n)4(0, n) ),(),( 11 1 1 YXYX ),(),(YXYX ),(),( 22 2 2 YXYX ),(),( 33 3 3 YXYX ),(),( 44 4 4 YXYX 2 2 1243 1243 1 ( , )()()()() 1 ( , )()()()()

21、x i jni nj xi nj xni jxijx n y i jni nj yi nj yni jyijy n 立体正射影像对立体正射影像对的制作方法的制作方法 u 获得立体匹配片获得立体匹配片: 将将DEM格网点的格网点的X,Y,Z坐标用共线方程变换到像片上坐标用共线方程变换到像片上 的同时引入一个的同时引入一个人工视差人工视差, 该人工视差反映实地地形起伏情况。该人工视差反映实地地形起伏情况。 u 依据人工视差引入的方法，立体匹配片制作方法分为依据人工视差引入的方法，立体匹配片制作方法分为: 基于斜平行投基于斜平行投 影、基于对数投影影、基于对数投影 像片纠正与正射影像图 三三. .立

22、体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方法 立体正射影像对立体正射影像对的制作方法的制作方法 u 基于基于斜平行投影斜平行投影的立体正射影像对的立体正射影像对 像片纠正与正射影像图 三三. .立体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方法 tanPZkZ 没有上下视差没有上下视差 存在左右视差存在左右视差 立体立体正射影像对正射影像对的应用的应用 u 立体正射影像对的优点立体正射影像对的优点 p 便于定向和量测便于定向和量测 p 量测用的设备简单量测用的设备简单 p 只要具备影像覆盖范围内的只要具备影像覆盖范围内的DEM高程数据库和所摄像片的内外方位元高程数据库和所摄像片的内外方位元 素

23、，就可以在摄影后制作出立体正射影像对。素，就可以在摄影后制作出立体正射影像对。 p 用立体正射影像来修测地形图上的地物和量测具有一定高度物体的高度用立体正射影像来修测地形图上的地物和量测具有一定高度物体的高度 是十分有效的是十分有效的 p 用立体正射影像对要比单眼观测正射影像多辨认出用立体正射影像对要比单眼观测正射影像多辨认出50%的细部的细部 像片纠正与正射影像图 三三. .立体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方法 数字摄影测量软件数字摄影测量软件DOM生产流程生产流程 像片纠正与正射影像图 四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 内定向 相对定向 绝对定向 生成

24、DEM 生成DOM 质量检查、整饰 识别框标识别框标自动自动 人工选取控制点人工选取控制点 自动自动 28 4数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 u * 9-3 9-3 数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 原始影像数据原始影像数据 空三数据空三数据 影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌 符号库符号库汉字库汉字库 数字地形图数字地形图 DEM数据数据 数字影像地图数字影像地图 图幅拼接图幅拼接 影像地图编辑影像地图编辑 影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出 电子电子 影像图影像图 像片像片 影像地图影像地图 纸质纸质 影像地图影像地图 正射正射 影像影像 原始

25、影像数据原始影像数据 空三数据空三数据 影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌 符号库符号库汉字库汉字库 数字地形图数字地形图 DEM数据数据 数字影像地图数字影像地图 图幅拼接图幅拼接 影像地图编辑影像地图编辑 影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出 电子电子 影像图影像图 像片像片 影像地图影像地图 纸质纸质 影像地图影像地图 正射正射 影像影像 航空像片航空像片航天像片航天像片图像数据图像数据现有地图现有地图数字调绘数字调绘野外数字测图野外数字测图 控制数据控制数据 数字化数字化 等高线数字化等高线数字化 数字空三数字空三 等高线转换等高线转换DEM 基本高程样图基本高程样图 数字转

26、绘数字转绘 数字测图、数字测图、DEM DEM编辑编辑 图幅拼接图幅拼接地形图编辑地形图编辑 纸质纸质 地形图地形图 电子电子 地形图地形图 地形地形 数据数据 DEM 空三空三 数据数据 原始原始 影像影像 数字影像数字影像地地图生产数据流程图图生产数据流程图 成果表示成果表示 信息处理信息处理 信息获取信息获取 原始影像数据原始影像数据 空三数据空三数据 影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌 符号库符号库汉字库汉字库 数字地形图数字地形图 DEM数据数据 数字影像地图数字影像地图 图幅拼接图幅拼接 影像地图编辑影像地图编辑 影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出 电子电子 影像图影像

27、图 像片像片 影像地图影像地图 纸质纸质 影像地图影像地图 正射正射 影像影像 原始影像数据原始影像数据 空三数据空三数据 影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌 符号库符号库汉字库汉字库 数字地形图数字地形图 DEM数据数据 数字影像地图数字影像地图 图幅拼接图幅拼接 影像地图编辑影像地图编辑 影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出 电子电子 影像图影像图 像片像片 影像地图影像地图 纸质纸质 影像地图影像地图 正射正射 影像影像 原始影像数据原始影像数据 空三数据空三数据 影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌 符号库符号库汉字库汉字库 数字地形图数字地形图 DEM数据数据 数字影像地图数字影像地图

28、 图幅拼接图幅拼接 影像地图编辑影像地图编辑 影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出 电子电子 影像图影像图 像片像片 影像地图影像地图 纸质纸质 影像地图影像地图 正射正射 影像影像 像片纠正与正射影像图 四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 u 制作方法制作方法 p 全数字摄影测量方法全数字摄影测量方法 p 单片数字微分纠正单片数字微分纠正 p 正射影像图扫描，但扫描后要进行仿射变换改正正射影像图扫描，但扫描后要进行仿射变换改正 u 工序工序 p 野外控制测量野外控制测量 p 空三加密：自动空三利用区域网平差计算，检测与剔除粗差空三加密：自动空三利用

29、区域网平差计算，检测与剔除粗差 p DEM采集、编辑：生成可靠的采集、编辑：生成可靠的DEM p 正射纠正：在进行影像纠正时避免房屋、桥梁和道路扭曲变形，适合城正射纠正：在进行影像纠正时避免房屋、桥梁和道路扭曲变形，适合城 市大比例尺影像图制作市大比例尺影像图制作 p 影像拼接和镶嵌、色调调整影像拼接和镶嵌、色调调整 像片纠正与正射影像图 四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 正射影像上的正射影像上的遮蔽遮蔽现象现象 u 影像上的遮蔽是指由于地面上有一定高度的目标物体遮挡，使得地面上的影像上的遮蔽是指由于地面上有一定高度的目标物体遮挡，使得地面上的 局部区域局部区域(包括

30、目标物体本身的局部包括目标物体本身的局部)在影像上不可见的现象。在影像上不可见的现象。 S1 CD 左片右片 A FBE 像片纠正与正射影像图 四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 正射影像上的正射影像上的遮蔽遮蔽现象现象 u 影像上的遮蔽与投影方式有关。对于地物的正射投影，由于它是垂直平行影像上的遮蔽与投影方式有关。对于地物的正射投影，由于它是垂直平行 投影成像，是不会产生遮蔽现象的。投影成像，是不会产生遮蔽现象的。 u 对于中心投影所产生的遮蔽现象，其对于中心投影所产生的遮蔽现象，其实质是投影差实质是投影差。 建 筑 物 A B A0 B0 H f h r A0 A1 A 遮蔽 r 像片纠正与正射影像图 四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 正射影像上的正射影像上的遮蔽遮蔽现象现象 u 正射影像上遮蔽的对策正射影像上遮蔽的对策 p 影像获取时的