像片纠正与正射影像

1、第九章第九章像片纠正与正射影像图像片纠正与正射影像图9-1 像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类一、像片纠正的概念一、像片纠正的概念 像片平面图像片平面图或正射影像图是地图的一种，它是或正射影像图是地图的一种，它是用相当于用相当于正射投影正射投影的航摄像片上的影像表示地物的的航摄像片上的影像表示地物的形状和平面位置的地图形式。利用中心投影的航摄形状和平面位置的地图形式。利用中心投影的航摄像片编制像片平面图或正射影像图，是将像片编制像片平面图或正射影像图，是将中心投影中心投影转变为转变为正射投影正射投影的问题。的问题。 当像片水平且地面为水平的情况下，该航摄像当像片水平且地面为水平的情况下，

2、该航摄像片就相当于该地区比例尺为片就相当于该地区比例尺为1：m(=f/h) 的平面图。的平面图。 由于航空摄影时，不能保持像片严格水平，而由于航空摄影时，不能保持像片严格水平，而且地面也不可能是水平面，致使像片上的构像由于且地面也不可能是水平面，致使像片上的构像由于像片倾斜像片倾斜和和地形起伏地形起伏产生产生像点位移、图形变形以及像点位移、图形变形以及比例尺不一致比例尺不一致。所以，不能简单的用原始航摄像片。所以，不能简单的用原始航摄像片上的影像来表示地物的形状和平面位置。上的影像来表示地物的形状和平面位置。 将原始的航摄像片通过投影变换，获得相当于将原始的航摄像片通过投影变换，获得相当于航摄

3、像机航摄像机物镜主光轴在铅垂位置摄影物镜主光轴在铅垂位置摄影的水平像片，的水平像片，同时改化规定的比例尺；或应用计算机按相应的数同时改化规定的比例尺；或应用计算机按相应的数学关系式进行解算，从原始非正射的数字影像获取学关系式进行解算，从原始非正射的数字影像获取数字正射影像，这些作业过程称为数字正射影像，这些作业过程称为像片纠正像片纠正。二、像片纠正方法分类二、像片纠正方法分类1. 光学机械纠正法光学机械纠正法 这种纠正方法是摄影测量的传统方法，只适这种纠正方法是摄影测量的传统方法，只适用于对平坦地区的航摄像片进行纠正，只能消除用于对平坦地区的航摄像片进行纠正，只能消除因因像片倾斜像片倾斜引起的

4、像点位移，不能消除因引起的像点位移，不能消除因地形起地形起伏伏产生的产生的投影差投影差。2. 光学微分纠正光学微分纠正 可以完成对可以完成对起伏地区起伏地区的影像进行纠正。方法的影像进行纠正。方法是在正射投影仪上，将影像分解成小面元的集合，是在正射投影仪上，将影像分解成小面元的集合，以小面元为纠正单元，经投影变换实现纠正的技以小面元为纠正单元，经投影变换实现纠正的技术。术。 3. 数字微分纠正数字微分纠正 利用经典的光学纠正仪器进行像片纠正，在数利用经典的光学纠正仪器进行像片纠正，在数学关系上受到很大的限制，特别是近代遥感技术中学关系上受到很大的限制，特别是近代遥感技术中许多新的传感器的出现，

5、产生了不同于经典的框幅许多新的传感器的出现，产生了不同于经典的框幅式航摄像片的影像，使得经典的光学纠正仪器难以式航摄像片的影像，使得经典的光学纠正仪器难以适应这些影像的纠正任务，而且这些影像中有许多适应这些影像的纠正任务，而且这些影像中有许多本身就是数字影像，不便使用这些光学纠正仪器。本身就是数字影像，不便使用这些光学纠正仪器。使用数字微分纠正技术，则可方便地解决上述问题。使用数字微分纠正技术，则可方便地解决上述问题。 数字微分纠正：数字微分纠正：根据已知影像的内定向参数和根据已知影像的内定向参数和外方位元素及数字高程模型，按一定的数学模型用外方位元素及数字高程模型，按一定的数学模型用控制点解

6、算，从原始非正射影像获取正射影像，即控制点解算，从原始非正射影像获取正射影像，即 将影像化为很多微小的区域（一般为一个像元大小将影像化为很多微小的区域（一般为一个像元大小的区域），逐一进行改正。这种直接利用计算机对的区域），逐一进行改正。这种直接利用计算机对数字影像进行逐个像元的微分纠正，称为数字影像进行逐个像元的微分纠正，称为数字微分数字微分纠正。纠正。 特点：特点： 1 1、使用数字摄影测量系统作业、使用数字摄影测量系统作业 2 2、适用于各类地区，是逐像元的严格纠正、适用于各类地区，是逐像元的严格纠正3 3、作业所需、作业所需demdem可在同一系统中自动生成可在同一系统中自动生成4 4

7、、成果为数字正射影像、成果为数字正射影像9-2 数字微分纠正数字微分纠正一、数字微分纠正的基本原理一、数字微分纠正的基本原理 数字微分纠正与光学微分纠正一样，其基本任数字微分纠正与光学微分纠正一样，其基本任务是务是实现两个二维图像之间的几何变换实现两个二维图像之间的几何变换。在数字微。在数字微分纠正过程中，必须首先确定原始图像与纠正后的分纠正过程中，必须首先确定原始图像与纠正后的图像之间的几何关系。设任意像元在原始影像和纠图像之间的几何关系。设任意像元在原始影像和纠正后图像中的坐标分别为正后图像中的坐标分别为(x,y)和和(x，y)。它们之间。它们之间存在着映射关系存在着映射关系:(9-2a)

8、(9-2b) 公式公式(9-2a)是由纠正后的像点坐标是由纠正后的像点坐标(x，y)出发，出发，根据像片的内、外方位元素及根据像片的内、外方位元素及p点的高程点的高程 反求其在反求其在原始图像上的像点坐标原始图像上的像点坐标(x，y)，这种方法称为，这种方法称为反解反解法法(或称为间接解法或称为间接解法)。而公式（。而公式（9-2b）则相反，它）则相反，它是由原始图像上像点坐标是由原始图像上像点坐标(x，y)解求纠正后图像上解求纠正后图像上相应点坐标相应点坐标(x，y)，这种方法称为，这种方法称为正解法正解法(或称直接或称直接解法解法)。二、反解法数字微分纠正二、反解法数字微分纠正计算过程如下

9、计算过程如下: 1. 计算地面点坐标计算地面点坐标 设正射影像上任意一像点设正射影像上任意一像点p的坐标为（的坐标为（x,y）,由左下角图廓点坐标（由左下角图廓点坐标（x0，y0）及正射影像比例）及正射影像比例尺分母尺分母m，计算其地面点坐标。，计算其地面点坐标。（9-3）2. 计算像点坐标计算像点坐标 应用共线条件式计算应用共线条件式计算p点在原始图像上的像点点在原始图像上的像点p的坐标（的坐标（x，y）：）：)()()()()()()()()()()()(33322203331110sssssssssssszzcyybxxazzcyybxxafyyzzcyybxxazzcyybxxafxx

10、z z为为p p点的高程，由点的高程，由demdem内插求得。内插求得。3. 灰度内插灰度内插 由于所求得的像点坐标不一定正好落在像元素由于所求得的像点坐标不一定正好落在像元素中心，为此必须进行灰度内插，一般可采用双线性中心，为此必须进行灰度内插，一般可采用双线性内插方法，求得像点内插方法，求得像点p的灰度值的灰度值g(x，y)。4. 灰度赋值灰度赋值 最后将像点最后将像点p p的灰度值赋给纠正后的像元素的灰度值赋给纠正后的像元素p p，即即 g(xg(x，y)y)g(xg(x，y) (9-4)y) (9-4) 依次对每个纠正像元素进行上述运算，即能获依次对每个纠正像元素进行上述运算，即能获得

11、纠正的数字图像。得纠正的数字图像。三、正解法数字微分纠正三、正解法数字微分纠正 正解法数字微分纠正是从原始图像出发，将原正解法数字微分纠正是从原始图像出发，将原始图像上的每一个像元素用正解公式求得纠正后的始图像上的每一个像元素用正解公式求得纠正后的像点坐标。像点坐标。 这种方法存在着很大的缺点，在纠正后的图像这种方法存在着很大的缺点，在纠正后的图像上，所得的像点是不规则排列的，有的像元素内可上，所得的像点是不规则排列的，有的像元素内可能出现能出现空白空白，而有的像元素内可能出现，而有的像元素内可能出现多个像点多个像点，因此很难实现灰度内插并获得规则排列的数字影像。因此很难实现灰度内插并获得规则

12、排列的数字影像。 基于上述原因，数字纠正一般采用基于上述原因，数字纠正一般采用反解法反解法。四、数字微分纠正实际解法四、数字微分纠正实际解法 数字纠正的实际解法，从原理上来说，是属于数字纠正的实际解法，从原理上来说，是属于点元素点元素纠正，但在实际的软件系统中，均是以纠正，但在实际的软件系统中，均是以“面元面元素素”作为纠正单元的，一般以作为纠正单元的，一般以正方形正方形作为纠正单元。作为纠正单元。利用反算公式计算该单元利用反算公式计算该单元个个“角点角点”的像点坐标，的像点坐标，再沿再沿x 和方向，在和方向，在“面面元素元素”内线性内插求得纠内线性内插求得纠正单元内的坐标，求得像正单元内的坐

13、标，求得像点坐标后，再内插其灰度。点坐标后，再内插其灰度。xy),(33yx),(11yx),(44yx),(22yx9-3 数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法 数字正射影像图（数字正射影像图（dom）是以）是以航摄像片或遥感航摄像片或遥感影像影像为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正、为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据，微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记等形式添并将地形要素的信息以符号、线画、注记等形式添加到该影像平面上，形成以加到该影像平面上，形成以栅格数据栅格数据形式存储的

14、影形式存储的影像数据库。像数据库。 具有地形图的具有地形图的几何精度几何精度和和影像特征影像特征。 优点优点：精度高、信息丰富、直观逼真、现实性强。：精度高、信息丰富、直观逼真、现实性强。 制作方法：制作方法：1.全数字摄影测量方法全数字摄影测量方法 该方法是通过数字摄影测量系统来实现的，即该方法是通过数字摄影测量系统来实现的，即对数字影像对进行内定向、相对定向、绝对定向对数字影像对进行内定向、相对定向、绝对定向后，形成后，形成dem，按反解法做单元数字微分纠正，按反解法做单元数字微分纠正，进而制作正射影像图，并进行地名注记、公里格进而制作正射影像图，并进行地名注记、公里格网和图廓整饰等。其基本流程如下图所示：网和图廓整饰等。其基本流程如下图所示：2. 单片数字微分纠正单片数字微分纠正 在区域内在区域内dem数据及像片控制成果已知的情况数据及像片控制成果