航摄像片纠正与正射影像图PPT课件

1、n数字微分纠正的概念数字微分纠正的概念n框幅式中心投影影像的数字微分纠框幅式中心投影影像的数字微分纠正正n线性阵列扫描影像的数字纠正线性阵列扫描影像的数字纠正主要内容主要内容 第1页/共47页航摄像片纠正的概念v像片平面图、正射影像图是地图的一种。像片上的影像 地物的形状和平面位置。v航片制作：将中心投影转变为正射投影。v当像片水平且地面水平时，航片相当于该地区比例尺为1：M（f/H)的平面图。v实际中，有像片倾斜和地形起伏，产生像点位移，使影像的构形产生位移和变形及比例尺不一致。因此，需要进行像片纠正，即将竖直摄影的航摄像片通过投影变换，获得相当于航摄像机物镜主光轴在铅垂位置摄影的水平像片，

2、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，从原始非正射数字影像获得数字正射影像。第2页/共47页像片纠正的方法v光学机械纠正法光学机械纠正法（传统方法） 用纠正仪进行投影变换，纠正的像片仍然是中心投影，只能消除像片倾斜引起的像点位移，不能消除因地形起伏产生的投影差 此法只适用对平坦地区的航片进行纠正。 平坦地区：像片上的任何像点的投影差不超过图上0.4mm。 非平坦地区的影像：分带纠正 纠正方法纠正方法第3页/共47页 像片和地面或像片与图面间存在透视对应关系，可由共线方程求得。)()()()()()()()()()()()(33322203331110ssssssssss

3、ssZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx在平坦地区，Z-Zs=-H，代入上式得投影变换式：112132121321YCXCBYBXByYCXCAYAXAx至少需要4个（像点和相应地面点）点对坐标，方可解算出式中8个参数。实际中，采用“对点”方式来进行纠正。第4页/共47页光学微分纠正1、概念 把要纠正的像片分为若干个小块面积进行纠正，把每个小块视为一个平面按中心投影方式进行变换，按每个小块面积的断面高程来控制纠正元素，使之实现从中心投影到正射投影的变换。小块的面积呈线状面积，是一个纠正单元（缝隙），其宽度在0.1-1.0毫米级，长度也只有几个毫米

4、，使用这样一个呈线状面积的小块沿扫描带方向连续的移动，这种纠正方法称光学微分纠正光学微分纠正（正射投影技术）。2、原理v数字微分纠正第5页/共47页数字微分纠正的概念根据参数与数字地面模型，利用相应的构像方程式，或按一定的数学模型用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行。第6页/共47页正射影像（正射影像（DOM）图）图第7页/共47页框幅式中心投影框幅式中心投影影像的数字微分纠正影像的数字微分纠正点元素纠正 线元素纠正 面元素纠正 数字影像进行数字微分纠正，在原理上最适合点元素微分纠正。但能否真正做到点元素微分纠正，它取决于能否真实地测

5、定每个像元的物方坐标X，Y，Z第8页/共47页数字纠正: 像素的几何位置和灰度数字微分纠正的基本原理数字微分纠正的基本原理 x = fx (X，Y) y = fy (X，Y) X = x (x，y) Y = y (x，y) 反解法正解法 数字微分纠正与光学微分纠正一样，是实现两个二维图像之间的几何变换 x = fx (X，Y) y = fy (X，Y) X = x (x，y) Y = y (x，y) x = fx (X，Y) y = fy (X，Y) X = x (x，y) Y = y (x，y) x = fx (X，Y) y = fy (X，Y) X = x (x，y) Y = y (x，y

6、) 第9页/共47页反解法（间接法）数字微分纠正v 计算地面点坐标X X0 + M X Y Y0 + M Y 计算像点坐标)()()()()()()()()()()()(33322203331110ssssssssssssZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxxDEM(X0,Y0)X ,Y是正射影像上任意一点的坐标,M为比例尺分母第10页/共47页fJJIInnmmZZYYXXcbacbacbafyyxxSSS0021213332221110001000011111098765111094321LYLXLLZLYLXLJLYLXLLZLYLXLIX，

7、Y，Z直接解求扫描坐标行、列号I，J SSSZZYYXXcbacbacbannmmfJJII33322211121210010000第11页/共47页数字摄影测量的内定向fJJIInnmmfyyxx0021210010000l根据框标解算参数oxyIJ第12页/共47页反解法解算流程反解法解算流程XY纠正影像原始影像xy灰度内插反算XY第13页/共47页正解法（直接法）数字微分纠正正解法（直接法）数字微分纠正fcycxcfbybxbZZYYfcycxcfayaxaZZXXssss321321321321原始影像正射影像Z?第14页/共47页纠正后的图像上所得的纠正像点是非规则排列的 有的像元内

8、可能出现空白，有的可能出现重复 由于用前式计算X、Y时，Z是未知值，是待求量X、Y的函数，因此需假定一个近似的Z0，代入计算。即是二维图像 三维空间（X，Y，Z）的过程，需要迭代求解。正解法正解法缺点第15页/共47页正解法解算流程正解法解算流程xy XY原始影像纠正影像第16页/共47页数字纠正实际解法及分析数字纠正实际解法及分析 以“面元素”作为“纠正单元” )()()(1),()()()(1),(3421234212ijyjyinyjniyjninnjiyijxjxinxjnixjninnjix反算公式计算该纠正单元4个“角点”的像点坐标，而纠正单元内的坐标则用双线性内插求得。 第17页

9、/共47页数字纠正实际解法及分析数字纠正实际解法及分析 求得像点坐标后，再由灰度双线性内插求其灰度值。第18页/共47页线性阵列扫描线性阵列扫描影像的数字纠正影像的数字纠正由若干条线性阵列扫描影像构成像幅 )()()()()()()()()()()()(10333222111tZZtYYtXXtctbtatctbtatctbtafxSSS第19页/共47页SPOT卫星（6000条扫描线组成一幅影像） xy3000条扫描Lp飞行方向第20页/共47页线性阵列扫描线性阵列扫描影像影像间接法纠正间接法纠正 )()()()()()()()()(10222222tctZtbtYtatXtZctYbtXa

10、SSS Xa2(t) + Yb2(t) + Zc2(t) =A(t) )()()()()()()(222tctZtbtYtatXtASSS或其中第21页/共47页按泰勒级数展开为 2222222222222222)2()1()0()2()1()0()2()1()0()2()1()0()()()()(tAtAAtAtctcctctbtbbtbtataata第22页/共47页)()()() 1 (2222) 2(222) 0 (222) 1 () 1 () 1 () 2() 2() 2() 0() 0() 0(AZcYbXatAZcYbXaAZcYbXat取二次项 02)2(222) 1 (222

11、)0(222)2()2()2() 1() 1() 1()0()0()0(tAZcYbXatAZcYbXaAZcYbXa线性阵列扫描线性阵列扫描影像影像间接法纠正间接法纠正 第23页/共47页求出各元素对应的a1(t)，a2(t)，c3(t)，XS(t)，YS(t)，ZS(t)，然后求出该相应像点的y及t，或y及x。 211112111121111)2()1()0()2()1()0()2()1()0()()()(tctcctctbtbbtbtataata对a1（t），b1（t），用多项式表达第24页/共47页tllyP)(0t值实际上表达了上图坐标系中像点p在时刻t的y坐标lp，l0扫描线行数；

12、为CCD一个探测像元的宽度为扫描线的时间间隔第25页/共47页)()()()()()(1111tctZZtbtYYtatXXxSSS)()()()()()(1333tctZZtbtYYtatXXfSSS再求像点p的 x坐标 )()()()()()()()()()()()(333111tctZZtbtYYtatXXtctZZtbtYYtatXXfxSSSSSS或第26页/共47页tZZtZtYYtYtXXtXttttttSSSSSSSSS)0()()0()()0()()0()()0()()0()(为影像中心行外方位元素通常可认为各参数是t的线性函数 为变化率参数第27页/共47页直接法纠正直接法

13、纠正)()()()()()()()()()()()(31313131tZZftcxtcftbxtbtYYtZZftcxtcftaxtatXXSSSSa1(t)，a2(t)，c3(t)，XS(t)，YS(t)，ZS(t)为像点（x，y）对应的外方位元素，可由其行号li计算：第28页/共47页SiSSiSiSSiSiSSiiiiiiiZllZZYllYYXllXXllllll)()()()()()(000000000000直接法纠正直接法纠正第29页/共47页给定高程初始值Z0计算出地面平面坐标近似值（X1，Y1） 用DEM与（X1，Y1）内插出高程Z1,对应的地面点（X，Y，Z，）第30页/共4

14、7页直接法与间接法相结合的纠正方案直接法与间接法相结合的纠正方案影像规则格网点对应的地面坐标的解算得到地面一非规则格网 直接法直接法)()()()()()()()()()()()(31313131tZZftcxtcftbxtbtYYtZZftcxtcftaxtatXXSSSS第31页/共47页内插出地面规则格网点 该四点的地面坐标（X11，Y11），（X12，Y12），（X21，Y21），（X22，Y 2 2） 及 其 影 像 坐 标（x11，y11），（x12，y12），（x21，y21），（x22，y22）拟合两平面：p11p12p21p22P11P12P13P14第32页/共47页间接法

15、进行纠正 210210YbXbbyYaXaax由Pll点的地面坐标（Xll，Y11）,计算其相应的影像坐标（x11，y11）。第33页/共47页多项式纠正多项式纠正影像变形规律可近似地看作为平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲等基本形变的合成 )()(25423210iiiiiiiYcYXcXcYcXccx)(29282736iiiiiiYcYXcYXcXc)()(25423210iiiiiiiYdYXdXdYdXddy)(29282736iiiiiiYdYXdYXdXd反解法的多项式 第34页/共47页对每个控制点，已知其地面坐标Xi，Yi，可以列出上面两个方程 xi = xi（近似计算值）

16、- xi（量测值） yi = yi（近似计算值） - yi（量测值） iSiiiiSiZZYfyXZZfxarctg第35页/共47页正解法的多项式 )()(25423210iiiiiiiyayxaxayaxaaX)(39282736iiiiiiyayxayxaxa)()(25423210iiiiiiiybyxbxbybxbbY)(39282736iiiiiiybyxbyxbxb Xi Xi（已知值）- Xi（近似计算值） Yi Yi（已知值）- Yi（近似计算值 第36页/共47页正射影像精度的检查与质量控制v野外检测野外检测：检查正射影像的绝对精度，v与等高线图或线划地图套合后进行目视检查

17、 v左影像和右影像制作同一地区的两幅正射影像，量测两幅正射影像上同名点的视差。第37页/共47页正射影像的影像质量一般采用目视检查，有合适的反差，均匀的色调 接边不仅涉及几何方面的精度问题，还涉及不同影像之间色调的不一致正射影像精度的检查与质量控制正射影像精度的检查与质量控制第38页/共47页无缝镶嵌无缝镶嵌第39页/共47页Seam line第40页/共47页第九章 摄影测量的外业工作v一、摄影测量外业工作任务摄影测量外业工作任务 任务一：在实地测定一些控制点的坐标和高程，这些控制点的数量和在像片上的位置要符合像片信息处理的需要。其意义在于把航摄资料与大地成果联系起来，使像片量测具有与地面测

18、量相同的数学关系。 任务二：像片解译（判读）及调绘 实地调查航片覆盖范围内典型地物、地貌的地形、地物的名称以及各种数量、质量、说明注记等。并将结果描绘注记在像片上。 任务三：补测航摄漏洞以及大面积的云影、阴影、影像不清楚地区的地形信息。第41页/共47页二、摄影测量外业工作流程 1、技术设计 2、准备工作及拟订作业计划 3、外业工作施测 控制测量： 踏勘已知点，在像片上预选的控制点在实地选定，然后在像片上刺点，施测。 像片调绘：与控制测量同时进行。4、外业成果检查与验收第42页/共47页三、像片控制点的布设 用摄影测量方法测图，需在每张像片或立体像对影像重叠的范围内布设一定数量的已知控制点。用于纠正像片和与地面坐标相连。 控制点测定方式：v全野外布点v非全野外布点：空三加密。第43页/共47页像片控制点布设的一般原则：像片控制点布设的一般原则：v1、像控点一般按航线全区统一布设，可不受图幅单位的限制；v2、布在同一位置的平面点和高程点，应尽量联测成平高点；v3、相邻像对和相邻航线之间的像控点应尽量公用。当航线间像片排