第七章数字微分纠正

1、 第八章 数字微分纠正摄影测量学摄影测量学第七章第七章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正框幅式中心投影影像的数字微分纠正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n立体正射影像对的制作立体正射影像对的制作 n景观图的制作原理景观图的制作原理主要内容 第一节数字微分纠正的概念中心投影SBbAaCcAaBbCc正射投影正射影像（正射影像（DOM）图）图1.数字微分纠正的概念u根据有关的参数与数字地面模型u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u从原始非正射投影的数字影像获取正射影像第二节第二节框幅式中心投影影像的数字微框幅式中心投影

2、影像的数字微分纠正分纠正点元素纠正 线元素纠正 面元素纠正 1 .1 .数字微分纠正的基本原理数字微分纠正的基本原理 实现两个二维图像之间的几何变换 X = x (x，y)； Y = y (x，y) 反解法正解法 x = fx (X，Y) ； y = fy (X，Y)2.反解法（间接法）数字微分纠正 X X0 + M X Y Y0 + M Y 计算像点坐标)()()()()()()()()()()()(33322203331110ssssssssssssZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx计算地面点坐标fJJIInnmmZZYYXXcbacbac

3、bafyyxxSSS0021213332221110001000011111098765111094321LYLXLLZLYLXLJLYLXLLZLYLXLIX，Y，Z直接解求扫描坐标行、列号I，J SSSZZYYXXcbacbacbannmmfJJII33322211121210010000数字摄影测量的内定向fJJIInnmmfyyxx0021210010000l根据框标解算参数oxyIJ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3.3.正解法（直接法）数字微分纠正正解法（直接法）数字微分纠正fcycxcfbybxbZYfcycxcfayaxaZX3213213213

4、21原始影像正射影像Z?正解法解算流程正解法解算流程xy XY原始影像纠正影像数字纠正实际解法及分析数字纠正实际解法及分析 )()()(1),()()()(1),(3421234212ijyjyinyjniyjninnjiyijxjxinxjnixjninnjixx4OXZYx1x2x3第三节第三节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SPOT卫星（6000条扫描线组成一幅影像） xy3000条扫描Lp飞行方向由若干条线性阵列扫描影像构成像幅 )()()()()()()()()()()()(10333222111tZZtYYtXXtctbtatctbtatctbtafxSSS一.

5、线性阵列扫描影像间接法纠正 )()()()()()()()()(10222222tctZtbtYtatXtZctYbtXaSSS Xa2(t) + Yb2(t) + Zc2(t) =A(t) )()()()()()()(222tctZtbtYtatXtASSS按泰勒级数展开为 2222222222222222)2()1()0()2()1()0()2()1()0()2()1()0()()()()(tAtAAtAtctcctctbtbbtbtataata)()()() 1 (2222) 2(222) 0(222) 1 () 1 () 1 ()2()2()2()0()0()0(AZcYbXatAZc

6、YbXaAZcYbXat取二次项 02)2(222) 1 (222)0(222)2()2()2()1()1()1()0()0()0(tAZcYbXatAZcYbXaAZcYbXatllyP)(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扫描线行数为CCD一个探测像元的宽度为扫描线的时间间隔求像点p 的x 坐标 )()()()()()()()()()()()(333111tctZZtbtYYtatXXtctZZtbtYYtatXXfxSSSSSStZZtZtYYtYtXXtXttttttSSSSSSSSS)0()()0()()0()()0()()0()()0()(t=y输入参数

7、和DEM取DEM断面上的格网点?lylppyyypsssyZYX0000;00llisssiiixyZYXii;储存y和x计算流程二二 直接法纠正直接法纠正)()()()()()()()()()()()(31313131tZZftcxtcftbxtbtYYtZZftcxtcftaxtatXXSSSSa1(t)，a2(t)，c3(t)，XS(t)，YS(t)，ZS(t)为像点（x，y）对应外方位元素SiSSiSiSSiSiSSiiiiiiiZllZZYllYYXllXXllllll)()()()()()(000000000000计算外方位元素给定高程初始值Z0计算平面坐标近似值（X1，Y1） 用

8、DEM与（X1，Y1）内插出高程Z1,对应的地面点（X，Y，Z，）计算流程三直接法与间接法相结合的方法三直接法与间接法相结合的方法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内插出地面规则格网点 p11p12p21p22P11P12P13P14210210YbXbbyYaXaax间接法进行纠正 各地面元对应像素坐标的计算（x1,y1)（x2,y2)（x3,y3)（x4,y4)有理函数模型有理函数模型有理函数模型是将像点坐标（r,c）

9、表示为以相应地面点空间坐标（P，L，H）为自变量的多项式的比值。 (RFM) ,nnnnnnnnnnnnnnN u m LPLHrD e n LPLHN u m SPLHcD e n SPLH0123456222327891 01 11 2223221 31 41 51 61 7231 81 9,nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnN u m LPLHaa LaPa HaLPaLHaP HaLa PaHaP LHaLaLPaLHaLPaPaP HaLHaPHaH0123456222327891 01 11 2223221 31 41 51 61 7231 81 9

10、,nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnD en LPLHbb Lb Pb Hb L Pb L Hb P Hb La Pb HbP L HbLbL PbL HbLPbPbP HbLHbPHbH0123456222327891 01 11 2223221 31 41 51 61 7231 81 9,nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnN u m SPLHcc Lc Pc Hc LPc LHc P Hc Lc Pc HcP LHcLcLPcLHcLPcPcP HcLHcPHcH01234562223278910111222322131415

11、1617231819,nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnD enSPLHdd Ld Pd Hd L Pd L Hd P Hd Ld Pd HdP L HdLdL PdL HdLPdPdP HdLHdPHdH在有理函数模型中，由光学投影引起的畸变表示为一阶多项式;而地球曲率、大气折射、镜头畸变等的改正,由二阶多项式趋近;高阶部分的其它未知畸变,用三阶多项式模拟。RFM是多项式模型的广义形式，引入了较多的定向参数，校正精度较高，但解算复杂、运算量较大，并且要求大量的控制点。优点: 适用范围广、对卫星参数的保密性、处理效率高.缺点：不是严密模型,损失精度、方程解的不稳

12、定性（参数相关、插值误差等）、不适用于变形大的影像（航空或异轨模式的影像）等。有多项式系数（RPC） 有理多项式系数(Rational Polynomial Coefficient，简称RPC)是空间变换数学模型的重要数据文件。例如Space imaging公司发布的IKONOS卫星图像RPC参数共有90个，其中80个为有理多项式系数，10个为规则化参数。它们一起构成了IKONOS卫星图像的有理函数模型。基于有理多项模型的高分辨率遥感影像参数的解算基于有理多项模型的高分辨率遥感影像参数的解算Kratky 提出了一种有理函数拟合法，例如IKONOS影像与Quirckbird影像均应用三次有理多项

13、式系数RPC， IKONOS影像的RPC参数在后缀为RPC的文件中，Quirckbird影像的RPC参数在后缀为RPB的文件中） 需要利用一定的控制点进行区域网平差。为了克服影像方位参数之间的相关性问题，利用一种基于仿射变换的高分辨率遥感影像严格几何模型。 SCALEHEIGHTOFFHEIGHTHeightHSCALELONGOFFLONGLongitudeLSCALELATOFFLATLatitudeP_,_,_ RPCRPB将地面点P(Latitude, Longitude, Height)与影像上的点p(line, sample)关联起来;地面点P(Latitude, Longitud

14、e, Height)，其影像坐标(line, sample)的计算始于经纬度的正则化：201201201201),(),(),(),(iiiiiiiiiiiiHLPdHLPcyHLPbHLPax正则化的影像坐标（x, y）为：可求得影像坐标(line, sample)为：OFFSAMPSCALESAMPxsampleOFFLINESCALELINEyline_LAT_OFF、LAT_SCALE、LONG_OFF、ai、bi、ci、di的值记录在RPCRPB文件中 基于RPCRPB参数的区域网平差模型linefsampleffrlineesampleeec210210对每一幅影像定义一个仿射变换

15、：(c, r)是点在影像上的量测坐标 通过已知的少数控制点的地面坐标及其在影像上的量测坐标计算每一幅影像的仿射变换参数。02211002211000221100221100yiiyxiixFffyffyffyeeyeeyeeydvFffxffxffxeexeexeexbv“高分辨率遥感影像基于仿射变换的严格几何模型高分辨率遥感影像基于仿射变换的严格几何模型” 张剑请，张祖勋，武汉张剑请，张祖勋，武汉大学学报大学学报. 信息科学版，信息科学版，2002，6 对于区域网中的连接点，首先根据RPC参数以及该点在多幅影像上的量测坐标计算出地面坐标的初值 022110022110002211002211

16、00yiiiiiiiiiiiyxiiiiiiiiiiixFHHdycLLdycPPdycffyffyffyeeyeeyeeydvFHHbxaLLbxaPPbxaffxffxffxeexeexeexbv 四四 多项式纠正多项式纠正平移、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 xi = xi（近似计算值）- xi（量测值） yi = yi（近似计算

17、值） - yi（量测值） iSiiiiSiZZYfyXZZfxarctg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 五 正射影像精度的检查与质量控制n野外检测野外检测：检查正射影像的绝对精度，n与等高线图或线划地图套合后进行目视检查 n左和右影像制作两幅正射影像，量测影像上同名点的视差。接边涉及几何精度问题

18、，还涉及不同影像之间色调的不一致Seam line 第四节第四节 立体正射影像对的制作立体正射影像对的制作摄影测量学摄影测量学第七章第七章n基本思想基本思想n立体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方法n立体正射影像对的高程量测精度立体正射影像对的高程量测精度n适合高程量测的立体正射影像对制作适合高程量测的立体正射影像对制作主要内容主要内容 投影面正射影像投影方向立体匹配片投立体匹配片投影方向影方向PPoP1p人工视差Z一一 基本思想基本思想 P Z tan kZ n按XY平面上一定间隔的方形格网,将它正射投影到DEM，获得Xi、Yi、Zi坐标n由共线方程求出对应像点在左片上的坐标xi，y

19、i，用此影像断面数据可制作正射影像nXY平面上同样方格网，沿斜平行投影方向将格网点平行投影到DEM表面二二 斜平行投影法斜平行投影法方法步骤XZXiXi+1ZiZi+1ADEM投影线iXiZ表面)/()()(/)()(111111iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiXXXXZZZZXZZkXZZkXkZXXXXYYu立体正射影像对的高程不受DEM高程误差的影响 ;u立体正射影像对高程精度要高三倍 Zi = P i / k + Z0 三、立体正射影像对的高程量测精度三、立体正射影像对的高程量测精度图7-4-4 立体正射影像高程精度dZdpnsdpn0ZHmBS1S2示意图相等的左右视差较

20、，不同的高差， 四四 适合高程量测的立体正射影像对制作适合高程量测的立体正射影像对制作 n立体正射影像对量测碎部高度存在的问题 dPn dPno + dPnsndPBHdZ nmnmdPBZHdPBdZZHdZ)(Z mHdZZ 计算的树高 实际的树高 差值 树高的左右视差较 用对数投影法制作立体匹配片ZHHBPmmXIndZZHBdPmXXZXiXi+1ZiZi+1iXiZnmnmdPBZHdPBdZZHdZ)()In(immiiZHHBXX)/()(11iiiiiiiiXXXXZZZZmimiZBPHA)/exp(1 B 为摄影基线 Hm为立体模型上的平均航高 Zm为平均投影面的绝对高度

21、五五 立体正射影像对的应用立体正射影像对的应用n便于定向和量测n 量测用的设备简单n它来修测地形图上的地物和量测具有一定高度物体的高度等是十分有效n对在资源调查、土地利用面积估算、交通线路的初步规划 第五节第五节 真正射影像的概念及制作原理真正射影像的概念及制作原理摄影测量学摄影测量学第七章第七章正射影像作为一个视觉影像地图产品，影像上由于投影差引起的遮蔽现象不仅影响了正射影像作为地图产品的基本功能发挥，而且还影响了影像的视觉解译能力 真正射影像的概念及其制作原理真正射影像的概念及其制作原理真正射影像的概念及其制作原理真正射影像的概念及其制作原理一、遮蔽的概念一、遮蔽的概念相对遮蔽示意图正射投

22、影无遮蔽 中心投影有遮蔽 1）影像获取时的策略 2）纠正过程中的策略 3）传感器选择的策略 长焦距、提高飞行高度、缩短摄影基线 线阵列扫描式成像传感器 正射影像上遮蔽的传统对策正射影像上遮蔽的传统对策 DEM是地表面的高程，即它并没有顾及地面上目标物体的高度情况，微分纠正所得到的影像虽然叫做正射影像，地面上3维目标（如建筑物、树木、桥梁等）的顶部并没有被纠正到应有的平面位置（与底部重合），而是有投影差存在。 所谓真正射影像，简单一点讲就是在数字微分纠正过程中，要以数字表面模型（DSM）为基础来进行数字微分纠正。 DSM采集的困难 相对遮蔽信息补偿的困难 纠正影像及其定向参数DEM + DSM从

23、属影像及其定向参数遮蔽检测可视性检查非遮蔽区域（用本影像数据纠正）遮蔽区域（用该处可见的从属影像数据）两者结合得到真正射影像真正射影像制作流程 第六节第六节 正射影像的质量控制正射影像的质量控制摄影测量学摄影测量学第七章第七章一、正射影像质量控制的主要内容正射影像质量控制的主要内容精度检查指几何精度检查 影像质量影像的辐射质量 二、正射影像的匀光处理二、正射影像的匀光处理1基于马斯克的单幅影像匀光原理),(),(),(yxByxIyxI输入影像相减运算背景影像拉伸处理输出影像图8-6-3 基于马斯克的单幅影像匀光流程2基于Wallis滤波器的多幅影像匀光原理gffgfgmbbmsccscsmyxgyxf)1 ()1 (),(),(g (x，y)为原