第2章 单幅影像解析基础.ppt

1、河南理工大学遥感科学与技术系摄影测量第二章单幅图像分析基础，主要包括：1 .航空摄影基础知识。中心投影和透视变换。共线方程4。航空照片的像点位移和比例。单一图像分析基础，第2章。单幅图像分析基础2-1航空摄影基础知识1。摄影原理：根据针孔成像原理，它被摄影物镜代替摄影物镜：摄影物镜是一个复杂的光学系统，被摄物体的图像质量主要取决于摄影物镜的质量。由于单透镜有各种像差，一般的摄影物镜由多个透镜组成，透镜的光轴应重合为一，即物镜的主光轴。如图所示，ab是物体光线，AB是图像光线，S和S分别称为物体主点和图像主点。物镜的成像公式：从光学成像公式可知，它表示一个物点发出的所有投影光线，管理人员认为物镜

2、后面所有相应的折射光线仍然会聚在一个像点上。为了在通过透镜后获得清晰的光学图像，距离d应该满足上述成像公式。一种叫做图像比例。成像公式也可以改变如下：从公式中可以知道：a .当物距相同时，长焦距可以获得较大的图像，短焦距可以获得较小的图像。要得到同样大小的图像，当物距大时使用长焦距，当物距小时使用短焦距。物镜的孔径和孔径数：实际使用的物镜不理想，光线通过物镜边缘会造成较大的像差。为了限制物镜边缘部分的使用并控制和调节进入物镜的光量，通常在物镜的中间设置一个光圈。光圈示意图。通常，光圈被放置在物镜的透镜组之间，以控制光束柱面的实际光圈，这被称为有效光圈d。平行光束被成像在焦平面上，并且每单位面积

3、的图像亮度与入射光束的柱面部分的面积成正比，即，与有效光圈d的平方成正比，与物镜焦距f的平方成反比。因此，d与f的比值被认为是控制图像亮度的一个因素，它被称为相对孔径。相对孔径通常小于1，因此使用相对孔径的倒数更方便，该倒数称为孔径数K=F/d.焦平面上图像的亮度与光圈数的平方成反比，通过选择合适的光圈数和曝光时间可以获得一定的曝光量。拍照时，取E1和t1得到最合适的曝光量H，然后当曝光时间为t2时，得到相同的曝光量，有：H=E1t1=E2t2，然后有：E1/E2=t2/t1，因为图像的亮度与光圈数的平方成反比，即E1/E2=K22/K12，然后T2/T1=(。这样，如果曝光时间被改变为一次，

4、相应的曝光时间比应该加倍。因此，相机上曝光时间的刻度标注是按倍数变化的，光圈上标注的光圈数的排列顺序是等比系列排列的。景深和无限起点：当拍摄物距为D的物点A时，可以在物距为D的地方获得清晰的像点A。物距大于或小于D的场景，如B和C，在像面上将是模糊的圆。由于人眼的分辨能力有限，当模糊圆的直径小到一定程度时，对人眼来说仍然像一个清晰的点。以这种方式，尽管照片指向A，但是对于远景区B和近景区C之间的部分中的所有风景，仍然可以在图像平面上获得清晰的图像.将摄影光线聚焦在远处景点B和近处景点C之间的深度距离上，称为景深。景深的计算公式如下：景深与物距、光圈数和物距焦距有关，物距或光圈越大当物镜瞄准无限

5、远时，像距几乎等于物镜的焦距，而远处的风景点是无限远，那么假设像面上某一点的模糊圆与物距d等于允许的极限值，所有比物距远的景物都可以在面向无限远的像面上获得清晰的图像。能够在焦平面上形成清晰图像的最近物距称为无限起点，这取决于光圈数等。在摄影中，对焦和瞄准光线后，选择光圈数，相机的景深标志指出前景区和后景区之间的距离，即景深范围。照相机快门：用来控制曝光时间的照相机设备。从快门打开到关闭的时间称为曝光时间或快门速度。物镜筒上有一个控制曝光时间的环，其上刻有曝光时间数据。这些值是曝光时间的倒数，单位为秒，例如，2表示0.5秒。2.航空摄像机1。光学相机：要求物镜畸变差小，分辨率高，透光强，机械结

6、构稳定可靠，摄影过程自动化程度高。拍摄时，物镜固定并聚焦在无穷远处，像距是一个恒定值，几乎等于拍摄物镜的焦距。所获得的是光学模拟图像。光学航空相机拍摄的图像是正方形的，尺寸通常是18厘米18厘米，23厘米23厘米和30厘米。位于每边中点的框架标记称为机械框架标记，位于四角的框架标记称为光学框架标记。光学航空照片可以同时有8帧。帧的线应该是正交的，并且交点应该尽可能与主光轴和像平面的交点重合。可以以框架连接的交点为原点建立框架坐标系。相机的主光轴与像平面的交点称为照片的主点，从相机物镜的后节点到照片的主点的垂直距离称为相机主距离，也称为照片的主距离，用f表示。 框架坐标系的原点与图像的主点不完全

7、重合，框架坐标系中主点的坐标不为零，即x0和y0。内部取向元素以及f、x0和y0被称为照片或照相机的内部取向元素。内部方位元素通常是已知的，它决定了摄影物镜和像平面之间的相对位置。根据物镜的焦距和像角，航空相机可分为短焦距航空相机、焦距F100中焦距航空相机、150毫米300毫米像角270，2。数字航空相机出现在2000年的国际摄影测量与遥感学会大会上，并逐渐取代光学航空相机成为获取航空影像数据的主要传感器。数字航空相机可以直接获取数字图像，计算机可以直接对其进行处理。目前生产的航空数码相机可分为单面航空数码相机、多面航空数码相机和直线航空数码相机。单面航空数码相机通常获取4k*4k或3k*4

8、.5k的彩色图像，这些图像具有高地面分辨率、无帧标记和规则的像素行和列。下表显示了美国EQ-90毫米CLR相机的相关参数。目前，大多数大面积数字航空相机由多个小面积阵列组成。代表性产品是碳酸二甲酯。DMC由四个黑白全色相机和四个多光谱相机组成。摄像机倾斜排列，获得的四幅图像有一定程度的重叠。最后，将校正和拼接的图像提供给用户。三线式航空数码相机ADS40 ADS40是根据线性扫描成像原理设计的。它有三组全色波段的电荷耦合器件阵列，波段范围为465680纳米，按前视图、底视图和后视图排列。每组有12，000个平行排列的像素，每个像素的大小为6.5。ADS40有四个多光谱CCd，包括蓝色波段430

9、-490纳米、绿色波段535-585纳米、红色波段610-60纳米和红外波段835-885纳米，每个波段有12，000个像素。ADS40的焦距被校准为62.5毫米，观看航空摄影为了绘制地形图，航空摄影应按照航空摄影计划的要求进行，并保证航空摄影的质量。航空相机安装在航空相机上，从空中一定高度拍摄地面，获得航空照片。在整个拍摄区域内，飞机应保持一定的高度并直线飞行。以测绘地形为目的的航空摄影大多采用垂直摄影，这就要求航空相机在曝光时保持物镜的主光轴垂直于地面。事实上，由于飞机的稳定性和摄影技巧的限制，主光轴总是有轻微的倾斜。根据规定，照片的倾斜角应小于23。这种摄影称为垂直摄影，可分为区域航空摄

10、影、带状航空摄影和独立地块航空摄影。摄影比例尺：航空照片上一条线段的长度与相应地面线段的长度之比。由于航拍照片的倾斜和地形的起伏，航拍照片的拍摄比例因地而异。如果两张相邻航拍照片的比例尺偏差过大，会影响立体观测，因此摄影比例尺的变化应限制在一定范围内。当航拍照片是水平的，地面是平均高度时，摄影比例尺可以表示为：1/m=f/h。通常的比例尺也是平均比例尺。f是相机的固定值，所以影响摄影比例尺的主要因素是高度h。飞行中，高度差不得大于5，同一飞行区的最大高度和最小高度之差应小于30米，实际高度和设计高度之差应小于50米。机场高度：拍摄时飞机相对于机场的高度；摄影高度：相对于摄影区域平均高程基准的高

11、度；真实高度：相对于某一点的相对高度；绝对高度：相对于平均海平面的高度。摄影比例尺的选择：摄影比例尺的选择应考虑成图比例尺、摄影测量成图方法和成图精度等因素。此外，还应考虑摄影数据的经济性和可用性。摄影比例尺越大，照片的地面分辨率越高，这有利于图像的判读和制图精度的提高。但是，如果摄影比例过大，就会增加成本和工作量。当满足要求时，通常选择较小的规模。当摄像机和摄影比例尺确定后，即f和H已知时，高度可由H=fm计算。航空摄影比例尺和测绘比例尺请参考下表：摄影站和摄影基线：曝光时摄影物镜点的位置称为摄影站，用s表示。航向上相邻两个摄影站之间的距离称为摄影基线，用b表示。航向重叠和侧重叠：为了便于立

12、体测绘和间接定线，航空摄影不仅要覆盖整个测量区域，还要求照片之间有一定程度的重叠。同一路线的图像重叠称为航向重叠，航向重叠度一般要求在60度以上。航向必须有三度重叠，这是立体观测和照片连接的要求，也是控制点的选择区域。为了连接飞行带，相邻飞行带之间也有一定的重叠，这称为航向重叠。横向重叠要求为1530。如果照片的边长为L，相应地面的实际长度为L，航向重叠度为Px，那么B=L(1-Px)，并且因为l/L=f/H=1/m，那么B=LM空气带弯曲：是指空气带两端的照片的主要点之间的直线距离L与离直线最远的照片的主要点的垂直距离之比， 摄影倾斜角：摄影瞬间相机主光轴与垂直方向之间的角度。 照片偏转角：

13、两张相邻照片的主要点连线与co之间的角度地形图上任意两点之间的距离与相应地面点的水平距离之比是一个常数，它等于地形图的比例尺。正片位置和负片位置：摄影时，物面和像面都在摄影中心的两侧，称为负片位置和负片位置。将负片围绕主像点旋转180度，然后沿拍摄方向将它移动到投影中心的下部并处于对称位置，这时每个像点仍然落在相应的光线上。航拍照片处于正、负位置，其几何特征保持不变。将来讨论问题时，我们可以用否定的立场，也可以用肯定的立场。2.透视变换中的点、线和平面。摄影平面P 2，地面E 3，主垂直面1。摄影中心：S2。图像主点o 3，图像底点n 4，等中心c 5，主会聚点I，地面：6。地下点N，1，摄像

14、机主光轴So 2，主纵线VV 1。照片的倾角是oSn 2，相机的主光轴是So。3.透视变换中的点、线、面为了研究物体与图像之间的透视变换关系，确立空间概念，往往需要制作直观的透视图，并在照片上构建真实的物体。跟踪点：物体平面上的直线和透视轴之间的交点，也称为两点。透视轴上的点既是物体点又是图像点。交叉点：地面上有一组平行线，投影中心S是这组线的平行直线。与像平面的交点是这组平行线在无穷远处的交点的构造，这些像点就是交点。平行于基本方向线的平行线的像点是主连接点。透视变换映射的基本原则：1 .确定跟踪点。物体平面上直线和透视轴的交点。2.确定会合点。投影中心裁剪平面上平行线的交点和直线的合并线。

15、3.确定线段端点的中心投影。4.确定线段的中心投影。例1:已知地面e上有一个点，所以找到相应的像点。S，A，A，2)主连结点I；3)得到图像点a，1)找到两个关键点t1；例2:众所周知，在地面E上有一条直线AB，所以找出AB的结构。S，i1，I，a，B，1)找到两个关键点，2)找到一个点i1，3)将t1i1与SA连接起来，交点是a，将t1i1与SB连接起来，交点是B，例3:在垂直地面上的点和线的星座，以及S，I，1)在e平面上的垂直脚B 2)连接nb 3)nb nb nb nb的交点是a 4)ab是在垂直e平面上的直线AB的图像AB。第二章，单幅图像分析基础2-3共线方程。首先，摄影测量中常用

16、的坐标系包括：像平面坐标系o-xy；图像空间坐标系s-XYZ；图像空间辅助坐标系XYZ。物体坐标系：摄影测量坐标系a-xpypzp；物体空间坐标系。1.图像平面坐标系o-xy以图像主点o为原点，x轴和y轴分别平行于框架坐标系的x轴和y轴。框架坐标系：以框架连接线的交点为原点，X轴与路线方向一致。2.图像空间坐标系S-xyz是一个过渡坐标系，用来表示图像空间中图像点的位置。它以摄影S的中心为坐标原点，摄像机的主光轴为Z轴，图像空间坐标系的X轴和Y轴与图像平面坐标系的X轴和Y轴平行，形成右手坐标系。在这个坐标系中，像点的z坐标等于-f，所以显然每个张航的像空间坐标系是独立的。3。图像空间辅助坐标系S-XYZ是以摄影中心S为坐标原点的过渡坐标系。在航空摄影测量中，垂直方向通常作为Z