摄影测量学-航摄像片纠正与-1

第九章航摄像片纠正与正摄影像图的制作,共9学时上机4学时,主要内容,9-1航摄像片纠正的概念与分类9-2光学微分纠正与数字微分纠正9-3正摄影像的制作9-4摄影测量的外业工作,重点：航摄像片纠正的概念及原理正摄影像及其立体正摄影像对的制作摄影测量外业,难点：数字微分纠正立体正摄影像对的制作,9-1航摄像片纠正的概念与分类,像片平面图或正摄影像图是用像片上的影像表示地物的形状和平面位置的地图形式。按图幅的具有规定比例尺的（地面）物体的正射投影影像。航摄像片-中心投影像片平面图或正摄影像图-正摄投影利用航摄像片编制像片平面图或正摄影像图是中心投影转变为正摄投影的问题。,一、概述,航摄像片与像片平面图的区别,9-1航摄像片纠正的概念与分类,为物点的正射投影，当这些正射投影点经过一定比例尺缩小后，就能够得到像片平面图的影像。像片平面图是具有所需比例尺的地面物点的正射投影。当地面物点都位于同一水平面，航摄机对水平地面摄取了水平像片。则地面物点在像片上的中心投影片其形状与相应的正射投影完全相似。,就是地面物点的正射投影,航摄像片只要消除像片倾斜与地形起伏引起的像点位移，就能将中心投影变换为正射投影。,9-1航摄像片纠正的概念与分类,（1）像片倾斜引起的像点位移（2）地面起伏引起的像点位移投影差（3）摄站点之间由于航高差引起的各张像片间的比例尺与成图比例尺不一致。因此，为了消除像片与像平面图的差异，需要将竖直摄影的像片消除像片倾斜引起的像点位移和限制或消除地形起伏引起的投影差，并将影像归化为成图比例尺。,与像片平面图相比较，航摄像片存在着：,9-1航摄像片纠正的概念与分类,像片纠正：将竖直摄影的航摄像片通过投影变换，获得相当于航摄相机物镜主光轴在铅垂位置（=0）摄影的水平像片，同时改化规定的比例尺，这种作业过程就称为像片纠正。,二、像片纠正,像片纠正的实质是将像片的中心投影变换为成图比例尺的正射投影，实现这一变换的关键是建立或确定像点与相应图点的对应关系，这种关系可按投影变换用中心投影方法建立，也可以用数学解析方法用函数式确定。,9-1航摄像片纠正的概念与分类,S,像片倾斜纠正原理,投影平面,9-1航摄像片纠正的概念与分类,三、像片纠正方法分类,像片纠正,光学纠正,微分纠正,一次纠正（投影变换）,分带纠正,光学微分纠正,数字微分纠正,分带纠正：在一张航摄像片范围内，按照地形高程，将作业区分成若干带区，使每一带区因地形起伏引起的投影差小于规定的值，对每一带区分别纠正。,微分纠正：对于起伏较大的地区，用一个足够小的面积作为纠正单元，根据纠正单位的地面实际高程来控制纠正元素，实现从中心投影到正摄投影的变换。,光学微分纠正：利用计算机控制的正射投影仪来进行,数字微分纠正：直接用计算机对数字影像进行逐象元的微分纠正,9-1航摄像片纠正的概念与分类,适用于起伏较小地区，只能消除像片倾斜，不能消除投影差，适用于投影差小于0.4mm,按每一小块面积的断面高程来控制纠正元素光学微分纠正（正摄投影技术）。小块面积最常见的是呈线状面积，是一个纠正单元，亦称缝隙（0.1-1.0Mm长度几个毫米），使用这样一个呈线状面积的小块沿扫描方向连续的移动缝隙纠正方法。,一、光学微分纠正-正摄投影技术,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,通常由立体测图仪提供（小面元a对应的)地面单元，物方坐标A(X,Y,Z），由已建立的物像关系保证A，a对应，根据（X,Y）及像片上小面元a内的影像灰度，依比例尺晒印出正射影像。,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,光学微分纠正的特点：（1）使用正射投影仪作业（2）适用于起伏地区（3）作业依赖于立体测图仪或DEM提供的地面几何模型（4）成果为逐面元晒印得到规定比例尺的正射影像,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,二、数字微分纠正根据有关的参数和数字高程模型（DEM），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，从原始的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，且使用的是数字方式处理，称为数字微分纠正或数字纠正。,（1）由纠正后像点坐标(X,Y)出发反求其在原始图像上的像点坐标(x,y),1、数字微分纠正的基本原理数字微分纠正的基本任务是实现两个二维图象之间的几何变换，因此，在数字微分纠正的过程中，必须首先确定原始图像与纠正后图像之间的几何关系。,间接法、反解法,设任意像元在原始图像和纠正后图像中的坐标分别为（x,y）和（X,Y）,它们之间存在着映射关系,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,（2）由原始图像上的像点坐标(x,y)出发反求其纠正后在原始图像上的像点坐标(X,Y),直接法、正解法,从原始图像上按行列数序依次对每个原始象元点位求其在输出图像中的正确位置，然后把（x,y）点的灰度赋给（X，Y），然后还要进行重采样。,从空白纠正影像上按行列顺序依次以每个像点点位反算其在原始影像中的，同时把原始影像点位的亮度值赋给纠正影像上的象元，然后还要进行内插，,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,原始图像,纠正图像,(1)计算地面点的坐标,设正摄影像上任意一点（像素中心）P的坐标为由正射影像左下角图廓坐标与正射影像比例尺分母M计算P点对应的地面坐标,(2)利用反解公式计算原始图像上相应的像点的坐标,2、间接法数字微分纠正,Next,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,P,O,Back,p,若进行了影像内定向，就可以得到像点坐标所对应数字影像中像元的行列号。也可以由物空间坐标直接解求所对应数字影像中像元的行列号。,(3)灰度内插由于所得的像点坐标不一定落在像元素中心，为此必须进行灰度内插，求得像点p的灰度值。,(4)赋值将像点p的灰度值赋给纠正后像元素P,依次对每个纠正元素完成上述运算即获得纠正后的数字图像,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,原始图像,纠正图像,(3)灰度内插,(2),(4)灰度赋值,间接法数字微分纠正原理图,原始图像,纠正图像,3、直接法数字微分纠正,3、直接法数字微分纠正,原始图像,纠正图像,直接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像点坐标。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，有的像元素内可能出现空白，而有的像元素内可能出现多个像点，因此很难实现灰度内插并获得规则排列的数字影像。在航空摄影情况下，正算公式为：,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,数字纠正的特点：1、使用数字摄影测量系统作业2、适用于各类地区，是逐像元的严格纠正3、作业所需DEM可在同一系统中自动生成4、成果为数字正射影像,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,从原理上来说，是属于点元素纠正，但在实际的软件系统中，均是以“面元素”作为纠正单元的，一般以正方形作为纠正单元。利用反算公式计算该单元个“角点”的像点坐标，再沿X和方向，在“面元素”内线性内插求得纠正单元的坐标，求得像点坐标后，再内插其灰度。其实质仍为线元素纠正。,4、数字纠正实际解法,正方形纠正单元,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,正方形纠正单元,9-2光学微分纠正与数字微分纠正,9-3正摄影像的制作,数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap，缩写DOM）是以航摄像片或遥感影像（单色或多色）为基础，经扫描处理并经逐象元进行辐射纠正，微分纠正和镶嵌，按地形图图幅范围剪裁生成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线划、注记、公里格网，图廓（内或外）整饰等形式添加到该影像平面上，形成以栅格数据形式存储的影像数据库。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。,正射影像的优点是既有正确的平面位置又保持有丰富的影像信息，但是，它的缺点是不包含第三维信息（高程信息）将等高线套合到正射影像上可克服这个缺点,9-3正摄影像的制作,利用正摄投影仪就可以将航摄像片变成正摄像片，多张正摄像片经过镶嵌，构成一副正摄影像图。一、像平面图的制作过程a、图底准面绘制图底；按图比例尺展绘控制点A、B、C、D；b、纠正对点使像片上a、b、c、d点的投影与A、B、C、D重合误差0.4mmc、投影晒像承影面上放上像纸，经曝光、摄影处理后得到按成图比例尺的正射像片d、像片镶嵌若干张正射像片割去重叠部分，按图幅拼接成像片平面图,9-3正摄影像的制作,镶嵌将多张像片拼接成整幅影像图的过程称为像片镶嵌，包括以下两种方式切割镶嵌；将同一航线上相邻的正摄像片顺序防止在图底上，以明显地物作为标志将相邻像片之间的重叠部分叠放起来，每放好一片后，就用压铁压紧，不使移动，一航向放置完后，就可进行同航线内各片的切割，并用胶液将其粘贴在图纸上。数字镶嵌：直接进行正摄底片数字高程模型之间的镶嵌（软件完成）,9-3正摄影像的制作,镶嵌,镶嵌,疆北地区遥感影像图中巴资源卫星最初八景影像镶嵌效果（2000.1）),无缝镶嵌,Seamline,二、获取正摄影像的途径1、全数字摄影测量方法数字摄影测量系统-内定向、相对定向、绝对定向-生成DEM-间接法数字微分纠正-镶嵌-按图廓裁剪-正摄影像图。2、单片数字微分纠正一个区域有DEM数据以及像片控制成果。航摄负片进行影像扫描影像内定向-利用DEM数字微分纠正-镶嵌-按图廓裁剪-正摄影像图。3、正摄影像图扫描若已有光学投影制作的DOM，可直接对其影像扫描数字化，再经几何纠正就能获取数字正摄影像数据。,9-3正摄影像的制作,立体正射影像对：为了从立体观察中获得直观立体感，可以为正射影像制作出一幅立体匹配片，正射影像和相应的立体匹配片共同称为立体正射影像对。,9-3正摄影像的制作,三、立体正射影像对的制作,要获得立体匹配片，关键是将DEM格网点的XYZ坐标用共线方程变换到像片上的同时引入一个人工视差，视差的大小反应了实地地形起伏情况。根据人工视差引入的方式不同，立体匹配片的制作有基于斜平行投影的方法和基于对数投影的方法。,投影方向,投影方向,立体正射影像对,投影面,斜平行投影,正射像片投影方向,P1斜平行投影点，P0正射投影点,二、立体正射影像对的制作方法（斜平行投影法）,正射影像制作，按XY平面上一定间隔的方形格网，将它正射投影高DEM上，获得坐标，再由共线方程求出对应像点左右片上的坐标（），可制作正射影像。,求斜投影的地面点坐标，由XY平面上同样的方形格网，沿斜平行投影方向将格网点平行投影到DEM表面，该投影方向平行于XZ面投影线与DEM表面的交点设为,制作匹配片。将斜平行投影后的地表点坐标按共线方程变换到右方影像上去，得到影像坐标（）由此数据可制成立体匹配片,三、立体正射影像对的应用（1）优点（与原始影像相比）便于定向和量测量测用的设备简单，非专业（2）应用资源调查、土地利用面积估算、交通线路的初步规划、建立地籍图、制作具有更丰富地貌形态的等高线图等方面都能发挥一定的作用。,9-3正摄影像的制作,四、真正射影像,9-3正摄影像的制作,正射影像图（广州天河城）,1、真正射影像在数字微分纠正过程中以数字表面模型DSM为基础进行数字微分纠正。对于空旷地区，DSM与DEM一致。对于非空旷地区，在该地区的DEM基础上采集所有高出地面的目标物体高度信息。2、真正摄影像制作须考虑的问题（1）DSM的采集1）半自动方式在摄影测量工作站或解析测图仪上采集得到2)机载三维激光扫描仪或断面扫描仪在摄影影像获取的同时直接扫描得到,9-3正摄影像的制作,（2）遮蔽信息的补偿遮蔽：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（包括目标物体本身的局部）在影像上不可见的现象。对遮蔽信息进行补偿的最好方法：通过另一张该处没有被遮蔽的影像来进行信息填充。五、正摄影像的质量控制1、质量的控制2、精度的控制,9-3正摄影像的制作,9-4摄影测量的外业,像片调绘,外业控制测量,摄影测量外业,根据地物在像片上的构像规律，在现场对像片判读调查，识别影像的实质内容，并将相应信息按成图要求综合取舍后，用规定的符号表示在像片（图）上的技术过程,一、像片控制点的选择1、像片控制点位置的基本要求点分布在航向三度重叠中线和旁向重叠中线附近点距像片边缘大于1.5cm2、像片分布点的布点方案全野外布点稀疏布点,旁向重叠中线,同航旁重叠中线,9-4摄影测量的外业,（2)稀疏布点（非全野外布点）外业只测量少数像控点的坐标，其余像控点的选择及坐标测定通过内业空中三角测量加密完成。布点方案：航带网法的布点方案应满足航带网的绝对定向及航带网变形改正的要求,（1）全野外布点摄影测量像控点全部由外业测定（特殊要求或特殊地形）,9-3摄影测量的外业,六点法,六点法：标准布点形式。按每段航带网的两端和中央的像主点，在其上下方向上旁向重叠范围内各布设一对平高点。,9-4摄影测量的外业,八点法：在每段航带网内，布设八个平高控制点。采用三次多项式对航带网进行非线性改正。五点法：在某段航带网的长度不够最大允许长度的3、4，而又超过1、2的短航带网。即只在航带网中央的像主点上方或下方或附近只布设一个平高点。,9-4摄影测量的外业,五点法,每段航线网两端的一对像空点，最好布设在过像主点且垂直于方位线的直线上，在受到地形限制条件下，不得已相互偏离的情况下，一般不大于半条基线。最好布设在两端像控点的中央，至少也要一点位于中央，另一点偏离不超过一条基线。,9-4摄影测量的外业,区域网布点方案区域网布点一般只在区域网的四周布设平高点，中间多加一个高程点。当旁向重叠过小时，应在重叠部分增设高程点。,9-4摄影测量的外业,国