摄影测量与遥感概论

1、第二章摄影测量与遥感概念：摄影测量与遥感是对非接触传感器系统获得的影像及其数字表达进行记录、量测和解译，从而获得自然物体和环境的可靠信息的一门工艺、科学和技术 。在像片上进行量测和解译；摄影测量与遥感的特点：1、无需接触物体本身，较少受自然和地理条件限制；2、可摄得瞬间的动态物体影像；3、像片及其它各类影像提供物体的大量几何信息和物理信息传统摄影测量学的定义传统的摄影测量学是利用光学摄影机获取的像片，经过处理以获取被摄物体的形状、大小、位置、特性及其相互关系的一门学科。4D产品DEM DLG DRG DOM摄影测量学发展历程1851年开始，1903年飞机诞生进一步发展摄影测量学三个发展阶段模拟

2、摄影测量(1851-1970)解析摄影测量(1950-1980)数字摄影测量(1970-现在)模拟摄影测量的概念利用光学/机械投影方法实现摄影过程的反转。用两个/多个投影器模拟摄影机摄影时的位置和姿态，构成与实际地形表面成比例的几何模型，通过对该模型的量测得到地形图和各种专题图。流程图 （了解）数字摄影测量基于摄影测量的基本原理，通过对所获取的数字/数字化影像进行处理，自动(半自动)提取被摄对象用数字方式表达的几何与物理信息，从而获得各种形式的数字产品和目视化产品三个发展阶段的特点发展阶段 模拟摄影测量 解析摄影测量 数字摄影测量原始资料 像片 像片 数字化影像数字影像投影方式 物理投影 数字

3、投影 数字投影仪器 模拟测图仪 解析测图仪 计算机操作方式 手工操作 机助作业员操作 自动化操作+作业员干预产品 模拟产品 模拟产品数字产品 数字产品模拟产品摄影测量分类按距离远近 航天摄影测量 航空摄影测量 地面摄影测量 近景摄影测量 显微摄影测量按用途 地形摄影测量 非地形摄影测量按处理手段 模拟摄影测量 解析摄影测量 数字摄影测量摄影测量与遥感平台 航天飞机 无线电探空仪 超高度喷气机 中低高度飞机 飞艇 直升机 无线遥探飞机 牵引飞机 系留气球 索道 吊车 地面测量车摄影测量的基本关系式影像中的几何信息模型重建/几何量测地物几何位置X YX Y Z共线条件X Y Z= &RX-Xs Y

4、-Ys Z-Zs单像摄影测量的理论基础X Y（已知量）共线方程X Y Z（未知量）摄影测量的任务地形测量领域各种比例尺的地形图、专题图、特种地图、正射影像地图、景观图。建立各种数据库。提供地理信息系统和土地信息系统所需要的基础数据。非地形测量领域 生物医学公安侦破古文物、古建筑建筑物变形监测军事侦察矿山工程第三章航空摄影机使承片框处于固定不变的位置，承片框上四个边的中点各有一机械框标；新型的航空摄影机，则是在四角设定四个光学框标；两相对的框标连线成正交，其交点为平面坐标系的原点，从而使摄影的像片上构成框标直角坐标系；航空摄影机物镜中心至底片面的距离是固定值，称为航摄机主距，常用f表示。摄影机的

5、主距分为：长焦距(主距200 mm)中焦距(主距100200mm)短焦距(主距l00mm)对应的像场角分为：常角(75以下)宽角(75100)特宽角(100以上)摄影比例尺概念摄影比例尺是指航摄像片上一线段为l与地面上相应线段的水平距L之比。由于摄影像片有倾角，地形有起伏，所以摄影比例尺在像片上处处不相等。我们一般指的摄影比例尺，是把摄影像片当作水平像片，地面取平均高程，这时像片上的一线段l与地面上相应线段的水平距L之比，称为摄影比例尺1m，即1/m=1/L=f/H中，f为航摄机主距，H为平均高程面的航摄高度，称为航高。摄影比例尺要求摄影比例尺越大，像片地面分辨率越高；但摄影比例尺过大，则费用

6、增多，工作量增加。摄影比例尺要根据测绘地形图的精度要求与获取地面信息的需要来确定。测绘中比例尺地形图（1：5万）,摄影比例尺略大或接近测图比例尺；测绘大比例尺地形图（1：1万），摄影比例尺小于测图比例尺，一般为测图比例尺的35倍。空中摄影空中摄影要按航摄计划要求进行。在整个摄区，飞机要按规定的航高和设计的方向呈直线飞行，并保持各航线的相互平行。像片重叠度:同一条航线内相邻像片之间的影像重叠称为航向重叠，重叠部分与整个像幅长的百分比称为重叠度，一般要求在60以上。相邻航线的重叠为旁向重叠，旁向重叠度保持在24 % 以上。保证像片立体量测与拼接。空间摄影基线：控制像片重叠度时，将飞机视为匀速运动，

7、每隔一定空间距离拍摄一张像片，摄站的间距称为空间摄影基线B。航线弯曲度：航线弯曲度是指航带两端像主点之间的直线距离与偏离该直线最远的像主点到该直线垂距的比，一般采用百分数表示. 航线的弯曲会影响到航向重叠、旁向重叠的一致性，如果弯曲太大，则可能会产生航摄漏洞，甚至影响摄影测量的作业。因此，航线弯曲度一般规定不得超过3%;像片旋角：像片上相邻像主点连线与同方向框标连线间的夹角称为像片旋角像片倾角：空中摄影采用竖直摄影方式，即摄影瞬间摄影机的主光轴近似与地面垂直，它偏离铅垂线的夹角应小于3度，夹角称为像片倾角。航摄像片上特殊的点、线设地面为E，像片为P（即像平面）两平面相交于直线TT，称为迹线，即

8、透视轴，平面夹角为像片倾角。摄影中心：影像是由地面上各点发出的光线通过航空摄影机物镜投射到底片感光层上形成的，这些光线会聚于物镜中心S，称为摄影中心。中心投影;像主点：通过摄影中心S, 垂直于像平面P的直线SO 称为主光轴，它与像平面P 的交点o 称为像主点。So称为航摄机的主距f像底点：通过摄影中心S作地平面E的铅垂线SN，称为主垂线，主垂线SN与像平面P的交点n称为像底点，与地面E的交点N称为地底点。SN 称为摄影航高H。等角点：主光轴SoO 与主垂线SnN 所夹的角a，称为像片倾斜角。a角的二等分线与像片交点c称为等角点。与E面的交点C称为等角点的共轭点。主纵线:通过主垂线SnN 与主光

9、轴SoO作一平面W，此平面称为主垂面,既垂直于像平面P, 又垂直于地面E。主垂面W与像平面P的交线VV，称为主纵线。主垂面W与地面E的交线V0V0，称为摄影方向线。摄影测量中常用的坐标系像方空间坐标系 (描述像点的位置)像平面坐标系像空间坐标系像空间辅助坐标系物方空间坐标系 (描述地面点的位置)摄影测量坐标系地面测量坐标系地面摄影测量坐标系像平面坐标系像平面坐标系用以表示像点在像平面上的位置，通常采用右手坐标系,x,y轴的选择按需要而定，在解析和数字摄影测量中，常根据框标来确定像平面坐标系，称为像框标坐标系。在摄影测量解析计算中，像点的坐标应采用以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标。为此，当像

10、主点与框标连线交点不重合时，须将像框标坐标系平移至像主点。当像主点在像框标坐标系中的坐标为(x0，y0)时，则量测出的像点坐标x，y化算到以像主点为原点的像平面坐标系中的坐标为(xx0，yy0)。像空间坐标系为了便于进行空间坐标的变换需要建立起描述像点在像空间位置的坐标系，即像空间坐标系。以摄影中心S为坐标原点，x，y轴与像平面坐标系的x，y轴平行，z轴与主光轴重合，形成像空间右手直角坐标系S-xyz。像点坐标表示为（x,y,-f）。像空间坐标系随着像片的空间位置而定，每张像片的像空间坐标系不统一。像空间辅助坐标系此坐标系的原点为摄影中心S，坐标轴系的选择视需要而定，通常有三种选取方法。其一是

11、取铅垂方向为Z轴，航向为X轴，构成右手直角坐标系，见图(a)。其二是以每条航线内第一张像片的像空间坐标系作为像空间辅助坐标系，见图(b)。其三是以每个像片对的左片摄影中心为坐标原点，摄影基线方向为X轴，以摄影基线及左片主光轴构成的面作为XZ平面，构成右手直角坐标系，如图(c)。用S-XYZ表示。摄影测量坐标系将像空间辅助坐标系S-XYZ沿着Z轴反方向平移至地面点P，得到的坐标系P-XpYpZp称为摄影测量坐标系。由于它与像空间辅助坐标系平行，因此很容易由像点的像空间辅助坐标求得相应的地面点的摄影测量坐标。摄影测量坐标系将像空间辅助坐标系S-XYZ沿着Z轴反方向平移至地面点P，得到的坐标系P-X

12、pYpZp称为摄影测量坐标系。由于它与像空间辅助坐标系平行，因此很容易由像点的像空间辅助坐标求得相应的地面点的摄影测量坐标。地面测量坐标系地面测量坐标系通常指地图投影坐标系，也就是国家测图所采用的高斯克吕格3带或6带投影的平面直角坐标系和高程系，两者组成的空间直角坐标系是左手系用T-XtYtZt表示。摄影测量方法求得的地面点坐标最后要以此坐标形式提供给用户使用。地面摄影测量坐标系由于摄影测量坐标系采用的是右手系，而地面测量坐标系采用的是左手系，这给由摄影测量坐标到地面测量坐标的转换带来了困难，为此，在摄影测量坐标系与地面测量坐标系之间建立一种过渡性的坐标系，称为地面摄影测量坐标系，用D-Xtp

13、YtpZtp表示，其坐标原点在测区内的某一地面点上，Xtp轴与Xp轴方向大致一致，但为水平，Ztp轴铅垂。构成右手直角坐标系。摄影测量中，首先将摄影测量坐标转换成地面摄影测量坐标，最后再转换成地面测量坐标。内外方位元素确定航空摄影瞬间摄影中心与像片在地面设定的空间坐标系中的位置与姿态，描述这些位置和姿态的参数称为像片的方位元素。内方位元素表示摄影中心与像片之间相关位置的参数外方位元素表示摄影中心和像片在地面坐标系中的位置和姿态参数三个直线元素 三个角元素内方位元素内方位元素是描述摄影中心与像片之间相关位置的参数，包括三个参数，即摄影中心S 到像片的垂距(主距)f 及像主点O 在像框标坐标系中的

14、坐标x0，y0。内方位元素一般视为已知。外方位元素确定摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数，称为外方位元素。一张像片的外方位元素包括六个参数，其中有三个是直线元素，用于描述摄影中心的空间坐标值，另外三个是角元素，用于表达像片面的空间姿态。 三个直线元素 Xs，Ys，Zs表示摄影中心S在地面空间坐标系中的坐标；通常选用地面摄影测量坐标系三个角元素 以y 轴为主轴的j-w-k系统 以x 轴为主轴的w-j-k系统 以Z 轴为主轴的A-a-ku系统方向余弦空间直角坐标变换像点空间直角坐标的旋转变换是指像空间辅助坐标与像空间坐标之间的变换，是正交变换中心投影构像方程式共线方程（中心投影构像的基本公式

15、） 共线条件方程的应用主要有： 单像空间后方交会和多像空间前方交会； 解析空中三角测量光束法平差中的基本数学模型； 构成数字投影的基础； 计算模拟影像数据（已知影像内外方位元素和物点坐标求像点坐标）； 利用数字高程模型（DEM）与共线方程制作正射影像； 利用DEM与共线方程进行单幅影像测图等等。地图是正射投影，所有投影光线相互平行并与投影面正交将倾斜摄影的像片变为水平摄影的像片的过程，就称为中心投影变换。Z为常数H，c3cos (为像片倾角），则c3f 也为常数摄影测量中将任意倾角的像片变为规定比例尺的水平像片(即规定比例尺的影像地图)称为像片纠正。地面点在地面水平的水平像片上的构像与地面有起

16、伏时或倾斜像片上的构像的点位不同，这种点位差异称为像点位移。因像片倾斜引起的像点位移 因地形起伏引起的像点位移物理因素引起的像点位移，摄影物镜的畸变差，大气折光，地球曲率以及底片变形等。系统误差，用数学模型来描述。在航摄像片上某一线段影像的长度与地面上相应线段距离之比，就是像片上该线段的构像比例尺。（像片水平且地面也水平时，像片上任意线段的比例尺都相等）一个近似值，称为主比例尺。单张像片空间后方交会利用一定数量的地面控制点，根据共线方程，反求像片的外方位元素，这种方法称为单张像片的空间后方交会。在空间后方交会中，通常是在像片的四个角上选取四个或更多的地面控制点，因而要用最小二乘法平差计算。计算

17、中，通常将控制点的地面坐标视为真值，而把相应的像点坐标视为观测值若有n个控制点，则可按上式列出n组误差方程式，构成总误差方程式；根据最小二乘法间接平差原理，可列出法方程式空间后方交会的求解过程获取已知数据：从摄影资料中查取像片比例尺1m、平均航高、内方位元素x0,y0，f，从外业测量成果中，获取控制点的地面测量坐标Xt，Yt，Zt，并转化成地面摄影坐标Xtp，Ytp，Ztp量测控制点的像点坐标：将控制点标刺在像片上，利用立体坐标量测仪量测控制点的像框标坐标，并经像主点坐标改正，得到像点坐标x ，y 。确定未知数的初始值；在竖直摄影情况下，角元素的初始值为0，即j 0w0k00；线元素中,ZS0

18、H=mf，X S0，Y S0的取值可用四个角上控制点坐标的平均值计算旋转矩阵R：利用角元素的近似值计算方向余弦值，组成R阵。逐点计算像点坐标的近似值：利用未知数的近似值按共线方程计算控制点像点坐标的近似值(x)；(y)。组成误差方程式：逐点计算误差方程式的系数和常数项。组成法方程式：计算法方程的系数矩阵ATA与常数项ATL。解求外方位元素：根据法方程，解求外方位元素改正数，并与相应的近似值求和，得到外方位元素新的近似值。检查计算是否收敛:将求得的外方位元素的改正数与规定的限差比较，小于限差则计算终止；否则用新的近似值重复4-8的计算，直到满足要求为止。单眼观察景物时，人们感觉到的仅是景物的透视

19、像，好像一张像片一样，不能正确判断景物的远近。只有用双眼观察景物，才能判断景物的远近，得到景物的立体效应，这种现象称为人体的立体视觉。由于交会角的差异，使得两弧长ab和ab不相等，其差s=ab-ab称为生理视差。生理视差通过视神经传到大脑，通过大脑的综合，作出景物远近的判断。因此，生理视差是判断景物远近的根源。人造立体视觉条件 ：两张像片必须是在两个不同位置对同一景物摄取的立体像对；每只眼睛必须只能观察像对的一张像片；两像片上相同景物(同名像点)的连线与眼基线应大致平行；两像片的比例尺相近(差别15)，否则需用ZOOM系统等进行调节。解析法处理利用像片的空间后方交会与前方交会来解求地面目标的空

20、间坐标。利用立体像对的内在几何关系，进行相对定向，建立与地面相似的立体模型，计算出模型点的空间坐标。再通过绝对定向，将模型进行平移、旋转、缩放，把模型纳入到规定的地面坐标系之中，解求出地面目标的绝对空间坐标。利用光束法双像解析摄影测量来解求地面目标的空间坐标。这种方法将待求点与已知外业控制点同时列出误差方程式，统一进行平差解求。这种方法理论较为严密，它把前面两种方法的两种步骤合在一个整体内。前方交会现已知两张像片的内、外方位元素，设想将像片按内外方位元素值置于摄影时的位置，显然同名射线S1a1与S2a2必然交于地面点A。这种由立体像对中两张像片的内、外方位元素和像点坐标来确定相应地面点的地面坐

21、标的方法，称为空间前方交会。计算步骤由已知的外方位角元素及像点的坐标，计算像空间辅助坐标；由外方位线元素，计算摄影基线分量Bx，By，Bz；计算投影系数N1，N2；最后由前方交会公式计算地面点的地面摄影测量坐标。由于N1和N2已经求出，计算地面坐标时YA应取平均值，是为了消除相对定向中存在的残差的影响。双像解析计算的空间后交前交方法野外像片控制测量 用立体坐标量测仪量测像点的坐标空间后方交会计算像片外方位元素空间前方交会计算未知点地面坐标相对定向-绝对定向利用空间后方交会过程解求的像片外方位元素，是描述像片在摄影瞬间的绝对位置和姿态的参数，是一种绝对方位元素。首先暂不考虑像片的绝对位置和姿态，

22、而只恢复两张像片之间的相对位置和姿态，这样建立的立体模型称为相对立体模型，其比例尺和方位均是任意的；然后在此基础上，将两张像片作为一个整体进行缩放、平移和旋转，达到绝对位置。这种方法称为相对定向-绝对定向解析法相对定向用于描述两张像片相对位置和姿态关系的参数，称为相对定向元素。 用解析计算的方法解求相对定向元素的过程，称为解析法相对定向。由于不涉及像片的绝对位置，因此不需控制点。相对定向的共面条件S1a1和S2a2为一对同名射线，其矢量用S1a1和S2a2表示，摄影基线矢量用B表示。同名射线对对相交，表明射线S1a1, S2a2 ，及摄影基线B位于同一平面内，亦即三矢量S1a1, S2a2 ，

23、B共面。根据矢量代数，三矢量共面，它们的混合积等于零，即：连续像对相对定向1连续像对相对定向是以左像片为基准，求出右像片相对于左像片的5个定向元素by，bz，j，w，k。2由共面方程可获连续像对相对定向的条件方程。3为了统一，常将by，bz也化为用角度表示。4按泰勒级数展开，取小值一次项，使之线性化。5可得到连续像对相对定向的作业公式6在立体像对中每量测一对同名像点的像点坐标(x1,y1)和(x2,y2)就可以列出一个Q方程式。由于有5个未知数，因此至少需要5对同名像点。当有多余观测值时，将Q视为观测值，可得误差方程式7按最小二乘原理组成法方程，解求出未知数，即5个相对定向元素的改正数。跌代运

24、算，逐次修改各系数值及常数项，求出新的改正数，直到达到所需要的精度要求为止。连续像对相对定向元素解算过程在立体坐标量测仪上，量测选定的6个定向点的像点坐标(x1，y1)及(x2，y2)。确定初始值：假定左像片水平，则左片旋转矩阵R1为单位阵；右片的角元素j,w,k及m,g的初始值取为零；bx取定向点中1号点的左右视差（x1 x2）。根据初始值，计算右片旋转矩阵R2。根据输入的像点平面坐标，计算像空间辅助坐标根据给定的初始值，计算by，bz，并根据像空间辅助坐标，计算各点的投影系数N1 ，N2。根据连续像对相对定向的作业公式计算每个定向点的误差方程常数项及系数项，组成误差方程式。计算法方程系数矩

25、阵及常数项，并解求法方程，求得未知数的改正数。求未知数的新值，即初始值加改正数。检查未知数的改正数是否大于限差，若大于限差，则重复步的计算，直到所有改正数都小于限差为止。解析法绝对定向绝对定向为三维空间相似变换; 解决相对定向后所建立的立体模型与地面测量坐标系的关系; 绝对定向包括模型的旋转、平移和缩放；要确定立体模型在地面测量坐标系中的正确位置，则需要把模型点的摄影测量坐标转化为地面测量坐标，这一工作需要借助于地面测量坐标为已知值的地面控制点来进行，称为立体模型的绝对定向。解析法绝对定向的目的就是将相对定向后求出的摄影测量坐标变换为地面测量坐标。 模型的绝对定向，要求变换前后两坐标系的轴系大

26、致相同。首先将地面测量坐标系变换为地面摄影测量坐标系。一个像对的两张像片有十二个外方位元素，相对定向求得五个元素后，要恢复像对的绝对位置，还要解求七个绝对定向元素。上式中有7个未知数，至少需列7个方程，若将已知平面坐标(Xtp，Ytp)和高程Ztp的地面控制点称为平高控制点，仅已知高程的控制点称为高程控制点，则至少需要两个平高控制点和一个高程控制点，而且三个控制点不能在一条直线上。生产中，一般是在模型四角布设四个控制点，因此有多余观测值，按最小二乘法平差解求。坐标的重心化为了简便计算，常选模型的重心为坐标系的原点，用g表示，以重心为原点的坐标称为重心化坐标。 坐标的重心化是区域网平差中经常采用

27、的一种数据预处理方法。 它的目的有两个：一是减少模型点坐标在计算过程中的有效位数，以保证计算的精度；二是采用了重心化坐标以后，可使法方程式的系数简化，个别项的数值变成零，部分未知数可以分开求解，从而提高了计算速度。绝对定向的解算过程（1）确定待定参数的初始值：0=0=0=0，0=1，X= Y=Z=0。（2）计算地面摄影测量坐标系重心的坐标和重心化的坐标。（3）计算摄影测量坐标系重心的坐标和重心化的坐标。（4）计算常数项（5）组成总误差方程式。（6）逐点法化及法方程式求解，得到待定参数的改正数。（7）计算待定参数的新值（8）判断d，d，d是否均小于给定的限值。若大于限值，则重复计算，否则，计算过

28、程结束。光束法双像解析摄影测量该解法含有左、右像片共十二个外方位元素为未知数。对于每个待求点还引入三个坐标改正数为未知数。若一个立体像对中有四个平高控制点和n个待求点，则共需要解求（12+3n）个未知数，而误差方程式个数为(16+4n)。外方位元素和待定点坐标按照最小二乘法原理解求。解析空中三角测量的目的和意义在双像解析摄影测量中，每个像对都要在野外测求四个地面控制点。这样外业工作量太大，效率不高。能否只在一条航带十几个像对中，或几条航带构成的一个区域网中，测少量外业控制点，在内业用解析摄影测量的方法加密出每个像对所要求的控制点，然后用于测图？解析法空中三角测量就是为解决这个问题而提出的方法。

29、解析空中三角测量指的是用摄影测量解析法确定区域内所有影像的外方位元素。 摄影测量方法测定（或加密）点位坐标的意义在于： 不需直接触及被量测的目标或物体，凡是在影像上可以看到的目标，不受地面通视条件限制，均可以测定其位置和几何形状； 可以快速地在大范围内同时进行点位测定，从而可节省大量的野外测量工作量； 摄影测量平差计算时，加密区域内部精度均匀，且很少受区域大小的影响； 所以，摄影测量加密方法已成为一种十分重要的点位测定方法。解析空中三角测量的分类从传统方法上讲，根据平差中采用的数学模型可分为航带法、独立模型法和光束法。 根据平差范围的大小，解析空中三角测量可分为单模型法、单航带法和区域网法。航

30、带法是通过相对定向和模型连接先建立自由航带，以点在该航带中的摄影测量坐标为观测值，通过非线性多项式中变换参数的确定，使自由网纳入所要求的地面坐标系，并使公共点上不符值的平方和为最小。数字摄影测量利用数字灰度信号，采用数字相关技术量测同名像点，在此基础上通过解析计算，进行相对定向和绝对定向，建立数字立体模型，从而建立数字高程模型、绘制等高线、制作正射影像图以及为地理信息系统提供基础信息等。这就是数字摄影测量。由于整个过程都是以数字形式在计算机中完成，因而又称为全数字化摄影测量。数字影像内定向在摄影测量中常取用以像主点为原点的像平面坐标来建立像点与地面点的坐标关系。由于在像片扫描的数字化过程中，像

31、片的扫描坐标系与像平面坐标系一般不平行，且坐标原点不同，所以同一像点的像平面坐标x，y与其扫描坐标x，y不相等，需要加以换算，这种换算称为数字影像内定向。内定向坐标转换X=a0+a1x+a2yY=b0+b1x+b2y其中a0,a1,a2,b0,b1,b2称为内定向参数，其数值由像片上四个框标的扫描坐标及其相应的像平面坐标组成误差方程式，用平差运算求得。内定向问题需要借助影像的框标来解决。基于灰度的影像相关对于全数字化摄影测量，在没有人眼的立体观测的情况下，如何从左、右数字影像中寻找同名像点，亦即数字影像相关，是全数字化摄影测量的核心问题。 影像相关是利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同

32、名点。相关系数法二维相关一般在左影像上先确定一个待定点，称之为目标点，以此待定点为中心选取m x n（可取m = n）个像素的灰度阵列作为目标区或称目标窗口。为了在右影像上搜索同名点，必须估计出该同名点可能存在的范围，建立一个 k x l（k m, ln）个像素的灰度阵列作为搜索区，相关的过程就是依次在搜索区中取出m x n个像素灰度阵列（搜索窗口通常取m = n），计算其与目标区的相关系数。协方差法协方差法与相关系数法类似，只是相似性判据不同，这里采用协方差值作为相似性判据。最小二乘影像匹配原理影像匹配中判断影像相似的度量很多，其中有一种是“灰度差的平方和最小”。若将灰度差记为余差v，则上述

33、判断可写为vv和=min影像灰度的系统变形有两大类：一类是辐射畸变；另一类是几何畸变。 在影像匹配中引入这些变形参数，同时按最小二乘的原则，解求这些参数，就是最小二乘影像匹配的基本思想。核面与核线通过摄影基线S1S2与任一物方点A所作的平面WA称为通过点A的核面。通过像主点的核面称为主核面。在立体像对中，左、右影像各有其自身的主核面，一般两个主核面是不重合的。核面与影像面的交线称为核线，如图中l1和l2是通过同名像点a1和a2的一对同名核线。在一条核线上的任一点其在另一幅影像上的同名像点必定位在其同名核线上。沿核线重采样在影像数字化过程中，像元素按矩阵形式规则排列，扫描行不是核线方向。因此，欲

34、进行核线相关，必须先找到核线，而且核线确定的精度直接影响到影像相关的精度。有多种方法确定同名核线，如：基于数字影像几何纠正的方法。 数字影像是个规则排列的灰度格网序列，为了获取核线的灰度序列，必须对原始影像灰度重采样。一维相关在核线影像上，只需要进行一维搜索。理论上，目标窗与搜索区均可以是一维窗口。但是，由于两影像窗口的相关系数一般是统计量，为了保证相关结果的可靠性，应有较多的样本进行估计，因而目标窗口中的像素不应太少。因此一维相关目标区的选取一般应与二维相关时相同，取一个以待定点为中心，m x n（可取m = n）个像素的窗口。此时搜索区为m x l（ln）个像素的灰度阵列，搜索工作只在一个

35、方向进行，即计算相关系数。基于特征的影像匹配如前所述的影像匹配算法，均是在以待定点为中心的窗口（或称区域）内，以影像的灰度分布为影像匹配的基础，故它们被称为灰度匹配 。 在很多场合，影像匹配主要是用于配准那些特征点、线或面。为有别于前述的基于灰度的匹配，这一类算法被称为特征匹配或基于特征的匹配基本思想：首先用某种特征提取算子提取影像中的特征(点、线、面)；然后对提取的特征进行参数描述；最后以特征的参数值为依据进行同名特征的搜索，继而获得同名像点。 一般来说，特征匹配可分为三步：特征提取；利用一组参数对特征作描述；利用参数进行特征匹配。Moravec算子1计算各像元的有利值 IV 。在55的窗口

36、内沿着图示四个方向分别计算相邻像元间灰度差的平方和，取其中最小者作为该像元的有利值。2给定一经验阈值，将有利值大于阈值的点作为候选点。3抑制局部非最大。在一定大小窗口中（如55，77，99像元等），将上一步所选的候选点与其周围的候选点比较，若该像元的有利值非窗口中最大值，则去掉；否则，该像元被确定为特征点。 综上所述，Moravec算子是在四个主要方向上，选择具有最大最小灰度方差的点作为特征点。线特征提取算子“边缘”可定义为影像局部区域特征不相同的那些区域间的分界线，而“线”则可以认为是具有很小宽度的其中间区域具有相同的影像特征的边缘对常用方法有差分算子、拉普拉斯算手、LOG算子等 梯度算子

37、梯度能够反映灰度值在x,y方向的不连续性。Sobel算子 考察它上下、左右邻点灰度的加权差。与之接近的邻点的权。特征提取 采用特征分割法分别对左右图像沿核线提取点特征或线特征，并将一条核线上的特征定义为由三个特征点（零交点Z：一阶差分最大的点，及两个拐点S1,S2）组成的特征段。数字摄影测量系统1992年8月数字摄影测量工作站正在由试验阶段步入摄影测量的生产阶段。 1996年7月数字摄影测量工作站已进入了使用阶段。数字摄影测量工作站的组成硬件组成：计算机;外部设备：立体观测设备;操作控制设备输入设备：影像数字化仪输出设备：矢量绘图仪;栅格绘图仪软件组成：数字影像处理软件主要包括：影像旋转；影像

38、滤波；影像增强；特征提取模式识别软件主要包括：特征识别与定位，框标的识别与定位；影像匹配（同名点、线与面的识别）；目标识别解析摄影测量软件主要包括：定向参数计算；空中三角测量解算；核线关系解算，坐标计算与变换；数值内插，数字微分纠正；投影变换辅助功能软件主要包括：数据输入输出；数据格式转换；注记；质量报告；跨接法影像匹配特征提取构成跨接法匹配窗口跨接法影像匹配边缘跟踪，传递匹配特征数字地面模型（DTM）就是一个用于表示地面特征的空间分布的数据阵列，最常用的是用一系列地面点的平面坐标X、Y以及该地面点的高程Z或属性组成的数据阵列。若地面按一定格网形式有规则地排列，点的平面坐标X、Y可由起始原点推

39、算而无需记录，这样地表面形态只用点的高程Z来表达，称为数字高程模型（DEM）。数字地面模型的应用领域 数字地面模型DTM（Digital Terrain Model）最初是美国麻省理工学院Miller教授为了高速公路的自动设计于1956年提出来的 。 它被用于各种线路（铁路、公路、输电线路）的设计及各种工程的面积、体积、坡度的计算，任意两点间可视性判断及绘制任意断面图。在测绘中被用于绘制等高线、坡度坡向图、立体透视图，制作正射影像图与地图的修测。在遥感中可作为分类的辅助数据。 它是地理信息系统的基础数据，可用于土地利用现状的分析、合理规划及洪水险情预报等。 在军事上可用于导航及导弹制导。 在工

40、业上可利用数字表面模型DSM（Digital Surface Model）或数字物体模型DOM（Digital Object Model）绘制出表面结构复杂的物体的形状。数字地面模型的发展过程 50年代末是其概念的形成。 60年至70年代对DTM内插问题进行研究 70年代中、后期对数据采集方法进行了研究 80年代以来，对DTM的研究涉及到DTM系统的各个环节DEM的优势劣势 存贮量最小、便于使用管理。缺点是有时不能准确表示地形的结构与细部不规则三角网TIN 若将按地形特征采集的点按一定规则连接成覆盖整个区域且互不重叠的许多三角形，构成一个不规则三角网TIN表示的DEM,通常称为三角网DEM或T

41、IN。 能较好地顾及地貌特征点、线，表示复杂地形表面比矩形格网精确。缺点是数据量较大，数据结构较复杂，使用与管理也较复杂。DEM数据点的采集方法地面测量：利用自动记录的测距经纬仪在野外实测 现有地图数字化：用数字化仪对已有地图上的信息，进行数字化的方法。 手扶跟踪数字化仪 扫描数字化仪 半自动跟踪数字化仪 空间传感器：利用GPS、雷达和激光测高仪等进行数据采集沿等高线采样：沿等高线采样可按等距离间隔记录数据或按等时间间隔记录数据方式进行。 规则格网采样：方法简单、精度较高、作业效率也较高；特征点可能丢失。 沿断面扫描：获取数据的精度比其它方法要差，特别是在地形变化趋势改变处，常常存在系统误差。

42、 渐进采样：先按预定的比较稀疏的间隔进行采样，获得一个较稀疏的格网，然后分析是否需要对格网加密。选择采样：可根据地形特征进行选择采样。 混合采样：将规则采样与选择采样结合起来进行。 自动化DEM数据采集：按影像上的规则格网利用数字影像匹配进行数据采集数字高程模型内插的特点一般总是将测区或图幅划分成较小的计算单元，采用局部函数内插方法，并在内插中兼顾一般数据点和地形特征点、线，并且根据数据点采集的不同方法采取相应的内插方法。逐点内插方法优劣势以每一待定点为中心，定义一个局部函数去拟合周围的数据点。逐点内插法十分灵活，精度较高，计算方法简单又不需很大的计算机内存，但计算速度可能比其它方法慢移动曲面

43、拟合法是一个以待求点为中心的逐点内插法，它定义一个新的局部函数去拟合周围的数据点，进而求出待定点的高程。通常是将坐标原点移到待定点上，而采用的数据点应落在半径为R的圆内。1建立局部坐标：对DEM每一个格网点，从数据点中检索出对应该DEM格网点的几个分块格网中的数据点，并将坐标原点移至该DEM格网点P（Xp，Yp）：2选取邻近的数据点：为了选取邻近的数据点，以待定点P为圆心，以 R为半径作圆，凡落在圆内的数据点即被选用。选择的点数不够时，则应增大R的数值，直至数据点的个数n满足要求。3列出误差方程式。4计算每一数据点的权：在求解中还可以对每个数据点给一权P，该值并不表示数据点采样的精度，而是表示

44、该点高程对待定点高程的作用大小。5法化求解多面函数法DEM内插思想基本思想：在每个数据点上建立一个曲面通常是旋转曲面，通过将这些曲面按一定比例的叠加来最佳地描述所要求的物体表面，并使叠加后的曲面严格地通过各数据点。有限元法DEM内插思想为了解算一个函数，把它分成为许多适当大小的“单元”，在每一单元中用一个简单的函数，例如多项式来近似地代表它，并保证相邻单元间有连续（或光滑）的过渡。规则格网DEM的存贮管理1 DEM数据文件的存贮： 文件头+各格网点的高程2地形数据库 ：将整个范围划分成若干地区，每一地区建立一个子库，将这些地区合并成一个高一层次的大区域构成整个范围的数据库DEM数据压缩中常用的方法有整型量存贮、差分映射及压缩编码等。TIN存储三角网数字地面模型TIN的数据存储方式与矩形格网DTM存储方式大不相同，它不仅要存储每个网点的高程，还要存储其平面坐标、网点连接的拓扑关系、三角形及邻接三角形等信息。常用的TIN存储结构有以下三种形式：直接表示网点邻接关系；直接表示三角形及邻接关系；混合表示网点及三角形邻接关系。直接表示网点邻接关系的结构优缺点最大特点是存贮量小，编辑方便。但是三角形及邻接关系都需要实时再生成，且计算量较大，不便于TIN的快速检索与显示。直接表示三角形及邻接关系的结构优缺点检索网点拓扑关系效