太原理工大学摄影测量学-像片纠正与正射影像图

1、1.像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类2. 数字微分纠正数字微分纠正像片纠正与正射影像图3.立体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方法4.数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法u两张像片两张像片 确定确定A点的地面坐标点的地面坐标X,Y, Z(解析摄影解析摄影测量测量)或利用双像进行立体测图。或利用双像进行立体测图。u 只用一张像片，能否确定只用一张像片，能否确定A点的空间位置？点的空间位置？u 航摄像片与正射影像图的区别航摄像片与正射影像图的区别p 航摄像片是中心投影，正射影像图是正射投影；航摄像片是中心投影，正射影像图是正射投影；p 航摄像片上存在由于像片倾斜和地形起

2、伏引起的航摄像片上存在由于像片倾斜和地形起伏引起的像点位移，正射影像图上不存在像点位移；像点位移，正射影像图上不存在像点位移；p 航摄像片上各点的比例尺不一致，而正射影像航摄像片上各点的比例尺不一致，而正射影像图上各点的比例尺与规划的比例尺一致。图上各点的比例尺与规划的比例尺一致。像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类S1S2bAa1a2像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类像片平面图像片平面图与与像片纠正像片纠正的概念的概念u 像片平面图或正射影像图是地图的一

3、种形式，是用像片平面图或正射影像图是地图的一种形式，是用相当于正射影像相当于正射影像的的航摄像片航摄像片上的影像来表示地物的上的影像来表示地物的形状形状和和平面位置平面位置。u 正射影像正射影像: 地面点在图面上的平面位置正确，且还有相应的灰度值。地面点在图面上的平面位置正确，且还有相应的灰度值。u 利用中心投影的航摄像片编制像片平面图或正射影像图，是将中心投利用中心投影的航摄像片编制像片平面图或正射影像图，是将中心投影转变为正射投影的问题。影转变为正射投影的问题。u 像片纠正像片纠正: 消除由于像片的倾斜所引起的消除由于像片的倾斜所引起的像点的位移像点的位移，同时改化规定，同时改化规定的的比

4、例尺比例尺，这一作业过程为像片纠正。，这一作业过程为像片纠正。 像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类像片纠正方法分类像片纠正方法分类u 光学机械纠正法光学机械纠正法:利用光学方法纠正图像是摄影测量中的传统方法利用光学方法纠正图像是摄影测量中的传统方法, 将将航摄像片纠正成为像片平面图。航摄像片纠正成为像片平面图。u 光学微分纠正光学微分纠正(正射投影技术正射投影技术):解析摄影测量发展阶段制作正射影像地解析摄影测量发展阶段制作正射影像地图的主要方法图的主要方法, 使用一小块面积使用一小块面积(一定长度的缝隙一定长度的缝隙)作为一个作为一个纠正单元纠正单元进进行

5、纠正的方法。行纠正的方法。(是在专门的仪器是在专门的仪器正射投影仪上进行的正射投影仪上进行的)。u 数字微分纠正数字微分纠正:根据已知影像的根据已知影像的内定向参数内定向参数和和外方位元素外方位元素及数字高程及数字高程模型模型(DEM) 进行纠正。进行纠正。像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类光学机械纠正法光学机械纠正法u 仪器仪器: 纠正仪纠正仪u 纠正过程纠正过程: 投影变换投影变换u 适用地区适用地区:平坦地区平坦地区(投影差不超过图投影差不超过图上上0.4mm)u 纠正方法纠正方法: 一次纠正法一次纠正法(投影变换方投影变换方法法)u 一次纠正方法仍然

6、是一次纠正方法仍然是中心投影中心投影，只，只适应对适应对平坦地区平坦地区的航摄像片进行纠的航摄像片进行纠正，只能消除因像片倾斜引起的像点正，只能消除因像片倾斜引起的像点位移，不能消除因地形起伏产生的投位移，不能消除因地形起伏产生的投影差。影差。像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类光学机械纠正法光学机械纠正法 u 仪器仪器: 纠正仪纠正仪u 适用地区适用地区:坡度变化较平缓的丘陵区坡度变化较平缓的丘陵区(投影差超过图上投影差超过图上0.4mm)u 纠正方法纠正方法: 分带纠正法分带纠正法 (Q=2h)u 分带纠正法是指在一张像片范围分带纠正法是指在一张像片范围内

7、，按照地形高程将作业区划分为若内，按照地形高程将作业区划分为若干带区，使每一带区内地形起伏引起干带区，使每一带区内地形起伏引起的投影差小于规定的值。对每一带区的投影差小于规定的值。对每一带区分别纠正晒像，然后镶嵌成为一张纠分别纠正晒像，然后镶嵌成为一张纠正像片。正像片。Q/2 H1H2H3pSE3E2E1hQQQ)sin2sin21 (frHhrbbh像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类光学机械纠正法光学机械纠正法 u 纠正仪满足：几何条件纠正仪满足：几何条件&光学条件光学条件u 理论基础：中心投影变换理论基础：中心投影变换(像片与地面、像片与画面像片

8、与地面、像片与画面)111333222333SSSSSSSSSSSSa ( XX )b(YY )c (ZZ )xfa ( XX )b (YY )c (ZZ )a ( XX )b (YY )c (ZZ )yfa ( XX )b (YY )c (ZZ ) 00SxxxyyyZZH 123121231211A XAYAxC XC YB XB YByC XC Y两透视平两透视平面的投影面的投影变换公式变换公式光学机械纠正法光学机械纠正法 u 实际上是利用图底上已知点的坐标用对点实际上是利用图底上已知点的坐标用对点的方法进行纠正，用纠正仪的机械动作的方法进行纠正，用纠正仪的机械动作(自自由度由度) 将投

9、影圈点将投影圈点(像点像点)与图底叉点与图底叉点(对应图对应图点点)重合。重合。u 纠正仪的自由度纠正仪的自由度: 比例尺缩放、承影面倾比例尺缩放、承影面倾斜、像片盘旋转、像片的横向偏心和纵向偏斜、像片盘旋转、像片的横向偏心和纵向偏心心u 纠正点数：纠正点数：5个个u 纠正方法：对点纠正纠正方法：对点纠正u 纠正好后，在承影面上放相纸曝光晒像得纠正好后，在承影面上放相纸曝光晒像得纠正好的像片纠正好的像片(正射影像正射影像)。像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类S光学微分纠正光学微分纠正u 分为直接微分纠正与间接分为直接微分纠正与间接(函数函数)微分纠正微分纠正

10、u 构成：一台双像的光学测图仪构成：一台双像的光学测图仪+具有相同投影器的正射投影仪、同步运具有相同投影器的正射投影仪、同步运动动u 步骤：内定向、相对定向、绝对定向步骤：内定向、相对定向、绝对定向像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类感光材料A0AP1ZS1P1P2S1S2数字微分纠正数字微分纠正u 根据影像的内定向参数、方位元素以及数字高程模型，利用相应的构根据影像的内定向参数、方位元素以及数字高程模型，利用相应的构像方程像方程(共线方程共线方程)，用控制点解算，从原始非正射投影的数字影像获取，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，这一过程是

11、将影像化为很多正射影像，这一过程是将影像化为很多微小的区域微小的区域逐点逐点进行，且使用的进行，且使用的是数字方式处理，故称为数字微分纠正。是数字方式处理，故称为数字微分纠正。u 数字微分纠正技术是当前像片纠正和正射影像图制作的主要方法数字微分纠正技术是当前像片纠正和正射影像图制作的主要方法u 依被纠正的最小单元将微分纠正可分为两类：依被纠正的最小单元将微分纠正可分为两类：点元素纠正、面元素纠点元素纠正、面元素纠正正像片纠正与正射影像图一一. .像片纠正的概念与分类像片纠正的概念与分类基本原理与解算方案基本原理与解算方案u 数字微分纠正与光学微分纠正一样，其基本任务是实现两个二维图像数字微分纠

12、正与光学微分纠正一样，其基本任务是实现两个二维图像之间的几何变换之间的几何变换u 数字纠正数字纠正: 像素的几何位置和灰度像素的几何位置和灰度u 设任意像元在原始图像的坐标为设任意像元在原始图像的坐标为(x, y), 纠正后图像对应的地面点坐标为纠正后图像对应的地面点坐标为 (X ,Y) ,实际上直接存在着映射关系实际上直接存在着映射关系像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠正数字微分纠正(, ), )xyxfX YyfX Y （( , )( , )xyXx yYx y间接数字微分纠正直接数字微分纠正反解法反解法(间接法间接法)数字微分纠正数字微分纠正像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠

13、正数字微分纠正x=fx(X,Y,Z)y=fy(X,Y,Z)灰度赋值xxyyPXXY灰度内插原始图像反解法反解法(间接法间接法)数字微分纠正数字微分纠正(1) 计算地面点坐标计算地面点坐标 : 正射影像上任一像点正射影像上任一像点P( X,Y)对应的地面坐标对应的地面坐标(X,Y)(2) 计算原始图像上像点坐标计算原始图像上像点坐标p(x, y) 根据共线条件方程式，地面点的根据共线条件方程式，地面点的Z坐标坐标根据根据DEM内插内插像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠正数字微分纠正YMYYXMXX0011103332220333SSSpSSSSSSpSSSa ( XX )b(YY )c (

14、ZZ )xfxa ( XX )b (YY )c (ZZ )a ( XX )b (YY )c (ZZ )yfya ( XX )b (YY )c (ZZ ) 2201234522012345Xaa xa ya xya xa yYbb xb yb xyb xb y任何地形平坦地区反解法反解法(间接法间接法)数字微分纠正数字微分纠正(3) 像素坐标的解算像素坐标的解算: 根据内定向参数，计算像点根据内定向参数，计算像点(x, y)的像素坐标的像素坐标(I, J)(4) 灰度内插灰度内插: 根据计算得像素坐标根据计算得像素坐标 (I, J)，采用双线性内插法，内插像点的，采用双线性内插法，内插像点的灰度

15、值灰度值(5) 灰度赋值灰度赋值: 将计算的灰度值赋给正射影像上的像点将计算的灰度值赋给正射影像上的像点(X,Y)像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠正数字微分纠正012012xhh Ih Jykk Ik J12349101156789101111L XL YL ZLIL XL YLL XL YL ZLJL XL YL(, )( , )G X Yg x y正解法正解法(直接法直接法)数字微分纠正数字微分纠正像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠正数字微分纠正原始图像xyX 纠正图像YX=x(x,y)Y=y(x,y)( , )( , )xyXx yYx y(, )( , )G X Yg x

16、 y123123123123SSSSa xa ya fXX(ZZ )c xc ya fb xb yb fYY(ZZ )c xc ya f正解法正解法(直接法直接法)数字微分纠正数字微分纠正u直接法数字影像纠正实际上是由直接法数字影像纠正实际上是由二维影像二维影像坐标变换到坐标变换到三维空间三维空间坐标的过坐标的过程程u 需反复迭代解算需反复迭代解算u 纠正后的影像所得的像点不是规则排列，可能出现纠正后的影像所得的像点不是规则排列，可能出现“空白空白”或重复像或重复像素，难以实现灰度内插，获得规则排列的正射数字影像素，难以实现灰度内插，获得规则排列的正射数字影像像片纠正与正射影像图二二. .数字

17、微分纠正数字微分纠正123123123123SSSSa xa ya fXX(ZZ )c xc ya fb xb yb fYY(ZZ )c xc ya f间接法、直接法比较间接法、直接法比较像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠正数字微分纠正正射影像取灰度间接法原始影像正射影像送灰度直接法原始影像间接法、直接法比较间接法、直接法比较像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠正数字微分纠正(x,y,Z)(X,Y)(Z)(x,y)(X,Y,Z)间接法直接法计算正射影像取灰度送灰度原始影像灰度赋值数字微分纠正实际解法数字微分纠正实际解法u 实际上不是逐点纠正，以面元素作为纠正单元。取一个小正方形的块实

18、际上不是逐点纠正，以面元素作为纠正单元。取一个小正方形的块作为纠正单元，用反解法求出四个角点的像点坐标后，再内插出任意一作为纠正单元，用反解法求出四个角点的像点坐标后，再内插出任意一个像元所对应的像点坐标后进行灰度内插。个像元所对应的像点坐标后进行灰度内插。像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠正数字微分纠正x2x1x4x3YxXni22in11O22124312431( , )()()()()1( , )()()()()x i jni nj xi nj xni jxijxny i jni nj yi nj yni jyijyn数字微分纠正实际解法数字微分纠正实际解法像片纠正与正射影像图二二

19、. .数字微分纠正数字微分纠正数字微分纠正实际解法数字微分纠正实际解法像片纠正与正射影像图二二. .数字微分纠正数字微分纠正1(0, 0）2(n, 0)3(n, n)4(0, n),(),(1111YXYX),(),(YXYX),(),(2222YXYX),(),(3333YXYX),(),(4444YXYX22124312431( , )()()()()1( , )()()()()x i jni nj xi nj xni jxijxny i jni nj yi nj yni jyijyn立体正射影像对立体正射影像对的制作方法的制作方法u 获得立体匹配片获得立体匹配片: 将将DEM格网点的格网

20、点的X,Y,Z坐标用共线方程变换到像片上坐标用共线方程变换到像片上的同时引入一个的同时引入一个人工视差人工视差, 该人工视差反映实地地形起伏情况。该人工视差反映实地地形起伏情况。u 依据人工视差引入的方法，立体匹配片制作方法分为依据人工视差引入的方法，立体匹配片制作方法分为: 基于斜平行投基于斜平行投影、基于对数投影影、基于对数投影像片纠正与正射影像图三三. .立体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方法立体正射影像对立体正射影像对的制作方法的制作方法u 基于基于斜平行投影斜平行投影的立体正射影像对的立体正射影像对像片纠正与正射影像图三三. .立体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方

21、法tanPZkZ 没有上下视差没有上下视差存在左右视差存在左右视差立体立体正射影像对正射影像对的应用的应用u 立体正射影像对的优点立体正射影像对的优点p 便于定向和量测便于定向和量测p 量测用的设备简单量测用的设备简单p 只要具备影像覆盖范围内的只要具备影像覆盖范围内的DEM高程数据库和所摄像片的内外方位元高程数据库和所摄像片的内外方位元素，就可以在摄影后制作出立体正射影像对。素，就可以在摄影后制作出立体正射影像对。p 用立体正射影像来修测地形图上的地物和量测具有一定高度物体的高度用立体正射影像来修测地形图上的地物和量测具有一定高度物体的高度是十分有效的是十分有效的p 用立体正射影像对要比单眼

22、观测正射影像多辨认出用立体正射影像对要比单眼观测正射影像多辨认出50%的细部的细部像片纠正与正射影像图三三. .立体正射影像对的制作方法立体正射影像对的制作方法数字摄影测量软件数字摄影测量软件DOM生产流程生产流程像片纠正与正射影像图四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法内定向相对定向绝对定向生成DEM生成DOM质量检查、整饰识别框标识别框标自动自动人工选取控制点人工选取控制点自动自动284数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法u *9-3 9-3 数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法原始影像数据原始影像数据空三数据空三数据影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌符号

23、库符号库汉字库汉字库数字地形图数字地形图DEM数据数据数字影像地图数字影像地图图幅拼接图幅拼接影像地图编辑影像地图编辑影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出电子电子影像图影像图像片像片影像地图影像地图纸质纸质影像地图影像地图正射正射影像影像原始影像数据原始影像数据空三数据空三数据影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌符号库符号库汉字库汉字库数字地形图数字地形图DEM数据数据数字影像地图数字影像地图图幅拼接图幅拼接影像地图编辑影像地图编辑影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出电子电子影像图影像图像片像片影像地图影像地图纸质纸质影像地图影像地图正射正射影像影像航空像片航空像片

24、航天像片航天像片图像数据图像数据现有地图现有地图数字调绘数字调绘野外数字测图野外数字测图控制数据控制数据数字化数字化等高线数字化等高线数字化数字空三数字空三等高线转换等高线转换DEM基本高程样图基本高程样图数字转绘数字转绘数字测图、数字测图、DEMDEM编辑编辑图幅拼接图幅拼接地形图编辑地形图编辑纸质纸质地形图地形图电子电子地形图地形图地形地形数据数据DEM空三空三数据数据原始原始影像影像数字影像数字影像地地图生产数据流程图图生产数据流程图成果表示成果表示信息处理信息处理信息获取信息获取原始影像数据原始影像数据空三数据空三数据影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌符号库符号库汉字库汉字库数字地形图数字地形图

25、DEM数据数据数字影像地图数字影像地图图幅拼接图幅拼接影像地图编辑影像地图编辑影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出电子电子影像图影像图像片像片影像地图影像地图纸质纸质影像地图影像地图正射正射影像影像原始影像数据原始影像数据空三数据空三数据影像纠正镶嵌影像纠正镶嵌符号库符号库汉字库汉字库数字地形图数字地形图DEM数据数据数字影像地图数字影像地图图幅拼接图幅拼接影像地图编辑影像地图编辑影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出电子电子影像图影像图像片像片影像地图影像地图纸质纸质影像地图影像地图正射正射影像影像原始影像数据原始影像数据空三数据空三数据影像纠正镶嵌影像

26、纠正镶嵌符号库符号库汉字库汉字库数字地形图数字地形图DEM数据数据数字影像地图数字影像地图图幅拼接图幅拼接影像地图编辑影像地图编辑影像胶片输出影像胶片输出编辑分版胶片输出编辑分版胶片输出电子电子影像图影像图像片像片影像地图影像地图纸质纸质影像地图影像地图正射正射影像影像像片纠正与正射影像图四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法u 制作方法制作方法p 全数字摄影测量方法全数字摄影测量方法p 单片数字微分纠正单片数字微分纠正p 正射影像图扫描，但扫描后要进行仿射变换改正正射影像图扫描，但扫描后要进行仿射变换改正u 工序工序p 野外控制测量野外控制测量p 空三加密：自动空三利用区

27、域网平差计算，检测与剔除粗差空三加密：自动空三利用区域网平差计算，检测与剔除粗差p DEM采集、编辑：生成可靠的采集、编辑：生成可靠的DEMp 正射纠正：在进行影像纠正时避免房屋、桥梁和道路扭曲变形，适合城正射纠正：在进行影像纠正时避免房屋、桥梁和道路扭曲变形，适合城市大比例尺影像图制作市大比例尺影像图制作p 影像拼接和镶嵌、色调调整影像拼接和镶嵌、色调调整像片纠正与正射影像图四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法正射影像上的正射影像上的遮蔽遮蔽现象现象u 影像上的遮蔽是指由于地面上有一定高度的目标物体遮挡，使得地面上的影像上的遮蔽是指由于地面上有一定高度的目标物体遮挡，使

28、得地面上的局部区域局部区域(包括目标物体本身的局部包括目标物体本身的局部)在影像上不可见的现象。在影像上不可见的现象。S1CD左片右片A FBE像片纠正与正射影像图四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法正射影像上的正射影像上的遮蔽遮蔽现象现象u 影像上的遮蔽与投影方式有关。对于地物的正射投影，由于它是垂直平行影像上的遮蔽与投影方式有关。对于地物的正射投影，由于它是垂直平行投影成像，是不会产生遮蔽现象的。投影成像，是不会产生遮蔽现象的。u 对于中心投影所产生的遮蔽现象，其对于中心投影所产生的遮蔽现象，其实质是投影差实质是投影差。建筑物A BA0 B0HfhrA0 A1 A 遮蔽r像片纠正与正射影像图四四. .数字正射影像图的制作方法数字正射影像图的制作方法正射影像上的正射影像上的遮蔽遮蔽现象现象u 正射影像上遮蔽的对策正射影像上遮蔽的对策p 影像获取时的对策影像获取时的对策p 纠正过程中的策略纠