数字摄影测量 教案 12讲 数字摄影测量工作站

教案纸PAGE3教学内容：子任务一模型定向知识点：数字摄影测量工作站教学目的：（1）说出数字摄影测量工作站的组成及主要功能。（2）说出数字影像的获取方式。（3）描述数字影像采样。（4）描述数字影像量化。（5）阐述数字影像重采样。教学重点：影像采样、影像量化教学难点：影像采样、影像量化新课讲授一、数字摄影测量发展数字摄影测量的发展起源于摄影测量自动化的实践，即利用相关技术，实现真正的自动化测图。摄影测量自动化是摄影测量工作者多年来所追求的理想。最早涉及到摄影测量自动化的专利可追溯到1930年，但并为付诸实施。直到1950年，才由美国工程兵研究发展实验室与BauschandLomb光学仪器公司合作研制了第一台自动化摄影测量测图仪。当时是将相片上的灰度的变化转换成电信号，利用电子技术实现自动化。这种努力经过许多年的发展历程，先后在光学投影型、机械型或解析型仪器上实施，例如B8-srereomat、Topomat等。也有一些专门采用CRT扫描的自动摄影测量系统，如VNAMACE、GPM系统。与此同时，摄影测量工作者也试图将影像灰度转换成电信号再转变成数字信号（即数字影像），然后，由电子计算机来实现摄影测量的自动化过程。早在20世纪60年代，第一台解析测图仪AP-1问世不久，美国也研制了全数字化测图系统DAMC。其后出现了多套数字摄影测量系统，但基本上都是属于5体现数字摄影测量工作站（DPW）概念的试验系统。直到1988年京都国际摄影测量与遥感协会第16届大会上才展出了商用数字摄影测量工作站DSP-1。尽管DSP-1是作为商品推出的，但实际上并没有成功地进行销售。到1992年8月在美国华盛顿第17届国际摄影测量与遥感大会上，已有多套较为成熟的产品展示，它表明了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，在维也纳17届国际摄影测量与遥感大会上，展出了十几套数字摄影测量工作站，这表明数字摄影测量工作站已进入了使用阶段。对数字摄影测量的定义，目前在世界上主要有两种观点。其一认为数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理，应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多种学科的理论与方法，提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分支学科。这种定义在美国等国家称为软拷贝摄影测量（SoftcopyPhotogrammetry）。中国著名摄影测量学者王之卓教授称之为全数字摄影测量（AllDigitalPhotogrammetry或FullDigitalPhotogrammetry）。这种定义认为，在数字摄影测量中，不仅其产品是数字的，而且其中间数据的记录以及处理的原始资料均是数字的，所处理的原始资料也是数字影像或数字化的影像。另一种广泛的数字摄影测量定义则只强调其中间数据记录及最终产品是数字形式的，即数字摄影测量是基于摄影测量的基本原理，应用计算机技术，从影像（包括硬拷贝与数字影像或数字化影像）提取所摄对象用数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量分支学科。这种定义的数字摄影测量包括计算机辅助测图（常称为数字测图系统，其是摄影测量从解析化向数字化过渡的中间产物）与影像数字化测图。二、数字摄影测量工作站组成与功能1.影像数字化2.影像处理3.量测4.影像定向5.自动空中三角测量6.构成核线影像7.影像匹配8.建立数字地面模型及其编辑9.自动绘制等高线10.制作正射影像11.正射影像镶嵌与修补12.数字测图三、数字影像（一）数字影像获取数字影像可以从传感器直接产生，也可以利用影像数字化器从摄取的光学影像获取。（二）影像的灰度将透明正片（或负片）放在影像数字化器上，把相片上像点的灰度值用数字形式记录下来，此过程称为影像数字化。影像的灰度又称为光学密度。透明相片（正片或负片）上影像的灰度值，反映了他透明的程度，即透光的能力。设投影在透明相片上的光通量为F0，而透过透明相片后的光通量为F，则F与F0之比称为透过率，F0与F之比称为不透过率O：T=F/F0O=F0/F因此，像点愈黑，则透过的光通量愈小，所以，透过率和不透过率都可以说明影像黑白的程度。但是人眼对明暗程度的感觉是按对数关系变化的。为了适应人眼的视觉，在分析影像的性能时，不直接用透过率或不透过率表示其黑白程度，而用不透过率的对数值表示：D=logO=log1/TD称为影像的灰度，当光线全部透过时，即透过滤等于1，则影像的灰度等于0；当光通量仅透过百分之一，既不透过率是100时，则影像的灰度是2，实际的航空底片的灰度一般在0.3～1.8范围之内。（三）数字影像的定义数字影像是一个灰度矩阵g：矩阵的每个元素gj,i是一个灰度值，对应着光学影像或实体的一个微小区域，称为像元素或像元或像素（pixel=pictureelement）。各像元素的灰度值gj,i代表其影像经采样与量化了的“灰度级”。（四）影像的数字化影像数字化过程包括采样与量化两项内容。采样：在影像数字化或直接数字化时，这些被量测的“点”也不可能是几何上的一个点，而是一个小的区域，通常是矩形或圆形的微小影像块，即像素。现在一般取矩形或正方形，矩形（或正方形）的长与宽通常称为像素的大小（或尺寸），它通常等于采样间隔。因此，当采样间隔确定了以后，像素的大小也就确定了。量化:通过上述采样过程得到每个点的灰度值不是整数，这对于计算很不方便，为此，应将各点的灰度值取为整数，这一过程称为影像灰度的量化。影像灰度的量化是把采样点上的灰度数值转换成为某一种等距的灰度级。其方法是将透明相片有可能出现的最大灰度变化范围进行等分，等分的数目称为“灰度等级”，然后将每个点的灰度值在其相应的灰度等级内取整，取证的原则是四舍五入。由于数字计算机中数字均用二进制表示，因此灰度级的级数i一般选用2的指数M：i=2ｍ（M=1，2，...8）当m=1时灰度只有黑白两级。当m=8时，则得256个灰度级，其级数是介于0与255之间的一个整数，0为黑，255为白。（五）影像重采样当欲知不位于矩阵（采样）点上的原始函数g（x，y）的数值时就需要进行内插，此时称为重采样，意即在原采样的基础上再一次采样。主要方法有以下两种。1.双线性插值法1111122122该法需要p点邻近的4个原始像元素参加计算，如上图所示，首先y沿轴方向进行线性内插得到a、b两点，然后对a、b两点沿x轴方向进行线性内插得到p点。2.最邻近像元法直接取与P(x，y)点位置最近像元N的灰度值为该点的灰度作为采样值，即I(P)=I（N），N为最近点，其影像坐标值为xN=INT（x+0.5）yN=INT（y+0.5）INT表示取整。以上两种重采样方法以最近像元法较为简单，计算速度快