数字摄影测量 课件 10 像片调绘的基本知识；12 数字影像；15 核线影像、影像匹配

公路大车路、机耕路小路判断？教学目标：（1）说出像片调绘的概念

。（2）描述调绘的综合取舍（3）说出像片调绘的基本要求。（4）复述像片调绘的基本作业程序。

教学重点、难点：调绘的基本作业程序第五章像片的判读与调绘第二节像片调绘的基本知识一、外业调绘二、调绘应满足的基本要求三、调绘的综合取舍四、像片调绘的准备工作五、外业调绘的对象六、调绘应注意的问题

教学内容

外业调绘是摄影测量方法测绘地形图的一项重要工序，是利用像片进行野外调查和绘图。一、外业调绘调查、绘图办公楼一、外业调绘

像片调绘

对航摄像片上的影像信息进行判读的基础上，对各类地形元素及地理名称、行政区划名称，按照一定的原则进行综合取舍，并进行调查、询问、量测，然后以相应的图式符号、注记进行表示或直接在数字影像上进行矢量化编辑转绘，为航测成图提供基础信息资料的工作。一、外业调绘

像片调绘

线划回放纸图调绘

为了保证数学精度和地理精度而进行的调绘、核查、补绘。

◆数学精度的核查、补绘

用仪器（全站仪、水准仪等）对线划图的平面、高程精度进行足够程度的抽样检核，确保调绘工作在合格的内业成果图上进行。

◆地理精度的调绘

地理景观要素方面的调绘应系统地对地物、地貌要素进行定性调绘，做到图面清晰易懂，综合取舍合理。一、外业调绘

像片调绘

线划回放纸图调绘

数字影像及数字线划地图调绘

利用安装有有关程序、符号库和测区数字影像或数字线划地图（DLG）的笔记本电脑或手持计算机（PDA）在实地直接实现数字化编辑的调绘技术。技术要求与像片调绘相同。数字影像数字线划图二、调绘应满足的基本要求

准确性

（位置、特征、方向、名称准确）办公楼二、调绘应满足的基本要求

完整性（资料齐、填写全）办公楼二、调绘应满足的基本要求

统一性（符号、注记、颜色）办公楼二、调绘应满足的基本要求合理协调性（主次分明、重点突出）办公楼二、调绘应满足的基本要求

明确、清晰性（性质、指向、关系）办公楼办公楼办公楼二、调绘应满足的基本要求

准确性

合理协调性（位置、特征、方向、名称准确）（主次分明、重点突出）

完整性（资料齐、填写全）

统一性（符号、注记、颜色）

明确、清晰性（性质、指向、关系）三、调绘的综合取舍

所谓综合，就是根据一定的原则，在保持地物原有的性质、结构、密度和分布状况等主要特征不变的情况下，对某些地物分不同情况，进行形状和数量上的概括。办公楼

所谓取舍，就是根据测制地形图的需要，在进行调绘过程中，选取某些地物、地貌元素进行表示，而舍去另一些地物、地貌元素不表示。三、调绘的综合取舍三、调绘的综合取舍（一）综合取舍的目的

综合取舍的目的就是用合理的表示方法，使地形图描述的地表状况，具有主次分明的特点，保证重要地物的准确描述和突出显示，反映地区的真实形态。三、调绘的综合取舍（二）综合取舍的原则

根据地形元素的作用

根据地形元素的分布密度

根据地区的特征

根据成图比例尺的大小

根据用图部门对地形图的不同要求三、调绘的综合取舍（二）综合取舍的原则

根据地形元素的作用

根据地形元素的分布密度

根据地区的特征

根据成图比例尺的大小

根据用图部门对地形图的不同要求（一）调绘像片的准备四、像片调绘的准备工作（一）调绘像片的准备（二）绘制调绘面积线四、像片调绘的准备工作153错误调绘面积线正确调绘面积线居民区2（一）调绘像片的准备（二）绘制调绘面积线的基本要求（三）拟定调绘计划四、像片调绘的准备工作（明确时间、规划路线）（一）调绘像片的准备（二）绘制调绘面积线的基本要求（三）拟定调绘计划（四）调绘工具的准备四、像片调绘的准备工作（铅笔、小刀、钢笔、挎包、草帽、测量仪器等）（一）居民地的调绘五、外业调绘的对象（1:2000图）666简单房屋2一般房屋（二）控制点、独立地物的调绘五、外业调绘的对象1.测量控制点三角点水准点666（二）控制点、独立地物的调绘五、外业调绘的对象2.独立地物的调绘亭666亭（二）控制点、独立地物的调绘五、外业调绘的对象2.独立地物的调绘水塔亭水井烟囱独立树阔叶独立树针叶独立树（二）控制点、独立地物的调绘五、外业调绘的对象2.独立地物的调绘水塔亭水井烟囱独立树阔叶独立树针叶独立树666（三）道路的调绘五、外业调绘的对象666（三）道路的调绘五、外业调绘的对象铁路大车路、机耕路小路公路

高架路（四）管线、垣栅的调绘五、像片调绘的对象1.管线的调绘电力线、和通讯线的调绘及管道的调绘。电线杆电线杆666电线杆电线塔电线架（四）管线、垣栅的调绘五、像片调绘的对象1.管线的调绘电力线、和通讯线的调绘及管道的调绘。通讯线热力管道地下电线电线杆电线塔电线架热（四）管线、垣栅的调绘五、像片调绘的对象

城墙、围墙的调绘；栅栏、铁丝网、篱笆的调绘。2.垣栅的调绘围栅围墙666（五）植被的调绘六、像片调绘的对象森林666松林地松（五）植被的调绘六、像片调绘的对象林地苗圃耕地经济林菜地松苗果园茶园稻田（六）水系的调绘五、像片调绘的对象池塘海岸线河流湖泊水库池塘海岸线河流湖泊水库常年河时令河龙子湖海岸线（一）采用远看近判的方法六、调绘应注意的问题（二）注意以线带面（三）要仔细、准确、清楚

（四）培养的良好习惯（五）注意多询问、多分析1.外业调绘工作内容有哪些？作业教学目的：

（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、影像量化子任务一模型定向知识点：数字摄影测量工作站一、数字摄影测量的发展王之卓院士张祖勋院士VirtuoZo武汉适普JX-4北京四维数字摄影测量进程的完成，是不是意味着数字摄影测量的发展就停止不前了？人工智能+数字摄影测量云计算+数字摄影测量享我所想！二、数字摄影测量工作站组成与功能数字高程模型数字线划地图数字栅格地图数字正射影像图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，即把原来模拟方式的信息转换成数字形式的信息。（二）影像的灰度影像数字化：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。光学密度：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，反映了它透明的程度，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：O=F0/FT=F/F0三、数字影像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。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”。三、数字影像（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：对实际连续函数模型离散化的量测过程。采样间隔越小越好。但是采样间隔越小，数据量越大，增加了运算工作量和提高了对设备的要求。三、数字影像(a)512×512(b)256×256(c)128×128(d)64×64(e)32×32(f)16×16（四）影像的数字化三、数字影像量化：把采样点上的灰度数值转换成某种等距的灰度级。级数：灰度级的级数i一般选用2的指数M。i=2M当M=1时，灰度只有黑白两级；当M=8时，则有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。(a)256(b)64(c)16(d)8(e)4(f)2（四）影像的数字化三、数字影像重采样：当欲知不位于矩阵（采样）点上的原始函数g(x,y)的数值时就需进行内插，此时称为重采样。不在采样点P1P2a1S1a2ABS2o2o1J2J1核线影像（一）双线性插值法1.y沿轴方向进行线性内插得到a、b两点2.对a、b两点沿x轴方向进行线性内插得到p点（二）最邻近像元法小结作业1.什么是数字影像？2.什么是灰度、量化？数字摄影测量（1）阐述数字影像核线重采样。（2）描述数字影像特征提取。（3）说出影像匹配的目的。（4）阐述影像匹配原理。（5）说出DEM数据采集的方法。（6）复述DEM数据处理过程。教学目标教学内容1.核线几何关系解析2.核线的重排列（重采样）3.数字影像特征提取4.影像匹配一、核线概念核面：通过摄影基线的平面。

a1a2同名核线S1S2核线：核面与影像面的交线。同名像点必定在同名核线上。一、核线概念（一）基于数字影像的几何纠正的核线解析关系P1P2S1BS2a1a2二、核线生成P1P2S1BS2a1a2（一）基于数字影像的几何纠正的核线解析关系二、核线生成左片核线生成C=vuvu=k

采样间隔（一）基于数字影像的几何纠正的核线解析关系二、核线生成同名核线的v坐标值相等右片同名核线的确定（一）基于数字影像的几何纠正的核线解析关系二、核线生成“水平”核线影像AS1S2l1a1a2l2直接在倾斜影像上获取核线影像（二）基于共面条件的同名核线几何关系二、核线生成

a和a′、b和b′不要求是同名点，只要在同一核线上即可。（二）基于共面条件的同名核线几何关系二、核线生成用单独相对定向基线系统，可得：同理由“非水平”核线影像可确定右片的同名核线。由上面两种方法得到的核线的点是否为采样点？若不为采样点，那又怎么得到核线点的灰度？◆线性内插三、核线的重排列（重采样）◆最邻近法三、核线的重排列（重采样）“水平”核线影像注意：“非水平”核线影像（完成相对定向操作）（完成绝对定向操作）注意：“水平”核线影像“非水平”核线影像（完成相对定向操作）（完成绝对定向操作）影像匹配指的是从立体像对中自动识别同名影像或同名像点，它是一种用以实现摄影测量立体测量自动化的技术。四、影像匹配（一）什么是影像匹配对一幅数字影像，人们最感兴趣的是那些非常明显的目标，要识别这些目标，必须借助于提取构成这些目标的所谓影像的特征。影像特征包括：点状特征、现状特征、面状特征。它们的提取主要应用各种算子来进行。特征提取是影像分析和影像匹配的基础。四、影像匹配（二）影像特征SobelRobertsPrewittCannyLaplacianofGaussian原始图像最初影像匹配采用了相关技术，影像匹配称为影像相关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名点。1.影像相关四、影像匹配（三）影像匹配原理1.影像相关四、影像匹配（三）影像匹配原理

◆取出以待定点为中心的小区域影像信号。

◆取出其在另一影像中相应区域的影像信号。

◆计算两者的相关系数。

◆相关系数最大值对应的相应区域中心点为同名点。以影像信号分布最相似的区域为同名区域，同名区域的中心点为同名点，是自动化立体量测的基本原理。1.影像相关四、影像匹配（三）影像匹配原理两个随机信号（N×N的像元素灰度矩阵）A和B的相关系数：

1.影像相关四、影像匹配（三）影像匹配原理利用计算机对数字影像进行数字计算的方式完成影像的相关，是一个二维搜索过程。2.影像相关原理（数字相关）四、影像匹配（三）影像匹配原理（1）在左影像上确定一个点为目标点且以该点为中心选取m×n个像元的灰度矩阵列作为目标区域或目标窗口。（2）在右影像上估计出该同名点可能存在的范围，建立一个k×l个像元的灰度矩阵列作为搜索区。二维相关2.影像相关原理（数字相关）四、影像匹配（三）影像匹配原理（3）依次在搜索区中取出m×n个像元的灰度矩阵列，计算其与目标区的相似性测度。（4）当相似性测度取得最大值时，该搜索窗口的中心像元被认为是同名点。二维相关2.影像相关原理（数字相关）四、影像匹配（三）影像匹配原理在搜索区域中移动相关窗口，每移动一次，计算一次相关系数R，并记下相关窗口的位置，最后取R=max的窗口位置为最佳影像匹配区域。沿行(列)要移动(15-5+1)=11次，共计算11

11＝121个相关系数{R1,R2,…,R12｝。取最大值对应的中心为匹配点。5像元5像元15像元15像元（1）在左影像上确定一个点为目标点且以该点为中心选取m×n个像元的灰度矩阵列作为目标区域或目标窗口。（2）在右影像上估计出该同名点可能存在的范围，建立一个k×l个像元的灰度矩阵列作为搜索区。（3）依次在搜索区中取出m×n个像元的灰度矩阵列，计算其与目标区的相似性测度。（4）当相似性测度取得最大值时，该搜索窗口的中心像元被认为是同名点。二维相关一维相关（1）左影像上选取m×n个像元的灰度矩阵列为目标区。（2）在右影像上建立一个k×l个像元的灰度矩阵列作为搜索区。（3）依次在搜索区中取出m×n个像元的灰度矩阵列，计算其与目标区的相似性测度。（4）当相似性测度取得最大值时，该搜索窗口的中心像元为同名点。（1）左影像上选取m×n个像元的灰度矩阵列为目标区（2）在右影像上建立一个k×l个像元的灰度矩阵列作为搜索区（3）依次在搜索区中取出m×n个像元的灰度矩阵列，计算其与目标区的相似性测度（4）当相似性测度取得最大值时，该搜索窗口的中心像元为同名点一维相关2.影像相关原理（数字相关）

（三）影像匹配原理影像匹配的目的是提取物体的几何信息，确定其空间位置，因而在由谱分析的影像匹配方法获取左右影像的位移（视差）后，还要利用空间前方交会方法解算其对应物点的空间三维坐标（X,Y,Z），然后建立数字表面模型，在建立数字表面模型时可能还会使用一定的内插法，使得精度或多或少的降低。四、影像匹配（四）基于物方的影像匹配法铅垂线轨迹法VLL假设在物方有一条铅垂线轨迹，则它的相片上的投影也是一直线。这就是说VLL与地面交点A在相片上的构想必定位于相应的“投影差上”。利用VLL法搜索其相应的像点a1与a2,从而确定A点的高程的过程与人工在解析测图仪或立体测图以上的过程十分相似。四、影像匹配（四）基于物方的影像匹配法基于物方的影像匹配（铅垂线轨迹法）假设在物方有一条铅垂线轨迹，则它的相片上的投影也是一直线。这就是说VLL与地面交点A在相片上的构像必定位于相应的“投影差上”。（1）给定地面点的平面坐标（X,Y）与近似最低高程Zmin，高程搜索步距ΔZ可由所要求的高程精度确定。（2）由地面点平面坐标（X,Y）与可能的高程Zi=Zmin+i·ΔZ(i=0,1,2···)计算左右像坐标（xi′,yi′）与（xi′′,yi′′）：（3）分别以（xi′,yi′）与（xi",yi"）为中心在左右影像上取影像窗口，计算其匹配测度，如相关系数ρi（也可以利用其他测度）。（4）将I的值增加1，重复（2）,（3）两步，得到ρ0，ρ1，ρ2，•••，ρｎ，取其最大者ρｋ：ρｋ＝max｛ρ0，ρ1，ρ2，•••，ρｎ｝其对应高程为Zk=Zmin+k•ΔZ,则认为地面点A的高程为Z=Zk。（5）还可以利用ρｋ及其相邻的几个相关系数拟合一抛物线，以其极值对应的高程作为A点的高程，以进一步提高精度，或以更小的高程步距ΔZ在一小范围内重复以上过程。（一）数字地面模型的概念数字地面模型DTM是地形表面形态等多种信息的一个数字表示。严格的说，DTM是定义在某一区域D上的m为向量有限序列：｛Vi,i=1,2,3,····,n｝其向量Vi=（Vi１，Vi２，···，Viｎ）的分量为地形（Ｘi,Yi,Zi）((Ｘi,Yi)∈D)、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息的定量或定性描述。ＤＴＭ是一种地理信息数据库的基本内核，若只考虑ＤＴＭ的地形分量，我们通常称其为数字高程模型ＤＥＭ。

五、数字高程模型

DEM的测制过程大体是：首先，按一定的测量方法，在测区内测量一定数量的离散点的平面位置和高程，这些点称为控制点。接着，以控制点为网络框架，在其中内插大量的高程点。控制点和内插点的平面位置和高程数据的总和，即该测区的数字地面模型。它以数字的形式表示了该测区地貌形态的平面位置，即点的X、Y坐标表示平面位置，Z坐标表示地面的特征。（一）数字地面模型的概述五、数