测绘学概论(3.1)--摄影测量学

Matching with Features
•Detect feature points in both images •Find corresponding pairs •Use these pairs to align images
测定影像间《同名点》，确定它们相对位置 －
－相 对 定3 个内方位元素： x0 、 y0 、 f 影像的 6 个 外 方 位 元 素 ： XS 、 YS 、 ZS 、与 、、
( a1/ a2 / a3 / b1 /b2 /b3 / c1 c2 / c3 )
x f a X b Y c Z x x00 f x f aaa XXX bbb YYY ccc ZZZ y y00 f
观察有没有多余观测值。）
Multi view match
随着数字相机的应用，大重 叠度航空摄影已成为密集点云
匹配的发展方向
大重叠度
重叠度 p 与 影像数 n ( 同一地物出现的影像数 )
n

1.0 1.0
p
例如 航向 80 ％重叠， 同一地物同时出现在 5 张影像上
5
左 右
张 影 像
旁向重叠为 70 ％ 上下
( 高度为 506km)
航空摄影 重叠部分（立体像对）
利用相互重叠的影像覆盖整个摄影区域 :
1. 沿飞行方向，互相重叠 (60% 以上 ) 的影像，相邻影像 构成“ 立 体 像 对 ” 、 构成“ 航 带 ” ；
2. 互相重叠 (20% 以上 ) 的“航带”构成“区域”
地面（近景）摄影测量
大 坝 施 工 测 量
| g1(x ， y) － g2(x ， y) | ＝ min
② 影像匹配 分别在左、右影像上建立一个
目标区－－搜索区
a1
a2
目标区 --- 模板 搜索区 (> 目标区 )
x=012; y=1
x=1; y=0
xx=x=1=4890123501－67;;;yyy===000
(2) 摄影测量的分类及应用
根据影像获取的位置， 摄影测量基
① 航天本摄可影分测为量：( 卫星 ) ② 航空摄影测量 ( 飞机 ) ③ 地面摄影测量 ( 近景 )
地面
低空
卫星 航空
摄影测量的基本任务是测绘各种比例尺的地形图
航空摄影测量，可测绘各种比例尺地形图，如 1:5 万、 1:1 万、 1:5 千、 1:2 千、 1:1 千、 1:500 ；
走进测绘殿堂
摄影测量 及其 发展
1. 概述－－什么是摄影测量 2. 摄影测量的基本原理与内容 3. 摄影测量发展与应用 4. 小结
1 概述－－什么是摄影测量
随着网络、信息时代的到来，地理空间信息正在被 人们所熟悉，地球上所有的一切，离不开它的空间位置 ，
摄影测量测量，则是 “通过影像获取地理空间信息的”学 科。
aaaa32123133((((XXXX

XXXXSSSSSSSS))))bbbb13312323((((YYYYYYYYSSSSSSSS))))cccc11333232(((Z(ZZZZZZZSSSSSSSS))))
如何确定这 9 个方位元素，是摄影测量的重要内容
多次回波 多次回波－－这是激光特有的优势！
影像
LIDAR 点云 地面点 断面
树上点
面 树林
屋顶
地面
LiDAR 穿透海水
LiDAR 系统向海 面发射波长为 1064nm 的红外激光和倍频后 波长为 532 的蓝绿激 光，由于蓝绿激光较 易直接穿透海水而红 外激光不易穿透海水 。
LiDAR 浅海测绘原理
在地面上两个已知位置上，对未知的物体拍摄两张 照片，然后在影像上，量测同名点：
a1(x1 、 y1) 、 a2(x2 、 y2)
进行前方交会，求解未知点的坐标
A
a1
b1
a1
b2
a2
S1
A （ X 、 Ya2、 Z ）。 B
b1
b2
S2
由计算机视觉，看 摄影测量
力，
计算机视觉的研究目标是使计算机具有 通过二维图像认知三维环境信息的能
工业零件测量
建筑摄影测量
(3) 摄影测量的发展－－经历了三个发展阶段
模拟
摄影测量
解析
摄影测量
数字
摄影测量
模拟摄影测量时代 ——
摄影测量完全依赖于
精密的光学－机械仪器
解析摄影测量时代 —— 摄影测量依赖于
《精密的光学－机械仪器＋计算 机》
《计算机》进入摄影测量
数字摄影测量时代 ——
计算机完全替代原来的光机仪器
2
O
1
X
欲实现通过影像的量测实现对物体的直接测量，
条件有两个基本任务：
1. 在像片上量测的点必须是同名点，如：
a1 － a2 ， b1 － b2 ，…… . ；
2. 恢复摄影光线 S a A － S a A 在摄影时的空间方位。
摄影测量基本内容
建立“影像与被摄物体间的几何关系”
The fundamental task of photogrammetry is to rigorously establish the geometric relationship between the image and the object as it existed at the time of the imaging event. Once this relationship is correctly recovered, one
等高线表示地形
3.摄影测量发展与应用
各类传感器的发展 理论与算法的发胀 计算机与网络的发展
为摄影测量的未来提供了
“无限的遐想空间”
摄影测量发展与 各类传感器的发展密切
（ 1 ） 高分有辨关率遥感影像
（ 2 ）数码航空相机
（ 3 ） POS 系统
（ 4 ） LiDAR
（ 5 ）干涉雷达
航天摄影测量主要测绘 1:5 万、 1:1 万地形图；
地面摄影测量主要测绘大比例尺地形图；
近景摄影测量可用于各种工程、工业、医学、建筑、考古等领域 。
台 北 中 山 纪 念 堂
从 680km 高空观测地面（ IKONOS影像）
上海东方明珠塔（快鸟影像－－ 450 km ）
我国 ZY3 卫星－－德国慕尼黑机场
《马颂德、张正友：计 算机视觉－－理论与算法， 1998 》
左手前 －右手后
左手右 －右手左
左眼
左手左 －右手右
右眼
ba ba
两眼中影像的差异 摄影测量与计算机立体视觉的基础
摄影测量的基本流程
数据获取
b1
a1
b2
a2
数据处理
构建三维实体模型
2 3
摄影测量是
一门由“二 维 影 像 ” “三 维 空 间 ” 的 学 科
然后将目标区，沿 x 、 y 方向顺序与搜索区叠合。
min
Δx ,Δy
g1( x,
y)
g2 ( x Δx,
y
Δy)
当 x=6; y=3
x=6; y=3
灰度差绝对值之和为最小－－同名点
这就是利用计算机识别同名点的原理
③ 影像匹配的应
用
图像拼接
• We need to match (align) images
通俗而言：“摄影测量通过摄影，进行测量。”
(1) 什么是摄影测
量
由 测 绘 的 前 方 交 会 ，看摄 影 测
在地面上两个已知位置点量上，安置经纬仪，对未知
点 A 测定水平角、垂直角，就能 测得未知点的坐
标 A （ X 、 Y 、 Z ）。
A（ X、 Y、 Z
Z
）
Y
11
2 2
2
O1
X
摄影测量
《从二维影像到三维模 型》 徐刚 日本 近代
科学社 2000
郑顺义翻译
(3) 摄影测量基本方程式－－三点共线方程
A
A
a1
a1
S1
a2
B
b1
b2
S1
a2
S2
x x0
f
a1( X X S ) b1(Y YS ) c1(Z Z S ) a3( X X S ) b3(Y YS ) c3(Z Z S )
(5) 计算机怎样确定同名特征与应 用① 模板匹配
模板匹配－－模 式 识 别 －－最基本的方法 例如：印刷数字识别
46839046894
我们首先建立 0 9 十个数字的模板：
0123456789
将模板：
0123456789
与待识别的数字，逐个套合：
46839046894 4
比较“灰度差的绝对值”＝最小，获得－解－ 4
）， 用于直接测定“外方位元素”，
有车载、机载，
用于直接确定影像的 外方位元素。
(3) 激光扫描与 LiDAR 系统－－直接确定“点云”
经纬仪
全站仪
扫描仪
两个测站—— 一个测站—— 一个测站面测
点测量
点测量
量
航空激光 扫描系
GPS 统
Laser scanner
IMU
GPS
航空激光扫描： LiDAR 系统－－直接产生“点云” 加拿大 . 多伦多
Matching with Features
•Detect feature points in both images
Matching with Features 特征匹配
•Detect feature points in both images （检测两个图 像的特征点（