数字摄影测量学要点解析

数字摄影测量复习要点（2016.5）

1、摄影测量发展历程

模拟摄影测量(1851-1970)

模拟摄影测量主要是根据摄影过程的几何反转，反求地面点的空间位置。它所采用的仪器为光学投影器、机械投影器或光学-机械投影器模拟摄影过程，用光线交会被摄物体的空间位置。

解析摄影测量(1950-1980)

1957年，Helava提出用“数字投影代替”物理投影，数字投影就是利用电子计算机实时的进行共线方程的解算，从而交会出被摄物体的空间位置。

数字摄影测量(1970-现在）

利用数字影像相关技术，实现真正的自动化测图。

➢数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别：

1)处理的原始信息主要是数字影像；

2)以计算机视觉代替人眼的立体观测。

2、数字摄影测量的任务、特点

主要任务：使用星载(机载)传感器所获取的可见光影像对地球陆地区域进行信息提取，具体包括：目标量测、影像解译、地形图测绘、正射影像图制作、数字高程模型生成。

特点：数据量大、计算机运算速度快、技术精度高。

3、数字摄影测量

定义：数字摄影测量是利用影像相关技术来代替人眼的目视观测，自动识别同名点，实现几何信息的自动提取。

主要内容：影像及特征点的识别、同名像点的自动相关和匹配、数字影像纠正技术、数字高程模型（DEM）的制作、数字摄影测量系统的完整操作和测绘产品的生产。

4、计算机辅助测图

计算机辅助测图（又称数字测图）是利用解析测图仪或具有机助系统的模拟测图仪，进行数据采集和数据处理，测绘数字地图，制作数字高程模型，建立测量数据库。计算机辅助测图系统所处理的依旧是传统像片，且对影像的处理仍然需要人眼的立体量测，计算机则起数据记录与辅助处理的作用，是一种半自动化的方式。计算机辅助测图是摄影测量从解析化向数字化的过渡阶段。

5、影像的点、线、面特征

点特征主要指明显点，如角点、圆点等。提取点特征的算子称为兴趣算子或有利算子，即运用某种算法从数字影像中提取我们感兴趣的即有利于某种目的的点。常用的兴趣算子有Moravec算子、Hannah算子和Forstner算子等。

线特征是指线状或面状地物的边缘在像片上的构像。线特征提取算子也称边缘检测算子。边缘检测通常是检测一阶导数（对离散数据为差分）最大或二阶导数（差分）为零的点。常用检测算子有差分算子、拉普拉斯算子、LOG算子等。

6、影像定向

1)定义

在传统摄影测量中，是将模拟像片放到仪器承片盘进行量测，所量测的像点坐标为影像架坐标或仪器坐标，随后，应基于平面相似变换将仪器坐标变换为以像主点为原点的像平面坐标系坐标，这个变换过程称为影像内定向。

在数字摄影测量中，在扫描数字化时，模拟像片在扫描仪上的放置具有一定的随意性，也就是说，扫描后得到的数字化影像的像素坐标应转换为像平面坐标系坐标，这同样是影像内定向。（严密内定向还包括透镜畸变改正）

2)如何进行内定向(实例见PDF Lec2)

内定向实际上是确定像素坐标(I,J)与像平面坐标(x,y)转换关系——即多项式变换的过程。一般可采用6参数的仿射变换，其模型为：

为确定a

i 和b

i

(i=0,1,2)这6个参数，需要借助影像的框标来解决。所有

框标坐标已知(由相机检定提供)，且可通过量测数字影像上所有框标的像素坐标，因此根据这框标上的这两套坐标和最小二乘来求解这6个参数。

7、影像灰度的量化

如把有黑-灰-白连续变化的灰度值量化为256个灰度级，灰度值的范围为0-255，表示亮度从深到浅，对应图像中的颜色为从黑到白。

8、像点位移

当地面起伏、像片倾斜时，地面点在像片上的构像相对理想情况。

9、金字塔影像（分频道相关）

1)定义

对于二维影像逐次进行低通滤波，并增大采样间隔，得到一个像元素总数逐渐变小的影像序列，将这些影像叠置起来像一座金字塔，因而称之为金字塔影像结构。

2)建立

每2×2＝4个像元平均为一个像元构成第二级影像，在第二级影像的基础上构成第三级影像。

3)计算方法

可采用移动平均这种最简单的低通滤波方法，也可以采用较复杂、理想的低通滤波，如高斯滤波等。

4)相关过程

●从粗到精的相关策略：即先通过低通滤波，进行初相关，找到同名点的粗略位置，然后利用高频信息进行精确相关。

●金字塔影像序列是实现由粗到精相关（匹配）的基础。

●先在最上一层影像进行相关，将其结果作为初值，再在下一层影像相关，最后在原始影像上相关，实现一个从粗到精的处理过程。

10、影像采样

1)相关概念

采样：指对实际连续函数模型离散化的量测过程。

样点：被量测的“点”是小的区域，即“像素”。

采样间隔：采样矩形的大小，一般由扫面分辨率和数码相机的分辨率所确定，也决定了仪器的价格。

重采样：在遥感和摄影测量中，经常需要对数字化影像进行几何变换，如：时序遥感影像的空间配准、核线影像的提取、正射影像图生成等。几何变换后的影像矩阵元素位置一般不与原始数字影像矩阵的元素位置一一对应。因此，遥感和摄影测量中经常需要基于原始影像矩阵使用局部内插的方法来估计灰度值，即影像重采样。

一幅大小为M×N、灰度级数为G的图像所需的存储空间，即图像的数据量，

大小为：M×N×g（bit）。

2)重采样方法

最邻近点法（最简单、计算小、精度差）、双线内插法（最常用）、双三次卷积法（精度高、计算大）

11、影像匹配

影像匹配（又叫影像相关）是利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点。常用的数字影像匹配算法包括一般匹配、基于物方坐标直接解的匹配、最小二乘匹配与特征匹配。

12、影像灰度

灰度图像指每个像素由一个量化的灰度值来描述的图像。

13、数字高程模型

表达形式：规则矩形格网、不规则三角网TIN、Grid-TIN混合网。

数据获取方式：

地面测量（利用自动记录的全站仪在野外实测）、现有地图数字化（用数字化仪对已有地图进行数字化的方法，如：手扶跟踪数字化仪、扫描数字化仪）、空间传感器（利用GPS、合成孔径雷达干涉和激光测高仪等进行数据采集）。

数据采集方式：

1)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；

2)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。

内插方法：局部加权平均法、移动曲面拟合法、多面函数法DEM内插、有限元法DEM内插、克立格内插、整体函数拟合法。

应用：

1)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；

2)在遥感中可作为分类的辅助数据，是地理信息系统的基础数据；

3)在军事上可用于导航及导弹制导；

4)在工业上可利用DSM (Digital Surface Model)绘制出表面结构复杂物体的形状。

14、数字正射影像

原理：数字正射影像是利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片/