注冊測繪師課件—鄧非 攝影測量與遙感

1、,攝影測量與遙感,第1章 攝影測量與遙感概述,攝影測量概述遙感及其發(fā)展攝影測量與遙感結(jié)合,攝影測量概述,攝影測量的任務(wù) 攝影測量的基本任務(wù)是基于像片的量測和解譯，它是利用光學或數(shù)碼攝影機攝影得到的影像，研究和確定被攝物體的形狀、大小、位置、性質(zhì)和相互關(guān)系的一門科學和技術(shù)。 在影像上進行量測和解譯，無需接觸被測目標物體本身。 嚴格建立像片獲取瞬間所存在的像點與對應(yīng)物點之間的幾何關(guān)系,攝影測量的分類 按

2、照研究對象不同，分為地形攝影測量和非地形攝影測量兩大類； 按攝影站的位置或傳感器平臺，分為航天(衛(wèi)星)攝影測量、航空攝影測量、地面攝影測量等。,攝影測量的發(fā)展,遙感及其發(fā)展,遙感泛指通過非接觸傳感器遙測物體的幾何與物理特性的技術(shù)。攝影測量是遙感的前身。遙感技術(shù)主要由遙感圖像獲取技術(shù)和遙感信息處理技術(shù)兩大部分組成。 按電磁波波段的工作區(qū)域，分為可見光遙感、紅外遙感、微波遙感和多波段遙感等。按傳感器的運載工具分為航天遙感

3、、航空遙感和地面遙感；按傳感器工作方式分為主動方式和被動方式兩種。,攝影測量與遙感的結(jié)合,國際攝影測量與遙感學會(ISPRS)與1988年在日本京都召開的第十六屆大會上給出定義:“攝影測量與遙感乃是對非接觸傳感器系統(tǒng)獲得的影像及其數(shù)字表達進行記錄、量測和解譯，從而獲得自然物體和環(huán)境的可靠信息的一門工藝、科學和技術(shù)”。,第2章 攝影測量基礎(chǔ),單張航攝像片解析像點坐標的量測立體測圖的原理與方法攝影測量解析計算基礎(chǔ)數(shù)字攝影測量基礎(chǔ),單

4、張航片像片解析,航攝像片與地圖的區(qū)別 航攝像片是地面景物的中心投影構(gòu)像，地圖是地面景物的正射投影。 只有當?shù)孛鎳栏袼角蚁衿矅栏袼綍r，上述兩種投影結(jié)果才等效。,像片傾斜引起的像點位移 一般情況下，航空攝影所獲取的像片是傾斜的，即使地面嚴格水平，航攝像片上的目標物體也會因為像片傾斜而產(chǎn)生變形或像點位移。 可用像片糾正的方法予以改正。,地面起伏引起的投影差 航空攝影的對象主要是地球表面，地球表面有起伏，包括

5、自然地地形起伏和有人工建筑物。植被等引起的起伏。由于地球表面起伏所引起的像點位移稱為像片上的投影差。,1像片的內(nèi)方位元素：攝影物鏡后節(jié)點與像片 之間相互位置的參數(shù),恢復(fù)內(nèi)方位元素可恢復(fù)攝影時的攝影光束,航攝像片的內(nèi)外方位元素,2像片外方位元素：已建立的攝影光束，確定像片攝 影瞬間在地面直角坐標系中空間 位置和姿態(tài)的參

6、數(shù),三個直線元素，描述攝影中心在地面空間直角坐標系中的坐標值(Xs、Ys、Zs)。三個角元素(?、?、?)，表示攝影光束空間姿態(tài)(像片在攝影瞬間空間姿態(tài)的要素）,中心投影共線方程 共線方程是指中心投影的構(gòu)想方程，即在攝影成像過程中，攝影中心S、像點a及其對應(yīng)的地面點A三點位于一條直線上。,(XA,YA,ZA),(x,y,-f),攝影中心S、象點a、物點A三點共線,共線條件,共線方程式可以寫為：,,以像主點為原點的像點坐標x、y

7、相應(yīng)地面點坐標 X、Y、Z像片主距 f外方位元素XS、YS、ZS、φ、ω、κ。,像點坐標量測,像平面坐標系 以像片上對邊框框標的連線作為x、y軸，其交點P作為坐標原點，與航線方向相近的連線為x軸，在像點坐標量測中，像點坐標值常用此坐標系表示。,像點坐標的量測 量測像點的像片坐標(x,y) 傳統(tǒng)的量測方法包括單像坐標量測儀和立體坐標量測儀。 可通過立體影像匹配進行自動量測。,像點坐標的系統(tǒng)誤差改正 主要由

8、攝影材料變形、攝影物鏡畸變、大氣折光以及地球曲率等因素引起，是系統(tǒng)誤差。,立體測圖的原理與方法,立體測圖原理 人造立體視覺:利用相鄰像片所組成的像對進行雙眼觀察時，可重建空間景物的立體視覺，所產(chǎn)生的立體視覺稱為人造立體視覺。,觀察人造立體的條件,1 兩個不同攝站點攝取同一景物的一個立體像對2 分像條件3 兩眼各自觀察同一景物的左右影像點的連線應(yīng) 與眼基線近似平行4 像片間的距離應(yīng)與雙眼的交會角相適應(yīng),像點的立體觀測方法

9、立體鏡觀測法疊映影像的立體觀測法雙目鏡觀測光路的立體觀測法,像對的立體測圖方法模擬法立體測圖解析法立體測圖數(shù)字化立體測圖 目前，在生產(chǎn)單位前兩種方法不再采用，已基本實現(xiàn)了全數(shù)字化立體測圖地物與地貌的測繪,攝影測量解析計算基礎(chǔ),基于立體相對的解析攝影測量是利用解析計算的方法處理影像信息，從而獲得地面的基礎(chǔ)空間信息。,像點的立體觀測方法立體鏡觀測法疊映影像的立體觀測法雙目鏡觀測光路的立體觀測法,單像空間后方交會:利用

10、一定數(shù)量的地面控制點，根據(jù)共線條件方程式，解求像片外方位元素的過程,當已知（至少）三個空間已知點 A、B 、 C，與它們在影像上的三個對應(yīng)點 a、b 、 c，就能求得影像的 6 個外方位元素。,其理論基礎(chǔ)為：共線方程，一個點有兩個方程，已知三個點可列6個方程，因此可以解得6個外方位元素。,立體相對的空間前方交會 前方交會的定義：由立體像對中兩張像片的內(nèi)、外方位元素和像點坐標確定相應(yīng)地面點的地面坐標的方法。 設(shè)在空中S1和S2

11、相鄰兩個攝站點對地面進行攝影，獲得一個立體像對，任一地面點A在該像對的左右像片上的構(gòu)像分別為a1和a2，在左右兩張像片的內(nèi)、外方位元素均已知的情況下，使用立體像對上兩同名像點的左右像片坐標a1(x1,y1)和a2 (x2,y2)，即可根據(jù)共線方程式計算出A點的物方空間坐標(X,Y,Z).,相對定向與絕對定向 用立體像對確定地面點坐標的另一途徑： 先恢復(fù)兩張像片的相對位置和姿態(tài)（相對定向）建立起立體模型 ，再恢復(fù)立體模型的絕對

12、方位（絕對定向）,解析法相對定向：通過計算相對定向元素建立地面立體模型,,目的：恢復(fù)兩張像片的相對位置和姿態(tài)，使同名光線對對相交,相對定向元素：確定立體像對中兩張像片相對位置和姿態(tài)關(guān)系的參數(shù),連續(xù)像對相對定向元素：,單獨像對相對定向元素：,數(shù)學模型描述：同名射線對對相交數(shù)學描述：三射線共面,,,,S1,S2,b,A,,,,,a1,a2,,,,共面條件方程式,,三矢量共面，混合積為零,解析法相對定向原理解求相對定向元素，建立立體模型

13、特征：恢復(fù)兩張像片的相對位置，同名射線對對相交,絕對定向：相對定向后得到模型點在像空間輔助坐標系中的坐標（U,V,W ) 地面攝影測量坐標(X,Y,Z) (兩空間坐標系的變換，也稱相似變換）,,基本關(guān)系式：,地面點在地面攝影測量坐標系中坐標,模型點在像空間輔助坐標系中的坐標,坐標原點的平移量,計算的方向余弦,模型比例尺縮放系數(shù),七個絕對定向元素,解析法絕對定向：利用已知的地面控制點，解求絕對定向元素,數(shù)字攝影測量基礎(chǔ)

14、,影像數(shù)字化與影像重采樣 影像數(shù)字化包括量化和采樣,采樣：每隔一個間隔獲取一個點的灰度值 。 對實際連續(xù)函數(shù)模型離散化的量測過程 量化：將各點的灰度值轉(zhuǎn)換為整數(shù) ，將透明底片有可能出現(xiàn)的最大灰度變化范圍進行等分，分為若干灰度等級，一般都取為 ， 時得到256個灰度級，其級數(shù)是介于0到255之間的一個整數(shù)，0為黑，255為白，每個像元素的灰度值占8bit，即一個字節(jié),,影像的內(nèi)定向：,,內(nèi)

15、定向參數(shù)，利用四個框標點平差解算,問題的提出：經(jīng)典的攝影測量已經(jīng)建立了一整套像點坐標與對應(yīng)的物點坐標間的關(guān)系，只要確定掃描坐標系與像平面坐標系之間的關(guān)系（內(nèi)定向）就能利用原有理論,兩種坐標之間存在仿射變換,內(nèi)定向的目的：確定掃描坐標系和像片坐標系之間的關(guān)系,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)字化的掃描方向,數(shù)字化的步進方向,,,x,y,o,O,基于灰度的影像匹配（Area Based Image Matching）,

16、全數(shù)字化攝影測量的核心問題：如何在兩幅（或多幅）影像之間自動識別同名像點（影像相關(guān)）,匹配點確定的基礎(chǔ)：匹配測度?；诓煌睦碚摽梢远x各種不同的匹配測度，因而形成了各種影像匹配方法,數(shù)字影像相關(guān)：利用計算機對數(shù)字影像進行數(shù)值計算的方式完成影像的相關(guān)（匹配）,一、相關(guān)系數(shù)法:目標區(qū)：以左片目標點為中心選取 個像素的灰度陣列搜索區(qū)：估計出右片上同名點可能出現(xiàn)的范圍，建立一個

17、 個像素的灰度陣列,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,n,n,m,目標區(qū),搜索區(qū),l,計算相關(guān)系數(shù)值：,依次在搜索區(qū)內(nèi)取出 個 像素的灰度陣列，計算其與目標區(qū)的相似性測度相關(guān)系數(shù)，可求出(l-n+1)*(m-n+1)個相關(guān)系數(shù),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,結(jié)果：目標區(qū)相對于搜索區(qū)不斷移動一個整像素，

18、當相關(guān)系數(shù)最大時，對應(yīng)窗口的中心點即是目標點的同名像點,特點：搜索的結(jié)果均以整像素為單位相關(guān)系數(shù)是標準化協(xié)方差函數(shù)，目標影像的灰度與搜索影像的灰度之間存在線性畸變時，仍能較好地評價它們之間的相似性程度目標區(qū)和搜索區(qū)都是一個二維的影像窗口，二維相關(guān),二、協(xié)方差法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,n,n,m,目標區(qū),搜索區(qū),可求出(l-n+1)*(m-n+1)個協(xié)方差值

19、，當協(xié)方差值為最大時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的中點就是待定點的同名像點。,l,差平方和測度,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,n,n,m,目標區(qū),搜索區(qū),,可求出(l-n+1)*(m-n+1)個S2值，當S2為最小時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的中點就是待定點的同名像點,灰度差的平方和最小,l,差絕對值和測度,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

20、,,,,,,,,,n,n,m,目標區(qū),搜索區(qū),,可求出(l-n+1)*(m-n+1)個S值，當S為最小時，對應(yīng)的相關(guān)窗口的中點就是待定點的同名像點,灰度差的絕對值最小,l,三、高精度最小二乘影像匹配,問題的引出：匹配怎樣達到子像素精度？,在相關(guān)運算中引入變形參數(shù)，補償兩相關(guān)窗口之間的輻射畸變幾何畸變引入的變換參數(shù)作為待定值，一同納入到最小二乘解算中，使匹配可達到1/10甚至1/100像素的高精度（子像素精度）,由德國Stuttga

21、rt大學Ackermann教授與Pertl提出,影像灰度的系統(tǒng)變形輻射畸變（產(chǎn)生的原因）照明及被攝物體輻射面的方向攝影處理條件的差異影像數(shù)字化過程中產(chǎn)生的誤差等 幾何畸變 ：產(chǎn)生了影像灰度分布之間的差異（相對移位、圖形變化 ）攝影方位不同所產(chǎn)生的影像畸變由于地形坡度所產(chǎn)生的影像畸變等,最小二乘影像匹配的精度,相關(guān)系數(shù)法：相關(guān)系數(shù)越大，匹配質(zhì)量越好。但是無法獲得其精度指標最小二乘匹配算法：根據(jù)法方程式系數(shù)矩陣的逆矩陣，同時

22、求得其精度指標,核線的性質(zhì)：同名像點必然位于同名核線上沿核線（一維）進行相關(guān)計算,,效果：沿同名核線進行相關(guān)計算會加快搜索速度和增加影像匹配的可靠性,過程：左核線上建立目標區(qū)，目標的長度為n個像素在右片上沿同名核線建立搜索區(qū)，其長度為m個像素計算相關(guān)系數(shù) :共計算 個相關(guān)系數(shù),注意事項：相似性測度一般是統(tǒng)計量，應(yīng)有較多的樣本進行估計（窗口中的像素數(shù)不應(yīng)太少），目標區(qū)長，灰度信號重心與幾何重心不重合，產(chǎn)生相關(guān)誤差

23、，目標區(qū)、搜索區(qū)都取二維窗口，搜索過程只在核線上進行,基于核線的一維影像匹配,基于特征的影像匹配 基本思想：首先用某種特征提取算子提取左右影像中的特征(點、線、面)；然后對多提取的特征進行參數(shù)描述；最后一特征的參數(shù)值為依據(jù)進行同名特征的搜索，繼而獲得同名像點,第3章 遙感基礎(chǔ),遙感基礎(chǔ)知識遙感圖像特征常用衛(wèi)星遙感簡介遙感圖像解譯,基于特征的影像匹配 基本思想：首先用某種特征提取算子提取左右影像中的特征(點、線、面)；然

24、后對多提取的特征進行參數(shù)描述；最后一特征的參數(shù)值為依據(jù)進行同名特征的搜索，繼而獲得同名像點,遙感基礎(chǔ)知識,電磁波譜與電磁輻射傳輸 電磁波譜 —紫外、可見光、紅外 大氣窗口—太陽輻射在到達地面之前穿過大氣層，大氣折射只是改變太陽輻射的方向，并不改變輻射的強度。但是大氣反射、吸收和散射的共同影響卻衰減了輻射強度，剩余部分才為透射部分。，有些波段的電磁輻射通過大氣后衰減較小，透過率較高，對遙感十分有利，這些波段通常稱為“大氣

25、窗口”。,遙感圖像的輻射定標與大氣校正 系統(tǒng)輻射定標 大氣校正 太陽位置引起的輻射誤差校正 地形坡度、坡向校正,地物波譜特性 地物波譜特性是指各種地物各自所具有的電磁波特性（發(fā)射輻射或反射輻射）。測量地物的反射波譜特性曲線主要作用：– 它是選擇遙感波譜段、設(shè)計遙感儀器的依據(jù)– 在外業(yè)測量中，它是選擇合適的飛行時間的基礎(chǔ)資料– 它是有效地進行遙感圖像數(shù)字處理的前提之一，是用戶判讀、識別、分析遙感影像

26、的基礎(chǔ)。 不同地物的波普反射曲線，其形態(tài)差異很大。典型的有水體，植被等。,遙感圖像特征,遙感圖像特征可歸納為幾何特征、物理特征和時間特征，這三方面的表現(xiàn)特征為空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率。,空間分辨率 傳感器瞬時視場內(nèi)所觀察到地面的大小。 ? 地面分辨率：影像能夠詳細區(qū)分的最小單元（像元）能代表的地面尺寸的大小。 ? 影像分辨率：地面分辨率在不同比例尺的具體影像上的反映。 一般來說，空間分辨率越高，識別物體的能

27、力越強,光譜分辨率 ? 光譜探測能力，包括：傳感器總的探測波段的寬度、波段數(shù)、各波段的波長范圍和間隔。 ? 波段太多，輸出數(shù)據(jù)量太大，加大處理工作量和判讀難度。 ? 最佳探測波段，是指這些波段中探測各種目標之間和目標與背景之間，有最好的反差或波譜響應(yīng)特性的差別。,時間分辨率? 定義：我們把傳感器對同一目標進行重復(fù)探測時，相鄰兩次探測的時間間隔成為遙感圖像的時間分辨率。? 應(yīng)用：土地利用變化、洪水、綠地消長、城市熱島等,常

28、用衛(wèi)星遙感簡介,衛(wèi)星分辨率與成圖比例尺的關(guān)系,常用衛(wèi)星及其傳感器? Landsat衛(wèi)星系列及其TM/ETM+傳感器? SPOT衛(wèi)星系列及其傳感器? 新型高分率衛(wèi)星遙感衛(wèi)星及傳感器 IKONOS Ⅱ、QuickBird、SPOT-5、P5、ALOS、WorldView-1、GeoEye-1等。? 國產(chǎn)衛(wèi)星系列,遙感圖像的解譯,遙感圖像解譯的任務(wù) 獲取信息： 目標地物的大小、形狀及空間分布特點 目標地物的屬性特點

29、 目標地物的變化動態(tài)特點,遙感圖像的解譯標志定義：遙感圖像光譜、輻射、空間和時間特征決定圖像的視覺效果、表現(xiàn)形式和計算特點，并導(dǎo)致物體在圖像上的差別。解譯標志可以分為直接解譯標志和間接解譯標志,直接解譯標志 形狀、大小、陰影、色調(diào)、顏色、紋理、圖案、位置和布局間接解譯標志 并不直接與物體有關(guān)。它們自己不能確保對物體的識別，但卻能指示出用直接標志不能確定的，或在圖像上沒有成像的那些物體的存在，它們有助于排除由分析直接標

30、志所作結(jié)論的多義性，還能取得物體的補充特性。,應(yīng)注意的問題 由于遙感圖像種類較多，投影性質(zhì)、波譜特性、色調(diào)和比例尺等存在差異，故利用上述解譯標志時應(yīng)區(qū)分不同遙感圖像的不同特點。 彩紅外圖像、多光譜圖像、假彩色合成圖像、熱紅外圖像、雷達圖像等。,遙感圖像的目視解譯,目視解譯的一般原則和步驟 原則：總體觀察，綜合分析，對比分析，觀察方法正確，尊重影像的客觀實際，解譯圖像耐心認真，有價值的地方重點分析。 步驟：

31、從已知到未知，先易后難，先山區(qū)后平原，先地表后深部，先整體后局部，先宏觀后微觀，先圖形后線性。,第4章 攝影測量與遙感處理系統(tǒng),數(shù)字攝影測量系統(tǒng)遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)機載LIDAR和車載移動測圖系統(tǒng),數(shù)字攝影測量系統(tǒng),主要功能影像數(shù)字化影像預(yù)處理坐標量測影像定向自動空中三角測量構(gòu)成核線影像影像匹配建立數(shù)字地面模型及其編輯自動繪制等高線,制作正射影像正射影像鑲嵌與修補數(shù)字測圖制作影像地圖制作透視圖、景觀圖制

32、作立體匹配片GIS功能近景攝影測量功能遙感圖像處理功能,常用數(shù)字攝影測量系統(tǒng)簡介VirtuoZo數(shù)字攝影測量系統(tǒng) 武漢大學張祖勛院士主持研發(fā)，是一個功能齊全、高度自動化的現(xiàn)代攝影測量系統(tǒng)，能完成從自動空中三角測量(AAT)到各種比例尺4D產(chǎn)品的測繪生產(chǎn)。JX-4數(shù)字攝影測量系統(tǒng) 中國測繪科學研究院劉先林院士主持研發(fā)的一套半自動化的微機數(shù)字攝影測量系統(tǒng)。,遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng),遙感數(shù)字圖像處理概述 對遙感圖像

33、進行一系列操作，以求達到預(yù)期目的的技術(shù)稱作遙感圖像處理。 可分為光學處理和遙感數(shù)字圖像處理。 內(nèi)容包括：圖像轉(zhuǎn)換、數(shù)字圖像校正、數(shù)字圖像增強、多元信息融合、遙感數(shù)字圖像計算機解譯處理,遙感圖像輻射處理遙感圖像增強 為了特定目的而突出遙感圖像中的某些信息，削弱或出去某些不需要的信息，使圖像更易判讀。圖像增強的實質(zhì)是增強感興趣目標和周圍背景圖像間的反差。 圖像增強處理技術(shù)可分為空間域和頻率域的處理。平滑和銳化

34、 圖像平滑的目的在于消除各種干擾噪聲，使圖像中高頻成分消退，平滑掉圖像的細節(jié)，使其反差降低，保存低頻成分。方法有領(lǐng)域平均法、低通濾波法。 圖像銳化的目的是增強圖像中的高頻成份，突出圖像的邊緣信息，提高圖像細節(jié)的反差，也稱為邊緣增強，其結(jié)果與平滑相反。,遙感圖像幾何處理 解決遙感圖像的幾何變形問題，對遙感圖像進行幾何糾正。分為光學糾正和數(shù)字糾正兩大類。 遙感圖像幾何變形誤差分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差兩大類。

35、靜態(tài)誤差是傳感器相對于地球表面呈靜止狀態(tài)時所具有的各種變形誤差。動態(tài)誤差是由于地球的旋轉(zhuǎn)等因素所造成的圖像變形誤差。 兩個層次：第一是遙感圖像的粗加工處理，第二是遙感圖像的精糾正處理,1.粗加工處理 遙感圖像的粗糾正：僅做系統(tǒng)誤差改正。 當已知圖像的構(gòu)像方式時，就可以把與傳感器有關(guān)的測定的校正數(shù)據(jù)，如傳感器的外方位元素等代入構(gòu)像公式對原始圖像進行幾何校正。 粗糾正處理對傳感器內(nèi)部畸變的改正很有效，但

36、處理后圖像仍有較大的殘差。,2. 精糾正處理概念：消除圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表達要求的新圖像。? 兩個環(huán)節(jié)：–像素坐標的變換，即將圖像坐標轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標；–坐標變換后的像素亮度值進行重采樣,? 根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標和地面坐標之間的數(shù)學模型。? 根據(jù)所采用的數(shù)字模型確定糾正公式。? 根據(jù)地面控制點和對應(yīng)像點坐標進行平差計算變換參數(shù)，評定精度。? 對原始影像進行幾何變換計算，像素亮度

37、值重采樣。 目前的糾正方法有多項式法，共線方程法和隨機場插值法等,圖像的自動配準與數(shù)字鑲嵌圖像間的自動配準? 配準的目的– 多源數(shù)據(jù)進行比較和分析，圖像融合、變化檢測。? 配準的實質(zhì)– 幾何糾正。采用一種幾何變換將圖像歸化到統(tǒng)一的坐標系中。? 配準的方式– 圖像間的匹配– 絕對配準? 配準步驟– 在多源圖像上確定分布均勻，足夠數(shù)量的圖像同名點。– 通過所選擇的圖像同名點確定幾何變換的多項式系數(shù)，從而完成一幅

38、圖像對另一幅圖像的幾何糾正。,數(shù)字圖像鑲嵌圖像鑲嵌：將不同的圖像文件合在一起形成一幅完整的包含感興趣區(qū)域圖像。? 不同時間同一傳感器獲取，也可以是不同時間不同傳感器獲取，但同時要求鑲嵌的圖像之間要有一定的重疊度。? 實質(zhì)就是幾何糾正（前提）,多源遙感數(shù)據(jù)的融合圖像融合：將多源遙感圖像按照一定的算法，在規(guī)定的地理坐標系，生成新的圖像的過程。目的：從不同的遙感圖像中獲得更多有用的信息，補充單一傳感器的不足。,遙感圖像的自動識別分

39、類 常見的兩種分類方法：監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類1.數(shù)據(jù)預(yù)處理2.監(jiān)督分類 監(jiān)督分類是基于我們對遙感圖像上樣本區(qū)內(nèi)地物的類屬已知，于是可以利用這些樣本類別的特征作為依據(jù)來識別非樣本數(shù)據(jù)的類別。 監(jiān)督分類的思想：首先根據(jù)已知的樣本類別和類別的先驗知識，確定判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準則，其中利用一定數(shù)量的已知類別函數(shù)中求解待定參數(shù)的過程稱之為學習或訓練，然后將未知類別的樣本的觀測值代入判別函數(shù)，再依據(jù)判別準則對該樣本的所屬類

40、別作出判定。,3.非監(jiān)督分類 非監(jiān)督分類：也稱聚類分析，是事先對分類過程不施加任何先驗知識，僅憑遙感圖像地物的光譜特征的分布規(guī)律，進行自動分類。 常用分類方法：K-均值聚類法、ISODATA算法聚類分析,遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概要 一個完整的遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)應(yīng)包括硬件和軟件兩大部分。硬件系統(tǒng)：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、電子計算機存儲設(shè)備以及系統(tǒng)操作臺。軟件系統(tǒng)：由許多圖像處理控制程序、管理程序和圖像處理算法程序組成。,機

41、載LIDAR和車載移動測圖系統(tǒng),機載LIDAR系統(tǒng) 機載LIDAR集激光測距儀、GPS全球定位系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）于一體。航拍時，GPS確定傳感器的空間位置（經(jīng)緯度），慣導(dǎo)系統(tǒng)（INS）測量飛機的俯仰角、測滾角和航向角，激光測距儀直接測量地形。,LIDAR數(shù)據(jù)的優(yōu)勢：1、采用主動性工作方式，不受日照和天氣條件的限制，全天候?qū)Φ赜^測。2、發(fā)射的激光脈沖具有很強的穿透能力，能部分地穿透樹林遮擋，直接獲取真實地面的高精度三

42、維信息。3、能快速獲取大面積的目標空間信息，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的及時采集，從而可以應(yīng)用與需自動監(jiān)控的行業(yè)。4、通過對目標的直接掃描來描述目標特征，使用龐大的點陣和濃密的格網(wǎng)來獲取目標信息，采樣點之間間隔很小，具有精度高、密度大的特點。5、既可以作為獲取地表資源、環(huán)境信息的一種重要技術(shù)手段，又可以同其他技術(shù)手段集成使用，為數(shù)字地球信息智能化處理提供新的融合數(shù)據(jù)源。,車載移動測圖系統(tǒng) 移動測圖系統(tǒng)(MMS)是指在移動載體平臺上集成多

43、種傳感器，通過多種傳感器自動采集各種三維連續(xù)地理空間數(shù)據(jù)，并使用一定的數(shù)據(jù)處理方法，對所采集的數(shù)據(jù)進行處理和加工，最終生成各種空間信息應(yīng)用系統(tǒng)所需要的圖形、數(shù)據(jù)等信息的科學和技術(shù)。 MMS基本部件：系統(tǒng)控制模塊、定位定姿模塊、影像獲取模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。 車載移動測圖系統(tǒng)(L-MMS)是以汽車作為平臺，它是在車上裝備GPS接收機、CCD、INS等傳感器和設(shè)備，在車輛高速行駛過程中，快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù)

44、和屬性數(shù)據(jù)。,第5章 野外像片調(diào)繪與像片控制測量,野外像片調(diào)繪像片控制測量,野外像片調(diào)繪,像片判讀特征與判讀方法 1.像片判讀特征 形狀、大小、色調(diào)、陰影、紋形、布局、位置 2.目視判讀一般方法 從宏觀到細部，從一般細部到個別細部，從一只特征到位置特征，從局部特征到整個區(qū)域的判讀特征。有直判法、對比法、綜合判認法,像片調(diào)繪的基本知識 像片調(diào)繪是以像片判讀為基礎(chǔ)，把航攝像片上的影像所代表的地物識別和辨

45、認出來，并按照規(guī)定的圖示符號和主機方式表示在航測像片上。,像片的綜合取舍 綜合取舍對地物地貌進行選擇和概括的過程像片調(diào)繪的基本作業(yè)流程 準備工作—像片判讀—綜合取舍—著鉛—詢問檢查—量測—補測新增地物—清繪—復(fù)查—接邊,主要地形目標的調(diào)繪 像片調(diào)繪可采用全野外調(diào)繪法或室內(nèi)綜合調(diào)繪法。 在調(diào)繪中應(yīng)判讀準確，描繪清楚，圖示符號運用恰當，各種助劑準確無誤。對地物地貌的取舍，以圖面負載量和保持實地特征為原則。 通過

46、調(diào)繪獲取成果后需要對調(diào)繪像片進行整飾和接邊，以便提供下一工序使用。,調(diào)繪像片的整飾與接邊調(diào)繪像片的整飾 及時清繪，清繪時各種地物中心位置要準確，中心的、中心線應(yīng)按圖示規(guī)定繪出。調(diào)繪像片的接邊 a.圖幅內(nèi)部接邊、幅與幅之間接邊 b.同期作業(yè)接邊、不通氣作業(yè)接邊,新增地物的補測 新增地物必須在調(diào)繪時進行補測，通常采用交會法、坐標法、截距法和比較法確定新增地物的位置。,像片控制測量,野外像片控制點的布點方案

47、1.全野外布點方案 通過野外控制測量獲得的航片像片控制點不需內(nèi)業(yè)加密，直接提供內(nèi)業(yè)測圖定向或糾正使用。 2.非全野外布點方案 按航線數(shù)分為單航線和區(qū)域網(wǎng)兩種 3.特殊情況的布點方案,野外控制點的選擇 航外像片控制點的布設(shè)不僅和布點方案有關(guān)，還須考慮航測成圖過程中像點量測的精度、絕對定向和各類誤差改正對像片控制點的具體點位要求。,野外控制點的編號、整飾和注記野外像片控制點的施測 1.刺點目標的選擇要求

48、 2.像片控點平面坐標和高程的施測 先整體到局部，先控制后碎步 3.控制點接邊,第6章 基于攝影測量與遙感的4D產(chǎn)品生產(chǎn),4D產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)據(jù)流解析空中三角測量數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)字正射影像圖(DOM)數(shù)字線劃地圖(DLG)數(shù)字柵格地圖(DRG),4D產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)據(jù)流 數(shù)字攝影測量與遙感的產(chǎn)品主要包括3大類： 1.影像類產(chǎn)品 2.點和矢量類產(chǎn)品 4D產(chǎn)品是指DEM、DOM、DLG和

49、DRG。 3.影像和矢量相結(jié)合的產(chǎn)品 另外，還有各種可視化的立體模型，各種工程設(shè)計所需的三維信息，各種信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫所需的空間信息等都屬于數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的產(chǎn)品范疇。,解析空中三角測量 數(shù)字攝影測量與遙感的產(chǎn)品主要包括3大類： 1.影像類產(chǎn)品 2.點和矢量類產(chǎn)品 4D產(chǎn)品是指DEM、DOM、DLG和DRG。 3.影像和矢量相結(jié)合的產(chǎn)品 另外，還有各種可視化的立體模型，各種工程設(shè)計所需的

50、三維信息，各種信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫所需的空間信息等都屬于數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的產(chǎn)品范疇。,解析空中三角測量,概述 解析空中三角測量指的是用攝影測量解析法確定區(qū)域內(nèi)所有影像的外方位原色及待定點的地面坐標。,空中三角測量、區(qū)域網(wǎng)平差,它是利用 少量控制點 對整個區(qū)域,所有影像 恢復(fù)它們的 外方位元素,解析空中三角測量分類,一、建立航帶模型1、像點坐標量測及系

51、統(tǒng)誤差改正2、每個像對進行連續(xù)像對法相對定向：得到模型點在各自像空間輔助坐標系坐標（坐標原點和比例尺不同）,航帶網(wǎng)法空中三角測量,,,,,,,,,,,,,,,S1,S2,S3,S4,,各模型的像空間輔助坐標系相互平行，每個像對以左片為基礎(chǔ)，求出右片相對左片的相對定向元素,①,②,模型點在各自像空間輔助坐標系坐標,3、模型連接：利用相鄰模型公共點在像空間輔助坐標系的坐標應(yīng)相等，求出比例尺歸化系數(shù)，得到模型點在統(tǒng)一的航帶像空間輔助坐標系坐

52、標,,,,,,,,,,,S2,S3,,①,②,,M1,M2,S1,模型①和模型②比例尺不等，公共點在模型①位于M1,在模型②位于M2（錯開），需要統(tǒng)一,比例尺歸化：對模型②的比例尺進行歸化，與模型①具有相同的比例尺，使M1、M2重合,計算方法：,一般在模型重疊區(qū)域內(nèi)取上、中、下三個點測求比例歸化系數(shù)，取算術(shù)平均值,將模型點的坐標都納入到全航帶統(tǒng)一的像空間輔助坐標系（第一張像片的像空間（輔助）坐標系）（一個一個像對依次進行）,,,,,,,

53、,,,,,,,,S1,S2,S3,S4,,①,②,每一模型的左站在統(tǒng)一的像空間輔助坐標系坐標,計算順序：后一模型向前一模型進行歸化計算,模型點在統(tǒng)一的像空間輔助坐標系中坐標(以米為單位）：,,二、航帶模型的絕對定向：將模型點在統(tǒng)一的航帶像空間輔助坐標系坐標變換為航帶統(tǒng)一的地面攝影測量坐標,為整體平差方便，改成以米為單位：坐標值乘以攝影比例尺分母再除以1000，用m表示,重心化,三、航帶網(wǎng)的非線性變形改正：問題的提出：航帶模型仍存在偶然

54、誤差和殘余的系統(tǒng)誤差的影響，模型連接時誤差的累積使航帶產(chǎn)生變形，致使絕對定向后獲得的地面坐標只是概略值,改正方法：用待定參數(shù)構(gòu)成的多項式來逼進復(fù)雜的變形曲面，通過最小二乘擬合，使控制點處的變形值與實際相差最小，平差解求多項式的系數(shù)，進行坐標的改正，消除誤差的影響,解決的辦法：航帶網(wǎng)的非線性變形改正,觀測誤差的累計影響使X、Y、Z呈現(xiàn)明顯的誤差,四、航帶網(wǎng)區(qū)域網(wǎng)平差:由幾條航帶構(gòu)成一個區(qū)域，整體平差解求各航帶的非線性變形改正系數(shù)，求得整

55、個測區(qū)內(nèi)全部待定點的坐標，主要過程：,各像對進行連續(xù)像對相對定向：得到像點在各自 坐標模型連接：求比例尺歸化系數(shù)，得到模型點在統(tǒng)一的航帶 坐標 各航帶模型的絕對定向：將模型點在統(tǒng)一 坐標變換到全區(qū)域統(tǒng)一的地面攝影測量坐標系 （

56、各航帶坐標重心化）,修正后的坐標,航帶網(wǎng)的非線性變形改正：平差整體解求航帶的非線性改正系數(shù)，進行坐標的改正，得到改正后的坐標值,獨立模型法解析空三,基本思想：每像對進行獨立像對法相對定向：得到模型點在每個像對的像空間輔助坐標系的坐標各模型進行絕對定向：在滿足模型公共點（連接點）的坐標應(yīng)相等及控制點的計算坐標應(yīng)與實測坐標相等的條件下，平差整體解求每個模型的七個絕對定向元素，求出所有加密點的地面坐標（公共點取均值）,各單元模型分別進行空

57、間相似變換,光束法區(qū)域網(wǎng)空中三角測量,一、光束法區(qū)域網(wǎng)基本思想以每張像片一束光線為單元，區(qū)域內(nèi)每張像片的控制點、加密點都列立共線條件方程式建立全區(qū)域統(tǒng)一的誤差方程，統(tǒng)一平差解算，整體解求區(qū)域內(nèi)每張像片的6個外方位元素所有加密點的地面坐標,為計算方便，可消去一類未知數(shù)，得到改化法方程（消去X）,法方程,加密（待定）點坐標：多片前方交會,二、三種區(qū)域網(wǎng)平差方法的比較,獨立模型法：較航帶法嚴密計算較費時不能很好地消除系統(tǒng)誤差的影

58、響，對粗差有較好的抵抗能力,航帶法：分步近似平差，不嚴密，精度較差計算速度快，可以提供初始值,光束法：理論最嚴密，精度最高，成為解析空三的主流方法計算量最大以像點坐標為觀測值，對系統(tǒng)誤差反映最敏感，通過自檢校法消除系統(tǒng)誤差，達到厘米級精度可方便地加入粗差檢測，對粗差有較好的抵抗能力,三、解析空三的精度分析,誤差分布的規(guī)律1、最弱精度位于區(qū)域四周，平面控制點應(yīng)布設(shè)在四周2、控制點稀疏布點時，理論精度隨區(qū)域的增大而降低；增大

59、旁向重疊度，可以提高理論精度3、周邊密集布點，光束法的精度不隨區(qū)域大小改變，是常數(shù)4、高程理論精度取決于高程控制點間的跨度與區(qū)域大小無關(guān),由平差可以得到坐標的理論精度,實際精度：通過多余控制點的地面實際測量坐標與攝影測量加密坐標值的差值（真誤差）估計點位精度：,,,,理論精度：反映偶然誤差的影響，與控制點點位的分布有關(guān)實際情況：受偶然誤差和殘余系統(tǒng)誤差的綜合影響，理論精度與實際精度有差異,實際的解算結(jié)果仍呈現(xiàn)明顯的系統(tǒng)誤差和不正常

60、情況（如光束法區(qū)域網(wǎng)平差精度低于獨立模型法等），需進一步進行殘余系統(tǒng)誤差的改正,GPS輔助空中三角測量簡介,GPS定位技術(shù)定位特點：實時、快速、精確,給解析空三帶來怎樣的影響？,將攝站的高精度三維坐標做觀測值，以減少地面控制點，與攝影測量數(shù)據(jù)一起進行聯(lián)合平差,作業(yè)過程：分別在地面基準站和飛機設(shè)置至少兩臺GPS接收機GPS數(shù)據(jù)處理，解求攝站坐標將GPS攝站坐標視為帶權(quán)觀測值，與攝影測量數(shù)據(jù)一起進行聯(lián)合平差,單差分方式相對動態(tài)GPS

61、定位示意圖,帶GPS的航空攝影,效果：,無失鎖、周跳等信號間斷，不考慮基準，GPS攝站坐標可完全取代地面控制為解決基準問題，改正由于失鎖、周跳等引起的系統(tǒng)誤差，需加入少量控制可用于生產(chǎn),POS輔助空中三角測量 POS （Position & Orientation System）系統(tǒng)直接獲取攝影曝光時刻航攝儀的空間位置和姿態(tài)，即影像的外方位元素：1.差分GPS獲取高精度位置測量數(shù)據(jù)2. 高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)（I

62、NS） 輸出高采樣率的位置數(shù)據(jù)，通過差分GPS修正慣導(dǎo)系統(tǒng)可以獲取高精度、高采樣率的位置信息，慣導(dǎo)系統(tǒng)的精密陀螺可以輸出高精度的姿態(tài)數(shù)據(jù),機載POS系統(tǒng)的組成：a.慣性測量裝置(IMU)b.GPS接收機c.計算機系統(tǒng)d.數(shù)據(jù)后處理團建,POS系統(tǒng)與航空攝影系統(tǒng)的集成： 將POS系統(tǒng)和航攝儀集成在一起，通過GPS載波相位差分定位獲取航攝儀的位置參數(shù)及慣性測量單元IMU測定航攝儀的姿態(tài)參數(shù)，經(jīng)IMU、DGPS數(shù)據(jù)的聯(lián)合處理，

63、可直接獲得測圖所需的每張像片6個外方位元素，從能夠大大減少乃至無須地面控制直接進行航空影像的空間地理定位，為航空影像的進一步應(yīng)用提供快速、便捷的技術(shù)手段。,數(shù)字高程模型(DEM),數(shù)字高程模型DEM（Digital Elevation Model）：是表示區(qū)域D上地形的三維向量有限序列. ｛Vi=（Xi，Yi，Zi），i=1，2，…n｝ 其中（Xi，Yi）∈D是平面坐標，Zi是（Xi，Yi）對應(yīng)的高程. DEM是

64、DTM的一個子集，是對地球表面地形地貌的一種離散的數(shù)字表達，是DTM的地形分量。,,地面信息的不同表達方式,地形圖：優(yōu)點：直觀，便于人工使用缺點：計算機不能直接利用，不能滿足自動化要求，管理不便,DTM：地表信息的數(shù)字表達形式,優(yōu)點：直接輸入計算機，計算機輔助設(shè)計，便于修改、更新、管理，便于轉(zhuǎn)換成其它形式的產(chǎn)品,數(shù)字高程模型DEM 表示形式,規(guī)則矩形格網(wǎng)（Grid),利用一系列在X，Y方向上等間隔排列的地形點的高程Z表示地形，形成一個

65、矩形格網(wǎng)DEM,DEM：基本信息+規(guī)則存放的高程值,優(yōu)點：存儲量最小，易管理，應(yīng)用最廣泛,缺點：不能準確表達地形的結(jié)構(gòu)和細部,任一點P(i,j)的,優(yōu)點：顧及地貌特征點、線，表達復(fù)雜地形較準確,缺點：數(shù)據(jù)量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用、管理復(fù)雜,不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)：按地形特征采集的點以一定規(guī)則連接成覆蓋整個區(qū)域互不重疊的三角形,數(shù)據(jù)點的獲取,DEM數(shù)據(jù)采集方法野外實測：全站儀、GPS施測現(xiàn)有圖數(shù)字化手扶跟蹤數(shù)字化掃描數(shù)字化攝影測量方

66、法 解析測圖儀、自動化的測圖系統(tǒng)進行采集（自動化DEM數(shù)據(jù)采集）空間傳感器：遙感系統(tǒng)、雷達等,格式轉(zhuǎn)換：數(shù)據(jù)格式不同，轉(zhuǎn)換為內(nèi)插軟件需要的格式坐標系統(tǒng)的變換：變換到地面坐標系，一般采用國家坐標數(shù)據(jù)編輯：交互方式，查錯、補測柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量數(shù)據(jù)：掃描數(shù)字化得到灰度陣列（柵格數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換為按順序排列的點坐標（矢量數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)分塊：數(shù)據(jù)采集方式不同，排列順序不同，內(nèi)插計算只與周圍點有關(guān)，分塊可保證在大量數(shù)據(jù)中找到需要的點,數(shù)據(jù)預(yù)

67、處理,數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)內(nèi)插,數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)內(nèi)插的特點：基于原始函數(shù)的連續(xù)光滑性大范圍內(nèi)的地形很復(fù)雜，整個地球表面起伏不可能用一個多項式擬合，采用局部函數(shù)內(nèi)插地表既有連續(xù)光滑的特點，又有由于自然或人為的原因產(chǎn)生的不連續(xù),數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)內(nèi)插：根據(jù)參考點上的高程計算其它待定點處高程的方法,用鄰近的數(shù)據(jù)點內(nèi)插出待定點,采集的原始數(shù)據(jù),規(guī)則格網(wǎng),非規(guī)則排列,,,非采樣點的高程？,內(nèi)插方法1、移動曲面擬合法*2、線性內(nèi)插*3、雙線性

68、內(nèi)插*4、三次樣條函數(shù)內(nèi)插*5、多面函數(shù)法6、最小二乘配置法7、有限元內(nèi)插法,是地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),在測繪中用于繪制等高線、坡度坡向圖、立體透視圖，制作正射影像圖與地圖的修測,數(shù)字地面模型的應(yīng)用領(lǐng)域：,在軍事上可用于導(dǎo)航及導(dǎo)彈制導(dǎo),在工業(yè)上可利用DSM繪制出表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體的形狀,DEM的主要應(yīng)用,在環(huán)境與規(guī)劃中用于土地利用現(xiàn)狀分析、規(guī)劃、洪水險情規(guī)劃,數(shù)字正射影像圖(DOM),數(shù)字正射影像圖(Digital Orthop