数字摄影测量学课件.ppt

1,影像匹配基础理论与算法,数字摄影测量学,Digital Photogrammetry,摄影测量的基本过程,内定向相对定向前方交会绝对定向单片定位微分纠正,区域网平差,3,摄影测量的本质就是:通过摄影，进行测量！,它来源于测量的“前方交会”与“后方交会”,4,摄影测量 在两个已知点(摄站)上，摄取两张影像，,问题的引出,5,传统摄影测量，均依赖于人的双眼，确定同名点,问题的引出,6,数字摄影测量，就是要用计算机代替人的双眼，确定同名像点,影像匹配,问题的引出,7,影像匹配的应用,影像匹配是图像分析和处理的基本问题和关键技术，它在航空影像立体制图、图像三维重构、计算机视觉、目标识别与跟踪、遥感影像的融合、变化检测、模式识别、医学图像处理、影像分析等领域都有重要应用。,8,数字影像匹配概述数字影像匹配的基本概念（重点）匹配方法的分类匹配的基本问题与解决方案影像相关的原理小结,第22讲 数字影像匹配的基本概念,Concepts of Digital Image Matching,9,1.Matching and Correspondence,在摄影测量与遥感中，匹配可以定义为在不同的数据集合之间建立一种对应。,这些不同的数据集合可以是影像，也可以是地图，或者目标模型和GIS数据。,一、General Description,10,Correspondence Between Images,如果这些数据集合是（数字）影像，就称（数字）影像匹配。,一、General Description,11,如果这些数据集合是影像与地图，有时称配准。,一、General Description,12,2.Image Matching in Photogrammetry,(1)the reconstruction of the interior orientation:the image of a fiducial mark is matched with a two-dimensional model of the fiducial mark;,Many steps of the photogrammetric processing chain are linked to matching in one way or another.,一、General Description,13,内定向：框标影像同二维的框标模型相匹配的过程,一、General Description,14,(2)relative orientation and point transfer in aerial triangulation:parts of one image are matched with parts of other images in order to generate tie points;(3)absolute orientation:parts of the image are matched with a description of control features,mostly ground control points;,一、General Description,15,相对定向以及数字空三中的转点：一张影像的局部同另一张影像的局部匹配的过程,Relative Orientation with Interest Points,一、General Description,16,Correspondence between tie points,一、General Description,17,(4)generation of digital terrain models(DTM):parts of an image are matched with parts of another image in order to generate three-dimensional object points;(5)and finally the interpretation step:parts of the image are matched with object models in order to identify and localize the depicted scene objects.,一、General Description,18,Looking at this large variety of tasks it comes as no surprise that matching has long been and still is one of the most challenging task in photogrammetric research and development.In digital photogrammetric,matching is usually called digital image matching.(Christian Heipe,1996),一、General Description,19,1.数字影像匹配的定义,测绘词典、中国军事百科全书（测绘学分册）、海洋测绘词典数字摄影测量学（王大平等，解放军出版社，1991）,二.Basic Concepts,影像匹配指的是从不同位置或不同时刻，由不同传感器上所获取的数字影像中自动识别相应影像或相应像点的一些算法。,20,自动地在由数字立体像对(或多张影像)中提取的要素之间建立对应关系的过程，称为数字影像匹配。,Digital image matching automatically establishes the correspondence between primitives extracted from two or more digital images depicting at least partly the same scene.,1.数字影像匹配的定义,二.Basic Concepts,21,数字影像匹配,利用计算机自动或半自动地在数字影像之间确定同名对象的过程。,数字影像：对象：,二.Basic Concepts,22,示意图,互相关函数,相似程度,同名点,目标区,搜索区,23,影像匹配-同名点寻找,24,(1)共轭实体（Conjugate entity）,共轭实体是比共轭点更一般的概念，它是目标空间特征的影像，包括点，线，面等。,二.Basic Concepts,2.术语(Terminology),25,(2)匹配实体（Matching entity）,是一种要素，通过比较不同影像上的这些要素来寻找共轭实体。这些要素包括影像的灰度值，从影像上提出的特征以及描述参数，以及其他的符号描述。,二.Basic Concepts,2.术语(Terminology),26,(3)Similarity measure:,相似性测度：匹配实体与其它匹配实体之间相似性程度的定量度量。一般说来，相似性程度是用代价函数来表示的。,二.Basic Concepts,2.术语(Terminology),27,(4)Matching method:,匹配方法:计算匹配实体相似性测度的方法。匹配方法一般按照匹配实体来命名，比如说，基于灰度（基于区域）的匹配、基于特征的匹配、关系匹配。,二.Basic Concepts,2.术语(Terminology),28,(5)Matching strategy:,匹配策略:指求解影像匹配问题的概念或整体策略，包括匹配环境分析、匹配方法选择、匹配质量控制等。,二.Basic Concepts,2.术语(Terminology),29,三、影像匹配方法的分类,30,Fundamental problems of Image Matching,Search Space,Uniqueness of Matching Entity;搜索空间、匹配实体的唯一性 Approximations,Constraints and Assumptions;近似值、约束以及假设 Geometric Distortions of Matching Entity;匹配实体的几何变形,四.匹配的基本问题与解决方案,31,Solutions to the Fundamental problems,1)Search and Approximations,核线 Epipolar Lines铅垂线轨迹法 分级的方法 Hierarchical Approach,四.匹配的基本问题与解决方案,32,Solutions to the Fundamental problems,四.匹配的基本问题与解决方案,33,Solutions to the Fundamental problems,四.匹配的基本问题与解决方案,34,2)Uniqueness of Matching Entity,Variance方差 Autocorrelation自相关 entropy熵,Solutions to the Fundamental problems,四.匹配的基本问题与解决方案,35,立体像对匹配互相关同名点局部区域近似自相关,五.影像相关原理Principle of Image Correlation,1、影像匹配与自相关函数 最初的影像匹配采用了相关技术即利用相关函数作为相似性测度，因此常称影像匹配为影像相关。电子相关、光学相关、数字相关,36,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。,五.影像相关原理,37,相关函数,互相关函数的定义,两个随机信号x(t)、y(t)的相关函数定义为：,五.影像相关原理,38,对信号能量无限的情况则取其平均值形式：,在实际应用中信号不可能是无限的，即T是有限值，但T要适当地大。实用估计为：,五.影像相关原理,39,自相关函数的定义,当x(t)=y(t)时，就得到自相关函数的定义：,五.影像相关原理,40,自相关函数的性质,自相关函数是偶函数,自相关函数在原点取得最大值,五.影像相关原理,41,自相关函数在=0处取得最大值,这个性质极为重要，它是相关技术确定同名像点的依据。,两边取时间T的平均值并取极限,五.影像相关原理,42,电子相关,电子相关就是采用电子线路构成的相关器来实现影像相关的功能,电子相关,五.影像相关原理,43,光学相关,光的干涉和衍射-傅立叶变换特性,相干光学计算机,五.影像相关原理,44,相干光学相关系统,三个傅立叶透镜L1，L2，L3及激光源与光电倍增管等器件组成,五.影像相关原理,45,数字相关,二维相关,数字相关是利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像的相关,目标区,搜索区,五.影像相关原理,46,相似性测度,47,一维相关,在核线影像上，只需要进行一维搜索,目标区,搜索区,五.影像相关原理,48,核线匹配,五.影像相关原理,49,数字影像匹配概述及定义数字影像匹配的基本概念数字影像匹配的问题描述匹配的基本问题与解决方案影像相关原理,小结,50,思考题,1、数字影像匹配的概念及其在摄影测量中的应用领域；2、共轭实体、匹配实体、相似性测度、匹配方法、匹配策略3、匹配的基本问题4、匹配与影像相关,51,Thanks A Lot!Good Luck for your Studying!,