数字摄影测量系统课件

数字数字摄影影测量系量系统12121230 王浩宇1数字摄影测量系统12121230 王浩宇1第八章 数字摄影测量系统数字摄影测量系统的产生由来已久。早在60年代，第一台解析测图仪AP-1问世不久，美国的全数字化测图系统DAMCS也有了初步的试验结果。其后先后出现了多套数字摄影测量系统（参考本章绪论），至1988年京都国际摄影测量与遥感协会第16届大会上展示出DSP-l型为代表的数字摄影测量工作站，基本上都是属于体现数字摄影测量工作站概念的试验系统。尽管DSP-1是作为商品推出的，但实际上并没有成功地销售。2第八章 数字摄影测量系统数字摄影测量系统的产生由来已久。2第八章 数字摄影测量系统数字摄影测量系统的产生由来已久。到1992年8月在美国华盛顿第17届国际摄影测量与遥感大会上，已有较为成熟的产品，其型式很像1976年赫尔辛基第13届国际摄影测量大会上展出的解析测图仪，它表明了数字摄影测量系统正在由试验阶段步入摄影测量的生产阶段。1996年7月，在奥地利首都维也纳18届国际摄影测量与遥感大会上，展出十几套数字摄影测量工作站，这表明数字摄影测量工作站已进入了使用阶段。3第八章 数字摄影测量系统数字摄影测量系统的产生由来已久。3第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统数字摄影测量系统的任务是利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。根据所处理的影像是部分数字化还是全部数字化可分为混合型(hybrid)数字摄影测量系统与全数字型数字摄影测量系统。在全数字型数字摄影测量系统中，若从影像获取到影像处理获取目标的三维信息是在一个视频周期(1/30s)内完成，则属于实时型数字摄影测量系统。4第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统4第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统一、主要功能与产品1立要功能影像数字化影像处理单像量测：特征提取与定位多像量测：影像匹配摄影测量解算：与解析摄影测量相同，如空中三角测量数字表面内插：如DEM建立等值线自动绘制机助量测与解译交互编辑2主要产品 空中三角测量加密成果 数字表面模型：如数字地面模型DEM 数字线划图：如数字地图 数字正射影像图 景观图 透视图 立体模型 各种工程设计所需的三维信息 各种信息系统、数据库所需的空间信息5第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统1第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统二、作业方式 原则上，数字摄影测量系统是对影像进行自动化量测与识别的系统。但数字摄影测量现在正处于发展的早期，对影像物理信息的自动提取自动识别方面的研究还非常粗浅，即使是对影像几何信息的自动提取自动量测，也还存在许多需要研究与解决的问题，因此，在现阶段其作业方式只可能是全自动、半自动及人工操作三种方式相结合。6第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统6第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统二、作业方式1自动化与人工干预在自动化作业状态下“作业”，应无须任何人工干预。系统无法处理的问题应自动记录下来留给人工进行后处理，而不能因此使整个系统停止工作去等待人工干预，系统应能继续正常地运行下去。人工干预应是自动化处理的“预处理”与“后处理”。这就意味着：自动化的作业过程与人工干预不是一个交互的过程，而是分开来的两个部分。人工干预作为自动化系统的“预处理”与“后处理”以交互方式为自动化作业作准备，如必要的数据准备、必要的辅助量测工作等及处理自动化过程所残留的尚无法解决的问题。按此策略设计的数字摄影测量系统，虽还需要“人工干预”，但它采用批处理方式，能充分发挥系统的效率。7第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统7第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统二、作业方式2人工干预与半自动化在数字摄影测量系统中，人工的干预不应与模拟与解析测图中的相同，即完全由人工控制，而应尽可能地达到半自动化。即在大多数情况下，只须作业人员给出一简单的“指示”、或概略位置、或近似值，系统就能自动地处理。此时虽然不是全自动化地进行处理，仍然属于半自动化，但这种半自动化比起解析测图与计算机辅助测图（数字测图）中的半自动化，其自动化的程度则更进了一步。特别需要指出的是，在数字摄影测量系统中，大部分的人工干预与半自动化的处理，依然是借助于影像匹配来代替人眼的立体观测及借助于特征提取与定位来代替人工的实时量测。8第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统8第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统三、硬件9第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统9第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统三、硬件数字摄影测量系统主要由两部分构成：一部分是数字影像获取装置与成果输出设备；另一部分（也是其核心部分）是一台计算机及其他外设。实际上，数字影像获取与输出设备也是计算机的外设。全数字型的数字摄影测量工作站的一个重要特点是无需专门设计的高精度光机部件，但混合型的系统一般是在现有解析测图仪或坐标仪上加装CCD数字相机构成。早期的一些系统需要专门的硬件相关器以弥补计算机速度低不能满足处理要求的缺陷。后来的一些系统利用现成的图像处理系统来构成，或者利用多处理器的模块式方法构成。由于计算机技术的飞速发展，其速度与容量均得到了很大的提高，因而目前许多系统硬件就是一台工作站，甚至是386微机或486微机。10第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统1第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统三、硬件一般情况下，一台实用数字摄影测量系统的计算机应具有不低于33MIPS与6MFLOPS的处理速度，配备32MB以上的内存与1GB以上的硬盘及海量外存贮器（磁带机或光盘），24bit彩色图像处理板（若希望有动画功能还应带有Z-buffer）。对数字影像的立体观察，可将立体反光镜置于显示屏幕前，对并列显示的两幅影像进行观察；或者利用互补色影像显示，如左片为红色、右片为绿色并叠加在屏幕上，然后利用红绿眼镜进行观察；或者利用偏振光及闪闭法进行立体观察，这种专用于立体观测的监视器已得到迅速发展，它必将替代前两种立体观测方式。11第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统1第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统四、软件数字摄影测量系统的软件实际上是解析摄影测量软件与数字图像处理软件的集合，其主要部分为：1定向参数的计算（1）内定向。框标的自动与半自动识别与定位，利用框标检校坐标与定位坐标，计算扫描坐标系与像片坐标系间的变换参数。（2）相对定向。将左影像分区提取特征点，利用二维相关寻找同名点，计算相对定向参数 。当不进行内定向而直接进行相对定向时，则还有x0,y0 与f 三个参数。金字塔影像数据结构与最小二乘影像匹配方法一般都要用于相对定向的过程，人工辅助量测有时也是需要的。（3）绝对定向。现阶段主要由人工在左（右）影像定位控制点，由最小二乘匹配确定同名点，然后计算绝对定向参数。今后有可能建立控制点影像库以实现自动绝对定向。12第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统1第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统四、软件数字摄影测量系统的软件实际上是解析摄影测量软件与数字图像处理软件的集合，其主要部分为：2空中三角测量其基本算法与解析摄影测量相同，但由于数字摄影测量可利用影像匹配，替代人工转刺，从而极大地提高了空中三角测量的敖率，避免了粗差，提高了精度。3形成按核线方向排列的立体影像 按同名核线将影像的灰度预以重新排列，形成核线影像。4影像匹配沿核线进行一维影像匹配，确定同名点。考虑结果的可靠性与精度，应合理地应用影像匹配的各种方法。13第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统1第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统四、软件数字摄影测量系统的软件实际上是解析摄影测量软件与数字图像处理软件的集合，其主要部分为：5建立DTM按定向元素计算同名点的地面坐标(X，Y，Z)（若利用地面元相关方法，则无需此步），然后内插DTM格网点高程，建立DTM。6自动生成等高线7制作正射影像8等高线与正射影像叠加，制作带等高线的正射影像图9制作景观图、DTM透视图10基于数字影像的机助量测（如地物地貌元素的量测）11注记14第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统1第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统五、工作流程15第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统1第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统五、工作流程扫描影像描影像卫星星近景近景地面控制点地面控制点DTM矢量数据矢量数据金字塔影像金字塔影像内定向内定向量量测控制点控制点三角三角测量量自自动地形采集地形采集交互地形交互地形编辑坐坐标量量测像片解像片解译交互式特征采集交互式特征采集注注记等高等高线,DTM体体积晕渲渲视线生成正射生成正射建立透建立透视图特征特征图形形,线划划图,属性属性报告告Mosaicking产品品:正射影像正射影像,DTM,TIN,等高等高线,镶嵌嵌,特征特征/矢量矢量,透透视景景观,GIS,交叉断面交叉断面,影像地影像地图,等等.建立工程建立工程输入数据入数据16第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统D第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统六、产品DEMDLGDRGDOM数字高程模型数字高程模型 DEM数字数字线划地划地图 DLG数字数字栅格地格地图 DRG数字正射影像数字正射影像图 DOM简称称“4D”产品。品。17第八章 数字摄影测量系统2.8.1 数字摄影测量系统D第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统在解析测图仪或坐标仪上附加影像数字化装置及影像匹配等软件构成在线自动测图系统。只对所处理的局部影像数字化，可以不需大容量的计算机内存与外存，例如早期的AS-llB-x，GPM以及RASTAR系统均属此类。这些系统的共同特点是采用专门的硬件数字化相关系统，速度快，但其算法已被固化，无法修改。随着计算机容量的加大和速度的加快，可以在常规民用解析测图仪上附加全部由软件实现的数字相关系统，例如在DSR-11解析测图仪与C100解析测图仪上安装CCD数字摄影机实现数字相关。这种在解析测图仪（或坐标仪）上加装CCD数字相机的系统属于混合型(hybrid)数字摄影测量系统。著名的混合型系统还有美国的DCCS与日本TOPCON的PI-1000。18第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统一、DSR11+CCDDSR11是由瑞士Kern厂生产的解析测图仪，其控制计算机是美国DEC公司的PDP1123，80年代末又更换为PDPl173。由该厂研制的Kern相关器是作为DSR-11解析测图仪的附件（图2-8-1）；19第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统一、DSR11+CCD光源照明的影像，通过光学系统以及分光镜，将光线分成两部分：一部分到达目镜系统，因此作业人员还能与观测常规的DSR-11-样进行操作，同时也可以用于监视自动立体匹配的过程；另一部分光线则到达阵列摄像机。阵列摄像机是由100100个光电二极管组成的阵列，每个光电二极管中心之间的间距为60m，由于从像平面到摄像机之间的光学系统的放大倍率是3倍，因此每个光电二极管相当于像平面上是20m。我们可以看做为摄像机将像片上的影像分成20m20m大小的一个像元素。因此摄像机的整个幅面相当于像平面上为2mm2mm，它将这样范围内的影像分成100100个像素，后来又更换为Hitachi的CCD相机，幅面为512像元480像元的面阵列，像元大小为13m16m。两个CCD相机与一个插在主处理器P1中的实时影像处理器相连（如图2-8-1所示）。20第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统一、DSR11+CCD21第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统一、DSR11+CCD实时影像处理器由两块线路板组成，第一块为模拟处理器AP-512，其作用是将CCD相机输出的模拟信号转换成数字信号；第二块是帧缓冲器FB-512，可存贮512512像素的8bit灰度，并以1.25MB/s的速度传送到主机。影像匹配采用VLL法，直接在物方获取数字地面模型。22第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD为了实现数字相关，与Kern DRS-11-样，在Planicomp C100解析测图仪上安装CCD数字摄影机，实现光电转换。整个仪器的光机部分的改装如图2-8-2所示。23第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD为了实现数字相关，与Kern DRS-11-样，在Planicomp C100解析测图仪上安装CCD数字摄影机，实现光咆转换。整个仪器的光机部分的改装如图2-8-2所示。它是在仪器上安装了两个Hamamatsu固定摄像机，为了不影响解析测图仪原来的观测系统，仅用一个分光镜代替了原来的棱镜，来自原来照明系统的光线通过透明正片后，投影到分光镜上，分光镜将85%的光线仍然反射到原来仪器的光学系统中。因此，作业员还能按常规的方法进行观测，丝毫不受干扰，仅有15%的光线透过分光镜后，通过物镜达到CCD阵列摄像机。24第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD摄像机C1000-35M是由244（竖直方向）320（水平方向）个金属氧化半导体元件组成的传感器阵列，每个半导体原件的尺寸是27m27m，所以总的传感器阵列的面积为6.6mm8.8mm。在分光镜与传感器之间插入的光学系统的放大倍率是1.35倍，因此，在像片上每个像素约为20m20m，传感器在像片上的有效尺寸为4.9mm6.4mm，摄像机将影像的灰度转变为电信号，然后通过模数转换器转换成数字灰度值。经过直接数据通道和输入/输出接口，送入计算机处理，同时，摄像机所摄的影像窗口，还可以在监视器上显示出来，如图2-8-3所示。25第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD26第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD Planicomp C100是由原西德Opton厂生产的解析测图仪，但在它上面实现高精度数字相关是由Stuttgart大学Ackermann教授提出来的。其出发点是想利用数字相关实现区域网平差作业中“转点”自动化。但是，当时任何一种数字相关方法均不能满足这一精度要求。基于此目的，他们提出了一种基于最小二乘法平差的高精度数字相关方法。由于它所能达到的影像配准精度很高，但是目前的速度还比较慢，约需要5s/点。因此，它主要的功能将应用于空中三角测量与变形观测等高精度的量测方面。27第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD（1）相对定向。在空中三角测量中能用以自动量测视差完成相对定向。例如，他们利用一个像对，摄影机是RMK，像片比例尺为1：8900，总共观测了27个标志点和12个自然明显地物点，根据平差理论，由相关后影像灰度的较差（即残差）v，可求得理论的标准差X,Y，它可以作为自动视差量测的内部精度。对人工标志点 0.05像素（1 m）对自然明显点 0.07像素（1.4 m）同时利用相对定向后，残余的上下视差PY，用下式估算量测精度：28第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD（1）相对定向。所得的结果列于表2-8-1。从表中可以看出，数字相关可以达到作业员立体观测的精度。29第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD（2）相邻航带公共点的传递。实现空中三角测量自动化，众所周知，区域网平差中相邻航带之间加密点和控制点的转刺，是影响区域网精度的一个重要因素。即使用很好的转点仪进行转刺，其精度也汉为7-10m，而且还要破坏周围的影像，影响立体观测。因此，为了进行高精度的空中三角测量，必须将外业控制点与加密点全部做成人工标志点，显然这是十分费时和不经济的。高精度数字相关就是为解决相邻航带的转点而提出来的。30第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD（2）相邻航带公共点的传递。例如图2-8-4所示，一个控制点在几张相邻的像片上出现。为了实现转点，可将其中一个点周围的影像（如像片1-2上的点）窗口的数字影像存在计算机中作为“模板”。当观测任何一个像对（如-l/-2）时，先将该点的影像“模板”调入计算机内存，与该像对中的任何一张像片上该点附近的影像作数字相关，确定它在这两张像片上的精确点位，从而实现了点的传递。31第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD（2）相邻航带公共点的传递。根据他们的试验，共三条航带，26张像片，所有控制点与加密点全部采用标志点。为了试验比较，总共做了四组观测：一、二组分别由作业员在PSKI与解析测图仪C100上观测人工标志点；三、四组是采用高精度数字相关在C100上进行，其中第三组是标志点。第四组是观测自然明显点，四组观测结果列于表2-8-2。32第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD（2）相邻航带公共点的传递。根据他们的试验，共三条航带，26张像片，所有控制点与加密点全部采用标志点。为了试验比较，总共做了四组观测：一、二组分别由作业员在PSKI与解析测图仪C100上观测人工标志点；三、四组是采用高精度数字相关在C100上进行，其中第三组是标志点。第四组是观测自然明显点，四组观测结果列于表2-8-2。从表中看出，高精度数字相关结果略低于作业员，但自动化结果所作的标志点与自然点的精度相差极微。而且，它的精度是人工转刺明显点（用转点仪）的23倍。因此，采用高精度数字相关后，可以不用标志点（加密点），而且无须人工转刺，这是高精度数字相关的明显的经济效益。33第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统二、C100+CCD（3）自动量测框标，实现内定向自动化。即将一个标准的框标灰度分布阵列作“模板”，用它对实际像片上的框标影像作相关，即能求得框标的仪器坐标。（4）数字地面模型。即对在C100上已定好向的像对，作断面扫描，自动形成数字地面模型。（5）变形观测。过去为了进行变形观测需做大量的标志点，做标志点时还必需按变形规律进行布设。利用高精度数字相关进行变形观测，只要将固定的明显点影像作“模板”存放起来，与不同时期所摄的影像进行数字相关，求得其变形移位量，这被认为是高精度数字相关的主要应用前景之一。34第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统三、DCCS数字坐标仪相关系统 DCCS(digital comparator correlator system)系统是以解析测图仪创始人Helava为首的美国Helava公司(HAI)的产品，是与装备CCD相机的解析测图仪类似的混合型(hybrid)系统，DCCS用于自动选取并量测区域空中三角测量的连接点。系统的坐标仪部分是一台配备了一个经检校过的固态面传感器的单像坐标量测仪，用于从航空像片上提取数字化块，待用作选点和相关的输入。这些块可以数字化形式存贮供日后使用，因此这台单像坐标量测仪实际上便成为一台像片坐标仪。选点和相关过程均自动化并数字化，选点系根据兴趣算子的输出，同时，在连接点上用最小二乘相关(LSC)实现数学上严格的多张像片相关。据称，相关影像坐标的标准差达0.01像素，而光线交会后的图像残差的中误差为0.1像素，后者表示相关器以此精度找到同名影像的细部。该系统包括连接点在标准点位上自动定位和重新获取，亦可根据需要直接与区域三角测量程序(GIANT)相连，研制者认为，DCCS是新一代摄影测量仪器的代表。35第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统三、DCCS数字坐标仪相关系统DCCS数字坐标仪相关系统主要由三部分硬件组成：一台单像坐标量测仪/图像传感器，一个显示/控制台和一个控制器/相关器，其组成如图2-8-5所示。36第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统三、DCCS数字坐标仪相关系统l单像坐标量测仪是一台装备了线性编码器DC-伺服马达的坚固的工业型xy-平台。平台安装了一个（或可选两个）用于图像数字化的CCD传感器及其有关的光学系统。坐标仪安在桌子的内部，传感器通过桌子顶部的窗口“观看”输入像片。在整个量测过程中像片保持不动。l标准传感器的标称像元大小为20m20m，精确的像元大小系为系统所包含的自动传感器检校确定的。第二个（可选）传感器通过可装备Zoom变倍的观察装置。l计算机控制的伺服系统驱动像盘移动，坐标仪的分解力为1m，精度23m。l显示/控制台设在坐标仪旁边一个专门设计的桌上，坐标仪可置于控制台的任意一侧，控制台有三个CRT显示器和一个带有12键指示器的数据板，控制计算机设在控制台下面。37第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统三、DCCS数字坐标仪相关系统l两个CRT并排设在作业员眼高处，可用以显示值制台设在坐标仪旁边一个专门设计的桌上，坐标仪可置于控制台的任意一侧，控制台有三个CRT显示器和一个带有12键指示器的数据板，控制计算机设在控制台下面。l控制系统所需的数字信息经由设在控制台旁的标准CRT终端输入，有助于系统揉作的菜单和图形显示在该终端的屏幕上。数据板提供大部分用于操作该系统实时所需的控制。l数据板指示器可用于在人工控制下移动至正在数字化的图像，有三种模式可使用：慢增量、快增量和绝对式。慢增量式的分解力为图像上1pm，用于实现精细的点定位；快增量式可在连续的人工控制下由一点快速移动到另一点；绝对模式在计算机控制下作旋转运动，可独立使用，亦可定位到当前正在量测的图像。在此过程中，正被量测的图像的像片置于数据板上，作业员使用指示器辨认菜单上指示的两个点，然后系统在数据板上的像片和数字化窗口上的图像之间进行定向，于是，指示器便可用来指示像片上的有利点，计算机则将传感器驱动至该点。38第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量系统三、DCCS数字坐标仪相关系统l人工移动模式是通过在指示器上按一个适当的键，指示器上的其余九个键用于接受或拒绝某个量测值，选择人工、半自动或自动模式，跳到中断功能等等。一般情况下，只是当一张新像片置于数字化窗口时才需要从终端键盘输入。l控制/相关器为一增强型MicroVAX。主要增强在于一个帧获取器(frame grabber)，一个大的温盘和一个伺服控制接口。微型计算机是该系统的心脏，它读取数据盘的输入和来自线性编码器的数船，保存坐标和作业员动作的踪迹处理图像获取和存贮，执行点选择逻辑功能，进行相关运算及系统的其他关键功能，包括使用GIANT程序的区域三角测量。lDCCS系统的软件系统包括用Forstner兴趣算子选点，用HAI公司提出的分层松弛相关法(HRC)实现“拉入”目标空间的最小二乘相关、粗差检测以及服务性程序等。39第八章 数字摄影测量系统2.8.2 混合型数字摄影测量第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统40第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统全数字型的数字摄影测量系统首先将影像完全数字化，而不是像在混合型系统中只对影像作部分数字化。这种系统无需精密光学机械部件，可集数据获取、存贮、处理、管理、成果输出为一体，在单独的一套系统中即可完成所有摄影测量任务，因而有人建议把它称为“数字测图仪”。由于它可产生三维图示的形象化产品，其应用将远远超过传统摄影测量的范畴，因此人们更倾向于称其为数字摄影测量工作站或软拷贝(soft-copy)摄影测量工作站，甚至更简单、更概括地称之为数字站。数字立体测图仪的概念是Sarjakoski于1981年首先提出来的，但第一套全数字摄影测量系统是60年代在美国建立的DAMC。41第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统80年代以来，由于计算机技术的飞速发展，许多系统相继建立，除了在本篇开始列出的于1992年华盛顿会议上展出的外，较著名的系统还有：AIMS(analytical image matching system)，Automatric公司，美国I2S Digital Plotter，美国DSCC(digital stereo comparator/compiler)，美国国防测图局DSP1(digital stereo photogrammetric system),Kem，瑞士CONTEXT MAPPER，CONTEXT VISION公司，瑞典与Hannover工业大学，德国TRASTER TION数字立体测图仪，MATRA，法国StereoSPOT，Sepimage，法国Inter Act 360，Intergraph，美国DPS(digital photogrammemc system),MBB，德国MERIDIAN，MACDONALD DETTWILER，加拿大42第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统一、全数字化自动测图系统DAMC美国全数字化自动测图系统DAMC系用影像数字化的方式测制线划图及正射影像地图。测图系统包括有一架数字计算机IBM 7094型，透明像片的数字化扫描晒印器，连同一架威特STK-l型立体坐标量测仪。扫描器用以在像片对的影像重叠面内进行扫描和模/数转换。数字化的分辨率间隔为在x和y方向每1mm中16或32个点，影像灰度按8,16或32级记录。在扫描过程中立体坐标仪上的立体像对在y方向机械地以每秒7mm的速度移动。扫描的光源使用一台线扫描阴极射线管，其电子束在x方向以15kc的速率偏转。在光电倍增管中产生的输出电压与由透明底片上扫描面范围内透射的光量成比例，亦即与影像的灰度成比例。电压信号按8,16或32级以二进制数字表示，并记录在磁带中。由于扫描器同时对两张像片进行数字化记录，因此两个灰度值装在一个字标之中。三个二进制比特(bit)记右像的灰度编码，而另三个记左像的灰度编码。数字计算机IBM 7094型的输入磁带是七孔道二进制的，其中六个孔道载有一对灰度值，而第七个则是差错检校孔。这些数据均进入到DAMC程序系统的输人中。43第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统一、全数字化自动测图系统DAMC运算程序的一种称为顺序程序系统。这个程序系统包含有按下列顺序的几个程序。1后方交会定向程序根据控制点坐标及其在立体坐标仪STK-1上的相应像点坐标值求得两张像片的外方位元素。同时求得的两张像片的天底点及其共轭点用以输入到扫描过程，使两张像片能在立体坐标仪上定向而在平行于其飞行方向上进行扫描。2纠正程序纠正程序用以重新安排数字化了的摄影数据，以抵偿由于摄影倾角和比例尺所产生的位移。在内存保留有一个输出区，能存储最多100条扫描线。经过纠正处理以后转写到一个输出带中，再进行下一部分输入数据的纠正。44第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统一、全数字化自动测图系统DAMC运算程序的一种称为顺序程序系统。这个程序系统包含有按下列顺序的几个程序。3视差相关程序视差相关用以确定两张像片中影像的共轭。对一张像片上影像的一个小面积与其另一张像片上重叠的若干小面积，求其最大协方差值或相关系数，以确定其影像间最佳的匹配。为了简化计算工作量，相关要先用低一些的影像分辨率引入，低分辨率可使一个给定的影像区内用少得多的数字表示。在求影像的匹配时，逐次提高其影像分辨率，但使用缩小了的取样区。在其最后阶段，在一个磁带上对每66点单元组记录其视差值。45第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统一、全数字化自动测图系统DAMC运算程序的一种称为顺序程序系统。这个程序系统包含有按下列顺序的几个程序。4正射改正和等高线程序为了产生晒印正射像片的数字化数据，对影像点位要进行改正以消除由于地形起伏所引起的位移。把左像片中每以6x6点为单元移动到其相对于像底点的正射投影位置上，并根据在相关运算阶段求得的视差，计算其高程。每当高程跨过等高线时，则在单元组内放入一个等高线标志，而连接一系列66点单元组构成为一根等高线。每一根等高线用一个独特的符号标志，以区别于其相邻的等高线。其单元组内的摄影碎部则已用一个适当的符号所代替。DAMC全数字化测图系统可以足够的精度(C因子大于250，预计可达1500)生产线划地形图及正射影像地图，其速度约为每小时一个像对（C因子系美国对高程精度的一种表达，其值为C=H/h，其中H为航高，丘为尽可能小的等高距）46第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统二、DSP1数字立体摄影测量系统DSP1(digital stereo photogrammetric system)数字立体摄影测量系统足瑞士克思厂(Kern)与英国剑桥GEMS公司共同研制于1988年7月在日本京都举行的国际摄影测量与遥感学会(1SPRS)第16届大会上推出的产品，其硬件配置如图2-8-6、图2-8-7所示。克思厂多年来无论在硬件还是软件研制方面都一直坚持模块化策略，DSP1的设计亦体现了这种特点。47第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统二、DSP1数字立体摄影测量系统48第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统二、DSP1数字立体摄影测量系统DSP1(digital stereo photogrammetric system)数字立体摄影测量系统足瑞士克思厂(Kern)与英国剑桥GEMS公司共同研制于1988年7月在日本京都举行的国际摄影测量与遥感学会(1SPRS)第16届大会上推出的产品，其硬件配置如图2-8-6、图2-8-7所示。克思厂多年来无论在硬件还是软件研制方面都一直坚持模块化策略，DSP1的设计亦体现了这种特点。1DSP1的硬件(1)主处理机Pl。与Kern DSR-样采用DEC MicroVAX，所有图像定向和数据采集软件均在该处理机上运行，图像和程序向P2处理机的传送以及与P2的通讯均经由一并行接口。49第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统二、DSP1数字立体摄影测量系统1DSP1的硬件(2)专用处理机P2。GEMS公司研制的GEMSYS 35乃DSP1之心脏，完成P2处理机和图像存储装置的功能。它采用不受操作系统控制的独立模式，因此系统运行时的程序和输入数据均从主处理机Pl传送至P2，其方式与Kern DSR类似。GEMSYS 35的主要部件包括：显示处理器：系统以Motorola MC 68020微处理器为基础，附加一个MC 68881浮点协处理器。它既与通用总线VME相连，用于与外部设备的通讯，又与高速图像总线VSB相连，用于与GEMSYS 35的其他模块通讯。图像存储器(VIS)：达256MB的随机存取存储器（RAM）可安装在图像总线上，其内存足以支持7张全色SPOT卫星图像50第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统二、DSP1数字立体摄影测量系统1DSP1的硬件加速器：安装在图像总线上的硬件加速器系由4个INMOS T800浮点Transputer组成，其任务之一在于实现图像相关算法的平行处理，从P1传送到P2的数字图像和程序以及Pl和P2之间的所有命令和数据传输均通过GEMS公司研制的并行接口Kern DSR屯子组件之一部分系作为用户接口用于由作业员控制图像的移动，这部分亦通过GEMS研制的一个接口与硬件GEMSYS相连。(3)DSP1的其他硬件设置。显示监视器：数字图像显示监视器是一台具有1 480像素1 024线的高分辨率彩色监视器。该监视器采用分离屏幕技术将可视图像分成740像素1 024线的两个区域，以便可观看立体图像，两个区域还可独自变倍(zooming)、移动(panning)等。测标：左右图像测标被定在适当的窗口的中心处一个重叠面内。由于使用这种数字测标，在测标和图像之间不可能产生视差，从而使得光学观测器的设计更为灵活。51第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统二、DSP1数字立体摄影测量系统1DSP1的硬件立体观测器：观测系统系以Kern DSR光学部件为基础，设计成可用监视器进行立体观测。立体观测器有以下特点：可折到一边，以便看单像时可直接观看；可改变桌面到目镜的距离；对监视器的屏幕弯曲作了改正；两张图像均可单独旋转；可作斜视改正。图像移动控制器：Kern DSR的跟踪球和脚盘在DSP1上被作为用户接口，显示立体模型时可由作业员控制作三维移动，该装置通过GEMS研制的接口与硬件GEMSYS 35相连。坐标记录：用于坐标记录的用户接口和仪器键盘输入系通过P3处理机来实现。该处理器由-RS232串行线路与主处理机Pl相连。52第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统二、DSP1数字立体摄影测量系统2DSP1的软件 由于Kern和GEMS的软件均采用模块结构，因而DSP1所需的许多程序业已存在，只需将其集成而已。(1)P1与P2的通讯。两个处理机之间建立的通讯允许数字图像、程序和命令从Pl传到P2，同时亦处理P1和P2之间的所有数据流。(2)Pl主处理机。数字图像传送将存贮在Micro VAX主处理机上的SPOT图像数据和数字化透视像片传送到图像处理器。图像处理程序传送-P2是一个无磁盘的图像处理工作站，故在P2和加速器Trans-puter P7上运行的程序必须在系统启动时从Pl传送到P2。图像定向透视图像或SPOT图像的模型定向均采用与Kern DSR解析测图仪相同的软件。53第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统二、DSP1数字立体摄影测量系统2DSP1的软件数据采榘-Maps 200在线数据编辑类似于Kern DSR，DTMCOL为DTM采集软件包。(3)P2图像处理机。板处理器（DSR的P2）仿真包括用于图像几何处理，如透视SPOT图像的算法，以及根据Pl程序命令或者由跟踪球和脚盘的用户接口得到的输入移动数字图像。光学系统仿真用数字图像处理技术提供先前由Kern DSR光学系统处理的功能，如Zoom变倍、单像或立体图像观察。数字图像处理综合改善数字图像的各种可能性，例如边缘增强、反差扩大。(4)P7 Transputers。可执行程序被传送到由4个Transputers组成的加速器，该软件根据P2的请求用VLL(vertical line locus)相关算法计算某特定平面位置的高程。54第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统三、最简单的数字摄影测量工作站由一般的PC机（例如286,386微机）为基础，加上摄影测量的相应软件，就可以构成一个最简单的数字摄影测量工作站。例如由加拿大Laval大学研制的DVP(digital video plotter)就是这样的工作站（如图2-8-8所示）。55第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统三、最简单的数字摄影测量工作站由一般的PC机（例如286,386微机）为基础，加上摄影测量的相应软件，就可以构成一个最简单的数字摄影测量工作站。例如由加拿大Laval大学研制的DVP(digital video plotter)就是这样的工作站（如图2-8-8所示）。它由一台286微机组成，为便于立体观测，在监视器前有一个简单的反光镜（图中未表示）。它可以鼠标嚣在数字化器上输入X,Y坐标，用键盘输入Z，然后通过共线方程（数字投影）移动“测标”（即显示在屏幕上左、右两影像上的光点）。该系统以相关系数最大为准则，可以自动生成DTM。这种系统，用数字影像替代模拟影像，但其本质上还是一台解析测图仪（虽有简单的相关软件，但其可靠性不高，实用性不强），无光机系统（除简单的反光立体镜），故可将它也称为无光机解析测图仪。56第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统三、最简单的数字摄影测量工作站这种系统的优点是简单、价廉、易于实现，它不要非常特殊的硬件和软件，同时又很容易实现图像叠置，此特点对于地图修测是十分重要的。这种系统也有很大的缺点，例如，它需要附加的硬件；量测的精度又受数字化影像的像素尺寸的限制；若要实现影像漫游则需要很复杂的硬件支撑，像Kern厂的DSP-1数字测图仪那样。另外对屏幕作立体观测对作业员不太好。但是，这种系统作为教学或精度要求不高的测量是很有意义的。57第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统四、Leica经销的Helava的数字摄影测量系统由Leica公司经销的Helava的数字摄影测量系统如图2-8-9所示。58第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统四、Leica经销的Helava的数字摄影测量系统 1硬件系统 (1)扫描与空中三角测量。数字扫描工作站DSW100(digital scanning workstation)由Helava扫描仪、STEP486E、影像处理器等组成。Helava扫描仪。量测分辨率为1m，精度3m，最大扫描速度35mm/s，像元尺寸为875 m，可进行彩色扫描；配备两个CCD相机，可同时获取两个不同分辨率的髟像。主计算机STEP486E。扩充内存管理与浮点运算器，33MHz CPU，256 kB高速缓冲，16MB内存，VGA图形卡，1.7GB SCSI硬盘及彩色监视器等。影像处理。采用VIPER图像卡。DCCS以高度自动化的方式选点。点的传递、量测，由ALBANY，PATB-RS或PAT-MR进行平差计算。59第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统四、Leica经销的Helava的数字摄影测量系统 1硬件系统 (2)数字摄影测量工作站。三种型号的工作站分别是DPW610/710(图2-8-10)，DPW650750与DTW161/171。60第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统四、Leica经销的Helava的数字摄影测量系统 1硬件系统 (2)数字摄影测量工作站。三种型号的工作站分别是DPW610/710(图2-8-10)，DPW650750与DTW161/171。数字摄影测量工作站DPW610与DPW710系基于微机STEP486E，包括以下硬件：扩充内存管理与浮点运算器33MHz CPU256KB高速缓冲器16MB RAMOrchid VGA图像卡1.7GB SCSI硬盘以太网络卡EXB-8200 8mm 2.3GB磁带机5.25in l.2vcB软盘19in 24bit彩色监视器 DPW710还带有：19in 24bit Tektronix彩色监视器，包括SGS625立体系统，采用偏振光进行立体观测。两对立体眼镜两对带夹立体眼镜（可夹在近视眼镜上）61第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统四、Leica经销的Helava的数字摄影测量系统 1硬件系统 (2)数字摄影测量工作站。数字摄影测量工作站DPW650与DPW750包括以下部分：SUN SPARC Station 2 Desktop workStation21.2 SPEC Marks(28.5MIPS与4.2MFLOPS)64KB高速缓冲32MB内存GX2-D/3-D彩色图像卡以太网板424MB SCSI硬盘3.5in l.44MB DOS兼容软盘影像处理器由VITec-30影像计算机、16MB内存等组成。其他与DPW610/650类似。DTW161与DrIW171:DTW161=DSW100+DPW610DTW171=DSW100+DPW71062第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统四、Leica经销的Helava的数字摄影测量系统 2软件 (1)SCAN与DCCS模块。SCAN与DCCS在DSW100，DTW161与DTW171上运行，分别进行扫描与点的量测任务。(2)SOCET SET-工作站软件包，其主要模块如下：CORE:所有的工作站必需配置的模块，管理所有的基本摄影测量操作，如任务管理、影像管理与处理、定向、显示、实时程序、影像叠加与量测SPOT:SPOT影像的输入与处理LANDSAT:LandSat影像输入与处理TERRAIN:采用分层松弛相关自动提取DTM，通过交互编辑进行后处理ORTHOIMAGE:基于DTM计算正射影像与正射影像镶嵌图PERSPECTIVE:三维观察，单幅或以漫步或飞行方式的系列图的观察FEATURE/GIS:为数字地图或GIS数据库获取向量数据，包括兰维特征的交互采集、叠加与编辑及转换成DTED，DXF或MOSS格式 CADMAP:由Design Data公司提供的按解析测图仪方法工作的软件包，其结果可以多种CAD与GIS格式输出63第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统四、Leica经销的Helava的数字摄影测量系统 2软件 (3)工作站软件可根据需要有三种组合：ORTHO:由Core,Terrain与Ortholmage组成。BASELINE:由Core,SPOT,LandSat,Ortholmage与Feature/GIS组成。COMPLETE:由Core,SPOT,LandSat,TERRAIN,Ortholmage,Feature/GIS与Perspec-tive组成。(4)系统软件。Unix,X-Window,Motif,Ethernet，C语言等。64第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统五、中国的WUDAMS全数字自动化测图系统 WUDAMS(digital automatic mapping system by wuhan technical university of surveying and mapping)是原武汉测绘科技大学根据王之卓教授于1978年提出的方案研制的全数字自动化测图系统。1985年完成了1.0版本，1990年发展了2.0版本，1992年又推出了2.1版本，现在又基于Motify发展了3.0版本。1硬件 (1)1.0版本的硬件由小型机NOVA 3/12，扫描仪SCANDIG-3与数字影像输出仪FILMWRITE-2组成，其主计算机内存仅64kB，扩展至256kB，外存由20MB硬盘与磁带机组成。(2)2.0版本的硬件由Siemens公司的GSGA工作站为主计算机，内存为4MB，硬盘容量为501VD13，并配有数据流磁带机一台。(3)2.1版本的硬件及3.0版本的硬件由SGI 4D/25工作站为主计算机，内存容量为16MB，硬盘容量为700MB，并配有数据流磁带与工业磁带机。主机速度达16MIPS，21in24bit彩色监视器为1280像素x1024像素。65第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统五、中国的WUDAMS全数字自动化测图系统2软件 WUDAMS的1.0版本由FORTRAN+汇编语言编制；2.0版本由C语言编制；2.1版本由C语言编制，用户界面基于X-Window;3.0版本则是基于Motify按国际标准设计的用户界面。2.0以上版本均基于Unix操作系统。WUDAMS不仅能处理航空影像，还能处理卫星遥感影像（如SPOT影像）与近景非量测像机影像，其软件框图如图2-8-11所示。66第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统五、中国的WUDAMS全数字自动化测图系统2软件67第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统五、中国的WUDAMS全数字自动化测图系统2软件 (1)预处理。任务管理与基本参数交互编辑输入；自动内定向（可进行人工干预）；自动相对定向（可人工与机助操作）；绝对定向。(2)核线排列构成立体模型。以红、绿互补色显示可进行立体观察。(3)影像匹配。采用金字塔影像数据结构，基于跨接法的分层松弛整体影像匹配在SGI4D/25工作站上，匹配速度每秒可达200个点左右。(4)后处理编辑。在立体模型中可显示视差断面或等视差曲线以便发现粗差，可显示系统认为是不可靠的点。交互式机助编辑有点方式与面方式，利用鼠标可控制右测标四个方向的运动。68第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测第八章 数字摄影测量系统2.8.3 全数字型数字摄影测量系统五、中国的WUDAMS全数字自动化测图系统2软件 (5)建立DTM。由像方矩形格网内插物方矩形格网，可采用局部坐标系或大地坐标系。(6)数字纠正。采用反解法进行数字纠正，形成正射影像。(7)DTM应用。由DTM自动绘制等高线图，形成立体透视图、景观图、带等高线的正射影像图等。(8)机助测图特征数字化。由于地物的自动量测还处于研