1、1Digital PhotogrammetryDigital Photogrammetry摄影测量的基本过程摄影测量的基本过程摄影摄影外业外业空三加密空三加密测图测图DLGDEMDOM控制测量控制测量像片判绘像片判绘内业内业内定向内定向相对定向相对定向前方交会前方交会绝对定向绝对定向单片定位单片定位微分纠正微分纠正区域网平区域网平差差3摄影测量的本质就是摄影测量的本质就是: 通过通过摄影摄影，进行，进行测量测量！它来源于测量的它来源于测量的 “前方交会前方交会”与与“后方交后方交会会”O1A（X、Y、Z）2YZ 1 2 1 2X4a1b1a2b2摄影测量摄影测量 在两个已知点在两个已知点(摄站
2、摄站)上，上，摄取摄取两张影像两张影像，问题的引出问题的引出5传统摄影测量，均依赖传统摄影测量，均依赖于人的双眼，确定同名于人的双眼，确定同名点点问题的引出问题的引出6数字摄影测量，就是要数字摄影测量，就是要用用计算机计算机代替人的双眼，代替人的双眼，确定同名像点确定同名像点影像影像匹配匹配问题的引出问题的引出7影像匹配的应用影像匹配的应用n影像匹配是图像分析和处理的基本问题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、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、与跟踪、遥感影像的
3、融合、变化检测、模式识别、医学图像处理、影像分析等模式识别、医学图像处理、影像分析等领域都有重要应用。领域都有重要应用。8一一 数字影像匹配概述数字影像匹配概述二二 数字影像匹配的基本概念（重点）数字影像匹配的基本概念（重点）三三 匹配方法的分类匹配方法的分类四四 匹配的基本问题与解决方案匹配的基本问题与解决方案五五 影像相关的原理影像相关的原理六六 小结小结第第2222讲讲 数字影像匹配的基本概念数字影像匹配的基本概念Concepts of Digital Image Matching91. Matching and Correspondence 在摄影测量与遥感中，匹配可以定义为在不同的在
4、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数据集合之间建立一种对应建立一种对应。Data Set对应对应correspondenceData Set 这些不同的数据集合可以是影像，也可以是地这些不同的数据集合可以是影像，也可以是地图，或者目标模型和图，或者目标模型和GIS数据。数据。一、一、General Description10 Correspondence Between Images 如果这些数据集合是（数字）影像，就称（数如果这些数据集合是（数字）影像，就称（数字）字）影像匹配影像匹配。一、一、General Description11 如果这些数据集合是影像与地图，有时称
5、配准。Remote ImageTopographic Map一、一、General Description122. Image Matching in Photogrammetryp(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 m
6、atching in one way or another.一、一、General Description13n 内定向：框标影像同二维的框标模型相匹配的内定向：框标影像同二维的框标模型相匹配的过程过程xyrowcolumn一、一、General Description14p (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; p
7、(3)absolute orientation: parts of the image are matched with a description of control features, mostly ground control points; 一、一、General Description15n 相对定向以及数字空三中的转点：一张影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像的局部同另一张影像的局部匹配的过程Left ImageRight ImageRelative Orientation with Interest Points一、一、General D
8、escription16Correspondence between tie points一、一、General Description17p(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; p(5)and finally the interpretation step: parts of the image are matche
9、d with object models in order to identify and localize the depicted scene objects. 一、一、General Description18Looking 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
10、 photogrammetric, matching is usually called digital image matching. (Christian Heipe,1996)一、一、General Description191. 数字影像匹配的定义数字影像匹配的定义p 测绘词典、中国军事百科全书（测绘学分册） 、海洋测绘词典p 数字摄影测量学（王大平等，解放军出版社，1991）二二. . Basic Concepts 影像匹配影像匹配指的是从不同位置或不同时刻，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
11、的一些算法。相应影像或相应像点的一些算法。20n自动地在由数字立体像对自动地在由数字立体像对(或多张影像或多张影像) 中提取的要中提取的要素之间建立对应关系的过程，称为素之间建立对应关系的过程，称为数字影像匹配数字影像匹配。Digital image matching automatically establishes the correspondence between primitives extracted from two or more digital images depicting at least partly the same scene.Digital Image ADig
12、ital Image B1. 数字影像匹配的定义数字影像匹配的定义二二. . Basic Concepts21p 数字影像匹配数字影像匹配 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：二二. . Basic Concepts22示意图示意图 互相互相关函关函数数相似程相似程度度同名点同名点目标区目标区搜索区搜索区23影像匹配影像匹配-同名点寻找同名点寻找24 (1)共轭实体共轭实体（Conjugate entityConjugate entity） 共轭实体是比共轭点更一般的概念，它是目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。标空
13、间特征的影像，包括点，线，面等。二二. . Basic Concepts2.术语(Terminology)25(2)(2)匹配实体匹配实体（Matching entityMatching entity）共轭实体共轭实体AB匹配实体匹配实体A=身高身高1、肤色、肤色1、五官、五官1、口音、口音1，B=身高身高2、肤色、肤色2、五官、五官2、口音、口音2， 是一种要素是一种要素，通过比，通过比较不同影像上的这些要素较不同影像上的这些要素来寻找共轭实体。这些要来寻找共轭实体。这些要素包括影像的灰度值，从素包括影像的灰度值，从影像上提出的特征以及描影像上提出的特征以及描述参数，以及其他的符号述参数，以
14、及其他的符号描述。描述。二二. . Basic Concepts2.术语(Terminology)26 (3)Similarity measure: 相似性测度：相似性测度：匹配实体与其它匹配实体之间相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，相似性程度似性程度的定量度量。一般说来，相似性程度是用是用代价函数代价函数来表示的。来表示的。二二. . Basic Concepts2.术语(Terminology)27(4)Matching method: 匹配方法匹配方法: 计算匹配实体相似性测度的方法。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，匹配方法
15、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、基于特征的匹基于灰度（基于区域）的匹配、基于特征的匹配、关系匹配。配、关系匹配。二二. . Basic Concepts2.术语(Terminology)28 (5)Matching strategy: 匹配策略匹配策略: 指求解影像匹配问题的概念或整体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、策略，包括匹配环境分析、匹配方法选择、匹配质量控制等。匹配质量控制等。二二. . Basic Concepts2.术语(Terminology)29三、影像匹配方法的分类三、影像匹配方法的分类 匹配方法匹配方法相似性
16、测度相似性测度匹配实体匹配实体基于区域的匹配基于区域的匹配相关性，最小二乘相关性，最小二乘灰度级灰度级特征匹配特征匹配代价函数代价函数边缘、区域边缘、区域 关系匹配关系匹配代价函数代价函数符合描述符合描述301. Fundamental problems of Image Matching Search Space, Uniqueness of Matching Entity;搜索空间、匹配实体的唯一性搜索空间、匹配实体的唯一性 Approximations, Constraints and Assumptions;近似值、约束以及假设近似值、约束以及假设 Geometric Distorti
17、ons of Matching Entity;匹匹配实体的几何变形配实体的几何变形 四四. 匹配的基本问题与解决方案匹配的基本问题与解决方案312. Solutions to the Fundamental problems 1) Search and Approximationsq核线核线 Epipolar Linesq铅垂线轨迹法铅垂线轨迹法 q分级的方法分级的方法 Hierarchical Approach四四. 匹配的基本问题与解决方案匹配的基本问题与解决方案32左摄影中心右摄影中心核面核面左影像右影像左核线右核线基线2. Solutions to the Fundamental pr
18、oblems 四四. 匹配的基本问题与解决方案匹配的基本问题与解决方案332. Solutions to the Fundamental problems 四四. 匹配的基本问题与解决方案匹配的基本问题与解决方案342) Uniqueness of Matching Entityq Variance Variance方差方差 q AutocorrelationAutocorrelation自相关自相关 q entropyentropy熵熵 2. Solutions to the Fundamental problems 四四. 匹配的基本问题与解决方案匹配的基本问题与解决方案35n 立体像对匹
19、配立体像对匹配互相关互相关n 同名点局部区域同名点局部区域近似自相关近似自相关五五. 影像相关原理影像相关原理Principle of Image Correlation1 1、影像匹配与自相关函数、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，因此常称影像匹配关函数作为相似性测度，因此常称影像匹配为影像相关。为影像相关。 电子相关、光学相关、数字相关电子相关、光学相关、数字相关36 影像相关是利用影像相关是利用互相关函数互相关函数，评价，评价两块影像的两块影像的相似性相似性以确定以确定同名点同名点 。五五. 影像相关原理影
20、像相关原理37dttytxRxy)()()(2.2. 相关函数相关函数 互相关函数的定义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：五五. 影像相关原理影像相关原理38T0Txydt)t ( y)t ( xT1lim)(RT0 xydt)t ( y)t ( xT1)(R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：五五. 影像相关原理影像相关原理39 自相关函数的定义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：TxxdttxtxTR0)()(1)(五五. 影像相关原理影像相关原理40 自
21、相关函数的性质自相关函数的性质)(R)(R自相关函数是偶函数)(R)0(R自相关函数在原点取得最大值五五. 影像相关原理影像相关原理41n自相关函数在自相关函数在=0处取得最大值处取得最大值 abba222)()(2)()()()(txtxtxtxtxtxTTTTdttxtxTdttxtxT00)()(1lim)()(1limdtxxtxTTT)()(21lim0这个性质极为重要，它是相关技术确定这个性质极为重要，它是相关技术确定同名像点的依据同名像点的依据。两边取时间两边取时间T的平均值并取极限的平均值并取极限 )()0(RR五五. 影像相关原理影像相关原理42电子相关电子相关n 电子相关就
22、是采用电子线路构成的相关器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来实现影像相关的功能 电子相关五五. 影像相关原理影像相关原理43光学相关光学相关n光的干涉和衍射光的干涉和衍射-傅立叶变换特性傅立叶变换特性 dxdyyvxufjyxgvuG)(2exp),(),( 相干光学计算机相干光学计算机 五五. 影像相关原理影像相关原理44n相干光学相关系统相干光学相关系统 三个傅立叶透镜三个傅立叶透镜L1，L2，L3及激光及激光源与光电倍增管等器件组成源与光电倍增管等器件组成 五五. 影像相关原理影像相关原理45数字相关数字相关n二维相关二维相关 数字相关是利用计算机对数字影像进数字
23、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行数值计算的方式完成影像的相关 目标区目标区 搜索区搜索区五五. 影像相关原理影像相关原理46 22,2222,22max0000,mkimkjjnlinliiijrc相似性相似性测度测度47一维相关一维相关 在核线影像上，只需要进行一维搜索在核线影像上，只需要进行一维搜索 目标区目标区 搜索区搜索区 五五. 影像相关原理影像相关原理48)22,22(max00nlinliiiic n核线匹配核线匹配五五. 影像相关原理影像相关原理491.数字影像匹配概述及定义数字影像匹配概述及定义2.数字影像匹配的基本概念数字影像匹配的基本概念3.数字影像匹配的问题描述数字影像匹配的问题描述4.匹配的基本问题与解决方案匹配的基本问题与解决方案5.影像相关原理影像相关原理八八小结小结50思考题思考题n1 1、数字影像匹配的概念及其在摄影测量、数字影像匹配的概念及其在摄影测量中的应用领域；中的应用领域；n2 2、共轭实体、匹配实体、相似性测度、共轭实体、匹配实体、相似性测度、匹配方法、匹配策略匹配方法、匹配策略n3 3、匹配的基本问题、匹配的基本问题n4 4、匹配与影像相关、匹配与影像相关51
