从倾斜影像上获取核线影像的方法

2022-09-10

“核线”是摄影测量中的一个概念, 被广泛地应用在数字化的自动测图系统中。由于核线的几何关系确定了同名点必然位于同名核线上的特性, 这样就能将自动化中沿x、y方向搜索同名点的二维相关问题, 变成了沿同名核线搜索同名点的一维相关问题, 从而减小了相关的计算工作量。生成核线影像的方法基本上可以分为两类: (1) 直接在原始影像重排; (2) 在水平影像上重排。本文将重点讨论直接在原始倾斜影像上获取河线影像的方法。

1 不同核线影像的区别

在具体阐述如何获得核线影像之前, 说明一下各种核线影像的区别。第一种是基于平行于摄影基线水平核线影像, 这里的“水平”有特殊的含义, 它指核线影像面平行于摄影基线;第二种类似的核线影像, 即平行于地面水平核线影像, 这里的“水平”指核线影像面平行于地面。第三种则是倾斜影像直接获取的核线影像。“水平”核线影像的优点是无论是否竖直摄影, 得到的核线影像都是水平的, 立体显示比较真实;缺点是必须完成绝对定向后方可生成, 观测精度部分依赖于绝对定向, 而且生成速度较“倾斜”方式慢。“倾斜”的核线影像有生成速度快、处理比较灵活、不依赖控制点定向结果的优点, 唯一的缺点就是立体显示与真实感不强 (但不会出现观测误差) 。

2 从倾斜影像上获取核线影像的步骤

怎样才能获得同名核线呢?在全数字型自动化测图系统中, 航摄底片是由滚筒式的扫描仪数字化, 这就无法保证沿核线进行扫描, 而只能获得如前所述的按规则排列的“数字影象”。这就必须对它进行重采样, 从中提取同名核线。

从倾斜影像上直接获取核线影像的具体步骤如下。

2.1 内定向参数计算及坐标系统转换

在“数字影象”中存在着两种坐标系统:一是象片坐标系统, 它以象主点为坐标原点:O-xy;二是扫描坐标系 (I, J) , 它以扫描方向为I轴, 以步进方向为J坐标。I、J以象元素为单位, 对于某个象元素而言, 其J坐标值就是该象元素所在的扫描行的序号;它的I坐标值是该象元素在此扫描行内象素序号。因此扫描坐标系之增量为采样间隔。扫描坐标系相对于象片坐标系除了存在着平移、旋转以外, 还存在着仿射变形, , 因此应采用下述的一般线性变换关系予以描述:

内定向就是根据像片的框标坐标和相应的摄影机检定参数, 恢复像片与摄影机的相关位置, 即建立像片坐标系。框标和相机参数由航摄鉴定表给出。一般来说象片上有四个框标, 可按式列出8个方程式, 而式只有6个参数, 因此可按平差求得内定向参数之或是值。实际解算时, 先将框标坐标重心化, 其重心坐标即为主点坐标, 然后由平差求得参数m1、m2、n1、n2。

根据所求得之参数m1、m2、n1、n2以及主点坐标就能进行两种坐标系的变换, 由扫描坐标I、J变换到象片坐标:

或由象片坐标反求其相应的扫描坐标:

式 (2) 、 (3) 除了用于两个坐标系统相互变换外, 还可以用其他的计算。例如由扫描坐标I、J直接计算象空坐标u、v、w (不通过像片坐标x、y) , 从而进行前方交会地面坐标。由于像片坐标与象空坐标之间的关系为:

考虑到关系式 (2) , 即可直接由I、J变换到u、v、w之关系式:

式中:

2.2 同名核线的确定

由于在倾斜像片上核线是直线, 因此, 只要求出核线上两个点, 核线就完全确定了。若已知左片上任意一点p1, 则应确定左片上通过点p1的核线上另一点q1。根据核线的定义, 摄影光线S1p1、S1q1与摄影基线共面, 所以:

若采用单独法相对定向系统, by=bz=0, 则 (a) 简化为:

式中象点的空间坐标vp1、wp1、vq1、wq1都是数字影像上像元素的扫描坐标I、J的函数, 将 (4) 式代入 (b) 并简化, 即可求得该核线上另一个的扫描坐标Jq 1:

此核线相对于扫描方向 (I) 的方向角K 1为:

由上述计算核线在倾斜象片上的方向只与该核线所通过的某个点 (如p1) 有关也就是说只要已知相对方位元素、数字影象的内定向参数, 给定了一个点的坐标, 就可以求出通过该点的核线方向J。

同理, 可得到右片扫描坐标系内的方向角K2。

2.3 核线上象元的排列与重采样

沿核线排列象元涉及到对原始的“数字影象”进行重采样。一般来说重采样有两种方法线性内插与邻近点法。本文方法要求沿核线上的象元之间的间隔沿数字影象的扫描方向上分量不变, 即仍等于原始影像的采样间隔。因此核线上象元之灰度只涉及到方向相邻两个象元之间的线性内插, 或者是在该两个象元之间选择一个最邻近的象元作为核线上的象元。

线性内插就是根据核线上的象元中心到数字影像上、下相邻的两个象元中心的距离d1、d2的加权平均。 (d1+d2) 等于采样间隔——常数△, 令

式中w1是行为J、列为I的原始影像的象元的灰度Dj, i的权, w2是行为 (J+I) 、列为I的原始影像的象元的灰度Dj+1, i的权。则核线上第i个象元之灰度Di为:

邻近元法比线性内插省时, 但其合理性及精度均不如线性内插, 故核线重采样采用线性内插法。

摘要：针对数字摄影立体像对自动生成核线影像的问题, 介绍了基于共面条件的核线解析方法。内容包括基于数字影像的内定向参数确定、同名核线确定、核线重采样等问题的研究。

关键词：数字影像,倾斜影像,核线影像,重采样