數字攝影(yǐng)測量特征提取分(fēn)析

　　1、數字影(yǐng)像表示
　　數字攝影(yǐng)測量系統是由計算(suàn)機影(yǐng)像匹配與識别代替人(rén)的(de)立體量測與識别，完成影(yǐng)像幾何與物(wù)理(lǐ)信息的(de)自動提取。爲了(le)能讓計算(suàn)機完成這(zhè)一任務，必須使用(yòng)數字影(yǐng)像。若原始資料是光(guāng)學影(yǐng)像（膠片）則需通(tōng)過掃描數字化(huà)。數字攝影(yǐng)測量與模拟攝影(yǐng)測量、解析攝影(yǐng)測量的(de)根本差别之一，在于對(duì)影(yǐng)像幅射信息的(de)計算(suàn)機數字化(huà)處理(lǐ)，不利用(yòng)幅射信息是無法實現攝影(yǐng)測量自動化(huà)的(de)。在解析攝影(yǐng)測量中，目标點向量是三維的(de)，即（X，Y，Z）T ，而在數字攝影(yǐng)測量中目标點向量變爲四維了(le)，即（X，Y，Z，D）T，其中D=D（X，Y，Z）是該點的(de)幅射量（灰度值或色彩量）集合目标的(de)紋理(lǐ)信息，它在影(yǐng)像上的(de)投影(yǐng)就是數字影(yǐng)像。随著(zhe)虛拟現實與可(kě)視化(huà)需求的(de)迅速增長(cháng)，快(kuài)速确定目标的(de)紋理(lǐ)D=D（X，Y，Z）也(yě)已經成爲當代數字攝影(yǐng)測量的(de)一項重要任務了(le)。也(yě)就是說，當代數字攝影(yǐng)測量不僅要自動測定目标的(de)三維坐(zuò)标，還(hái)要自動确定目标點的(de)紋理(lǐ)。數字影(yǐng)像的(de)每一個(gè)數據代表了(le)被攝物(wù)體（或光(guāng)學影(yǐng)像）上一個(gè)點的(de)幅射強度（或灰度），這(zhè)個(gè)點（實際上是一個(gè)微小的(de)區(qū)塊）稱爲像元素，通(tōng)常稱爲“像素”。像素的(de)灰度值常用(yòng)八位二進制數表示。如果是彩色影(yǐng)像，則由3個(gè)同樣大(dà)小的(de)整數矩陣，分(fēn)别表示其R，G，B三個(gè)分(fēn)量。
　　數字影(yǐng)像是物(wù)體電磁波輻射能量的(de)二維數字陣列表示。看作是一個(gè)灰度矩陣g，矩陣内每個(gè)元素gij是一個(gè)灰度值，對(duì)應著(zhe)光(guāng)學影(yǐng)像或實體的(de)一個(gè)微小區(qū)域。各像元灰度值gij代表其影(yǐng)像經采樣與量化(huà)了(le)的(de)“灰度級”。數字影(yǐng)像是一個(gè)整數矩陣，其中的(de)每個(gè)元素表示其下(xià)标所指位置處物(wù)體電磁波輻射的(de)強度，是便于計算(suàn)機處理(lǐ)的(de)圖像形式。也(yě)可(kě)以通(tōng)過變換，用(yòng)另一種方式表達，即把影(yǐng)像的(de)表達由空間域變換到頻(pín)率域中。在空間域内是表達像點不同位置（x，y）處（或用(yòng)i，j表達）的(de)灰度值，而在頻(pín)率域内則表達在不同頻(pín)率中（像片上每毫米的(de)線對(duì)數，即周期數）的(de)振幅譜（傅立葉譜）。
　　數字圖像除了(le)用(yòng)矩陣表示之外，還(hái)常常用(yòng)向量表示。通(tōng)常是按照(zhào)行的(de)順序，使所有的(de)元素依序堆成一列，這(zhè)種組成法稱爲堆疊表示法，或字典表示法。
　　數字影(yǐng)像的(de)數據文件組織有多(duō)種方式，常用(yòng)的(de)有BMP，JPEG，TIFF等。

　　2、模拟影(yǐng)像數字化(huà)
　　模拟影(yǐng)像數字化(huà)是把模拟圖像分(fēn)割成同樣形狀的(de)小單元（像元），并把各小單元的(de)平均亮度值或中心部分(fēn)的(de)亮度值變換成“灰度級”作爲該單元的(de)亮度等級值的(de)圖像。分(fēn)爲連續灰度圖像：二維區(qū)域上的(de)連續曲面和(hé)離散灰度圖像：二維區(qū)域上的(de)離散格點。
　　模拟影(yǐng)像數字化(huà)的(de)兩個(gè)步驟爲空間離散--采樣（Sampling）和(hé)覆蓋區(qū)域的(de)細分(fēn)，強度離散--量化(huà)（Quantizing ）。

　　3、數字攝影(yǐng)測量特征提取

　　當數字影(yǐng)像采集完成後，特征提取是影(yǐng)像分(fēn)析和(hé)影(yǐng)像匹配的(de)基礎，也(yě)是單幅影(yǐng)像處理(lǐ)的(de)重要任務。特征提取主要應用(yòng)各種算(suàn)子來(lái)進行，根據特征可(kě)分(fēn)爲點狀特征、線狀特征與面狀特征，因而特征提取算(suàn)子又可(kě)分(fēn)爲點特征提取算(suàn)子與線特征提取算(suàn)子，而面特征主要是通(tōng)過區(qū)域分(fēn)割來(lái)獲取。數字影(yǐng)像中的(de)明(míng)顯目标，我們不僅要識别它們，還(hái)需要确定它們的(de)位置。例如地面控制點在影(yǐng)像上爲明(míng)顯目标，它們的(de)位置是需要精确量測的(de)，另外一些明(míng)顯目标雖不是控制點，但要将它們用(yòng)于影(yǐng)像方位确定，也(yě)需要精确量測其位置。在數字攝影(yǐng)測量中特征定位是利用(yòng)特征定位算(suàn)子來(lái)進行的(de)，分(fēn)爲圓狀特征點的(de)定位算(suàn)子與角點的(de)定位算(suàn)子。
　　數字攝影(yǐng)測量的(de)突出特點是自動化(huà)。影(yǐng)像匹配理(lǐ)論與實踐是實現自動立體量測的(de)關鍵，而影(yǐng)像特征的(de)提取又爲影(yǐng)像匹配提供了(le)條件，雖然近年來(lái)從“單點匹配”到“整體匹配”是數字攝影(yǐng)測量匹配理(lǐ)論和(hé)實踐的(de)一個(gè)飛(fēi)躍，但關于影(yǐng)像特征的(de)提取仍然是數字攝影(yǐng)測量的(de)重要研究課題之一。

　　（1）數字影(yǐng)像采樣
　　采樣是對(duì)實際連續函數模型離散化(huà)的(de)量測過程。樣點是被量測的(de)“點”，是小的(de)區(qū)域--像素。采樣間隔是矩形的(de)長(cháng)與寬，通(tōng)常稱爲像素的(de)大(dà)小，也(yě)是樣點之間的(de)距離。
　　數字影(yǐng)像無論是傳統的(de)光(guāng)學影(yǐng)像數字化(huà)還(hái)是直接獲取，不可(kě)能對(duì)理(lǐ)論上的(de)每一個(gè)點都獲取其灰度值，而隻能将實際的(de)灰度函數離散化(huà)，對(duì)相隔一定間隔的(de)點量測其灰度值。這(zhè)種對(duì)實際連續函數模型離散化(huà)的(de)量測過程就是采樣，被量測的(de)點稱爲樣點，樣點之間的(de)距離即采樣間隔。這(zhè)些量測點也(yě)不可(kě)能是幾何上一個(gè)點，而是一個(gè)小區(qū)域，通(tōng)常是一個(gè)矩形或圓形的(de)小像塊，即像素。現在一般取矩形或正方形，其長(cháng)與寬通(tōng)常稱爲像素的(de)大(dà)小（或尺寸），它通(tōng)常等于采樣間隔。
　　影(yǐng)像特征提取的(de)點特征主要指明(míng)顯點，如角點、圓點等。提取點特征的(de)算(suàn)子稱爲興趣算(suàn)子或有利算(suàn)子，即運用(yòng)某種算(suàn)法從影(yǐng)像中提取我們所感興趣的(de)有利于某種目的(de)的(de)點。雖然不同的(de)算(suàn)法具有不同特色的(de)興趣算(suàn)子，有利用(yòng)灰度方差提取點特征的(de)算(suàn)子，也(yě)有通(tōng)過計算(suàn)各類像素的(de)梯度和(hé)像素爲中心的(de)窗(chuāng)口灰度協方差矩陣，提取的(de)特征點在影(yǐng)像中都具有盡可(kě)能小而接近圓的(de)誤差橢圓特征。
　　計算(suàn)步驟爲在影(yǐng)像中放置圓形模闆，計算(suàn)模闆内與原字有相同亮度的(de)像素個(gè)數，形成角點強度圖像，通(tōng)過尋求中心與鄰接性去除僞點。通(tōng)過抑制局部非最大(dà)确定最終角點。

　　（2）影(yǐng)像重采樣理(lǐ)論與方法
　　當欲知不位于矩陣（采樣）點上的(de)原始函數g（x，y）的(de)數值時(shí)就需進行内插，此稱爲重采樣。即在原采樣基礎上再一次采樣。每當對(duì)數字影(yǐng)像進行幾何處理(lǐ)時(shí)總會産生一些問題，其典型的(de)例子爲影(yǐng)像的(de)旋轉、核線排列與數字糾正等。顯然，在數據影(yǐng)像處理(lǐ)的(de)攝影(yǐng)測量應用(yòng)中常常會遇到一種或多(duō)種這(zhè)樣的(de)幾何變換，因此重采樣技術對(duì)攝影(yǐng)測量學是很重要的(de)。重采樣方法有雙線性插值法、雙三次卷積法以及最鄰近像元法。這(zhè)三種采樣方法以“最鄰近像元法”最爲簡單，但幾何精度差，最大(dà)可(kě)達0.5像元。前兩種方法幾何精度較好，但計算(suàn)時(shí)間較長(cháng)，特别是雙三次卷積法較費時(shí)，在一般情況下(xià)多(duō)應用(yòng)雙線性插值法。
　　絕對(duì)定向、自動獲取DEM以及向量測圖都将在核線影(yǐng)像上完成，因而核線重采樣是一項主要的(de)工作。在一般情況下(xià)，數字影(yǐng)像的(de)掃描行與核線并不重合，爲了(le)獲取核線的(de)灰度序列，必須對(duì)原始數字影(yǐng)像灰度進行重采樣。采樣方式有2種，在水(shuǐ)平影(yǐng)像上獲取核線影(yǐng)像和(hé)直接在傾斜影(yǐng)像上獲取核線影(yǐng)像。

　　4、小結
　　數字攝影(yǐng)測量特征提取爲了(le)數據重建，而且要求重建後的(de)圖像與原圖像完全一緻，即經過圖像采樣後，原圖像的(de)信息都被保存下(xià)來(lái)，爲進一步生産提供數據支持。數字攝影(yǐng)測量廣泛應用(yòng)于生産DEM、DOM及交互提取矢量數據和(hé)數字測圖。

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