專利名稱：：影象的數(shù)字化大比例尺成圖方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種圖象處理方法，具體涉及一種利用航拍象片或其它類似影象進(jìn)行數(shù)字化糾正，制成大比例尺平面圖供城鎮(zhèn)建設(shè)應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：利用航空照片成圖的方法制作地圖，有完整的地物、地貌信息，野外測(cè)量工作量少，速度快等優(yōu)點(diǎn)。由于象片拍攝過(guò)程中存在有傾斜誤差、光學(xué)畸變、大氣折光、軟片乳劑變形、以及地面起伏引起的投影差等眾多因素的影響，使得象片中的各象點(diǎn)發(fā)生變形，它既是系統(tǒng)變形，但又帶有隨機(jī)性，要高精度、簡(jiǎn)單、快速地消除這些變形，并能制成城鎮(zhèn)大比例尺平面圖，實(shí)是近代攝影測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重要課題之一。早期糾正成圖，其目的是消除象片傾斜引起的變形，得到一張統(tǒng)一了比例尺的水平象片，使用的儀器是光學(xué)機(jī)械糾正儀，它的制作過(guò)程專業(yè)性強(qiáng)，工藝復(fù)雜。80年代以來(lái)由于數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了數(shù)字糾正，其原理和國(guó)外通常的作法，詳見(jiàn)著名院士王之卓先生的著作《攝影測(cè)量原理續(xù)編》P.184-P.187(1986.7版)，但影象糾正處理的數(shù)學(xué)模型，若利用多項(xiàng)式逼近則認(rèn)為影象變形規(guī)律是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、仿射、偏扭、彎曲等基本變形合成，其改正項(xiàng)可高達(dá)40余項(xiàng)，所需規(guī)格布置的控制點(diǎn)要30—40個(gè)。這種改正變形的數(shù)學(xué)模型，對(duì)制作城鎮(zhèn)大比例尺規(guī)劃用圖就有實(shí)現(xiàn)中的困難，為此，要將航空照片用于制作城鎮(zhèn)大比例尺圖，必須改變現(xiàn)有方法，使成圖周期短，精度高，野外測(cè)量工作量減輕，專業(yè)性操作弱和費(fèi)用低，才能適應(yīng)實(shí)際使用。另一方面，現(xiàn)有的用于糾正成圖的二維數(shù)學(xué)模型，難以實(shí)現(xiàn)精確糾正。且商用的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)也難以精確地、大批量地制作i:iooo或i:500的城市規(guī)劃用圖。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種影象的數(shù)字化大比例尺成圖方法，可以對(duì)航拍象片等影象直接利用計(jì)算機(jī)處理，同時(shí)，所需控制點(diǎn)少，成圖周期短。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種影象的數(shù)字化大比例尺成圖方法，包括下列步驟，(1)將影象轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像，并存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)；(2)選定控制點(diǎn)，獲取并輸入圖像上控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)；(3)建立實(shí)際控制點(diǎn)與數(shù)字化圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(4)對(duì)數(shù)字化圖像中的各點(diǎn)進(jìn)行糾正處理；(5〉輸出糾正處理后的圖像；在所述步驟(4)中，首先設(shè)定成圖比例尺，再利用二維數(shù)學(xué)變換模型，根據(jù)圖像中控制點(diǎn)的變形情況及成圖比例尺對(duì)數(shù)字化圖像中的各點(diǎn)進(jìn)行糾正處理；所述二維數(shù)學(xué)變換模型中，用以描述影象點(diǎn)x方向的變型值為，ni=l用以描述影象點(diǎn)y方向的變型值為，nco2(x，y)=A2+B2x+C2y+2^21111^;i=l式中，rXx-Xi)2+(y-yJ2i=l到N所述一幅圖象上的控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)N為5個(gè)。上述糾正處理方法的思路，來(lái)源于二維變量函數(shù)的數(shù)據(jù)處理。在插值計(jì)算中，最為推薦的方法是線樣條函數(shù)(splines),它的物理意義是，彈性梁在小變形時(shí)，平衡方程y4(x)=Qi的解，其中Qi是梁上i點(diǎn)的負(fù)載；按照物理意義我們將它擴(kuò)展至二維變量，可以獲得彈性薄板，小變形時(shí)，平衡方程DVAco(x，y)-q,(i^l，N)的解，其數(shù)學(xué)形式就是上面的方程式，即把象片的變形看作彈性薄板的變形。顯然，式中有N+3個(gè)未知數(shù)，即A,B,C,F,，F(xiàn)2，F(xiàn)3,F"F5，若糾正點(diǎn)N-5，則式中有8個(gè)未知數(shù)，利用5個(gè)控制點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，再根據(jù)平衡條件，即可以求出上述線性方程式的未知數(shù)，據(jù)此，可以給出影象各點(diǎn)的變形值，實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的影象糾正。其中，所述的二維數(shù)學(xué)變換模型利用控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)、控制點(diǎn)在數(shù)字化圖像中的坐標(biāo)、需要糾正的點(diǎn)在數(shù)字化圖像中的坐標(biāo)，獲取需要糾正的點(diǎn)的成圖坐標(biāo)，得到一幅統(tǒng)一了比例尺的象片圖，依此經(jīng)調(diào)繪制成平面圖。進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述的5個(gè)控制點(diǎn)在整幅圖像上均勻分布，控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)采用實(shí)地測(cè)量方式獲取。4個(gè)點(diǎn)分別位于四角相鄰圖幅的重疊范圍內(nèi)，l個(gè)點(diǎn)位于圖幅的中部，所述的控制點(diǎn)的實(shí)地測(cè)量方式為GPS定位方式。由于成圖處理時(shí)通常需要進(jìn)行多幅連續(xù)圖幅的處理，以形成所需的地圖，因而，選定4角的控制點(diǎn)在相鄰圖幅的重疊范圍內(nèi)，可以與相鄰圖幅兼用，減少控制點(diǎn)實(shí)地測(cè)量的工作量。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1、由于本發(fā)明采用二維數(shù)學(xué)模型糾正成圖，需要的控制點(diǎn)少，即控制點(diǎn)的實(shí)地采樣量測(cè)數(shù)據(jù)少，控制測(cè)量、糾正處理和調(diào)繪可在實(shí)地一期完成，大大縮短了成圖周期，且成圖費(fèi)用低；2、由于本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型為二維模型，計(jì)算量小，因而整個(gè)糾正成圖可以采用臺(tái)式機(jī)等微型計(jì)算機(jī)，甚至是采用筆記本電腦完成，硬件成本低，處理方便；3、采用本發(fā)明的方法，特別適合于制作大比例尺的平面圖。附圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的方法示意框圖；附圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中處理的影象象片圖；附圖3是經(jīng)過(guò)本發(fā)明實(shí)施例一處理后輸出的平面圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，本實(shí)施例僅供進(jìn)一步理解本發(fā)明及其實(shí)際效果，并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍作任何限制實(shí)施例一一種影象的數(shù)字化大比例尺成圖方法，包括下列步驟，(1)利用掃描儀對(duì)象片進(jìn)行掃描，將影象轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像，并存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中；(2)選定圖像上的5個(gè)控制點(diǎn)，并實(shí)地測(cè)量控制點(diǎn)坐標(biāo)，將控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)輸入計(jì)算機(jī)；(3)利用圖形放大功能及鼠標(biāo)在圖像上指定控制點(diǎn)的位置，建立實(shí)際控制點(diǎn)與數(shù)字化圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(4)給定成圖比例尺，成圖比例尺可以根據(jù)出圖需要選定，進(jìn)行大比例尺成圖時(shí)一般選用i:500、i:iooo或i:2000。(5)利用二維數(shù)學(xué)變換模型，根據(jù)圖像中控制點(diǎn)的變形情況及成圖比例尺對(duì)數(shù)字化圖像中的各點(diǎn)進(jìn)行糾正處理；所述二維數(shù)學(xué)變換模型中，用以描述影象點(diǎn)x方向的變型值為，A(x，y)=Ai+Bj+C!y+lnr,;i=l用以描述影象點(diǎn)y方向的變型值為，na>2(x，y)=A2十B2X+C2y+2Firi2lnri2;式中，ri2=(X-Xi)2+(y-yj2i=l到5利用控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)、控制點(diǎn)在數(shù)字化圖像中的坐標(biāo)、需要糾正的點(diǎn)在數(shù)字化圖像中的坐標(biāo)，獲取需要糾正的點(diǎn)的成圖坐標(biāo)；(6)利用繪圖軟件(如CASS軟件)在輸出糾正處理后的圖像上，經(jīng)調(diào)繪制作設(shè)定成圖比例尺的所需的平面圖。為驗(yàn)證本發(fā)明的效果，利用本實(shí)施例的方法進(jìn)行了下列試驗(yàn)(l)根據(jù)本發(fā)明的糾正數(shù)學(xué)模型方法，用上海市郊航攝復(fù)拷照片，象比例尺1/1=1/4500,多次采用機(jī)械量測(cè)法，量測(cè)了150個(gè)離散點(diǎn)的象點(diǎn)坐標(biāo)，按此數(shù)學(xué)模型糾正后，經(jīng)野外檢査，其糾正精度如下表l所示表1精度統(tǒng)計(jì)表單位m<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注機(jī)械法量測(cè)象點(diǎn)坐標(biāo)精度為0.02mm(2)參見(jiàn)附圖2和附圖3,分別為一幅糾正圖和完成的平面圖，象比例l/M=l/8000，用其制作1:1000的數(shù)字影象糾正圖，圖幅面積60cmX70cm,糾正控制點(diǎn)數(shù)N-5。權(quán)利要求1.一種影象的數(shù)字化大比例尺成圖方法，包括下列步驟，(1)將影象轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像，并存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)；(2)選定控制點(diǎn)，獲取并輸入圖像上控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)；(3)建立實(shí)際控制點(diǎn)與數(shù)字化圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(4)對(duì)數(shù)字化圖像中的各點(diǎn)進(jìn)行糾正處理；(5)輸出糾正處理后的圖像；其特征在于在所述步驟(4)中，首先設(shè)定成圖比例尺，再利用二維數(shù)學(xué)變換模型，根據(jù)圖像中控制點(diǎn)的變形情況及成圖比例尺對(duì)數(shù)字化圖像中的各點(diǎn)進(jìn)行糾正處理；所述二維數(shù)學(xué)變換模型中，用以描述影象點(diǎn)x方向的變型值為，2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影象的數(shù)字化大比例尺成圖方法，其特征在于所述的5個(gè)控制點(diǎn)在整幅圖像上均勻分布，控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)采用實(shí)地測(cè)量方式獲取。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的影象的數(shù)字化大比例尺成圖方法，其特征在于所述的5個(gè)控制點(diǎn)為，4個(gè)點(diǎn)分別位于四角相鄰圖幅的重疊范圍內(nèi)，l個(gè)點(diǎn)位于圖幅的中部，所述的控制點(diǎn)的實(shí)地測(cè)量方式為GPS定位方式。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種影象的數(shù)字化大比例尺成圖方法，包括下列步驟，(1)將影象轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像，并存放在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器內(nèi)；(2)獲取并輸入圖像上控制點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)；(3)建立實(shí)際控制點(diǎn)與數(shù)字化圖像中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；(4)給定成圖比例尺；(5)利用二維數(shù)學(xué)變換模型，根據(jù)圖像中控制點(diǎn)的變形情況及成圖比例尺對(duì)數(shù)字化圖像中的各點(diǎn)進(jìn)行糾正處理；(6)輸出糾正處理后的圖像，所述一幅圖象上的控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)N為5個(gè)。本發(fā)明需要的控制點(diǎn)少，野外實(shí)測(cè)時(shí)間對(duì)成圖周期影響??；整個(gè)糾正成圖可以采用臺(tái)式微型計(jì)算機(jī)或者筆記本電腦等設(shè)備完成，硬件成本低，處理方便。文檔編號(hào)G06T3/40GK101261730SQ20071002022公開(kāi)日2008年9月10日申請(qǐng)日期2007年3月6日優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日發(fā)明者錢毅湘,偉阮申請(qǐng)人:偉阮