數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)

前言

　　攝影測量和貓都有一個(gè)共同的也是最重要的特點(diǎn)——都有多條命。攝影測量的終結(jié)已被預(yù)測過多次，比如，20世紀(jì)80年代GPS出現(xiàn)時(shí)，人們似乎看到攝影測量以及其他測量手段都將要快速消失，更有一些人深信攝影測量將作為一個(gè)子集融合到計(jì)算機(jī)視覺或計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中去。研究基于各種硬件平臺的定向系統(tǒng)的專家預(yù)示了攝影測量的部分終結(jié)——空中三角測量將成為過去。盡管有這么多悲觀的預(yù)測，我個(gè)人仍然認(rèn)為攝影測量非常具有活力——數(shù)字?jǐn)z影測量的出現(xiàn)使攝影測量的研究者和應(yīng)用者感到激動。它更具有使當(dāng)前的許多問題得到更有效解決的潛力，許多新的問題也可以得到解決?！　?shù)字?jǐn)z影測量是一個(gè)相對年輕而且快速發(fā)展的領(lǐng)域，許多重要的理論和方法來自于圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺。盡管受來自其他領(lǐng)域的方法和算法的強(qiáng)烈影響，但是數(shù)字?jǐn)z影測量仍然是一個(gè)獨(dú)具特色的學(xué)科。因此，我從攝影測量學(xué)科的觀點(diǎn)出發(fā)敘述本書中的內(nèi)容。盡管本書是一個(gè)攝影測量領(lǐng)域的學(xué)者為攝影測量工作者所寫的一本書，我仍然希望它包含對具有其他背景的讀者有用的信息。過去的幾年出現(xiàn)了大量的關(guān)于數(shù)字?jǐn)z影測量的文章，但對這一專題尚未有綜合敘述，本書彌補(bǔ)了這一空白?！　戇@本書的目的在于提供一本該領(lǐng)域的教科書或參考書，因此，我把重點(diǎn)放在基本原理方面。同時(shí)，作為一本人門的教材，我盡可能地使敘述通俗易懂，并在必要的時(shí)候，省略了一些繁瑣的數(shù)學(xué)上的嚴(yán)密推導(dǎo)。書中并沒有在某些實(shí)施細(xì)節(jié)和具體算法方面進(jìn)行深入敘述，該書的貢獻(xiàn)僅限于作為工具書這一級別。我認(rèn)為，一個(gè)人在深入到具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)當(dāng)中之前首先應(yīng)該理解和解決一些基本的問題。　　該書是從我在俄亥俄州立大學(xué)為研究生講述了12年的數(shù)字?jǐn)z影測量課程的講義中整理而來的。為了便于作為教材使用，除了第一部分之外，每一章的后面都附有習(xí)題。這些習(xí)題大多來自家庭作業(yè)或一些測驗(yàn)，包括從基本原理到計(jì)算問題。

內(nèi)容概要

　　《數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)：背景、基礎(chǔ)、自動定向過程》系統(tǒng)而全面地闡述了數(shù)字?jǐn)z影測量的研究背景、技術(shù)與理論基礎(chǔ)以及相關(guān)處理過程。其內(nèi)容包括三個(gè)部分。第一部分 介紹背景知識，對數(shù)字?jǐn)z影測量涉及的多個(gè)學(xué)科(圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、模式識別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué))的相關(guān)內(nèi)容給予了簡明的敘述，共分為五章(第二章 到第六章 )，從信號和圖像處理開始，然后是數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺和人類視覺。第六章 敘述了關(guān)于輻射度量學(xué)和光度量學(xué)的背景知識?！　〉诙糠?介紹數(shù)字?jǐn)z影測量的基礎(chǔ)，從數(shù)據(jù)獲取(數(shù)碼相機(jī)和掃描儀)到數(shù)字?jǐn)z影測量工作站，然后又用了兩章介紹影像匹配。第九章 介紹了數(shù)字?jǐn)z影測量工作站?！　〉谌糠?重點(diǎn)放在自動攝影測量處理過程。該部分包括三章，在簡單地介紹了現(xiàn)有的方法之后，從一個(gè)全新的角度考察了自動內(nèi)定向、外定向和相對定向過程，并給出了一些新的解決方案，重點(diǎn)介紹把線特征和面特征用于定向過程，從而把基于點(diǎn)的攝影測量轉(zhuǎn)變到真正的基于特征的攝影測量，這樣更適合于自動化處理?！　　稊?shù)字?jǐn)z影測量學(xué)：背景、基礎(chǔ)、自動定向過程》是從作者在俄亥俄州立大學(xué)為研究生講述了12年的數(shù)字?jǐn)z影測量課程的講義中整理而來的。為了便于作為教材使用，在除了第一部分 之外的每一章的后面增加了習(xí)題部分?！稊?shù)字?jǐn)z影測量學(xué)：背景、基礎(chǔ)、自動定向過程》可以作為攝影測量與遙感專業(yè)本科生的參考書或研究生的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的研究生、研究人員以及相關(guān)領(lǐng)域的工作者參考使用。

書籍目錄

第一章 概述1.1 背景1.2 相關(guān)的術(shù)語1.3 典型的數(shù)字?jǐn)z影測量環(huán)境1.4 數(shù)字影像的特點(diǎn)1.4.1 數(shù)字影像的定義1.4.2 空間分辨率與幾何精度1.4.3 輻射分辨率1.5 數(shù)字?jǐn)z影測量過程和任務(wù)的分類1.5.1 系統(tǒng)級任務(wù)1.5.2 低級任務(wù)1.5.3 中級任務(wù)1.5.4 高級任務(wù)1.6 數(shù)字?jǐn)z影測量與其他學(xué)科的關(guān)系1.7 本書的主要內(nèi)容第一部分 背景第二章 數(shù)字信號處理2.1 信號和系統(tǒng)2.1.1 序列2.1.2 線性偏移不變系統(tǒng)2.2 頻率表示2.3 傅立葉變換2.3.1 傅立葉積分2.3.2 總結(jié)2.4 數(shù)字濾波2.4.1 移動平均濾波器2.4.2 理想的低通濾波2.5 相關(guān)文獻(xiàn)第三章 數(shù)字圖像處理3.1 圖像模型3.2 圖像特征3.2.1 均值和標(biāo)準(zhǔn)差3.2.2 熵3.2.3 直方圖3.2.4 矩3.3 圖像增強(qiáng)與恢復(fù)3.3.1 直方圖修正3.3.2 平滑3.3.3 銳化算子3.3.4 差分算子3.3.5 圖像校正3.4 幾何變換3.4.1 變換后圖像的大小3.4.2 重采樣3.5 圖像分割3。5.1 直方圖闞值化3.5.2 共生矩陣法3.5.3 基于Gabor濾波器的紋理分割法3.6 相關(guān)文獻(xiàn)第四章 人類視覺4.1 人類視覺系統(tǒng)簡介4.2 眼睛4.2.1 眼球4.2.2 眼睛的光學(xué)特性4.2.3 光感受器的光度學(xué)特性4.3 視覺皮層4.3.1 概述4.3.2 皮層接收域4.4 視覺感知4.4.1 感知編組4.4.2 其他感知過程4.5 Marr的視覺理論4.5.1 初始簡圖4.5.2 2.5 維簡圖4.5.3 3維模型表達(dá)4.6 相關(guān)文獻(xiàn)第五章 計(jì)算機(jī)視覺5.1 背景知識5.2 關(guān)鍵概念與關(guān)鍵問題5.2.1 視覺是模塊化的和多層次的5.2.2 視覺是病態(tài)的5.2.3 初級視覺到高級視覺的轉(zhuǎn)化5.3 邊緣檢測5.3.1 檢測邊緣像素5.3.2 鏈接邊緣像素5.4 尺度空間理論和影像金字塔5.4.1 尺度空間的生成5.4.2 影像金字塔5.5 感知編組5.5.1 背景5.5.2 積木世界場景的分析5.5.3 曲線分割5.5.4 區(qū)域分割5.5.5 更一般的方法5.6 物體識別5.6.1 基于全局模型的識別：5.6.2 帶有幾何約束的特征匹配5.6.3 不基于模型的物體識別5.7 相關(guān)文獻(xiàn)第六章 輻射度量學(xué)和光度量學(xué)6.1 電磁輻射6.1.1 電磁輻射的波特性6.1.2 輻射的量子特性6.1.3 電磁光譜6.2 輻射度量學(xué)6.2.1 立體角6.2.2 輻射量6.2.3 蘭波特輻射6.2.4 輻射量之間的關(guān)系6.2.5 熱輻射6.2.6 光子通量6.3 光度量學(xué)6.3.1 光度量6.3.2 輻射度量和光度量間的聯(lián)系6.4 輻射能量傳遞6.4.1 一般情況6.4.2 通過透鏡系統(tǒng)的輻射能量傳遞6.5 相關(guān)文獻(xiàn)第二部分 數(shù)字?jǐn)z影測量基礎(chǔ)第七章 電子成像系統(tǒng)7.1 概述7.2 CcD傳感器的工作原理和特性7.2.1 工作原理7.2.2 主要特點(diǎn)7.3 固態(tài)相機(jī)7.3.1 相機(jī)概述7.3.2 模擬輸出7.3.3 線陣相機(jī)7.3.4 比較模擬相機(jī)和數(shù)字相機(jī)7.4 幀接收器7.4.1 定時(shí)電路7.4.2 A／D轉(zhuǎn)換器第八章 掃描儀8.1 引言8.2 滾筒掃描儀與平板掃描儀8.3 平板掃描儀的主要部件8.3.1 照明和光學(xué)器件系統(tǒng)8.3.2 像片承載器8.3.3 傳感器8.3.4 掃描儀電子裝置8.3.5 主機(jī)8.4 像素大小8.4.1 傳感器像素與掃描儀像素間的關(guān)系8.4.2 掃描儀像素與像片像素的關(guān)系8.5 潛在的誤差源8.5.1 定位和分辨率8.5.2 輻射表達(dá)第九章 數(shù)字?jǐn)z影測量工作站9.1 背景9.1.1 數(shù)字?jǐn)z影測量工作站和數(shù)字?jǐn)z影測量環(huán)境……第十章 影像匹配基礎(chǔ)第十一章 高級攝影匹配方法第十二章 核線影像計(jì)算第三部分 自動定向方法第十三章 自動內(nèi)定向第十四章 自動相對定向第十五章 自動外定向

章節(jié)摘錄

　　1．2相關(guān)的術(shù)語　　任何一種新技術(shù)在剛出現(xiàn)的時(shí)候，除可接受的定義外，都沒有統(tǒng)一的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字?jǐn)z影測量也是如此?！皵?shù)字?jǐn)z影測量”這個(gè)術(shù)語也曾經(jīng)是有爭議的。在美國等國家稱為“軟拷貝攝影測量”，軟拷貝是指數(shù)字影像的顯示與處理。也許使用此術(shù)語的目的是想將數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)與傳統(tǒng)的使用硬拷貝（膠片和地圖等）的攝影測量學(xué)分開。這種說法是有問題的，因?yàn)橛部截悢z影測量這個(gè)概念根本就不存在。因?yàn)閿?shù)字?jǐn)z影測量這個(gè)術(shù)語較好地區(qū)分了與已被接受的模擬攝影測量、解析攝影測量的區(qū)別，所以更能讓人接受。此外，數(shù)字?jǐn)z影測量清楚地表明使用的是數(shù)字影像而不是模擬相片。在數(shù)字?jǐn)z影測量的處理過程中有時(shí)并不需要軟拷貝，但是總需要數(shù)字影像，這更能說明數(shù)字?jǐn)z影測量這個(gè)術(shù)語用得恰到好處?！　?shù)字?jǐn)z影測量與計(jì)算機(jī)視覺關(guān)系密切。同一術(shù)語在這兩個(gè)學(xué)科中表述不盡相同，因而，不可避免地會產(chǎn)生兩種不同的稱謂。本小節(jié)將給出攝影測量術(shù)語和概念的參考?！　?shù)字?jǐn)z影測量最重要的產(chǎn)品是軟拷貝工作站（WS），或稱為數(shù)字?jǐn)z影測量工作站（DPW）。盡管有的學(xué)者認(rèn)為這兩個(gè)名字存在差異，但這里認(rèn)為它們是可交換的。在本書中，數(shù)字影像是指存儲在計(jì)算機(jī)中的圖片（例如存儲在軟拷貝工作站里）。另外，相片或底片是指以模擬形式存在的圖片?！　∽詈笠粋€(gè)要解釋的是“自動”這個(gè)術(shù)語。我們經(jīng)常會看到自動化系統(tǒng)或自動化處理。以DEM的自動生成為例，使用這個(gè)術(shù)語意味著軟件產(chǎn)生一個(gè)DEM，只是偶爾需要人工干預(yù)操作。程序越完善，就越不需要人工干預(yù)。這里，“自動”不是指軟件在沒有任何人工干預(yù)下完全獨(dú)立地完成所有工作。當(dāng)看到“……自動生成80％的點(diǎn)”，應(yīng)該理解成這種處理過程是在交互式的環(huán)境中進(jìn)行的。如果一個(gè)處理過程真的達(dá)到100％的自動，不需要任何的人工干預(yù)，就是一種黑盒式處理過程，在此我更愿意稱它為“自主”。

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