514.数码航摄仪影象质量评价【开题报告+毕业论文】 .doc
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1、开题报告论文题目:数码航摄仪影象质量评价【开题报告+毕业论文】院 系:遥感信息工程学院专 业:地理信息系统姓 名: 学 号: 指导老师: 一 研究的目的和意义众所周知, 随着计算机技术和信息技术的飞速发展以及社会对数字产品需求的日益扩大,航天航空摄影测量与遥感技术也发生着显著的变化。 卫星影像的分辨率不断提高,由SPOT全色波段的10m到IRS1C全色波段的5.8m,发展到IKONOS卫星可见光的1m分辨率。这对满足较大比例尺测绘成图的航空摄影技术提出了更高的要求, 从常规的航空光学胶片摄影发展到高精度的航空数码摄影乃是当今世界测绘成图追寻的最高水准。用数码航摄测量方式生产的DEM数据、数字正
2、射影像图以及大比例尺地形图,都可以达到公寸级的精度。影像可以用12bit量化,灰度分辨率大大高于胶片摄影影像, 一些过去视为阴影的影像也可以获得好的摄影测量效果。若数码航摄像机与GPS全球定位系统、IMU(Inertial Measuring Units)惯性测量装置组合使用,则可使航测工程减少像片扫描、野外地面控制和解析空中三角测量等许多中间环节, 大大缩短成图周期、提高成图精度。美国EarthData公司1998 年仅将小幅面数码航摄像机应用于美国田纳西州地理信息系统制图工程,便取得了良好的效果。目前,全球性的“数字地球”建设战略正在实施,对地观测技术将逐渐实现多时相、多角度和多分辨率化。
3、因此,发展数码航摄、提供高分辨率的影像、补充和完善卫星图像的缺陷是非常必要的,这对建设大比例尺、高精度的“数字城市”来说, 尤其重要,它将成为建设“数字城市”的主要信息源。随着航天遥感技术的迅速发展,遥感工作者对卫星图象的质量越来越关注,调制传递函数是评定图象质量的重要方法。由调制传递函数可以较准确地估计成象系统的分解力。因此测定数字成象系统的调制传递函数对评价数字扫描图象是相当重要的。二 国内外的现状和发展趋势目前,我国国民经济飞速发展,国家基本建设日新月异,如何最快最准确地获取、更新基础数据一直是大家长期关注的问题。传统的测绘方式动用大量的人力、物力、财力,但获取数据的效率并不高。20世纪
4、90年代以来,一系列的技术变革:数字化采集和编汇代替了手工绘图;GPS的使用简化了控制测量工作;简单、轻便的数字测图仪器淘汰了笨重昂贵的光学仪器等使数据获取工作的效率和质量得到了提高。但是这些手段已不能满足国家建设发展的需要。2002年10月初,世界上第一套装备有高分辨率彩色数码相机(4 096像素4 096像素)、超光谱成形相机和激光扫描测高计的航空数码摄影系统问世。美国航空遥感协会激光雷达委员会主席Martin Flood高度评价这一成果,他认为这项技术的应用将对未来激光雷达数据的处理和GIS的应用产生划时代的影响。该系统配备着当今世界上最高分辨率的彩色数码相机(已进入商业领域)和超光谱成
5、形相机,同时集惯性测量仪IMU和全球定位装置GPS于一身,当飞机机载该系统飞越地球表面时,能在获取图像及数码数据的同时,计算出传感器的精确位置和方向,给出数字高程图DEM。航测专业的传统工序将发生重大变化,光学航空摄影、胶卷相片的冲洗晒印、地面GPS数据人工测量、航片的扫瞄加密及立体测图将被取代和简化,获取数据的速率和精度大大提高,数据的应用范围更加广泛。三 主要研究内容、途径及技术路线 此课题的主要研究内容包括收集数码航摄仪资料及其主要技术指标,掌握数码航摄仪的基本原理,掌握数码航摄仪影象质量评价的基本原理,编写均匀梯度或MTF测定软件,测定数码航摄仪影象的均匀梯度或者MTF对数码航摄影象质
6、量进行匹配并分析匹配原理,最后对数码航摄影象进行综合评价。航空摄影数字化的关键在于将获取目标信息的方式由过去的感光成像方式转化为目标信息数字化记录的方式,其手段就是将现在所使用的光学成像方式航摄相机转化为数字式航摄相机,目前,在应用中的这种设备,主要是采用线阵列电藉台器件作为传感器,这也就是我们常常提到的CCD相机。CCD 成像属于电子摄影的一种,该成像系统是将CCD置于相机的焦平面上,通过镜头的成像光线射到由CCD 探测器组成的阵列上,即按光的强度和波长的不同转换成电信号(数字码),然后将其记录在存储器(磁带等)上.CCD 成像系统的最大优点是可以把图像进行实时传输、快速显现和数字化处理。与
7、传统航空摄影测量过程相似,利用数码航摄仪进行摄影测量,实质上是一个信息传输过程,由地表反射的地物信息,穿过大气层,进入航摄仪形成影像,利用航摄影像进行测绘或判读。在这个过程中,地物信息由于通过不同的介质而收到损失。随着线阵CCD作为成像器件得到了日益广泛的应用,对航摄影像的质量越来越关注,如何评价和提高图象的质量,是一个相当重要而又复杂的问题。调制传递函数是评定图象质量的重要方法。由调制传递函数可以较准确地估计成象系统的分解力。因此测定数字成象系统的调制传递函数对评价数字扫描图象是相当重要的。对于数字成象系统而言,其象素大小相对于测定模拟成象系统MTF的刀刃采样间隔而言,显得太大, 因此表达刀
8、刃影象的象素就太少。如果直接用刀刃梯度法测定线扩散函数和MTF,则线扩散函数和MTF就存在很大的随机性和不稳定性,从而测定的MTF就不能用来评价象质。但当数字扫描图象满足采样定理时,由数字扫描图象可以重建成连续图象,这就为测定数字成象系统的MTF提供了一种有效的解决问题的方法。测定出影像的调制传递函数之后,根据数码航摄仪的具体技术指标及该影像的具体应用,可以对其进行质量评价。四 研究的主要阶段、进度及完成时间第一阶段(第1周第4周):在中国期刊网、重庆维普等网站搜集有关文献,撰写开题报告。第二阶段(第10周第16周):学习文献,编写程序算法,得到设计的最终结果。第三阶段(第17周第18周):论
9、文撰写,总结设计成果,提交毕业设计论文及答辩。五 参考文献1乔瑞亭.摄影与空中摄影学2贾永红.数字图象处理.武汉大学出版社3车双良,汶德胜.线阵CCD的调制传递函数 4贾永红.数字成象系统调制传递函数的测定及应用 5袁路晴,潘学英.航空数码摄影系统的应用与展望 6郭悦,刘晓鹏,杨桦.CCD的调制传递函数(MTF)分析7刘汉臣,唐远河.摄影系统的调制传递函数(MTF)的研究 8杨桦,朱永红,焦文春,刘颖.CCD的输出响应与相机MTF测试 9高连义.航空摄影的未来走向和发展趋势10韩雪涛,吴瑛.图解数码相机/摄录一体机原理与应用 人民邮电出版社 11阮秋琦.数字图像处理学.电子工业出版社 12高守
10、传,姚领田.Visual C+实践与提高-数字图像处理与工程应用篇(附光盘). 中国铁道出版社 13陈永明.航空摄影测量.中国建筑工业出版社14林君建等.摄影测量学.国防工业出版社 15韩雪涛,吴瑛.图解数码相机/摄录一体机原理与应用.人民邮电出版社33目录摘要Abstract第一章 概述11.1数码航摄仪的发展及其历史11.2数码航摄仪的基本原理11.3数码航摄仪及其主要技术指标3第二章 数码航摄仪影像质量评价102.1概述102.2数码航摄仪影像质量评价112.3几种数码影像质量构像评价方法132.4对数码影像质量评价标准的要求16第三章 数码航摄仪影像质量评价的程序编制183.1Visu
11、al C+ 6.0 程序介绍183.2程序实现的主要算法18第四章 实验数据结果分析254.1影像信息嫡评价254.2影像均匀梯度评价264.3MTF求分解力评价27第五章 总结295.1实验结论295.2现状与发展29参考文献31致谢32摘要本次毕业文的主要研究内容是在讨论数码航摄仪的基本原理和数码航摄仪影像质量评价的基本原理上,编写均匀梯度和MTF软件对数码航摄仪影像质量进行匹配,最后对数码航摄仪影像进行综合评价。因此先收集了一些数码航摄仪资料及其主要技术指标,掌握了数字影像质量评价的几种方法和每种方法的原理。通过实验,用不同的数码影像质量评价方法对数码航摄影像质量进行评价,获得在像元均匀
12、梯度、信息熵、MTF等不同评价指标下的影像质量情况。通过本课题的研究使我对数码航摄仪影像质量评价有一个系统的了解。关键词:数码航摄仪、数字影像、质量评价AbstractThe main routes of this graduation thesis is to compile uniformity gradient or MTF software 、match for the quality of digital cameral image the last of digital images and give a comprehensive evaluation for the digit
13、al image in discussion the basic principles of digital mapping cameras and digital camera-image quality evaluation.So first collect some information on the digital mapping cameral and its main technical specifications and master several ways of digital image quality evaluation and principles of meth
14、ods. Through the experiment, carries on the appraisal with the different digital image quality evaluation method to the digital mapping cameral image quality, obtain some image quality situation like uniformity gradient、entropy、 MTF and so on under the different appraisal target Through this topic r
15、esearch I have a system understanding to the quality evaluation of digital mapping cameral image .Key words: digital mapping camera、digital image 、quantity evaluate第一章 概述1.1数码航摄仪的发展及其历史数码影像技术发展到今天己走过了近四十年的历程。1964年,美国航空航天局(NASA)为了接收Ranger-7和Marner Mars-4两个无人太空探测计划中从火星发回的影像,设计了一种视频转换器,可以把模拟信号转换为影像数据,从
16、而拉开了数码影像技术发展的序幕。经过几十年的发展,今天的数码影像技术产品已经深入到从日常生活到专业应用的各个方面。在测绘专业领域里,已经开发出了专业的数码航摄相机,为航空摄影测量提供高时效的数字影像;另外在近景摄影测量方面,非摄影测量专业用的数码相机的应用也很多;而在测绘生产的许多环节,例如航摄像片索引图的拍摄等方面,数码相机也取代了原有的传统胶片式相机。传统摄影技术发展到今天已有年的历史 而数码摄影的发展至今不到年,如果不算构想、设计、和研制,它真正走向市场,进入应用阶段至今不足年。而数码技术应用到测量领域,也是随着数码技术和测量学的发展的自然结果。数码航摄仪是这一结果的产物。 我国数码航摄
17、仪目前应用还不太广泛,研发也处在起步阶段。中国工程院院士、中国测绘科学研究院研究员刘先林研制JXDC 54 数码航空摄影仪在山西稷山县和内蒙古乌兰布通两个摄区进行了生产试验,2005年12月23日通过了河南省科技厅组织的专家鉴定,于2006年初提交国家测绘局检查验收。该产品是传统航摄仪的更新换代产品和国外同类产品的替代产品,是科技发展的必然产物,产品的开发成功对加速我国的测绘手段现代化具有极大的社会效益和经济效益,为国家信息化进程大量需要的航空相机提供可选择的可靠国产品牌。2000年第19届国际摄影测量与遥感大会以后, 数字摄像机系统引起了国内同行的关注,至今已有几家用户引进该系统。应用该航空
18、数码摄影系统从事数码航摄业务, 将为我国大比例尺全数字摄影测量带来一场新的革命,为“数字城市”、“数字中国”的建设提供精尖技术支持,同时将我国数码测绘技术推进到国际先进行列。数码测绘将航空测绘、遥感和地图制印技术广泛地应用于我国的资源调查、国土测量、城市建设、土地规划、田野考古、生态环境与灾害调查、航空测绘制图、大型国家专题地图与图集制作等领域目前,全球性的“数字地球”建设战略正在实施,对地观测技术将逐渐实现多时相、多角度和多分辨率化。因此,发展数码航摄、提供高分辨率的影像、补充和完善卫星图像的缺陷是非常必要的,这对建设大比例尺、高精度的“数字城市”来说, 尤其重要,它将成为建设“数字城市”的
19、主要信息源。1.2数码航摄仪的基本原理 数码航摄仪和普通的数码相机的基本原理是一样的,其核心部件是CCD图象传感器。它通过光敏感元件将光学图象转换为相应的电荷图像,在控制脉冲的作用下转移到位移寄存器中,然后将随驱动脉冲的变化从扫描输出与图像相应的强弱不同的一位顺序号,即视频信号。视频信号通过模数转换芯片转换成0或1的数字信号。信号通过压缩以后由相机内部的快速闪存储器、内置硬盘卡或3英寸软盘保存。获取的影像数据若记录在数字硬盘(磁带记录已采样、量化和编码的数字数据),可以直接传给计算机。读入计算机中的影像通过电光转换(显示器)可以重现视频信号,即影像。数码航摄仪,是一种专业用的立体数码相机。除此
20、之外,市场上主要的是工业用的数码相机和民用数码相机。前者一般用于监视、监控和检测,主要采用灰度CCD,光学变焦,很少用数字变焦,价格比较便宜;而功能齐备的民用彩色相机,可以光学变焦和数字变焦。 无论是专业的数码航摄仪,还是普通的非专业数码相机,其应用均十分广泛,与胶片式相机不同,数码相机不使用传统的银盐感光材料,光线通过镜头后在影像传感器上聚焦,并且被转变为电信号,再通过模数转换器(Analog-to-Diagital Converter)将模拟电信号转换为数字电信号,经图像处理器(Microprocessor Unit)压缩处理后保存到存储器中。其成像质量取决于镜头的质量以及成像的影像传感器
21、的性能。目前使用较多的影像传感器有CCD和CM OS两类,而CCD的应用尤其广泛。镜头感光传感器(COD或CMOS)1.2.1CCD (Charge Coupled Device)中文名称为电荷祸合器,是一种特殊的半导体材料,由大量独立的光敏元件组成,每个光敏元件包含一个光电二极管和控制相邻电荷的单元,这些光敏元件通常是按线状或矩阵排列的。光线透过镜头照射到CCD上,光电二极管将光(光子)转化成电(电子),聚焦的电子数量相应于光线强度,每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。曝光时,CCD将获得的信息、传送到模/数转换器(Analog-to-Diagital Converter)上,模拟电
22、信号经过A。转换处理后变成数字信号,数字信号以一定格式压缩后存入缓存内,生成图像,图像数据可以根据不同的需要以数字信号或视频信号的方式输出。CCD的结构相对简单,像素尺寸小,分辨率高,精度和可靠性好,噪声也较低,因而被中高端(高像素)民用数字相机及专业的数字航摄相机广泛应用。CCD及电子显微镜下的CCD表面1.2.2 数码航摄仪(Digital Mapping Camera,简称DMC)是一个专门用于光谱摄影的高分辨率和高精度数字摄影系统,它的设计思想基于取代传统的胶片式摄影相机,基于面阵CCD的设计,保证了类似胶片一样严格的几何精度,即使在GPS信号完全失去,运行器不稳定和光照条件较差的情况
23、下仍然具有获得高质量图像的可能性,数码相机是以电子存储设备作为摄像记录载体,通过光学镜头在光圈和快门的控制下,实现电子存储设备上的曝光,完成被摄影像的记录。与传统的摄影技术相比,数码相机大大简化了影像再现的加工过程,可以快捷简便地显示被摄画面。1.3数码航摄仪及其主要技术指标在航天遥感蓬勃发展的同时,航空遥感因其机动性好,时效性高,目的性强,携带仪器多,相对投入较低等特点仍是获取地球信息的主要途径之一。进入九十年代,迅速发展的数码航摄仪向传统的航空胶片摄影发出了挑战,它建立在当代多项高技术成果的基础上并具有一系列优点,在各种遥感应用领域已表现出巨大的应用潜力。目前较具代表性的产品有:1.3.1
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