立体像对提取DEM原理与方法
一、概述
数字高程模型(Digital Elevation Model)，简称 DEM，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。DEM 除了包括地面高程信息外，还可以派生地貌特性，包括坡度、坡向等，还可以计算地形特征参数，包括山峰、山脊、平原、位面、河道和沟谷等。 建立 DEM 的方法有多种，从数据源及采集方式主要有：根据航空或航天影像，通过摄影测量途径获；野外测量或者从现有地形图上采集高程点或者等高线，后通过内插生成 DEM 等方法，主要方法如下表所示： 方法 | 优点钾盐矿 | 缺点 |
航空摄影测量中国古典园林史 | 影驰gts250上将版成熟的方法，精度高，可获取大比例尺 DEM | 成本高，周期长，且受航空管制 |
高程点或者等高线差值 | 成本低，操作简单 | 美国中期选举结果公布受数据源限制大，很多地区无高程点或等高线数据 |
卫星遥感 | 可以大范围获取 DEM | 受天气影响较大，目前可获取的比例尺较小。 |
干涉雷达技术 | 可以大范围获取 DEM，不受天气影响 | 碳炔目前获取大比例尺 DEM 较困难 |
激光雷达技术 | 精度高，可获取大比例尺DEM | 起步阶段，技术门槛高 |
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二、流程
立体像对获取 DEM 的原理简易阐述是：在天空两点（P1和 P2）拍摄地面同一点 A 时形成一 ∠P1AP2夹角，当 P华亚纸业1和 P2空间位置确定后，该角度越大地物点越高，反之，角度越小地物越低。将地面所有点的高程解算后就得到了数字地面模型。
像对DEM获取方法有主要两种:一种是通过GCP和影像上对应的像素来计算卫星的外方位元素(卫星姿态),通过像对间的匹配点(TP, Tie Point)配准影像,然后进行后方交汇计算每个地面点的高程；另一种是外方位元素的从卫星的星历中解算,其它步骤同1,此方法要求具有精确的卫星星历,而且生成的DEM为相对高程。 利用立体像对提取 DEM 的流程图，总体上分为六步。如下：
1、数据输入
将立体像对输入到进行实验处理的软件中。
定义地面控制点后得到的 DEM 是绝对高程，否则是以卫星默认的地势面作为基准面的相对高程，然后将控制点输入。
要生成 DEM 首先要选择立体像对上的一些连接点。连接点也是同名点，它是用来建立两张像片之间关系的。连接点的提取一般先自动提取，再手工交互编辑。连接点的自动提取采用基于灰度的影像相关的办法。自动提取以后再进行人工编辑，剔出错误的连接点，如果点数太少，人工地选取一些连接点，保证连接点分布均匀。
3、生成核线影像
如果直接用影像相关的算法，求出各个像素的同名点，再计算视差，计算量非常大，一般是先生成核线影像，把二维的相关问题变成一维的相关问题。核线在像片上是互不平行的，他们交于核点，如果将像片上的核线投影到一对相对水平的像片--平行于基线的像片对，则核线互相平行。根据这一原理，在水平像片上建立规则格网，它的行就是核线。
利用共线条件方程求出相关参数，将影像转换成核线影像，转换后像素灰度值采用双线性内插的办法重采样。
4、自动提取DEM
对于生成的核线影像，它已经不存在上下视差，只有左右视差，利用图像相关算法对影像进行匹配，这时寻同名点就是一维相关。到两张像片的重叠区域的同名点后就可以利用输入的控制点坐标进行整体平差，解求出地面点的坐标，根据各点高程的不同赋予相应的灰度值，就可以自动提取出 DEM 的图像。
5、DEM编辑
在 DEM 提取过程中，一些像素的匹配可能会失败（由于大量的阴影，对比度较低等原因），图像由于传感器自身或外界一些因素的影响会带有许多噪声，图像不清晰，这时就要对生成的 DEM 进行编辑。DEM的编辑包括 DEM 的内插，DEM 的滤波，DEM 的平滑。
（1） DEM的内插
对于初步生成的 DEM，图像本身因为云的遮挡，或是地面的对比度较低，阴影等因素，一些像素的匹配不正确，像素的值不正常，对于这些不正常区域采用分块双三次多项式内插
的办法，选择不正常的区域，对不正常的像素插值，重复几次，直到满意为止。
内插只能解决小区域的异常，对于云层遮挡较大的区域内插不一定符合实际的地形，一般将这部分数据裁剪，再利用另一个时段生成的 DEM 进行拼接。
（2） 噪声的滤波处理
（3） DEM的平滑
经过内插和去噪的 DEM 还会有一些噪声，有的地方仍存在不正常的点，但是地面的起伏一般是连续的，这时就需要对 DEM 进行平滑。平滑采用 的窗口为模板，在 DEM 图像上移动，以平均值代替中心像素值，不断移动窗口，完成对整个 DEM 的的平滑。
6、DEM精度评价
三、利用立体像对提取DEM的基本原理
立体像对定义：由不同摄影站摄取的、具有一定影像重叠的两张像片称为立体像对。
利用遥感影像立体像对提取DEM的基本原理，就是基于立体像对上的同名像点s1和及s2对应地面点A三点之间形成的夹角∠A。当立体像对上点的空间位置确定后，该角度越大，地物点越高，反之，角度越小，地物高程越低。
在已知立体像对相对外方位元素和像点空间坐标的情况下，即可获取地面点A的高程坐标。将地面所有点的坐标高程解算后，就得到了该立体像对覆盖区域的数字高程模型。
从上述基本原理可以看出，基于遥感影像立体像对的DEM获取有两个关键: 一是确定立体像对在拍摄瞬间的外方位元素，即卫星的位置和姿态；二是同名像点的精确匹配。
确定立体像对的外方位元素，主要有两种方法：一种是基于共线条件方程建立地面控制点和影像上对应像点的关系来解算卫星的外方位元素；另一种是利用传感器物理模型和卫星星历中的辅助数据，如卫星GPS、星敏、陀螺数据等，来解算卫星的外方位元素。
由于立体像对中的两影像是由不同的拍摄角度获取的，影像间必然存在不同程度的拉伸和变形，因此同名点的精确匹配就是另一个关键问题。解决这个问题主要有两个方法: 一是人工选择足够数量的连接点，进行相对定向，确定左右影像之间的关系；二是改进自动匹配
算法，利用同名像点位于同名核线上的原理，将同名像点的二维搜索变为一维搜索，以提高匹配精度。
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