淺談基于全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)VirtuoZo制作DOM

1、淺談基于全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)VirtuoZo制作DOM摘要：數(shù)字正射影像圖大規(guī)模的制作與應用是“數(shù)字城市”發(fā)展的必然趨勢，現(xiàn)已為正在建設中的“數(shù)字城市”提供了有力的信息支持和保障。本文介紹了運用VirtuoZo軟件制作數(shù)字正射影像圖的生產(chǎn)工藝流程及質(zhì)量控制方法。采用上述方法制作正射影像已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中得到了驗證，它既能夠保證產(chǎn)品精度又能夠提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：數(shù)字城市； 信息； 工藝20世紀80年代初，我國許多城市都開展了利用航空攝影測量技術(shù)測制城市大比例尺地形圖的生產(chǎn)應用，隨著國家經(jīng)濟建設的發(fā)展，用于城市規(guī)劃、建設和管理的城市大比例尺數(shù)字正射影像圖(DOM)需求量增多，且對其現(xiàn)勢性要求也日益提

2、高。在測繪生產(chǎn)中常用的影像資料有航空像片、MO-DIS影像和SPOT影像等，這些影像是通過航空攝影或遙感衛(wèi)星獲取的。數(shù)字正射影像圖制作是通過在像對上量測一些地面控制點，并運用數(shù)字攝影測量工作站生成該像對范圍內(nèi)的數(shù)字高程模型(DEM)，然后對影像進行傾斜誤差改正和投影誤差改正，從而生成各單模型的數(shù)字正射影像圖。然后將多個數(shù)字正射影像拼接在一起，并進行圖像勻光處理后，按照一定范圍裁切出來的影像就是數(shù)字正射影像圖。 隨著社會的進步，計算機技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，攝影測量已由原先的模擬攝影測量和解析攝影測量，發(fā)展到今天的數(shù)字攝影測量。在數(shù)字攝影測量中，計算機不但能完成大多數(shù)攝影測量工作、節(jié)省人力

3、，而且借助模式識別理論，實現(xiàn)了目標的自動或半自動識別(如識別框標和識別同名點等)和提取，從而大大地提高了攝影測量的自動化能力。數(shù)字攝影測量技術(shù)的普及，早期是以VirtuoZo、JX-4A為代表，逐步發(fā)展到VirtuoZo3.24、 VirtuoZo3.5、 VirtuoZo3.75等等。數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的大面積推廣，為以攝影測量為主要手段的我國測繪業(yè)帶來了一場革命性變化。 數(shù)字正射影像圖簡稱DOM，是利用數(shù)字高程模型對掃描處理的數(shù)字化的航空像片或遙感影像，經(jīng)過逐像元進行處理再按影像鑲嵌，根據(jù)圖幅范圍剪裁生成的影像數(shù)據(jù)。數(shù)字正射影像圖和通常我們所接觸的地圖一樣，不存在變形，它是地面上的信息在影像

4、圖上真實客觀的反映，但是所包含的信息遠比普通地形圖豐富，而且其可讀性更強。如果在數(shù)字正射影像圖上加上一些符號以表示不易看到的地物或者抽象的信息(包括各種獨立地物、電力線、管線以及等高線和高程)，這種產(chǎn)品將更受廣大用圖者的歡迎。數(shù)字正射影像圖的應用十分廣泛，在土地管理、城市建設與規(guī)劃、林業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、旅游、環(huán)境保護、水文水資源等行業(yè)用來作土地詳查、城市變遷、資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測的原始資料；它還是很多測繪新產(chǎn)品的基礎數(shù)據(jù)，如城市三維模型、立體景觀地圖、計算機動畫、計算機仿真、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字影像庫等?，F(xiàn)階段生成DOM的方式有多種：單片微分糾正、全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)等等。他們在工作原理上基本一樣，都是通過D

5、EM和原始掃描影像來生成正射影像的。而今我們主要用到的是全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)生成DOM。 利用VirtuoZo數(shù)字攝影測量工作站制作DOM的基本作業(yè)流程如下： 圖1DOM制作流程總圖 一、數(shù)據(jù)準備 1.測區(qū)資料分析：包括飛行質(zhì)量和影像質(zhì)量分析。 2.測區(qū)資料準備 (1)掃描數(shù)字影像：掃描分辨率為25m，以無壓縮的TIFF格式存儲。掃描后影像應反差適中、色調(diào)飽滿、全幅影像及框標清晰。 (2)影像勻色：進行色階調(diào)整，計算機對圖像樣本量化為256級，經(jīng)過比較試驗，將灰度輸出定義在30-225之間，既滿足作業(yè)員觀測要求又較少丟失影像信息。把經(jīng)糾正鑲嵌后生成的正射影像圖色階再調(diào)為0-255，提高影像清晰度

6、同時保證色調(diào)統(tǒng)一均衡。對于單張影像調(diào)整，應用“直方圖”功能,對于不同明暗區(qū)域進行量測，應用“曲線”調(diào)整方法。對相片之間(包括航向、旁向、測區(qū))應相互比較、互為參照，可對局部同名區(qū)進行直方圖量測，對比其灰度分布形態(tài)、中間值和平均值，若差異較大需再調(diào)整，直到滿足灰度過渡的要求。 (3)測區(qū)文件：相機文件，控制點文件，航片索引圖，攝線、航片元數(shù)據(jù)文件。 二、外業(yè)控制測量 三、解析空三加密解算 四、全數(shù)字攝影測量的“三定向” (1)內(nèi)定向：利用框標檢校坐標與定位坐標，得到掃描坐標系與像片坐標系間的變換關(guān)系。 (2)相對定向：恢復構(gòu)成立體像對的兩張像片的相對方位，建立被攝物體的立體模型。 (3)絕對定向

7、：由人工立體觀測在左右影像上定位控制點，建立起影像平面坐標系和大地坐標系的對應關(guān)系。 五、按核線方向排列生成核線影像 同名像點必然位于同名核線上，經(jīng)過核線排列生成的核線影像在立體觀測時必然沒有上下視差?；谡溆跋竦闹谱魑覀円话闵伤降暮司€，以保證DOM的質(zhì)量。 六、影像匹配預處理 測區(qū)地形有起伏，為了減小由于地形起伏而引起的數(shù)字正射影像局部變形，提高數(shù)字正射影像圖的精度，需要根據(jù)地形特征提取一些必要的特征點、線或面(如道路、山谷、陡坎、山脊等)，從而控制DEM的匹配精度，保證數(shù)字正射影像圖的制作精度。在進行特征提取時，高程要嚴格切準地面，特征線節(jié)點均勻、不能交叉，坎上、坎下節(jié)點對稱；對于樹

8、木房屋密集地區(qū)用非相關(guān)區(qū)域線采集。非相關(guān)區(qū)域線切準地面且區(qū)域線內(nèi)的高差不能相差過大，以免影響影像的匹配精度；有流向的河流水面特征線采集與一般特征線相同，但所采集的高程變化應與河流流向一致，因為水往低處流；水塘、湖泊等水面高程一致時，可以先量測水面高程然后鎖定高程采集水面特征線，這樣可以保證水面的水平。若不一致時應先確定水面平均高程面，然后再鎖定高程進行特征線采集。以后的處理，如影像匹配、等高線編輯等，都將在核線影像上進行。按照參數(shù)設置確定的匹配窗口大小和匹配間隔，沿核線進行影像匹配確定同名點。根據(jù)地形對模型進行編輯，編輯后需保證等值線貼于地表。 七、DEM生成 數(shù)字地面高程模型(DEM)是制作

9、正射影像的基礎。在影像匹配編輯后可生成DEM，然后根據(jù)影像匹配的效果調(diào)用DEMMaker進行DEM編輯。 DEM的格網(wǎng)間距一般選在20-50 m之間比較合適，不但能反映地物的變化，也能忽略某些地物的影響(例如：城市的房屋建筑物較多，如果格網(wǎng)間距太小可會引起房屋建筑物的變形，增加了編輯的工作量。)特征影像采集的范圍不得超過加密點的連線外20 m，特征要素的采集以圖幅為單位存儲，采集范圍為圖幅內(nèi)圖廓范圍外擴10 m。 利用采集的特征影像或矢量圖構(gòu)TIN，生成圖幅物方中格網(wǎng)DEM。用DEMMaker的編輯命令漫游檢查DEM點與每個模型的吻合情況，對DEM點與模型不吻合的區(qū)域增加特征點、特征線和特征面

10、，使每個格網(wǎng)點都貼近地表。對圖幅內(nèi)每個模型格網(wǎng)點檢查合格后即可導出圖幅特征要素文件。 八、DOM生成 數(shù)字正射影像圖(DOM)是利用數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，運用數(shù)字微分糾正技術(shù)，對影像進行像片糾正從而消除影像的投影誤差而獲得。航片糾正范圍應在定向點以內(nèi)。最大范圍不應超過像片上控制點連線外20 m。 一幅標準圖幅DOM地圖，需多個像對的正射影像進行拼接鑲嵌。由于影像攝影角度不同而造成同名地物的影像灰度不同，使得接邊復雜程度遠大于線劃圖接邊。接邊時不僅要滿足地物空間坐標的精度，而且要保證接邊地區(qū)同名地物的影像灰度一致。對城區(qū)影像處理時，由于城區(qū)地物多且對高大建筑無DEM的改正，因此必須全部采用

11、手工拼接。選取拼接線時取近似直線的平滑曲線效果最好，避免取小角度折線。而且盡量避開高大建筑物，對無法消除的拼接缺損應用單模型正射影像進行修補。在正射影像接邊時也許要對接邊區(qū)域進行影像勻色，方法與上述相同。 九、成果檢查與驗收 1.影像掃描質(zhì)量：掃描分辨率是否正確，文件命名是否正確，地圖影像線劃是否清晰。 2.正射影像圖平面精度、接邊和色度檢查：正射影像圖平面精度是否符合要求，影像圖接邊精度是否符合限差要求，相鄰圖幅影像色調(diào)一致性，接邊處影像清晰度。 十、結(jié)語 本文介紹了運用VirtuoZo軟件制作數(shù)字正射影像圖的生產(chǎn)工藝流程及質(zhì)量控制方法。采用上述方法制作正射影像已經(jīng)在生產(chǎn)實踐中得到了驗證，它既能夠保證產(chǎn)品精度又能夠提高生產(chǎn)效率。數(shù)字正射影像圖大規(guī)模的制作與應用是“數(shù)字城市”發(fā)展的必然趨勢，為正在建設中的“數(shù)字城市”提供