數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件VirtuoZo在實(shí)際工作中的應(yīng)用

1、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件VirtuoZo在實(shí)際工作中的應(yīng)用應(yīng)用技術(shù)IChinaSCienceandTechnologyReview數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件VirtuoZo在實(shí)際工作中的應(yīng)用徐小芹(湖北省第二測(cè)繪院湖北武漢430071)摘要由于現(xiàn)代航天技術(shù)和屯子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的自動(dòng)化,數(shù)字化,智能化等強(qiáng)大功能為我們攝影測(cè)量工作帶來(lái)了深遠(yuǎn)的意義,本文則簡(jiǎn)要介紹數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的基本概念,數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件VirtuoZo的特點(diǎn),目前主要的應(yīng)用范圍,VirtuoZo的工作流程,以及VirtuoZo在實(shí)際工作中的主要應(yīng)用.關(guān)鍵詞航天技術(shù)電子計(jì)算機(jī)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量VirtuoZo中圖分類號(hào):U662.9文獻(xiàn)標(biāo)

2、識(shí)碼:A文章編號(hào):1009914X(2010)090264021引言信息時(shí)代的到來(lái),隨著電子測(cè)繪儀器和計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展以及數(shù)字圖像處理,模式識(shí)別,人工智能,專家系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)等學(xué)科的不斷發(fā)展,突破了傳統(tǒng)的測(cè)繪技術(shù)和方法,數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量應(yīng)運(yùn)而生.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)就是利用數(shù)字影像或數(shù)字化影像完成攝影測(cè)量作業(yè),以計(jì)算機(jī)視覺(jué)代替人眼的立體觀測(cè),因而它所使用的儀器最終將只是通用計(jì)算機(jī)及其相應(yīng)外部設(shè)備,特別是當(dāng)代,工作站的發(fā)展為數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展提供了廣闊的前景,數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量生產(chǎn)出各種數(shù)字化新產(chǎn)品和目視化新產(chǎn)品:數(shù)字化產(chǎn)品包括數(shù)字地圖,數(shù)字高程模型,數(shù)字正射影像,測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù),地理信息系統(tǒng)和土地信

3、息系統(tǒng)等:目視化新產(chǎn)品包括地形圖,專題圖,剖面圖,透視圖,正射影像圖,電子地圖,動(dòng)畫地圖.其產(chǎn)品是數(shù)字形式,突破了傳統(tǒng)產(chǎn)品的模擬輸出,由于它的到來(lái),更是推動(dòng)信息時(shí)代的數(shù)字理念.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量之所以受得人們的廣泛關(guān)注重視,是因?yàn)樗墓δ軆?yōu)越于解析測(cè)圖儀,更遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)模擬測(cè)圖儀.模擬時(shí)代的攝影測(cè)量作業(yè)大部分依敕于各種的攝影測(cè)量?jī)x器,如坐標(biāo)量測(cè)儀,立體測(cè)圖儀,糾正儀,正射影像儀等.解析測(cè)圖儀進(jìn)了一步,在一臺(tái)解析測(cè)圖儀上便可完成多種不同的類型的任務(wù),而數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量又進(jìn)了一步,集多種功能于一體,且應(yīng)用范圍也將大大擴(kuò)展.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量工作站除了能勝任解析測(cè)圖儀可完成的一切任務(wù)外,還具有許多新的功能.如影像位移的

4、去除,任意方式的糾正,反差的擴(kuò)展,多幅影像的比較分析,圖像識(shí)別,影像數(shù)字相關(guān)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的管理等,通過(guò)顯示器還可觀察數(shù)字圖像以及框標(biāo)控制點(diǎn),連接點(diǎn),DEi以及其它所需要特征:在空中三角測(cè)量中通過(guò)加附加參數(shù),由自檢校確定的系統(tǒng)誤差的改正數(shù)可直接賦給圖像,從而最終改善結(jié)果的精度:可對(duì)圖像自動(dòng)進(jìn)行所需要的特征提取,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行雙像,多像異帶幾何約束的匹配以及顧及鄰元條件的多塊匹配,進(jìn)而生成數(shù)字正射影像,數(shù)字高程模型,或直接為機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)服務(wù)等等,而且惟有數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量其有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取和處理能力,正是這種能力將使它進(jìn)入嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展就導(dǎo)致了實(shí)時(shí)攝影測(cè)量的問(wèn)世,實(shí)時(shí)攝影測(cè)量用于醫(yī)學(xué)

5、診斷,工業(yè)過(guò)程的自動(dòng)控制和機(jī)器人的視覺(jué)方面,在陸地車載中機(jī)載,星載系統(tǒng)中是利用GPS定位技術(shù)和CCD攝像技術(shù)可實(shí)時(shí)地直接為GIS獲取所需要的數(shù)據(jù)和信息,對(duì)軍用和民用都有很大的意義為了工作的方便,相應(yīng)的軟件也相繼誕生,本論文就是重點(diǎn)介紹全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟件VirtuoZo(適普軟件有限公司出品)在實(shí)際工作中的應(yīng)用.本論文將結(jié)合實(shí)例具體介紹VirtuoZo的特點(diǎn),目前主要的應(yīng)用范圍,工作原理及方法了解他的的廣泛應(yīng)用,強(qiáng)大功能,讓我們的工作更科學(xué),更方便,更快捷.這樣生產(chǎn)出來(lái)的數(shù)字產(chǎn)品直觀,真實(shí),可視性強(qiáng),應(yīng)用靈活,便于專業(yè),非專業(yè)人員的使用,數(shù)據(jù)的數(shù)字化更是方便了與其他4D產(chǎn)品疊加分析與決策,也方便

6、了用戶的科學(xué)管理,產(chǎn)品在功能上完全滿足了測(cè)區(qū)規(guī)劃,設(shè)計(jì),建設(shè)的需要.2VirtuoZo系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1VirtuoZo的主要特點(diǎn)全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo具有以下特點(diǎn):A.全軟件化設(shè)計(jì)VirtuoZo是一個(gè)全軟件化設(shè)計(jì),功能齊全和高度智能化的全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng).B.高度自動(dòng)化影像的內(nèi)定向,相對(duì)定向,影像匹配,建立DEM,由DEM提取等高線和制作正射影像等操作,基本上不需要人工干預(yù),可以批處理地自動(dòng)進(jìn)行.C.高效率相對(duì)定向只需卜2分鐘,匹配同名點(diǎn)的速度達(dá)到每秒500點(diǎn)以上.D.靈活性系統(tǒng)提供了”自動(dòng)化”和”交互處理”兩種作業(yè)方式.用戶可以根據(jù)具體情況靈活選擇.E.通用性系統(tǒng)不僅能基于航空影

7、像生產(chǎn)從l:50000到i:500各種比例尺的4D產(chǎn)品(DEM,DOM,DLG,DRG),還能處理近景影像,中等分辨率的衛(wèi)星影像(如:SPOT,TM等衛(wèi)星影像),IKONOS衛(wèi)星影像,QuiekBird衛(wèi)星影像和可量測(cè)數(shù)碼相機(jī)影像.F.采集三維基礎(chǔ)地理信息的理想平臺(tái)基于MicroStation軟件開發(fā)的數(shù)字測(cè)圖接口模塊vlink,實(shí)現(xiàn)了VirtuoZo和MicroStation之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊.它在MicroStation基本功能的基礎(chǔ)上針對(duì)測(cè)圖生產(chǎn)的實(shí)際觀測(cè)信號(hào)濾波變換后波形采樣點(diǎn)(C)圖2(a)疊加噪聲的信號(hào)波形(b)信號(hào)P階FRFT(C)變換后的波形信號(hào)進(jìn)行一p階的分?jǐn)?shù)階Fourier

8、變換,反變換回時(shí)間域.變換后的波形如圖2(C)所示.從圖中可以看出,本文所提出的方法能夠取得較好的噪聲抑制效果.結(jié)語(yǔ)FRFT是一種新的時(shí)頻分析工具,在信號(hào)處理領(lǐng)域,尤其是在非平穩(wěn)信號(hào)的處理中越來(lái)越受到重視.利用FRFT等同于對(duì)信號(hào)在時(shí)頻平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)這一264l科技博覽重要特性,對(duì)LFM信號(hào)起到很好的濾波降噪作用.分?jǐn)?shù)階域的濾波為傳統(tǒng)的時(shí)域,頻域?yàn)V波提供了新的思路.參考文獻(xiàn)1陶然,齊林,王越.分?jǐn)?shù)階Fourier變換的原理與應(yīng)用.北京:清華大學(xué)出版社,2004.2NAMIASV.ThefractionalFouriertransformanditsappticationinquantummech

9、anicsJ.InstMathIts,1980,25:241265.3LufsB.Almeida.ThefractonalfouriertransformandtimefrequencyrepresentationsJ.IEEETransactionsonSignalProcessing,1994,42(ii):30843091.4趙興浩,鄧兵,陶然.分?jǐn)?shù)階傅里葉變換數(shù)值計(jì)算中的量綱歸一化.北京理工大學(xué)學(xué)報(bào).2005,4,25(4):360364.5王宏禹.信號(hào)處理相關(guān)理論綜合與統(tǒng)一法.北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005.情況增加了新功能,形成了一個(gè)采編一體化的數(shù)字測(cè)圖系統(tǒng).2.2在軟件中的具體操

10、作2.2.1新建測(cè)區(qū)2.2.2定向內(nèi)定向的目的就是確定掃描坐標(biāo)系同像片坐標(biāo)系的關(guān)系,通過(guò)相對(duì)定向和絕對(duì)定向則可確定內(nèi),外方位元素.在完成了自動(dòng)空中三角測(cè)量后,需生成模型,這樣,在進(jìn)行后面工作時(shí)所需要的模型及模型文件夾均可自動(dòng)生成.本測(cè)區(qū)在SGI一023:作站上己做好空三加密,現(xiàn)在就將加密成果導(dǎo)入恢復(fù)模型,生成的測(cè)區(qū)參數(shù),模型參數(shù)在轉(zhuǎn)入VirtuoZoNT中時(shí),需修改其參數(shù)的路徑,然后才能正確地進(jìn)入相應(yīng)的定向界面.測(cè)區(qū)參數(shù)可通過(guò)軟件中的恢復(fù)測(cè)區(qū)功能進(jìn)行修改,模型文件夾中的.dat,$.cpd,.otp,.dtp四個(gè)參數(shù)要進(jìn)行路徑修改.最后對(duì)導(dǎo)入結(jié)果在相對(duì)定向,絕對(duì)定向中進(jìn)行檢查.2.2.3生成核

11、線影像,預(yù)處理,影像匹配定向完成后,確定核線影像生成范圍,在VirtuoZo主界面中點(diǎn)擊處理一>核線重采樣一>水平核線,生成核線影像后,在VirtuoZo主界面中單擊處理一影像匹配,程序即自動(dòng)進(jìn)行影像匹配.在此工作中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)匹配窗口大小的選擇:匹配窗口是用于影像匹配的單元,其大小的確定與許多因素有關(guān),如像素的大小,航攝比例尺,地形的類型等.一般情況下可考慮匹配窗口在原始影像上的大小為0.25mm0.5mm.(2)匹配格網(wǎng)間隔的選擇:匹配格網(wǎng)間隔是指匹配窗口中的行列之間的象素間隔,一般小于或等于匹配窗口的大小,且應(yīng)小于DEM的間隔.視差曲線編輯:影響匹配

12、完成后,需在立體下進(jìn)行人機(jī)交互的視差曲線編輯,即對(duì)匹配結(jié)果進(jìn)行編輯.編輯完成后即可設(shè)置DEM參數(shù)如圖5-33所示然后生成.2.2.4生成數(shù)字地面高程模型(DEM)數(shù)字地面高程模型是制作正射影像的基礎(chǔ),中心投影的影像根據(jù)其數(shù)字地面高程模型就可糾正成正射影像.VirtuoZo提供兩種生成數(shù)字地面高程模型的方法:(1)直接利用編輯好的匹配結(jié)果生成數(shù)字地面高程模型.此種方法適用于中,小比例尺的正射影像制作或大比例尺非城市自然地貌地區(qū)的正射影像制作,也可用于編輯好視差曲線的城市地區(qū)的正射影像制作.(2)影像匹配后不做編輯,而是在FC(FlatCity)界面下按一定密度分布選擇同名點(diǎn),或是在立體下切準(zhǔn)地形

13、表面測(cè)定一定密度的地面點(diǎn),構(gòu)成三角網(wǎng)內(nèi)插DEM.此種方法適用于平坦的城市地區(qū).此種方法可避免視差曲線纏繞建筑物的問(wèn)題,減少一定的工作量.本測(cè)區(qū)選用方法1,在VirtuoZo主界面中點(diǎn)擊產(chǎn)品一生成DEMDEM(M).生成DEM的方法很多.但要達(dá)到較好的精度.我們一般在實(shí)際工作中這樣做:對(duì)匹配結(jié)果編輯結(jié)果進(jìn)行粗略編輯一然后生成DEM一最后在DEMMaker中進(jìn)行精編.對(duì)影像匹配結(jié)果編輯窗口中,如果有導(dǎo)入相鄰模型的編輯結(jié)果的功能就更好,這樣做就可以避免重疊區(qū)的重復(fù)編輯,大大節(jié)約工作時(shí)間,也方便接邊.2.2.5生成單模型正射影像DEM生成后,既可進(jìn)行單模型正射影像的生成.在VirtuoZo主界面中點(diǎn)擊

14、產(chǎn)品一生成正射影像,或在工具一批處理中添加要生成的模型一起生成正射影像,生成好的正射影像為.orl自動(dòng)保存在相應(yīng)模型文件夾下的prodoct文件夾下.2.2.6正射影像圖的拼接單個(gè)像對(duì)的正射影像生成后,我們一般習(xí)慣使用ImageXuite軟件(適普軟件有限公司出品)的勻光模塊對(duì)單張像片的數(shù)字正射影像進(jìn)行自動(dòng)勻光處理.使待拼接的影像達(dá)到目視效果一致.如果在空三導(dǎo)入前已做了勻光處理,則該步驟可以省略不做.可進(jìn)行正射影像圖的拼接或者說(shuō)鑲嵌,裁切.以我們平常的工作經(jīng)驗(yàn),勻光是必不可少的,因?yàn)樽龊昧诉@一步,對(duì)于成果的修改量會(huì)減少一半,最后的影像效果也會(huì)更好.在做勻光前,對(duì)每個(gè)單模型的正射影像進(jìn)行篩查,對(duì)

15、個(gè)別色調(diào)差大的影像進(jìn)行單獨(dú)處理,可在photoshop中進(jìn)行.處理好后,再在勻光的正射影像中挑選一張質(zhì)量好,接近整體效果的的影像為主影像,以它為參照進(jìn)行勻光.這樣做的好處就是,勻光效果可一次成功,大大提高工作效率.做好勻光后就可在主界面中點(diǎn)擊鑲嵌一手工鑲嵌在此工作中值得注意在就是:在選取拼接線的時(shí)候,拼接線走向的設(shè)計(jì)應(yīng)反復(fù)觀察重疊區(qū)的地物特點(diǎn),在農(nóng)田較多的地方可沿地塊邊界選取拼接點(diǎn),在城區(qū)應(yīng)在街道上選取拼接點(diǎn),避開高大建筑物,從而得到最優(yōu)的拼接方案.而在密集的城區(qū),拼接線必須穿越建筑物時(shí),應(yīng)考慮到地物的主次,盡量選擇平房或低矮建筑,而在穿越樓區(qū)時(shí)應(yīng)盡量保持樓房倒向的規(guī)則性,不破壞整體視覺(jué)效果為

16、最佳.同時(shí)拼接線的選擇盡量繞開色調(diào)差別較大的區(qū)域,這樣鑲嵌出來(lái)的影像才能保持平滑過(guò)渡,色調(diào)一致.2.2.7正射影像圖的裁切D0M范圍計(jì)算公式為:按GB/T13989的分幅規(guī)則確定1:10000地形圖四個(gè)圖廓點(diǎn)坐標(biāo),圖廓點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)I外接坐標(biāo)格網(wǎng)矩形外擴(kuò)1O0米,即為圖幅裁切范圍.本測(cè)區(qū)數(shù)字正射影像圖的圖幅裁切坐標(biāo),左上角坐標(biāo);(max,Ymin和右下角坐標(biāo)Xmin,Vmax計(jì)算公式如下(公式中以米為單位):X止=XminINTmin(xl,x2,x3,x4)卜100Y起=Ymin-INTmin(yl,y2,y3,y4)100X起=XmaxINTmax(xl,x2,x3,x4)+1+100Y止=Y

17、maxINTmax(yl,y2,y3,y4)+1+100式中:x1,x2,x3,x4,y1,y2,y3,y4為四個(gè)圖廓點(diǎn)坐標(biāo),Xmax,Ymin為DOM起始點(diǎn)坐標(biāo),Xmin,Ymax為DOM終止點(diǎn)坐標(biāo).不滿幅的圖幅裁切區(qū)域內(nèi)以白色填充.H.正射影像圖的修復(fù)在生成正射影像時(shí),對(duì)于高大的建筑物,高懸于河流之上的大橋和高差較大的地物,很可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的變形.對(duì)于使用左右片(或多片)同時(shí)生成的正射影像,有時(shí)還會(huì)在影像接邊處出現(xiàn)重影等情況.如下圖情況,幾處房屋變形.這些變形將對(duì)實(shí)際生產(chǎn)造成不利的影響,要對(duì)其進(jìn)行校正.具體方法很多,可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法在VirtuoZo軟件主界面中單擊鑲嵌一一&a

18、mp;gt;正射影像修補(bǔ)利用原始影像進(jìn)行挖補(bǔ).但此功能我們?cè)趯?shí)際工作中一般較少選用,因?yàn)槠湫扪a(bǔ)較慢,且效果不佳,通常會(huì)出這里修補(bǔ)好,那里又被損壞.在精度允許的情況下,我們一般選擇圖像處理工具例如PHOTOSHOP進(jìn)行更方便,更快捷的方法進(jìn)行處理.除了進(jìn)行變形處理,還需要對(duì)原始影像的損傷如:劃痕等,都可以利用PItOTOSHOP等圖像處理軟件進(jìn)行修補(bǔ),美化以上就是我用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量軟VirtuoZo所做的正射影像圖的全部過(guò)程.在此過(guò)程中我們看到了全數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的多功能一體化,為我們提供了各方面的需求,也認(rèn)識(shí)到了制作數(shù)字高程模型,數(shù)字正射射影像的自動(dòng)化,看到了整個(gè)制作過(guò)程的方便與簡(jiǎn)捷以及產(chǎn)品的數(shù)字化效果.這樣的數(shù)字影像產(chǎn)品直觀,真實(shí),可視性強(qiáng)數(shù)據(jù)的數(shù)字化更是方便了與其他4D產(chǎn)品疊加分析與決策,也方便了用戶的科學(xué)管理.3結(jié)柬語(yǔ)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量在實(shí)際工作中的應(yīng)用使我們擺脫了傳統(tǒng)攝影測(cè)量的困擾與制約,讓我們工作開展地更加順利,也大大提高我們的工作效率,減少了工作強(qiáng)度,也是社會(huì)文明的一大標(biāo)志.生產(chǎn)的數(shù)字化產(chǎn)品更是滿足了時(shí)代的要求,市場(chǎng)的需求.應(yīng)當(dāng)指出,目前數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量仍處于發(fā)展的時(shí)期,其自動(dòng)化功能僅限于幾何處理,即可以進(jìn)行自動(dòng)內(nèi)定向,相對(duì)定向,自動(dòng)建立數(shù)字高程模型,制作正射影像.其它的工作采用半自動(dòng)或人工的方式進(jìn)行,特別是地物的測(cè)繪,目前全部都是人工交互方式.雖然已有關(guān)于道路