淺談城市大比例尺數(shù)字正射影像圖的制作技術(shù)

陳玲，丁亞杰，錢正偉

(常州市測(cè)繪院，江蘇 常州 213002)

1 前言

隨著航空攝影測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展以及數(shù)字產(chǎn)品社會(huì)需求的日益擴(kuò)大和數(shù)字測(cè)圖技術(shù)的不斷完善，航天遙感和航空攝影測(cè)量也在發(fā)生著顯著的變化。數(shù)字正射影像圖是“數(shù)字城市”的地理空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)重要組成部分，其地面信息豐富，地物直觀，工作效率高，成圖周期短、成本低、精度高的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)越來(lái)越多地被廣泛應(yīng)用及充分體現(xiàn)。

2 測(cè)區(qū)概況

2.1 測(cè)區(qū)概況

為了進(jìn)一步加強(qiáng)常州市基礎(chǔ)測(cè)繪業(yè)務(wù)建設(shè)，同時(shí)及時(shí)更新基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的需要，常州市測(cè)繪院實(shí)施了對(duì)常州市市區(qū)約 620 km2面積，制作1∶1000 DMC真彩色數(shù)字化正射影像圖的工作。測(cè)區(qū)內(nèi)高鐵、高架環(huán)繞，高樓密布，建筑毗連，這些都為數(shù)字正射影像的制作增加了許多難度。

2.2 制作流程(圖1)

圖1 制作流程圖

3 技術(shù)要點(diǎn)

3.1 測(cè)區(qū)劃分及像控點(diǎn)測(cè)量

測(cè)區(qū)按每一區(qū)域航線不超過(guò)8條，每條航帶的基線數(shù)不超過(guò)30條劃分。整個(gè)成圖范圍共分成43個(gè)測(cè)區(qū)。像控布設(shè)全部布設(shè)為平高控制點(diǎn)，每4條～6條基線一個(gè)點(diǎn)，航帶間均布設(shè)平高點(diǎn)。不規(guī)則區(qū)域布點(diǎn)時(shí)，凹角點(diǎn)與凸角點(diǎn)之間距離超過(guò)2條基線時(shí)，凸角處均布設(shè)平高控制點(diǎn)。像控采用網(wǎng)絡(luò)RTK模式測(cè)量像控點(diǎn)。

3.2 空三加密

使用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)VirtuoZo，AATM+PATB進(jìn)行空三加密，生成加密點(diǎn)，并創(chuàng)建立體模型。加密過(guò)程中各項(xiàng)目定向限差如下:

(1)相對(duì)定向后標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)殘余上下視差限差為0.005 mm，檢查點(diǎn)殘余上下視差限差為0.008 mm;

限差要求 表1

(2)絕對(duì)定向后，定向點(diǎn)殘差、多余控制點(diǎn)不符值、區(qū)域網(wǎng)內(nèi)公共點(diǎn)較差、區(qū)域網(wǎng)間公共點(diǎn)較差的限差符合表1要求。

3.3 數(shù)字高程模型DEM的編輯

(1)匹配編輯

空三加密完成后，創(chuàng)建了本測(cè)區(qū)所有立體模型。然后依次進(jìn)行核線重采樣、自動(dòng)匹配，主要的工作量是對(duì)自動(dòng)生成的匹配結(jié)果進(jìn)行匹配編輯，使所有匹配點(diǎn)切準(zhǔn)地面。匹配編輯完成后，生成單模型的DEM和DOM，對(duì)DEM在透視狀態(tài)下目視，如果發(fā)現(xiàn)有誤，則返回匹配編輯狀態(tài)調(diào)整編輯，直到滿足要求，此時(shí)生成的DOM應(yīng)該目測(cè)初步合格。

(2)DEM拼接

DEM拼接以測(cè)區(qū)為單位，設(shè)置的區(qū)域按照測(cè)區(qū)內(nèi)圖幅坐標(biāo)四周向外擴(kuò)50 m的坐標(biāo)值輸入，生成DEM。

DEM拼接完成，高程較差為2倍～3倍高程中誤差的點(diǎn)所占比例不大于4%，一般均在1.5%～3.0%之間;高程較差大于3倍中誤差的區(qū)域呈現(xiàn)紅色，如果紅色較多，則需返回重新編輯，直到滿足誤差要求為止。

3.4 數(shù)字正射影像DOM的制作

制作數(shù)字正射影像DOM的重點(diǎn)是進(jìn)行正射影像的修補(bǔ)，對(duì)于按圖幅范圍外擴(kuò)50 m生成的正射影像，某些區(qū)域會(huì)出現(xiàn)變形(如扭曲、模糊或重影等)，必須進(jìn)行影像的修補(bǔ)。調(diào)用正射影像修補(bǔ)模塊，把該圖幅的DEM作為基礎(chǔ)，調(diào)用范圍內(nèi)的VZ影像進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)后圖面上不得有影像處理后的痕跡，在屏幕上視覺良好。經(jīng)修補(bǔ)后的正射影像，按1∶1000標(biāo)準(zhǔn)分幅圖廓坐標(biāo)進(jìn)行裁切，即可得到圖幅DOM的影像數(shù)據(jù)*.tif。

4 新技術(shù)的應(yīng)用及難點(diǎn)處理

4.1 影像勻光軟件、加載彩紅外波段信息的應(yīng)用

DMC影像由12bit格式轉(zhuǎn)換成調(diào)色軟件能處理的8bit格式后色調(diào)偏暗，且存在影像色調(diào)不均的情況，以前傳統(tǒng)作法是在Photoshop軟件中進(jìn)行批處理，調(diào)亮，但處理后仍需人工再對(duì)每張影像色彩進(jìn)行細(xì)調(diào)，如此花費(fèi)的時(shí)間和人力都很多。本次項(xiàng)目中我們使用武漢大學(xué)的GeoDodging勻光軟件，批量對(duì)影像進(jìn)行了勻光處理，使影像色彩還原。不同的地物需加以區(qū)分，例如:田塊、房屋、水域等。對(duì)待不同的區(qū)域首先選擇具有代表性的地塊進(jìn)行調(diào)色，作為模版，然后進(jìn)行批量處理。處理后的影像色彩均勻清晰，反差適中，并且大大減少了人工干預(yù)的時(shí)間，縮短工期，提高工作效率。

傳統(tǒng)的真彩色影像為RGB三波段影像，色彩比較平淡。利用DMC中的彩紅外波段數(shù)據(jù)，能夠調(diào)整植被層的色彩，使植被層色彩更加鮮亮，并且不影響其他地物的色調(diào)。將不同區(qū)域的地物區(qū)分開如:市區(qū)、郊區(qū)、水域等，利用專業(yè)的軟件，批量將彩紅外波段數(shù)據(jù)與真彩色影像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，使影像色彩飽和，層次豐富，顏色鮮明，達(dá)到最佳的視覺效果。

最后對(duì)處理后的影像進(jìn)行檢查，對(duì)色調(diào)有偏差或局部需修改的影像則應(yīng)用圖像處理軟件加以調(diào)整，使影像整體達(dá)到層次豐富，色調(diào)統(tǒng)一，反差適中的效果，如圖2所示。

圖2 影像色彩處理前后對(duì)比

圖3 更新前后DEM疊加DOM

4.2 基于DEM更新機(jī)制下的正射影像制作流程

基于常州市測(cè)繪院實(shí)施的全市域每?jī)赡旮乱淮握溆跋竦臋C(jī)制，考慮到本次項(xiàng)目工期緊、質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，采用了新的正射影像制作流程。首先以常州市測(cè)繪院在2009年制作正射影像時(shí)的DEM成果為基礎(chǔ)，然后用今年最新的空三成果生成的模型對(duì)其進(jìn)行更新處理，再用這些更新后的DEM制作DOM。具體做法是先將2009年的DEM成果按新測(cè)區(qū)范圍拼接成一個(gè)完整的DEM成果，然后在用新影像解算的空三測(cè)區(qū)內(nèi)引入2009年的DEM成果，在立體DEM編輯模式下對(duì)2009年的DEM進(jìn)行修改編輯，其修改編輯后的結(jié)果就為最新的DEM成果，最后以最新的DEM成果來(lái)糾正射影像，如圖3所示。這樣的制作方法提高了工作效率，縮短了工期，并且進(jìn)一步完善改進(jìn)了制作正射影像的生產(chǎn)流程。

4.3 高架、高鐵、立交等制作難點(diǎn)的處理

城市發(fā)展突飛猛進(jìn)，在此作業(yè)區(qū)內(nèi)，涉及高架、京滬高鐵、滬蓉高速，立交匝道等架空地形的影像制作，這些是正射影像處理技術(shù)的難點(diǎn)所在。制作架空地物的正射影像，不能以地表的DEM來(lái)糾正，需用架空處的DEM來(lái)單獨(dú)糾正，從而得到架空處符合精度的正射影像。為此我們通過(guò)采用編輯兩套DEM的方法，即地表DEM和高架高鐵等架空處DEM，來(lái)分別糾正產(chǎn)生相應(yīng)的正射影像，然后分別對(duì)正射影像進(jìn)行修補(bǔ)，最后將兩者結(jié)合到一起，得到高精度的正射影像。

在編輯DEM時(shí)，地表處的DEM應(yīng)去除掉架空部分的影響，只保證地表DEM的正確，而對(duì)于架空處的DEM編輯則只需保證架空處DEM的正確，對(duì)地表處則無(wú)需編輯。對(duì)兩套DEM分別糾正生成的正射影像進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)要注意地表的正射影像除高架部分其他地物都要修補(bǔ)完整，必要時(shí)可將架空部分的影像范圍縮小，對(duì)路面的修補(bǔ)則一定要保證路面影像的完整及連貫性。對(duì)于兩者的結(jié)合可通過(guò)Photoshop載入選區(qū)的方法將兩者準(zhǔn)確無(wú)誤地結(jié)合在一起，為了使制作的正射影像達(dá)到美觀、真實(shí)的效果，架空地物的陰影也需保留完整。

通過(guò)上述方法得到的正射影像地面地物與實(shí)際坐標(biāo)相符，高架高鐵等架空處影像也與地形完全吻合，既保證了地面的影像精度和DEM精度，又保證了架空處的影像精度，如圖4所示。

圖4 高架匝道處DOM

5 結(jié)語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市面貌也在發(fā)生著巨大的變化，數(shù)字正射影像圖作為城市地理空間數(shù)據(jù)的重要組成部分，可以全面反映整個(gè)城市發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的面貌和現(xiàn)狀。以上作業(yè)方法能有效地解決正射影像制作中的常見問(wèn)題，可提高正射影像的質(zhì)量。

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