利用Inpho軟件制作數(shù)字正射影像圖

曾文波

（1.邵陽(yáng)市房產(chǎn)產(chǎn)權(quán)監(jiān)理處，湖南 邵陽(yáng)422000）

數(shù)字正射影像圖(DOM)是將地表航空航天影像經(jīng)垂直投影而生成的影像數(shù)據(jù)集，同時(shí)具有地圖幾何精度和影像特征，精度高、信息豐富、直觀(guān)真實(shí)、制作周期短，可作為成果數(shù)據(jù)進(jìn)行利用，也可以作為背景數(shù)據(jù)進(jìn)行底圖控制，還可以作為原始數(shù)據(jù)制作DLG等地理信息數(shù)字成果[1-5]。

1 DOM制作原理

DOM采用數(shù)字微分糾正技術(shù)解決投影差的問(wèn)題，從而將中心投影生成的影像糾正為正射影像。數(shù)字正射影像有非基于DEM的糾正方法和基于DEM的糾正方法。前者在計(jì)算機(jī)上利用光學(xué)糾正儀進(jìn)行操作，操作簡(jiǎn)單、速度快但精度不高，只能用來(lái)做平地的正射影像圖，不能滿(mǎn)足有起伏和有建筑物的區(qū)域。基于DEM的糾正有單片糾正和全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法。單片糾正需要測(cè)區(qū)內(nèi)已有DEM數(shù)據(jù)作為支撐。對(duì)于DEM沒(méi)有覆蓋的區(qū)域，一般采用全數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量方法。首先根據(jù)影像紋理配成立體像對(duì)，生成數(shù)字高程模型，然后對(duì)每一個(gè)像元根據(jù)其高程進(jìn)行數(shù)字微分糾正，生成正射影像圖[6,7]。

隨著普通航空遙感和飛控技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)人飛行器低空航測(cè)系統(tǒng)( UAV-MAP) 成為不可缺少的補(bǔ)充手段[8-10]。在無(wú)人機(jī)上裝載差分GPS 和IMU 構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)，可以獲取攝影相機(jī)的外方位元素和飛機(jī)的絕對(duì)位置，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)攝影成像和無(wú)地面控制的高精度對(duì)地直接定位[2]。

2 基于Inpho的DOM制作

2.1 概況

Inpho數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)是Ackermann領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)發(fā)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)軟件，包含空三加密、數(shù)字地面模型匹配、數(shù)字正射影像糾正、影像拼接、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理等模塊，能夠處理多元影像數(shù)據(jù)如光學(xué)影像、數(shù)字影像及線(xiàn)推掃數(shù)字影像等，同時(shí)也支持帶IMU/DGPS 航攝的數(shù)據(jù)。Inpho軟件包含項(xiàng)目管理模塊In-BLOCK、空三模塊Match-AT、數(shù)字地面模型Match-T、影像糾正OrthoMaster以及影像拼接OrthoVista。各個(gè)模塊既可組成完整、緊密的全套系統(tǒng)，也可獨(dú)立工作，或整合到其他攝影測(cè)量系統(tǒng)的工作流程中[11]。

測(cè)區(qū)為邵陽(yáng)市湘窖酒業(yè)生態(tài)城，以平地和丘陵為主，平均海拔240 m，高差約30 m，面積約2 km2，布設(shè)11條航線(xiàn)，航向重疊率75%，旁向重疊率50%，航攝比例尺1︰500，相機(jī)像素大小為6 μm。無(wú)人機(jī)飛行約40 min，共獲得航片253幅。

2.2 技術(shù)流程

1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與導(dǎo)入。一般包括測(cè)區(qū)航片資料、POS數(shù)據(jù)和相機(jī)文件。航片資料從CCD獲取后須進(jìn)行影像糾正；POS數(shù)據(jù)的編輯一般按照“序號(hào)”、“X坐標(biāo)”、“Y坐標(biāo)”、“高程”、“Omega”、“Phi”、“Kappa”的順序進(jìn)行；POS數(shù)據(jù)可以從無(wú)人機(jī)飛控系統(tǒng)中獲取；相機(jī)文件從相機(jī)檢校報(bào)告中獲取，一般包括相機(jī)的主距及像主點(diǎn)坐標(biāo)、框標(biāo)坐標(biāo)、航攝儀畸變差參數(shù)等。航片資料和POS數(shù)據(jù)通過(guò)航片“序號(hào)”進(jìn)行關(guān)聯(lián)，命名必須一致。在ApplicationsMaster中建立工程，并將所準(zhǔn)備數(shù)據(jù)導(dǎo)入，自動(dòng)生成航線(xiàn)。導(dǎo)入后的像片利用POS數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化。

2）空三加密。空三加密采用影像匹配算法，建立相鄰航片及相鄰航線(xiàn)之間的像片連接點(diǎn)，利用POS點(diǎn)數(shù)據(jù)、通過(guò)共線(xiàn)方程及平差解算，解求航片攝影瞬間的姿態(tài)參數(shù)及拍攝位置，最終獲取每張航片的外方位元素。若測(cè)區(qū)太大，可以分成多區(qū)以提高計(jì)算效率。經(jīng)過(guò)空三加密后的同名像點(diǎn)和像對(duì)如圖1所示。

圖1 空三加密后的同名點(diǎn)及像對(duì)

3）DTM的建立與編輯。Match-T DSM內(nèi)置的影像匹配算法可以提取各像對(duì)中相鄰航片的同名像點(diǎn)，自動(dòng)獲得各測(cè)區(qū)數(shù)字地面模型DTM和數(shù)字高程模型DEM，從而為正射影像圖的微分糾正提供改正數(shù)據(jù)。DTM的網(wǎng)格大小一定程度上決定了計(jì)算速度和航片糾正精度，須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。由于影像自動(dòng)匹配的局限性，DEM的編輯需要一定的人工干預(yù)。在DEM 編輯時(shí)應(yīng)注意特征點(diǎn)、線(xiàn)、面及城區(qū)居民地、立交橋等立體穿插建筑的編輯。利用DTM生成等高線(xiàn)如圖2所示。

圖2 利用DTM生成等高線(xiàn)圖

4）生成正射影像。糾正過(guò)程中需要建立工程項(xiàng)目，引入相機(jī)文件、影像文件、DTM等數(shù)據(jù)，對(duì)各單張航片進(jìn)行批量正射糾正，獲得整個(gè)測(cè)區(qū)的單張數(shù)字正射影像。OrthoMaster支持通用格式空三及DEM 成果數(shù)據(jù)，設(shè)置參數(shù)時(shí)特別注意正射影像的重疊率（100%）和裁剪率（2～5%）、輸出時(shí)的文件格式（TIF）等。為了獲得好的糾正效果,應(yīng)盡量選取每張航片中靠近像主點(diǎn)部分的影像。圖3為原始航片，圖4為經(jīng)過(guò)正射糾正的DOM。

圖3 原始航片

5）勻光和鑲嵌。勻光處理時(shí)，應(yīng)正確選擇合適的影像作為勻光的主片，使所有的影像在色調(diào)及色彩上趨于一致。影像拼接時(shí)應(yīng)注意避開(kāi)房屋密集區(qū)以及變形較大的部分，避免不同投射角的房屋或地物強(qiáng)行接邊，拼接線(xiàn)羽化區(qū)參數(shù)設(shè)置應(yīng)合理[12]。DOM鑲嵌在OrthoVista中進(jìn)行。它運(yùn)用圖像處理技術(shù)，平差和整合多源多時(shí)相正射像片，生成無(wú)縫影像鑲嵌圖[13]。圖5為DOM導(dǎo)入邵陽(yáng)市房產(chǎn)GIS與矢量數(shù)據(jù)疊加的效果圖。

圖4 經(jīng)過(guò)糾正的單張DOM

圖5 DOM與矢量數(shù)據(jù)和疊加效果圖

可見(jiàn)，采用Inpho軟件可以保證空三精度，提高影像輸出的效果，對(duì)“數(shù)字城市”、“數(shù)字房產(chǎn)”的數(shù)據(jù)采集和更新以及DOM產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有積極的作用。

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