數(shù)字城市中航測數(shù)據(jù)DOM制作研究

莊乾存

摘 要：本文筆者基于長期從事數(shù)字城市的工作經(jīng)驗，以VirtuoZo全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)制作正射影像圖為研究對象，深度探討了正射影像圖的制作流程和方式方法。文中關(guān)于正射影像圖的匹配與編輯等內(nèi)容凝練了筆者長期的工作實踐經(jīng)驗，可以直接指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，相信本文的研究對于從事相關(guān)工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：正射影像圖 影像匹配 編輯 定向

中圖分類號：P258 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0054-02

隨著技術(shù)算機技術(shù)以及數(shù)字圖像處理、模式識別、計算機視覺等技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字攝影測量技術(shù)已進入基本成熟階段。數(shù)字攝影測量是利用計算機對數(shù)字影像進行處理，并由計算機視覺，影響匹配和影像識別，代替人眼與儀器進行立體測量。目前，全數(shù)字攝影測量主要應(yīng)用于生產(chǎn)數(shù)字地面高程模型（DEM）和數(shù)字正射影像圖（DOM）。

數(shù)字影像實際上是對灰度和空間都連續(xù)變化的影像按一定的灰度級和空間分辨率進行離散化處理，并使之成為離散的灰度矩陣。數(shù)字正射影像是對中心投影或其他投影方式的數(shù)字影像進行投影差改正，一般采用數(shù)字地面高程模型（DEM）進行數(shù)字微分糾正，使之成為正射的數(shù)字影像。數(shù)字正射影像以其直觀、信息量豐富、美觀和易于接受等優(yōu)點，越來越引起人們的興趣，社會需求量呈上升趨勢。

今年的7月份筆者參與了某煤礦1：5000正攝影像的制作。下面結(jié)合生產(chǎn)過程就基于VirtuoZo數(shù)字攝影測量系統(tǒng)制作正射影像圖進行簡單介紹。

1 資料準(zhǔn)備

（1）相機文件。

應(yīng)提供相機主點理論坐標(biāo)：X0，Y0。相機焦距：f。框標(biāo)距或框標(biāo)點坐標(biāo)。

（2）控制資料。

①外業(yè)控制點成果。如果是全野外布點，還應(yīng)有外業(yè)控制片。②內(nèi)業(yè)加密成果。并制作成相應(yīng)格式的控制點文件，***.pas。

（3）航片掃描數(shù)據(jù)。

需要符合VirtuoZo圖像格式及成圖要求掃描分辨率的掃描數(shù)據(jù)。VirtuoZo接受多種圖像格式，最后轉(zhuǎn)換成VirtuoZo識別的*。VZ數(shù)據(jù)格式。

2 參數(shù)設(shè)置

VirtioZo系統(tǒng)的參數(shù)較多，需在參數(shù)界面上逐一設(shè)置。需要設(shè)置的參數(shù)有測區(qū)參數(shù)（Block Parameters），模型參數(shù)（Model），影像參數(shù)（Images），相機參數(shù)（Camera），控制點參數(shù)（Ground Points），地面高程模型參數(shù)（DEMs），正射影像參數(shù)（Orthoimages ）。

3 定向

3.1 內(nèi)定向

VirtuoZo可自動識別框標(biāo)點，自動完成掃描坐標(biāo)系與相片坐標(biāo)系間變換參數(shù)的計算，自動完成相片內(nèi)定向，并提供人機交互處理功能，可人工調(diào)整光標(biāo)切準(zhǔn)框標(biāo)。

3.2 相對定向

系統(tǒng)利用二維相關(guān)，自動識別左、右像片上的同名點，一般可匹配數(shù)十至數(shù)百個同名點，自動進行相對定向。并可利用人機交互功能，人工對誤差大的定向點進行刪除或調(diào)整同名點點位，使之符合精度要求。

3.3 絕對定向

（1）利用加密成果進行絕對定向。

VirtuoZo可利用加密成果直接進行絕對定向，將加密成果中控制點的像點坐標(biāo)按照相對定向像點坐標(biāo)的坐標(biāo)格式拷貝到相對定向的坐標(biāo)文件（***.pcf）中，執(zhí)行絕對定向命令，完成絕對定向，恢復(fù)空間立體模型。

（2）人工定位控制點進行絕對定向。

相對定向完成后（即自動匹配完成后），由人工在左、右像片上確定控制點點位，并用微調(diào)按鈕進行精確定位，輸入相應(yīng)控制點點名。每個像對至少需要三個控制點，一般為六個。定位完本像對所有的控制點后，即可進行絕對定向。

4 生成核線影像

絕對定向完成后，影像按同名核線影像進行重新排列，形成按核線方向排列的核線影像。以后的處影像匹配、視差曲線編輯等，都將在核線影像上進行。

5 影像匹配、匹配結(jié)果編輯

按照參數(shù)設(shè)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。

5.1 匹配預(yù)處理

對于一些特殊地形的數(shù)據(jù)，如山脊、溝谷、黑影遮蓋區(qū)、大片居民區(qū)或水域等地區(qū)的影像，僅僅靠系統(tǒng)的自動匹配，可能得到的匹配結(jié)果很差，會大大增加匹配結(jié)果編輯的工作量。因此，Virtuozo提供了匹配預(yù)處理模塊，利用該模塊，用戶可以打開有待自動匹配的模型，并在模型中加測一些特征點、特征線和特正面以輔助系統(tǒng)進行自動匹配，從而獲得較好的匹配結(jié)果，大大減少對匹配結(jié)果編輯的工作量，生成核線影像后就可進行匹配預(yù)處理操作。

5.2 匹配結(jié)果的編輯

影像匹配完成后，需在立體下進行人機交互的視差曲線編輯，即對匹配結(jié)果進行編輯。這一部分是整個作業(yè)過程中人工干預(yù)最多，工作量最大的部分。尤其做大比例尺城市地區(qū)的正射影像，需要對整個模型的大部分影像進行視差曲線編輯，把纏繞在房屋等人工建筑上的視差曲線內(nèi)插到地面，以避免糾正后房屋等人工建筑影像的扭曲變形。還有就是由于掃描影像質(zhì)量問題引起的匹配錯誤，需進行人工編輯改正。編輯完成后即可生成DEM。

5.2.1 需要編輯的內(nèi)容

該模塊顯示視差斷面和等視差曲線，并顯示系統(tǒng)認為不可靠的匹配點，以便用戶發(fā)現(xiàn)粗差進行編輯，在立體的模式下，用點、線、面的編輯方式進行交互式編輯。

需要編輯的情況一般主要有以下幾種情況：影片中大片紋理不清晰的區(qū)域或沒有明顯特征的區(qū)域。例如，湖泊、大面積的水域、沙漠，可能出現(xiàn)大片匹配不好的店的區(qū)域，需要對其進行手工編輯。由于影像被遮蓋河印英等原因，使得匹配點不再正確的位置上，需要對其進行手工編輯。城市中的人工建筑物，山區(qū)重的樹林影像，它們的匹配店不是地面上的點，而是地物表面上的點，需要對其進行手工編輯。大面積平地、溝渠和比較破碎的地貌等區(qū)域的影像，需要對其進行手工編輯。

5.2.2 編輯的方法

平滑算法：選擇編輯區(qū)域，選擇合適的平化程度—輕度、中度、和重度，對選中區(qū)域進行平滑。擬合算法。置平：將選中的區(qū)域置為平面，平面高成為各點高程的平均值。定值平面：將選中的區(qū)域擬合為給定高程的水平面。匹配點內(nèi)插：上下內(nèi)插、左右內(nèi)插，所選編輯區(qū)域周圍的匹配點質(zhì)量好時，選擇該內(nèi)插方法，區(qū)域內(nèi)的匹配點按所選方向進行差值計算。量測點內(nèi)插：區(qū)域周圍的匹配點質(zhì)量不理想時，選擇該內(nèi)插方法。三角內(nèi)插：在三角形區(qū)域內(nèi)，利用量測點內(nèi)插。

5.2.3 實例分析

大面積的水域：這些影像的特點是紋理不清晰，常出現(xiàn)很多錯誤的匹配點。沿水域的邊緣選擇編輯區(qū)域，用置平命令，水面置平，在用上下鍵抬高，降低高程，如已知水面高程，可定值平面。房屋和建筑物，使用平面擬合算法或先作差值運算-平滑處理，消除影像上的變形。大片樹林，由于樹林遮蓋地面，匹配點在樹頂，真實高程為匹配點高程減去樹高。大面積的平地中有許多田地、田埂和莊稼，地形破碎。對這樣的地區(qū)一般進行相應(yīng)方向的插值運算，在進行平滑，有高速路、鐵路、立交橋的區(qū)域，高速路和鐵路在沒有樹木則遮蓋時，匹配效果一般很好不需編輯，如果其他地塊需要編輯選擇區(qū)域沿它們的下沿走。高的立交橋邊沿不太清晰，高差與周圍相差較大，這種情況一般選擇重度平滑算法，如仍會出現(xiàn)變形這時就要進行正攝影像的修補，直到取得較為滿意的影像成果。

6 正射影像（DOM）的制作

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。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。

生成正射影像的方式包括：（1）分別由單模型的DEM生成單個模型的正射影像。（2）將多個單模型的DEM拼接成一個多模型的DEM，一步生成所需的正射影像。

單個像對的正射影像生成后，即可進行正射影像圖的拼接或者說鑲嵌、裁切。一般來說，制作標(biāo)準(zhǔn)圖幅的正射影像可用系統(tǒng)鑲嵌功能進行鑲嵌，系統(tǒng)提供兩種鑲嵌方式：（1）由系統(tǒng)進行單模型的DEM及正射影像的自動拼接。此種方式適用于小比例尺及大比例尺非城市自然地貌地區(qū)。（2）由手工方式選擇鑲嵌線進行拼接。這種方式適合大比例尺城市地區(qū)，可有效的避免（高大）建筑物因中心投影倒向引起的拼接重影或模糊。另外，如果制作沒有絕對地理精度要求的正射影像圖，可由單模型正射影像在 Potoshop等圖像處理軟件下進行手工拼接，這也是一種有效的拼圖手段。

參考文獻

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