基于VirtioZo系統(tǒng)的數(shù)字城市數(shù)據(jù)生產(chǎn)制作研究

楊勇

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。文中關于正射影像圖的匹配與編輯等內容凝練了筆者長期的工作實踐經(jīng)驗，可以直接指導生產(chǎn)實踐，相信本文的研究對于從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：正射影像圖 影像匹配 編輯 定向

中圖分類號：P258 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（b）-0000-00

隨著技術算機技術以及數(shù)字圖像處理、模式識別、計算機視覺等技術的不斷發(fā)展，數(shù)字攝影測量技術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 資料準備

（1）相機文件：應提供相機主點理論坐標：X0，Y0。相機焦距：f。框標距或框標點坐標。

（2）控制資料：1）外業(yè)控制點成果。如果是全野外布點，還應有外業(yè)控制片。2）內業(yè)加密成果。并制作成相應格式的控制點文件，***.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，最后轉換成VirtuoZo識別的*。VZ數(shù)據(jù)格式。

2 參數(shù)設置

VirtioZo系統(tǒng)的參數(shù)較多，需在參數(shù)界面上逐一設置。需要設置的參數(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 內定向

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

3.2 相對定向

系統(tǒng)利用二維相關，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按照相對定向像點坐標的坐標格式拷貝到相對定向的坐標文件（***.pcf）中，執(zhí)行絕對定向命令，完成絕對定向，恢復空間立體模型。

（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，并用微調按鈕進行精確定位，輸入相應控制點點名。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、匹配結果編輯

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。

5.1 匹配預處理

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，可能得到的匹配結果很差，會大大增加匹配結果編輯的工作量。因此，Virtuozo提供了匹配預處理模塊，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果，大大減少對匹配結果編輯的工作量，生成核線影像后就可進行匹配預處理操作。

5.2 匹配結果的編輯

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，即對匹配結果進行編輯。這一部分是整個作業(yè)過程中人工干預最多，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：（1） 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。（2） 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。（3） 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。（4） 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：

1）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。2）擬合算法。3）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。4）定值平面：將選中的區(qū)域擬合為給定高程的水平面。5）匹配點內插：上下內插、左右內插，所選編輯區(qū)域周圍的匹配點質量好時，選擇該內插方法，區(qū)域內的匹配點按所選方向進行差值計算。6）量測點內插：區(qū)域周圍的匹配點質量不理想時，選擇該內插方法。7）三角內插：在三角形區(qū)域內，利用量測點內插。

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，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：分別由單模型的DEM生成單個模型的正射影像。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，制作標準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：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)。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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