基于VirtuoZo全数字摄影测量系统的正射影像制作

随着计算机技术以及数字图像处理、模式识别、计算机视觉等技术的不断发展, 数字摄影测量技术已进入基本成熟阶段。数字摄影测量是利用计算机对数字影像进行处理, 并由计算机视觉, 影响匹配和影像识别, 代替人眼与仪器进行立体测量。目前, 全数字摄影测量主要应用于生产数字地面高程模型 (DEM) 和数字正射影像图 (DOM) 。

数字影像实际上是对灰度和空间都连续变化的影像按一定的灰度级和空间分辨率进行离散化处理, 并使之成为离散的灰度矩阵。数字正射影像是对中心投影或其他投影方式的数字影像进行投影差改正, 一般采用数字地面高程模型 (DEM) 进行数字微分纠正, 使之成为正射的数字影像。数字正射影像以其直观、信息量丰富、美观和易于接受等优点, 越来越引起人们的兴趣, 社会需求量呈上升趋势。

笔者结合参与的某地区1:2000正摄影像的制作生产过程就基于VirtuoZo数字摄影测量系统制作正射影像图进行简单介绍。

1 资料准备

1.1 相机文件

应提供相机主点理论坐标:X0, Y0。相机焦距:f。框标距或框标点坐标。

1.2 控制资料

(1) 外业控制点成果。如果是全野外布点, 还应有外业控制片。

(2) 内业加密成果。并制作成相应格式的控制点文件, ***.pas。

1.3 航片扫描数据

需要符合VirtuoZo图像格式及成图要求扫描分辨率的扫描数据。VirtuoZo接受多种图像格式, 最后转换成VirtuoZo识别的*。VZ数据格式。

2 参数设置

VirtioZo系统的参数较多, 需在参数界面上逐一设置。需要设置的参数有测区参数 (Block Parameters) , 模型参数 (Model) , 影像参数 (Images) , 相机参数 (Camera) , 控制点参数 (Ground Points) , 地面高程模型参数 (DEMs) , 正射影像参数 (Orthoimages) 。

3 定向

3.1 内定向

VirtuoZo可自动识别框标点, 自动完成扫描坐标系与相片坐标系间变换参数的计算, 自动完成相片内定向, 并提供人机交互处理功能, 可人工调整光标切准框标。

3.2 相对定向

系统利用二维相关, 自动识别左、右像片上的同名点, 一般可匹配数十至数百个同名点, 自动进行相对定向。并可利用人机交互功能, 人工对误差大的定向点进行删除或调整同名点点位, 使之符合精度要求。

3.3 绝对定向

(1) 利用加密成果进行绝对定向。

VirtuoZo可利用加密成果直接进行绝对定向, 在完成相对定向之后不退出定向模块, 进行模型的绝对定向。模型的绝对定向有普通方式和立体方式两种。

(2) 人工定位控制点进行绝对定向。

相对定向完成后 (即自动匹配完成后) , 由人工在左、右像片上确定控制点点位, 并用微调按钮进行精确定位, 输入相应控制点点名。每个像对至少需要三个控制点, 一般为六个。定位完本像对所有的控制点后, 即可进行绝对定向。

4 生成核线影像

绝对定向完成后, 影像按同名核线影像进行重新排列, 形成按核线方向排列的核线影像。以后的处影像匹配、视差曲线编辑等, 都将在核线影像上进行。

5 影像匹配、匹配结果编辑

按照参数设置确定的匹配窗口大小和匹配间隔, 沿核线进行影像匹配, 确定同名点。

5.1 匹配预处理

对于一些特殊地形的数据, 如山脊、沟谷、黑影遮盖区、大片居民区或水域等地区的影像, 仅仅靠系统的自动匹配, 可能得到的匹配结果很差, 会大大增加匹配结果编辑的工作量。因此, Virtuozo提供了匹配预处理模块, 利用该模块, 用户可以打开有待自动匹配的模型, 并在模型中加测一些特征点、特征线和特正面以辅助系统进行自动匹配, 从而获得较好的匹配结果, 大大减少对匹配结果编辑的工作量, 生成核线影像后就可进行匹配预处理操作。

5.2 匹配结果的编辑

影像匹配完成后, 需在立体下进行人机交互的视差曲线编辑, 即对匹配结果进行编辑。这一部分是整个作业过程中人工干预最多, 工作量最大的部分。尤其做大比例尺城市地区的正射影像, 需要对整个模型的大部分影像进行视差曲线编辑, 把缠绕在房屋等人工建筑上的视差曲线内插到地面, 以避免纠正后房屋等人工建筑影像的扭曲变形。还有就是由于扫描影像质量问题引起的匹配错误, 需进行人工编辑改正。编辑完成后即可生成DEM。

5.2.1 需要编辑的内容

该模块显示视差断面和等视差曲线, 并显示系统认为不可靠的匹配点, 以便用户发现粗差进行编辑, 在立体的模式下, 用点、线、面的编辑方式进行交互式编辑。

5.2.2 编辑的方法

(1) 平滑算法:选择编辑区域, 选择合适的平化程度—轻度、中度、和重度, 对选中区域进行平滑。

(2) 拟合算法。

(3) 置平:将选中的区域置为平面, 平面高成为各点高程的平均值。

(4) 定值平面:将选中的区域拟合为给定高程的水平面。

(5) 匹配点内插:上下内插、左右内插, 所选编辑区域周围的匹配点质量好时, 选择该内插方法, 区域内的匹配点按所选方向进行差值计算。

(6) 量测点内插:区域周围的匹配点质量不理想时, 选择该内插方法

(7) 三角内插:在三角形区域内, 利用量测点内插

6 正射影像 (DOM) 的制作

数字地面高程模型是制作正射影像的基础, 中心投影的影像根据其数字地面高程模型就可纠正成正射影像。

利用编辑好的匹配结果生成数字地面高程模型。此种方法适用于中、小比例尺的正射影像制作或大比例尺非城市自然地貌地区的正射影像制作, 也可用于编辑好视差曲线的城市地区的正射影像制作。

生成正射影像的方式包括: (1) 分别由单模型的DEM生成单个模型的正射影像。 (2) 将多个单模型的DEM拼接成一个多模型的DEM, 一步生成所需的正射影像。

单个像对的正射影像生成后, 即可进行正射影像图的拼接或者说镶嵌、裁切。一般来说, 制作标准图幅的正射影像可用系统镶嵌功能进行镶嵌, 系统提供两种镶嵌方式:

(1) 由系统进行单模型的DEM及正射影像的自动拼接。此种方式适用于小比例尺及大比例尺非城市自然地貌地区。 (2) 由手工方式选择镶嵌线进行拼接。这种方式适合大比例尺城市地区, 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。

摘要：本文笔者基于长期从事正射影像图制作的工作经验, 以VirtuoZo全数字摄影测量系统制作正射影像图为研究对象, 深度探讨了正射影像图的制作流程和方式方法。文中关于正射影像图的匹配与编辑等内容凝练了笔者长期的工作实践经验, 可以直接指导生产实践, 相信本文的研究对于从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词：正射影像图,影像匹配,编辑,定向