正射影像如何利用DEM進(jìn)行處理和制作？

發(fā)布日期：2018-11-26 00:00 瀏覽量：18506

近幾年來，全數(shù)字攝影測(cè)量技術(shù)已日趨成熟。作為“4D”產(chǎn)品之一的數(shù)字正射影像圖同時(shí)具有幾何精度和影像特征，其優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)精度高、信息豐富、直觀真實(shí)、周期短、成本低。它為全方位的更新數(shù)字化地形圖提供了一條新思路。

正射影像是指將中心投影的像片，經(jīng)過糾正處理，在一定程度上限制了因地形起伏引起的投影誤差和傳感器等誤差產(chǎn)生的像點(diǎn)位移的影像。傳統(tǒng)攝影測(cè)量方法生產(chǎn)飛正射影像精度高，但首先要求航空攝影、航片洗片、掃描數(shù)字化，還要有準(zhǔn)確的外業(yè)像片控制成果和進(jìn)行內(nèi)業(yè)像片控制點(diǎn)加密以及在全數(shù)字攝影測(cè)量系統(tǒng)上進(jìn)行像片糾正處理等。

隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度的加大，用于城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的城市大比例尺地形圖需求量增多，且對(duì)地形圖現(xiàn)勢(shì)性要求也日益提高。為了使城鄉(xiāng)建設(shè)管理更加規(guī)范化、精確化、信息化，更好地為社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)，作為城市建設(shè)的基礎(chǔ)測(cè)繪資料大比例尺地形圖的更新工作就顯得尤為重要。從我國(guó)目前發(fā)展情況看，各大城市都已淘汰模擬地形圖，基本完成了對(duì)地形圖的全面數(shù)字化，建立了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。若想對(duì)現(xiàn)有數(shù)字化地形圖全面更新，利用以往的更新地形圖方法，無論從更新的生產(chǎn)周期方面（其更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上地形要素的變化速度），還是從更新所需成本來看（其經(jīng)費(fèi)相當(dāng)可觀）．都難以滿足城市發(fā)展的需要。

所以，利用當(dāng)前以3S技術(shù)為代表的數(shù)字化測(cè)繪新技術(shù)，選擇新方法更新地形圖已迫在眉睫。數(shù)字化地形圖把地面實(shí)況分為水系、交通、居民地、地貌、植被和境界等幾大類別。就城市的發(fā)展?fàn)顩r來看，地物要素的變化主要集中在交通、居民地和植被三個(gè)方面。而地形地貌一般變化緩慢，多數(shù)地區(qū)不必更新，可保持原來的地形數(shù)據(jù)。所以不需要把地形圖更新工作建立在立體模型下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，而是在原有的數(shù)字化矢量圖的基礎(chǔ)上，疊加現(xiàn)有的正射影像圖，直接更新變化的地物要素。實(shí)踐證明此方法可行，且事半功倍。

一、數(shù)字正射影像圖的制作原理

目前，制作數(shù)字正射影像圖通常使用兩種糾正方法：非基于DEM的糾正方法和基于DEM的糾正方法。

前者與光學(xué)糾正儀的原理一樣，只是操作的過程移植到計(jì)算機(jī)上，所處理的對(duì)象變成了數(shù)字影像而已。這種方法操作簡(jiǎn)單、速度}央，但精度不高，而且只能用來做平地的正射影像圖。

基于DEM的糾正又分為兩種，一是單片糾正，二是全數(shù)字攝影測(cè)量方法。如果某個(gè)測(cè)區(qū)已經(jīng)有DEM數(shù)據(jù)，即可使用單片糾正法。就目前來看，DEM還沒有覆蓋大部分區(qū)域，因此很多生產(chǎn)單位都使用全數(shù)字攝影測(cè)量方法。全數(shù)字攝影測(cè)量方法利用全數(shù)字攝影測(cè)量系統(tǒng)，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。

使用這種方法能保證成果的質(zhì)量，但它的成圖周期相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)作業(yè)員的綜合素質(zhì)要求比較高，作業(yè)員應(yīng)該對(duì)全數(shù)字攝影測(cè)量系統(tǒng)比較熟悉，而且應(yīng)該了解計(jì)算機(jī)圖形圖像處理方面的知識(shí)，這里主要就全數(shù)字攝影測(cè)量系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)字正射影像圖進(jìn)行一些介紹。

二、數(shù)字正射影像圖的生產(chǎn)流程

全數(shù)字攝影測(cè)量系統(tǒng)生產(chǎn)DOM大致的步驟如下：

1)定向包括內(nèi)定向、相對(duì)定向、核線重采樣和絕對(duì)定向。

2)生成DEM根據(jù)影像紋理，計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成一定密度的數(shù)字高程模型。

3)生成DOM根據(jù)DEM，生成一定分辨率的DOM。

4)影像鑲嵌制作所需的圖廓，并根據(jù)圖廓鑲嵌和裁切正射影像圖。

5)影像調(diào)整用圖像處理軟件對(duì)影像進(jìn)行處理，使DOM達(dá)到最佳的視覺效果。

6)用圖像處理軟件把DOM、圖廓導(dǎo)入，加上必要的注記，便是一幅完整的數(shù)字正射影像圖。

三、數(shù)字正射影像圖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

正射影像圖的制作原理和過程都是比較簡(jiǎn)單的，但是要真正做好它卻并非易事，應(yīng)該保證作業(yè)嵌和作業(yè)中的每一個(gè)步驟，包括航攝、控制、掃描、定向、編輯、影像處理和圖廓注記都滿足要求。這里就正射影像圖的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各個(gè)步驟的要求做一些概括。

評(píng)價(jià)DOM的指標(biāo)主要有：精度、清晰度、完整性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性等。

1、精度

在正射影像上，精度主要反映在相對(duì)之間的鑲嵌誤差、圖幅之間的接邊差是否超過一定的限度、影像是否存在局部模糊，影像是否重影、地物是否扭曲變形（主要看較大房屋的邊線河和直線道路）等等。

選擇掃描分辨率也很重要。一般分辨率大小與成圖比例尺和航攝比例尺關(guān)系很大。對(duì)于航攝比例尺為1：35000，要做1：10000的數(shù)字正射影像，掃描分辨率為25 um便能達(dá)到成圖要求。

2、清晰度

清晰度是人們對(duì)于正射影像的第一感覺，是評(píng)價(jià)正射影像質(zhì)量的最關(guān)鍵因素。清晰度的問題主要體現(xiàn)在影像模糊，色調(diào)、飽和度較差，像對(duì)間鑲嵌邊緣反差和灰度明顯不一致，產(chǎn)生這些問題的最主要原因是航攝質(zhì)量和掃描質(zhì)量。

3、完整性

正射影像圖的完整性主要包括影像的完整性和圖廓注記的完整性。

4、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性

正射影像圖的準(zhǔn)確性是指圖廓注記準(zhǔn)確與否。在生產(chǎn)單位，制作好的正射影像圖通常經(jīng)過幾道驗(yàn)收，所以最后提供給用戶使用的正射影像圖一般注記方面出的問題比較少。實(shí)時(shí)性指影像所反映的信息與現(xiàn)在的實(shí)際情況的差異，應(yīng)保證在生產(chǎn)正射影像圖時(shí)，使用最新的航攝資料。

地理信息的數(shù)據(jù)獲取是當(dāng)今測(cè)繪系統(tǒng)必須要解決的重大問題之一，如何保持地理信息系統(tǒng)內(nèi)容的現(xiàn)實(shí)性、地圖的快速更新，又是其關(guān)鍵問題。而數(shù)字正射影像圖和遙感影像具有 “最容易快速更新”的特點(diǎn)，如果把它們運(yùn)用起來，必將會(huì)大大縮短地理信息的更新周期。而且，隨著人工智能的進(jìn)一步成熟，實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新也必將實(shí)現(xiàn)，到那時(shí)數(shù)字正射影像圖不再僅僅是測(cè)繪的一種產(chǎn)品，而是很多產(chǎn)品的基礎(chǔ)資料。

四、正射影像數(shù)據(jù)制作過程

正射影像是利用數(shù)字高程模型( DEM)對(duì)掃描處理后的數(shù)字化航空像片，逐像元進(jìn)行投影差改正、鑲嵌，裁切而生成，所以要保證DEM的精度。其具體過程如下。

1) 在正射影像數(shù)據(jù)制作的過程中，會(huì)生成.tif圖形文件和.tfw坐標(biāo)文件。

2)由于高樓、樹木陰影等的遮擋，會(huì)對(duì)一些高層附帶的群房，圍墻，以及大部分道路上的檢修井無法判讀，這部分要由外業(yè)調(diào)繪，并標(biāo)注地名和樓層等屬性信息；

3)對(duì)外業(yè)調(diào)繪成果進(jìn)行數(shù)字化；

4)經(jīng)檢查驗(yàn)收后，輸入數(shù)據(jù)庫。

對(duì)正射影像利用DEM進(jìn)行處理和制作，可以在城市及區(qū)域規(guī)劃、土地利用、地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧地、水資源、濕地制圖、環(huán)境評(píng)價(jià)和地形分析及評(píng)價(jià)、軍事、水利建設(shè)、等等方面提供服務(wù)。利用正射影像，對(duì)大范圍的數(shù)字化地形圖進(jìn)行快速更新是勘察測(cè)繪研究改變傳統(tǒng)地形圖更新模式的一種嘗試。

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