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：18501

近幾年來(lái)，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(guò)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(kù)。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(wú)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(lái)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(lái)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(lái)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(guò)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(lái)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(lái)看，DEM還沒(méi)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(jué)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(guò)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(guò)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(jué)，是評(píng)價(jià)正射影像質(zhì)量的最關(guān)鍵因素。清晰度的問(wèn)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(wèn)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(guò)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(wèn)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(wèn)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(wèn)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(lái)，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(guò)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(guò)程如下。

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

2)由于高樓、樹(shù)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(wú)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(kù)。

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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