基于全数字摄影测量工作站制作DOM简介

基于全数字摄影测量工作站制作DOM简介

陈兰康

（广西国土测绘院广西南宁530023）

【摘要】结合河池市数字正射影像图生产实践，探讨通过全数字摄影测量工作站VirtuoZo进行数字正射影像图（DOM）的制作。

【关键字】遥感数字正射影像图（DOM）正射纠正DEM

1 前言

随着国家对基础设施建设力度的加大，用于城市规划、建设和管理的城市大比例尺DOM需求量增多，且对其现势性要求也日益提高。

我们在测绘生产中常见的影像有航空像片、SPOT影像和TM影像等。这些影像是通过航空摄影或卫星遥感获取的，通常我们用得较多的是航空像片卫星图像。在进行航空摄影时，由于无法保证摄影瞬间航摄相机的绝对水平，得到的影像是一个倾斜投影的像片，像片各个部分的比例尺不一致；另外，根据光学成像原理，相机成像时是按照中心投影方式成像的，这样地面上的高低起伏在像片上就会存在投影差。要使影像具有地图的特性，需要对影像进行倾斜纠正和投影差的改正，经改正消除各种变形后得到的影像叫做正射影像。

正射影像制作一般是通过在像片上选取一些地面控制点，并利用原来已经获取的该像片范围内的数字高程模型（DEM）数据，对影像同时进行倾斜改正和投影差改正，将影像重采样成正射影像。将多个正射影像拼接镶嵌在一起，并进行色彩平衡处理后，按照一定范围内裁切出来的影像就是正射影像图。正射影像同时具有地形图特性和影像特性，信息丰富，可作为GIS的数据源，从而丰富地理信息系统的表现形式。

为满足广西第二次土地更新调查的需要，我院受广西壮族自治区国土资源厅的委托于去年承担了河池

测区1：10000DOM制作。下面就结合我院使用适普公司的全数字摄影测量工作站VirtuoZo进行1：10000DOM制作的实例，探讨在制作数字正射影像图DOM过程中功能的合理使用和产生的不同效果。

2 技术方案

2.1 主要数据处理软件

※VirtuoZo NT 软件；

※VirtuoZo AATM/PATB空三加密软件；

※PHOTOSHOP图像处理软件；

※AutoCAD2002。

2.2 主要生产设备

※VirtuoZo数字摄影测量工作站；

※高档微机及大容量存储介质；

※刻录光盘及刻录光驱

※绘图仪HP 4000

2.3 技术路线

2.3.1 利用像片控制资料，按区域网在数字摄影测量系统的加密软件下进行空中三角测量，解算出航空摄影测量所需的控制点成果；

2.3.2 在数字摄影测量系统下利用空中三角测量加密的成果，通过内定向、相对定向、绝对定向，建立立体模型。

2.3.3 在数字摄影测量系统VirtuoZo中，采用自动匹配像方DEM格网点，人工干预修侧自动匹配中不合理的像方DEM格网点，生成格网间隔为5m*5m物方DEM，同时生成单模型DOM。单模型DOM镶嵌后按规定的图幅裁切范围进行裁切。

2.3.4 在已裁切的1：10000 DOM基础上进行1：10000DOM图廓整饰。

生产流程图 3 资料准备及检查

（1）航摄影像扫描以无压缩的TIFF 格式存储。扫描后影像应反差适中、色调饱满、全幅影像及框标清晰。尽量保持各影像目视效果一致。对质量较差的影像，核实非人为因素后，应进行增强处理，包括灰度拉伸、反差与亮度处理、边缘信息增强处理等。

（2）读取像主点坐标，并制作航片索引图，以及摄区、航线、航片元数据文件。

（3）对摄区的常用文档资料和一般文档资料进行扫描，文字材料200dpi ，图形300dpi ，像片接合索引

图300dpi。

4 航片匀色

在此次河池测区的航片中，不同影像的灰度（亮度、对比度和色阶）分布不一致，而单幅影像也会明暗分布不均匀，软件中的“自动匀光工具”已不能满足如此之大的灰度变化，这给DOM的后期制作带来不小的麻烦，所以我们在DOM生产工艺之中加入利用photoshop软件对所有影像进行整体匀色作业，以满足其成品色调均匀、反差适中的要求。匀色是DOM制作过程中首要步骤，它影响着每幅成品影像图的视觉效果，对其质量保证起着至关重要的作用。

色阶调整。计算机对图像样本量化为256级，即0－255。由于人眼视觉特征，在极值灰度附近的判断力较差，而量测仪显示设置的等高线测标均为灰度极值，因而发生矛盾。经过比较试验，将灰度输出定义在30－225之间，既满足作业员观测要求，又较少丢失影像信息。把经纠正镶嵌后生成的正射影像图色阶再调为0－255，提高影像清晰度，同时保证色调统一均衡。对于补飞像片或影像模糊像片也可以通过色阶调整使其影像直方图分布更合理。这样可以使正式产品视觉效果更接近原始真实影像。

对于单张影像调整，应用“直方图”功能，对于不同明暗区域进行量测，应用“曲线”调整方法，若局部影像输出的中间值均为130，则可使整幅影像都达到中间值130左右，调整时注意应先取大于200象素羽化值进行过渡，使明暗变化更加自然。

对相片之间（包括航向、旁向、测区）应相互比较，互为参照，目测法较简单，但准确度差，所以可对局部同名区进行直方图量测，对比其灰度分布形态、中间值和平均值，若差异较大，需再调整，直到满足灰度过渡的要求。

5 内业空三加密

5.1 航摄底片扫描

航摄底片我院委托广西测绘局航测遥感院完成，主要采用瑞士生产的UltraScan 5000航片扫描仪进行扫描，扫描分辨率为25μ。

扫描影像应反差适中、色调饱满、全幅影像及框标清晰。尽量保持各影像目视效果一致。扫描参数的调整原则是使扫描影像的灰度直方图尽可能布满0-255个灰阶，并接近正态分布。对质量较差的影像，核实非人为因素后，应进行增强处理，包括灰度拉伸、反差与亮度处理、边缘信息增强处理等。

5.2 航测加密

由于通过外业像片控制测量，我们在航片上量取部分明显地物点的三维坐标作为像片控制点，使用VirtuoZo NT空三加密模块（AATM+PATB）进行空三加密，创建模型，能够充分利用VirtuoZo NT的自动化程度高，运算速度快的特点：

A.加密资料的准备，如控制像片、航摄鉴定书、野外控制点成果、布点略图等；

B.建立区域网的航带和影像的信息；

C.确定连接点的分布：在每张像片靠近像主点的垂直线上选择5个点位，每个点位附近选取3个加密点；

D.全自动内定向：框标量测采用全自动内定向，人工逐片检查。内定向残差不应大于±20μm；

E.自动提取连接点：航带间连接时，需每张像片上航向、旁向均有连接点，以保证区域网的稳定性；

F.连接点交互编辑：将树梢上以及纹理差的连接点移到影像纹理清晰、能够准确匹配的点位；

G.粗差探测：编辑连接点和地面控制点，直到完全符合要求，不存在粗差为止；

H.平差解算：各项粗差探测完后，引入像片变形系统误差改正、地球曲率和大气折光改正等项进行光束法严密平差解算。

加密人员利用全数字摄影测量工作站的自动空三加密方法作业，将其观测后生成的pcf文件，直接加在自动相对定向成果产生的pcf文件之后，同步代入绝对定向之中。其控制点坐标位置将在影像中以特定的标记显现出来，此过程完全省去人工在立体影像上查找控制点的位置。而加密作业员在提供控制点的坐标数据之外，同时提供一套加密过程中控制点的影像文件，可通过屏幕拷贝得到带控制点号的一组jpg文件，使定向作业员可同时对立体影像上控制点点位与加密成果进行比较观测，检查其一致性，省去用多张

像片找刺孔，看立体的过程，不仅大大提高定向的精度，也同时提高了工作效率。减少了因仪器设备不同所造成的系统误差。同时大大降低不同作业员观测时造成的偶然误差，使数据成果以点对点形式直接使用，减少重复作业，操作简便。

值得注意的是：城区控制点，由于点位清楚明显，可提供单个像片屏考点，而山区控制点位置不清，地物变形大，应提供多个角度像片加密屏考点，以便于作业员判读识别。

6 数字高程模型（DEM）生产

DEM数据是制作DOM的基础，是生成等高线以及正射影像的数据来源。同时是人工干预最多的一项工作。

在空三自动量测和区域网平差结束后，直接使用系统提供的创建立体模型的功能，自动建立测区内所有的立体模型，自动设置各模型的所有参数，并完成定向处理。整个测区内所有模型的内定向、相对定向和绝对定向都自动完成，不再需要逐个模型进行定向。

对每个模型检查相对定向和绝对定向，如不满足以下限差要求，需重新进行定向，直到满足要求为止。

相对定向：标准点位残余上下视差不大于0.015mm，个别不得大于0.02mm。

绝对定向：平面坐标误差不大于0.8米，个别不得大于1米；高程定向误差不大于0.35米。

进行地貌特征要素的采集

地貌特征要素指能反映地貌特征的点、线、面以及建立DEM所需的散点等要素。

建立立体模型后，要根据加密点的分布情况，确定特征点、特征线和特征面的采集范围，采集范围不得超过加密点的连线外20米。特征要素的采集以图幅为单位存储，采集范围为图幅内图廓范围外扩10米，图幅内要注意模型之间特征要素的接边。

在立体测图模块中，根据模型区域的特点，分别采集水涯线、山脊线、山谷线、坡度变换点、陡坎上沿线、陡坎下沿线、散点、平坦区域的范围线、水域范围等特征要素。

由于城市建筑密度比较大，在城区要尽可能多采集筑物之间的空地里的散点、街道边沿线、庭院、操

场的范围线等。对于湖泊、水库等面状区域，按同一高度进行采集。

利用采集的特征点、特征线和特征面构TIN，生成图幅物方中格网DEM，中格网间距为5米。用DEMMAKER的编辑命令漫游检查DEM点与每个模型的吻合情况，对DEM点与模型不吻合的区域增加特征点、特征线和特征面，使每个格网点都贴近地表。对图幅内每个模型格网点检查合格后即可导出图幅特征要素文件。

总之，DEM是基础数据，直接影响到等高线生成质量，以及正射影像的纠正精度，而且其价值是长期的。所以对其生成工艺的控制是最为关键的。

7 DOM生产与镶嵌

7.1 单航片DOM数据范围确定

利用生成的DEM数据对影像进行正射纠正，DOM地面采样分辨率为0.1米，以GeoTIFF格式保存。航片纠正范围应在定向点以内，最大范围不应超过像片上控制点连线外20米。相邻航片纠正范围应有一定的重叠度，以保证相邻像片DOM之间保留100像元以上的重叠。

数字正射影像图（DOM）是利用数字高程模型（DEM），利用数字微分纠正技术，改正原始影像的几何变形，而要得到一幅标准图幅DOM地图，需多个像对的正射影像进行拼接镶嵌，所以DOM的质量由镶嵌工艺决定。由于多个影像灰度和摄影角度不同，使接边复杂程度远大于线划图接边。不仅包含地物几何坐标的拼接，同时影像色彩（灰度）的过渡会影响正射影像视觉的整体效果。

7.2 自动镶嵌和手工镶嵌

对黑白山区影像作业时，所采用正射影像是经过DEM拼接后数据生成的，从而保证了精度。航向多采用自动方法同时对多像正射影像对进行自动镶嵌，由于地物少，接边时灰度过渡效果好，而其投影差基本改正，所以能在精度要求下高效完成，而旁向拼接时，由于上下航线投影变化大，不进行人工干预，经常会在接边处产生重影、模糊。采用手工拼接方法，精度及影像效果较好。

对彩色城区影像工作时，必须全部采用手工拼接，由于城区地物多，且对高大建筑无DEM的改正，

因此，其投影差无法消除，而自动拼接时，计算机的拼接线较随意，其过渡值也较大。所以拼接地区重影不能消除，且高大建筑的影像也易受损失。我们的作业方法是：①选择较小的羽化值10－30象素为拼接过渡。②拼接线取近似直线的平滑曲线效果最好，避免取小角度折线。③避闪高大建筑物。④定义作业区时应考虑拼接线的走向，加大选取范围。⑤对无法消除的拼接缺损应用单模型正射影像进行修补。⑥由于未对地物采集DEM数据，也就不对其影像进行纠正，所以地物影像不是正射影像，高楼投影差较大，正射影像orl生成采用最近顶点法，即选取靠近中心的影像，减小投影差，并减少高大建筑物对其它地物遮挡，保存更多地面信息，同时有利于人工拼接线的选取。

7.3 正射影像匀色

由于我们前期对航片进行了匀色，对于我们后期正射影像的匀色工作相对减少，其匀色方法于航片匀色一致都是在PHOTOSHOP进行这里我们就不重复说明了。

8 结束语

数字正射影像图大规模的制作与应用将是加快“数字广西”的信息化建设的进程，同时也是“数字城市”发展的必然趋势，为正在建设中的现代化提供有力的信息支持和信息保障。

【参考文献】

[1] 党安荣，王晓栋，陈晓峰，张建宝.《遥感图像处理方法》.清华大学出版社，2003

[2] Virtuo80（适普）公司系列软件用户手册，2003

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[6] 吴俐民等.《昆明市连续运行GPS参考站系统的建设及应用》.城市勘测，2005年第五期

[7] 王洪艳等.《遥感技术在城市规划中的运用》.云南城市规划，2003年第四期