用VirtuoZo数字摄影测量工作站生产DEM_DOM的主要技术问题探讨

用V irtuoZo数字摄影测量工作站生产D EM,DOM的主要技术问题探讨张　力 杨战辉
摘　要　针对V irtuoZo的特点,为顺利开展批量生产,对影像扫描参
数的设定,影像自动匹配窗口大小的设定,D E M编辑技巧和D E M精度
检核这些关键技术的讨论很有必要,本文就这些影响生产效率、成图质
量的主要因素进行的分析和实际应用进行了总结。

关键词　数字摄影测量　工作站　D E M　DOM
高新技术发展的标志是重大科研成果的推出,测绘事业的发展依靠科研成果的推广应用。

在摄影测量与遥感领域,我国适普工程有限公司已推出了V irtuoZo N T微机版的全数字摄影测量工作站。

这项具有国际先进水平的科研成果在我国的诞生和壮大,标志着数字测图时代的到来,这对传统的航测生产将带来一场技术革命。

为提高成图及成果质量,适应信息时代对测绘产品的要求,关键是利用这些技术进行规模化生产,完善科研成果,提高生产效率,体现成果的价值。

1997年,陕西省测绘局引进6套全数字摄影测量工作站,并开展4幅D E M,DOM图的试生产。

本文就这次V irtuoZo试生产情况、作业原理、生产中的几个关键技术问题进行探讨。

1　作业原理及流程
1.1　影像扫描
同传统的摄影测量方式不同,数字摄影测量所处理的原始资料是数字影像,它必须用高精度扫描仪将航片或卫片扫描成数字影像。

1.2　影像内定向和相对定向
影像内定向实际上是确定数字影像的扫描坐标系和影像坐标系(以像主点为原点,航带方向为x轴的右手系)之间的相互转换关系,V irtuoZo系统可自动识别各种类型的影像框标,精确量取框标的坐标并解算出6个内定向参数。

相对定向是确定航片像对之间的相对位置关系,传统的相对定向是通过人工量测6个标准Grub点位,从而解算出相对定向参数。

V irtuoZo系统则是利用自动影像匹配辅以核线约束条件,寻找出大量的同名点(一般在100个点左右),在解求相对定向参数时,利用了大量的多余观测,不仅可自动剔除粗差,还可大大提高定向的精度和可靠性。

1.3　核线影像的生成
在解求出相对定向参数后,可对原始的数字影像进行核线排队,即根据核线条件对原始影像进行重采样,消除影像对在y方向的上下视差后形成核线影像对,为自动匹配作准备。

由于核线影像已经消除了上下视差,使得影像匹配这样一个二维的搜索同名影像过程转化为在核线方向上的一维搜索过程,对影像匹配的效率和可靠性有很大提高。

1.4　绝对定向
绝对定向是确定物像坐标与影像坐标之
研究报告　
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间的转换关系,该系统可在影像上半自动量
测出控制点,并自动解求绝对定向参数,即最低的外方位元素。

该步骤若在自动空三步骤后可全自动完成,若已有了其他格式的数据,如控制点的像坐标或仪器量测坐标,也可直接输入系统自动完成绝对定向参数的解求。

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1.5　影像匹配
影像匹配是数字摄影测量系统的核心,是确定被摄物体三维坐标的关键,它是利用计算机视觉技术和数字影像处理技术在左右影像上自动、高效地寻找出大量的同名点,并利用匹配的结果经后方交会后内插出D E M 。

由于实际作业过程中所使用的资料千差万别,所处理的航摄地区的地形也多种多样,全自动匹配的结果遇到影像中的低反差、纹理缺乏区、地形遮蔽区时,匹配结果不可靠,因此,匹配的结果需要进行一定的人工编辑。

另外,在被处理地区有大片树林覆盖或城区时,匹配的同名点会大量落在树林和房屋等人工建筑物的顶端,此时则需人工交互地将它们改正到地面上。

V irtuoZo 系统提供了两种人工编辑方式,一种是在立体观察方式下,通过显示等视差曲线和匹配点的方式,对错配点进行编辑;另一种方式则是将D E M 内插出等高线,叠加于立体影像上,对有错误的地区进行编辑。

前者可直接对匹配结果进行检查,并可利用各种编辑工具快速地修复错配点,后者则更直观,即所编即所得,同时也可对D E M 的精度进行检查。

1.6　生成D E M ,DOM
影像匹配过程结束后,可经后方交会和
移动曲面拟合后内插出所需的D E M ,并可利用D E M 和原始影像产生信息丰富和高质量的DOM 。

另外,DOM 还可与在系统中量测出的矢量数据叠合后生成正射影像地图。

1.7　模型的拼接与图幅拼接
一般的图幅要包含多个像对,在各单模
型的D E M 生成后,可通过人工选择接线或全自动地将图幅内各模型的D E M 拼接起来,同时也可对D E M 进行拼接以便生成大面积的影像地图。

V irtuoZo 系统还提供了自动色调调整功能,它对各模型所生成的DOM 处理后拼接起来,生成色调适中、反差均匀的影像图。

1.8　图廓的整饰
通过输入各种图廓整饰参数,生成矢量文件,将之与影像和其他矢量数据套合在一起生成一幅全要素影像图。

1.9　精度评定
检查内定向、相对定向、绝对精度、D E M 拼接精度,在解析测图仪上测出若干碎部点、加密的测图定向点、保密点进行精度评估。

2　生产中几个关键技术讨论2.1　影像扫描参数设定
在影像的数字化过程中,一个重要的参数即影像扫描分辨率,它与航摄的比例尺、成图比例尺和影像的航摄质量有关。

根据扫描影像分辨率经验公式:
R =R 03(成图比例尺 摄影比例尺)式中,R 0为地面分解力,对于1∶1万和1∶5
万图,它分别为0.9m 和2m ,因此,它们所需的扫描分辨率分别为25Λm 和57Λm 。

影像扫描时,可直接对航摄底片进行连续扫描,或对拷贝正片进行单片扫描。

其过程一般是,首先设定一个合适的扫描分辨率,然后进行预扫描,并调整好影像的反差和亮度,使扫描出的数字影像清晰,反差适中。

因为扫描影像质量的好坏对数字摄影测量系统后续的自动影像定向、影像匹配、正射影像的拼接等的效果和效率都会有直接的影响,因此,对这一步骤应特别重视。

另外,若因底片本身的原因使扫描影像质量较差,可通过Pho to 2shop 软件和系统提供的工具及时对影像进行一定的处理。

研究报告
一般情况下,扫描分辨率越高,数字影像的数据量也越大,一张23c m ×23c m 的航片,用21Λm 扫描时为120M B ,而用56Λm 扫描时仅为18M B 。

虽然可根据经验公式在扫描之前计算出影像扫描分辨率,但实际上影像胶片的分辨率仅能达到17线 in ～18线 in ,加之受大气环境的影响,国内航摄底片最好的扫描分辨率仅能达到20Λm ～25Λm 。

过高的分辨率设置不仅会大大增加数据量和工作的难度,而且扫描出的影像噪声增大,地物轮廓不明显,影像质量降低,所以,一般的扫描分辨率不宜大于25Λm 。

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2.2　影像自动匹配窗口及视差格网间隔的
设置
影像匹配实质上是利用计算机的计算能力辅以特定的匹配算法,完成通常由人工完成的影像同名点的识别过程,它是数字摄影测量系统的核心部分,也是提高工作效率的关键。

在影像上识别同名点,仅靠同名点的影像特征是完全不可能的。

由于在航摄、洗印过,以及由于摄站的变化引起的同名影像的变形等,因此,只能通过判断以某点为中心的一定范围内的影像块之间的相似性,才能判断它们是否为同名点。

此时,影像块的大小选择则变得尤为重要了,若此窗口值选的太小,那么影像窗口内包含的影像信息量较小,会大大降低影像匹配的可靠性,但小的影像窗口由于因摄站变化等几何因素引入的影像变形较小,影像匹配精度则较高,反之,影像窗口较大,则包含的信息量大,会使影像匹配的可靠性和稳定性增加,但其精度则会有所降低。

因此,在经验上一般选择原始航片上0.25mm ～0.5mm 的尺寸较为适宜。

数字化过程也是一个离散化的过程,D E M 即是把真实的客观世界中连续的地形表面离散化的结果。

易知,D E M 格网的间隔
越大,它对微细地貌表达的近似程度则越低。

D E M 是由匹配格网通过后方交会和内插得到的。

因此,为了较好地表达地形,匹配格网的间隔通过下述公式获得:
d =D (2ScaleP ixelsiz
e )式中,d 为匹配格网间隔;D 为D E M 间隔;
Scale 为航片比例尺;P ixelsize 为扫描分辨率。

2.3　视差格网的编辑及D E M 的编辑
该系统提供了许多对匹配结果的编辑功能,主要有:单点编辑;平滑匹配结果中存在的噪声;对大面积树林覆盖区进行减树高;对近似平面区域进行匹配结果的内插处理;加测地形特征线。

一些经验:对大面积树林覆盖区,可圈定范围后减去所需的树高。

对中、大比例尺域区,由于大量匹配点落在房屋顶端,而不是地表面,又由于域区的特点即地形表面平缓,起伏很小,可圈定一定的范围,利用视差格网的线性内插功能加以实现。

另外,对孤立的树丛、建筑物或平缓地区的小块错配地区,也可利用视差格网的内插功能。

对于影像纹理缺乏区,如沙滩、沙漠区可利用平滑功能消除匹配的噪声。

对小的山沟、山脊区,可利用加测地形线的功能对错配地区进行修正。

D E M 编辑目前主要为单点编辑。

3　总　结
本次试生产制作了4幅1∶1万的
DM E ,DOM ,并进行了严格的检核,对生成的D E M 数据,利用JX 23解析测图仪,按照黄土地貌的特点,着重在地形变换处、山脊、山谷、山坡、平坦区、河道旁共测出607个影像清楚、离散的三维点的x 、y 、z 坐标。

对D E M 数据,利用双线性内插法进行中误差统计为±2.8m ,按山地D E M 精度限差要求为±3m ,满足要求。

这次中误差统计仅是自动匹配后少量编辑的结果,(下转第46页)
研究报告　
10月全部采用了GeoT I N 软件,顺利完成了
任务。

b .交通部海监局的一个大型G IS 项目投资较大,主管单位选择G IS 平台时非常慎重,开始选了十多个G IS 平台考察,最后剩下A RC I N FO 和GeoStar 竞争。

为了正确评价这两个软件的优缺点,交通部海监局专门从天津、上海、广州抽调多名技术人员对这两个软件进行为期一周的详细考核,最后确定GeoStar 作为基础平台,一期工作软件及工程开发花费90万元。

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c .建设部信息中心是我国G IS 开发最早和最具实力的单位之一。

以前,他们通常选用Genem ap 开发,但由于Genem ap 的技术已落后,而国产G IS 软件平台已成长起来,因而开始转向采用国产G IS 软件作为基础平台。

最近,我们与建设部信息中心签定协议,今后城市规划管理信息系统主要采用GeoStar 为开发平台。

以上例子说明,GeoStar 已经有能力、有优势参与市场竞争,特别是最近国家测绘局又决定,国家和省级基础地理信息系统将逐渐转为以GeoStar 为平台,这为我们占领市场提供了相当好的机遇。

4　加强技术服务,迅速占领国内外市场
可以说,GeoStar 的技术许多方面已处
于国际领先水平,我们目前的用户达几百个,已建和在建的大型G IS 应用工程有几十个。

这些应用系统的建立和软件的推广使用将使GeoStar 更趋完善和稳定。

国产G IS 软件与国外软件相比还有一个明显的技术服务优势,我们掌握了底层源码,可以为用户开发出国外软件目前没有而用户又必需的功能,特别是数据转换接口,这是我们最近在市场竞争中击败国外软件的关键所在。

另外,国产软件符合中国人的文化特点,软件易学易用,用户容易与市场人员甚至开发人员沟通。

我们要挖掘这方面的服务优势,建立完善的服务体系。

为了迅速拓展GeoStar 的市场,武汉测绘科技大学将吉奥信息工程公司上升为一级公司,并已筹建和开始筹建香港吉奥公司、北京吉奥公司、广州吉奥公司和哈尔滨、西安、成都、海口等代理服务网点,一年内将建立起GeoStar 系列产品的市场销售网络和技术服务体系。

另外,国家测绘局已投资200万建立了培训中心,为GeoStar 和相应的软件产品进行技术培训提供了良好的条件。

可以预见,GeoStar 将凭借它的技术优势和完整的服务体系迅速占领国内外市场。

(上接第24页)如再进行适当的人工编辑,
精度有望进一步提高。

实践证明,利用数字摄影测量手段制作D E M ,DOM 产品确是一项高效、有效的技术手段。

第一作者单位:武汉测绘科技大学重点实验室。

收稿日期:1998205219.
吉奥之星通讯　。