数字真正射影像的研制

数字真正射影像的研制万从容郭容寰杨常红()上海市测绘院 ,上海 , 200063摘要随着计算机技术、影像获取手段的不断发展和社会需求的不断进步 ,传统概念上的数字正射影像图已经越来越不能满足各种应用的需求。

研究真正射影像的制作生产已经迫在眉睫。

本文主要利用 DMC 影像 ,在 Inp ho数字摄影测量系统上进行数字真正射影像的研制 ,并分析了真正射影像的生产制作流程以及真正射影像制作过程中遇到的问题。

()关键词真正射影像数字表面模型 D SM 共线方程航空摄影时如图 1 ,由地面物点 A , B , C, D , F发 1 引言出会聚于投影中心 S的投射光线与像片平面的交点近年来数字正射影像图信息丰富、表现直观、易 a, b, c, d, f构成了像片的影像 ,航摄像片是地面物点于更新 ,在城市规划、土地资源利用、土地资源调查在像片平面的中心投影。

如果将地面物点沿铅垂方以及基础地理信息系统等应用中发挥着越来越大的向投影在任一水平面上 ,投影点 a0 , b0 , c0 , d0 , f0 即作用。

然而 ,随着影像获取手段的不断发展和社会为物点的正射投影。

这些正射投影点经过一定比例需求的不断进步 ,传统概念上的数字正射影像图已尺缩小后 ,就能得到像片平面图的影像。

像片平面经越来越不能满足各种应用的需求。

传统意义上的正射影像图由于没有进行完全的纠正 ,某些地物上图是具有所需比例尺的地面物点的正射投影。

依然存在着投影差。

在城市地区 ,高层建筑物比较多 ,建筑物密集 ,传统的正射影像图上建筑物投影差产生倾斜影像十分严重 ,在影像图的应用中严重影响了应用效果。

研究真正射影像的制作生产已经迫在眉睫。

本文主要利用 DMC 影像 ,在 Inp ho 数字摄影测量系统上进行数字真正射影像的研制 ,并分析了真正射影像的生产制作流程。

图 1航摄像片只要消除像片倾斜与地形起伏引起的像点位移 ,就能将中心投影变换为正射投影。

要使这种投影具有统一的摄影比例尺 1 /M ,则航空摄影 2 正射影像图的概念 H = 时摄站点到摄区平均高程基准面的航高应满足正射影像图是地图的一种 ,它是用像片上的影f?M ,当空中摄影的摄影航高不满足 f?M 时 ,会引像表示地物的形状和平面位置的地图形式。

利用中起像片比例尺不一致 ,即不同的像片之间及同一张心投影的航摄像片编制正射影像图 ,是将中心投影转变为正射投影的过程。

当像片水平且地面为水平像片的不同地方的比例尺不一致。

因此 ,与正射影的情况下 ,航摄像片就相当于该地区比例尺为 1: M 像图相比较 ,航摄像片存在着以下几个特征 : ( ) = f /H 的平面图。

由于航空摄影时 ,不能保持像 ( )1 像片倾斜引起的像点位移 ; 片严格水平 ,而且地面也不可能是水平面 ,致使像片 ( )2 地面起伏引起的像点位移 ; 上的构像产生像点位移 ,图形变形以及比例尺不一( )3 摄站点之间由于航高差引起的各张像片间致。

将竖直摄影的航摄像片通过投影变换 ,获得相的比例尺不一致。

当于航摄像机物镜主光轴在铅垂位置摄影的水平像片 ,同时改化规定的比例尺 ,这种作业过程称为像片为了消除像片与像片平面图的差异 ,需要将竖纠正。

收稿日期 : 2009 - 06 - 18( ) 作者简介 :万从容 1972 - ,女 ,高级工程师 ,主要从事航空摄影测量与遥感的生产与研究工作。

直摄影的像片消除像片倾斜引起的像点位移和限制X = X+M ?X ’ 0 ( )1 公式 Y = Y+M ?Y 0 或消除地形起伏引起的投影差 ,并将影像归化为统3. 3 计算像点坐标一的比例尺 ,这项工作称为像片纠正。

图 2 中的 aa0 即为因地形起伏引起的像点位应用共线方程求解原始图像上相应像点坐标δA ’A 0 移 ,用 h 表示 ,常称为像片上投影差 ,对应的( ) x, y :为地面上投影差 , 用 ?h表示。

( ) ( ) ( ) aX- X+ bY- Y+ cZ- Z 1 A S 1 A S 1 A S X = - f ( ) ( ) ( )aX- X+ bY- Y+ cZ- Z 3 A S 3 A S 3 A S( ) ( ) ( )aX- X+ bY- Y+ cZ- Z 2 A S 2 A S 2 A S Y = - f ( ) ( ) ( )aX- X+ bY- Y+ cZ- Z 3 A S 3 A S 3 A S式中 , Z是 P 点的高程 ,由 D EM 内插得到 , a, 1a, a, b, b, b, c, c, c为三个旋转角构成的正交 2 3 1 2 3 1 2 3矩阵 R 的 9 个元素。

3. 4 灰度重采样由于所求得的像点坐标不一定恰好落在像元素中心 ,为此必须进行灰度内插 ,一般采用双线性内插( ) 方法求得像点 p 的灰度值 g x, y。

3. 5 灰度赋值最后将像点 p 的灰度值赋给纠正后的像元素( ) ( )P,即 G X, Y= g x, y依次对每个纠正像元素进行上述运算 ,即能获得纠正的数字图像。

图 24 真正射影像的概念 3 正射影像的纠正原理及方法 ( 数字真正射影像图True D igita l O rtho M ap , 缩用平坦地区像片纠正的方法 ,可以清除像片倾( ) )写 TDOM 是利用数字表面模型 D SM , 采用数字角引起的像点位移和调整影像的比例尺。

但是如果微分纠正技术 ,改正原始影像的几何变形 ,对整个测地面不是平坦的 ,那么像片纠正还未能解决因地形区进行影像重采样后 ,使影像视角被纠正为垂直视起伏引起的像点位移。

要改正这种位移 ,除去使用() 角而形成的影像图。

数字表面模型 D SM ,是指包纠正仪进行分带纠正等近似方法外 ,只有逐点纠正含了地表建筑、桥梁和树木等高度的地表高程模型。

才能严格地完成 ,这就是数字微分纠正。

传统意义上的数字正射影像图是用 D EM 或者在已知像片内定向参数 ,内外方位元素以及数地面平均高程来进行数字微分纠正 ,得到的正射影 ()字高程模型D EM 的前提下 ,可以进行数字微分纠像图。

其地形地貌经过了正射纠正 ,而人工建筑等正 ,其步骤如下 :地形却没有经过纠正 , 依然存在投影差。

D EM , 即3. 1 按照成图比例尺的要求将作业范围内的 () 数字地面模型 , 也称数字地形模型 D TM , 是一种ΔΔ地面模型格网的间隔 X 和 Y的值重新确定 , 而对空间起伏变化的连续表示 ,它主要包含了地形的将地面模型格网缩小图比例尺大小 ,即可得到纠正高程信息。

影像的格网 ,再对格网赋灰度值。

与传统的正射影像图相比 ,在大比例尺影像图3. 2 计算地面点坐标中 ,真正射影像避免了高大建筑的倾斜对其它地物的遮挡 ,在拼接地区能够实现平滑自然的过渡 ,所有 () 设正射影像上任意一点象素中心 P的坐标为的地形、地貌均经过了正射纠正 ,因而数字真正射影( ) ( ) X’, Y’。

由正射影像左下角图廓点坐标 X, Y0 0 像图上不存在投影差。

与正射影像比例尺分母 M 计算 P 点所对应的地面( ) 坐标 X, Y。

的接边问题 ; b. D SM 骤 :数字空中三角测量 :本过程得到的结果是 c. 真正射影像的拼接 : 人工干预的困难 , 修补 5. 1相片的外方位元素和加密点的大地坐标 ;影像所产生的问题 ;5. 2 生成 D SM : 利用空中三角测量的结果 ,进 d. 真正射影像的色彩问题。

() 根据以上需要考察的问题 ,本项目进行了以下行匹配计算 ,提取数字表面模型 D SM ;5. 3 D SM 的编辑 : 由于计算机识别的局限性 ,几项试验和统计 :有的地形识别判断有误 ,一定要靠人工判读才能判 7. 1 本次空三加密精度达到 0. 10 米以下 ,能断准确 ,编辑 D SM ; 够满足制作真正射影像的精度要求 ;5. 4 真正射影像的纠正 : 利用生成的 D SM 进 7. 2 自动生成 D SM 的过程中所产生的问题 :自动提取 D SM 的匹配中误差为 0. 27米行数字正射影像纠正 ;7. 2. 1 本过程最大的问题是匹配不准确 ,尤其 5. 5 真正射影像的拼接 :在拼接的过程中完成是碰到高程建筑物或者是阴影严重的地方 ,匹配点影像的修补工作。

由于真正射纠正会把原来中心投影、存在投影差的地物纠正到正确的位置上 ,因而会基本都是可疑点 ;7. 2. 2 为了解决这个问题 ,可以在试验过程中在纠正好的地方存在一定的“黑洞”, 需要进行修补。

而这个过程可以在拼接的过程中到具有重叠度加入三维特征线提取 D SM , 进行试验。

结果发现 ,的相关相片上去找 ,从而把相关的地形补过来 ; 加了特征线的地物 ,其提取的 D SM 更加贴合实际 ;但是在高层建筑物处 ,尤其是阴影严重处 ,效果依然 6 目前的几个系统 : 不佳 ,还是需要人工编辑。

就目前而言 ,可以完成一整套数字真正射影像 7. 3 编辑过程 : D SM 编辑在立体模型上进行 ,( ) 制作过程的系统有像素工厂 p ixe l fac to ry、Inp ho () 包含了点光滑、置平设置一定高程、内插等 ,在房数字摄影测量系统等。

屋的屋顶、道路、河流、高架、阴影 ,房屋边缘的多边像素工厂实现了真正射产品的商业化和大规模 () 形置平把屋顶进行整体的纠正 , 经编辑以后 , 各生产 ,并实现了针对真正射影像的一系列解决方案 , 高程点均能在合适的高程上。

但是 ,有很多地形复例如大气纠正、物理纠正、匀色等。

杂地区还是没有办法把地形分清楚 ,这样的地形可而 Inp ho也同样具有这样的功能 : 完成从数字以整块进行编辑 ,以便正射纠正时把整块地形纠正 , 空中三角测量到数字表面模型的提取、D SM 的编辑、数字真正射影像的纠正、拼接、匀色等一系列过避免地物的扭曲变形。

7. 4 拼接过程 : 利用高重叠度进行漏洞修补 , 程。

一般情况下比较好 ,能够把相邻相片上的正射影像修补到合适的位置上 ,在本过程中还存在以下几种问题 : 7 利用 Inp ho制作数字正射影像的实例 7. 4. 1 漏洞修补不正确 ,产生的原因可能是区本文的数字真正射影像的研制过程即采用 In2 域网的加密精度问题 ; p ho数字摄影测量系统。

数字空中三角测量的过程7. 4. 2 拼接线的问题 :自动产生的拼接线人工在 Im ageSta tion数字摄影测量系统中进行 ,完成后导入该系统。

无法编辑 ;7. 4. 3 人工参与拼接线并导入的问题。

本次试验地区为上海市的内环地区 ,本地区建下图 3是真正射影像和普通正射影像的比较 :筑物密集、高层建筑多、有高架路、轻轨铁路等地物 ,有河流从测区通过。