采用(yòng)全數字攝影(yǐng)測量工作站制作DOM的(de)作業方法

發布日期：2018-05-08 00:00 浏覽量：11777

　　一、前言
　　采用(yòng)全數字攝影(yǐng)測量工作站進行數字正射影(yǐng)像的(de)制作是一項新技術，其生産中的(de)技術要求及其生産工藝需要在生産實踐中不斷完善。1999年我單位開始引進全數字攝影(yǐng)測量工作站并通(tōng)過制作北(běi)京市山區(qū)1:10000黑(hēi)白數字正射影(yǐng)像，以及北(běi)京城(chéng)區(qū)1:2000彩色數字正射影(yǐng)像，不斷優化(huà)改進其生産工藝，逐漸摸索出了(le)适于不同規格數字正射影(yǐng)像圖的(de)生産工藝。
　　二、DOM生産中的(de)勻色方法
　　在攝影(yǐng)過程中，各種因素可(kě)能會導緻不同影(yǐng)像的(de)灰度（亮度、對(duì)比度和(hé)色階）分(fēn)布不一緻，而單幅影(yǐng)像也(yě)會明(míng)暗分(fēn)布不均勻，軟件中的(de)“自動勻光(guāng)工具”已不能滿足如此之大(dà)的(de)灰度變化(huà)，這(zhè)給DOM的(de)後期制作帶來(lái)不小的(de)麻煩，所以我們在DOM生産工藝之中加入利用(yòng)photoshop軟件對(duì)所有影(yǐng)像進行整體勻色作業，以滿足其成品色調均勻、反差适中的(de)要求。勻色是DOM制作過程中首要步驟，它影(yǐng)響著(zhe)每幅成品影(yǐng)像圖的(de)視覺效果，對(duì)其質量保證起著(zhe)至關重要的(de)作用(yòng)。
　　1．黑(hēi)白影(yǐng)像勻色· 色階調整。計算(suàn)機對(duì)圖像樣本量化(huà)爲256級，即0－255。由于人(rén)眼視覺特征，在極值灰度附近的(de)判斷力較差，而量測儀顯示設置的(de)等高(gāo)線測标均爲灰度極值，因而發生矛盾。經過比較試驗，将灰度輸出定義在30－225之間，既滿足作業員(yuán)觀測要求，又較少丢失影(yǐng)像信息。把經糾正鑲嵌後生成的(de)正射影(yǐng)像圖色階再調爲0－255，提高(gāo)影(yǐng)像清晰度，同時(shí)保證色調統一均衡。對(duì)于補飛(fēi)像片或影(yǐng)像模糊像片也(yě)可(kě)以通(tōng)過色階調整使其影(yǐng)像直方圖分(fēn)布更合理(lǐ)。這(zhè)樣可(kě)以使正式産品視覺效果更接近原始真實影(yǐng)像。
　　對(duì)于單張影(yǐng)像調整，應用(yòng)“直方圖”功能，對(duì)于不同明(míng)暗區(qū)域進行量測，應用(yòng)“曲線”調整方法，若局部影(yǐng)像輸出的(de)中間值均爲130，則可(kě)使整幅影(yǐng)像都達到中間值130左右，調整時(shí)注意應先取大(dà)于200象素羽化(huà)值進行過渡，使明(míng)暗變化(huà)更加自然。
　　對(duì)相片之間（包括航向、旁向、測區(qū)）應相互比較，互爲參照(zhào)，目測法較簡單，但準确度差，所以可(kě)對(duì)局部同名區(qū)進行直方圖量測，對(duì)比其灰度分(fēn)布形态、中間值和(hé)平均值，若差異較大(dà)，需再調整，直到滿足鑲嵌時(shí)灰度過渡的(de)要求。
　　2．彩色影(yǐng)像勻色彩色影(yǐng)像的(de)調整很少需色階調整，隻要色彩輸出量化(huà)值選定，對(duì)紅、綠、蘭三色曲線進行調整，即可(kě)得(de)到比較接近自然的(de)影(yǐng)像。經過比較實驗，當紅、綠。蘭三色中間值爲150時(shí)，影(yǐng)像色彩還(hái)原清晰逼真，調色時(shí)選區(qū)不宜太小，不宜選擇地物(wù)過于集中處，基本上先對(duì)中心投影(yǐng)區(qū)較亮的(de)部分(fēn)開選區(qū)，調整後，進行反選再調整周邊較暗區(qū)，對(duì)個(gè)别地區(qū)改正也(yě)遵循同樣原則。相鄰相片的(de)比較同黑(hēi)白影(yǐng)像調整類似，選同名區(qū)域觀察比較。

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　　三、DOM的(de)定向方法：
　　1．傳統作業方法絕對(duì)定向時(shí)，利用(yòng)加密作業員(yuán)在立體坐(zuò)标量測儀上觀測的(de)數據，對(duì)控制點刺孔查找結合點之記說明(míng)，并利用(yòng)多(duō)像片的(de)立體判讀才能确定控制點的(de)點位，再從工作站的(de)立體影(yǐng)像中尋找相對(duì)應位置，方能完成一個(gè)點的(de)觀測。在使用(yòng)資料中，滌綸片和(hé)像片經過轉刺，精度随之降低，尤其是定向作業員(yuán)與加密作業員(yuán)采用(yòng)的(de)觀測系統不統一，且作業習(xí)慣、判讀标準都存在較大(dà)差異，從而影(yǐng)響到定向精度。由于工序較多(duō)，多(duō)人(rén)操作，重複勞動，生産效率大(dà)大(dà)降低。
　　2．改進後的(de)作業方法新作業方法是加密人(rén)員(yuán)利用(yòng)全數字攝影(yǐng)測量工作站的(de)自動空三加密方法作業，将其觀測後生成的(de)pcf文件，直接加在自動相對(duì)定向成果産生的(de)pcf文件之後，同步代入絕對(duì)定向之中。其控制點坐(zuò)标位置将在影(yǐng)像中以特定的(de)标記顯現出來(lái)，此過程完全省去人(rén)工在立體影(yǐng)像上查找控制點的(de)位置。而加密作業員(yuán)在提供控制點的(de)坐(zuò)标數據之外，同時(shí)提供一套加密過程中控制點的(de)影(yǐng)像文件，可(kě)通(tōng)過屏幕拷貝得(de)到帶控制點号的(de)一組jpg文件，使定向作業員(yuán)可(kě)同時(shí)對(duì)立體影(yǐng)像上控制點點位與加密成果進行比較觀測，檢查其一緻性，省去用(yòng)多(duō)張像片找刺孔，看立體的(de)過程，不僅大(dà)大(dà)提高(gāo)定向的(de)精度，也(yě)同時(shí)提高(gāo)了(le)4倍以上的(de)工作效率。這(zhè)種方法不存在因儀器設備不同所造成的(de)系統誤差。同時(shí)大(dà)大(dà)降低不同作業員(yuán)觀測時(shí)造成的(de)偶然誤差，使數據成果以點對(duì)點形式直接使用(yòng)，減少重複作業，操作簡便。
　　值得(de)注意的(de)是：城(chéng)區(qū)控制點，由于點位清楚明(míng)顯，可(kě)提供單個(gè)像片屏考點，而山區(qū)控制點位置不清，地物(wù)變形大(dà)，應提供多(duō)個(gè)角度像片加密屏考點，以便于作業員(yuán)判讀識别。
　　四、DEM的(de)編輯方法
　　DEM數據是基礎，是生成等高(gāo)線以及正射影(yǐng)像的(de)數據來(lái)源。同時(shí)是人(rén)工幹預最多(duō)的(de)一項工作。VirtualGeo的(de)DEM按像片上的(de)規則格網，利用(yòng)數字影(yǐng)像匹配進行數據采集，其可(kě)視數據由大(dà)量的(de)匹配點組成，其中有正确的(de)，也(yě)有錯誤的(de)。人(rén)工編輯的(de)工作是利用(yòng)人(rén)眼立體觀測匹配點對(duì)應的(de)地形，并對(duì)二者不符地方進行改正。假設自動匹配誤差率爲5％，以匹配點間隔爲9米計算(suàn)，每幅1:10000地形圖将有上萬個(gè)點需要再編輯工作，隻有選擇合理(lǐ)的(de)方法，才能完成如此龐大(dà)的(de)工作。在生産實踐中，把地形分(fēn)爲高(gāo)山地、平地和(hé)丘陵地。由于所用(yòng)軟件以數字影(yǐng)像的(de)灰度分(fēn)布爲影(yǐng)像匹配的(de)基礎，所以在丘陵地精度高(gāo)，在高(gāo)山地和(hé)平地則粗差較多(duō)。DEM數據表現形式有三種：彩色匹配點、等高(gāo)線（等值線）、斷面線。由于匹配點較密集，适于平地DEM編程，斷面線立體效果最好，非常利于山地DEM編輯，而等高(gāo)線則是對(duì)地形的(de)宏觀上的(de)檢查，地形表現力很強，要結合不同編輯方法，如量測點内插，匹配點内插和(hé)多(duō)種平滑方法，才能得(de)到成品DEM。下(xià)面介紹高(gāo)山地和(hé)平地生産中的(de)不同方法。
　　1．高(gāo)山地DEM編輯，需結合其影(yǐng)像的(de)特點，即影(yǐng)像投影(yǐng)差較大(dà)，地形複雜(zá)，地物(wù)較少，影(yǐng)像信息不夠連續，造成計算(suàn)機的(de)自動識别能力不足，因而影(yǐng)像匹配結果有較多(duō)粗差。如大(dà)面積的(de)匹配點上浮或下(xià)沉，運用(yòng)前述幾種方法處理(lǐ)是相當困難的(de)，而且效果不理(lǐ)想。分(fēn)析其原因是軟件中“自動相對(duì)定向”産生的(de)匹配點數量少，分(fēn)布不均，地物(wù)特征點少，對(duì)影(yǐng)像匹配所需參照(zhào)點提供不足。此時(shí)人(rén)工加入大(dà)量相對(duì)定向點，滿足作業區(qū)内分(fēn)布合理(lǐ)充足的(de)特征點，從而提高(gāo)整體匹配質量。當局部區(qū)域由于遮擋變形較大(dà)産生大(dà)片粗差時(shí)，應運用(yòng)軟件中的(de)“預處理(lǐ)”工具，對(duì)粗差部分(fēn)進行加特征點（如山頂）特征線（山脊、山溝）進行詳細描繪，從而使影(yǐng)像再次匹配計算(suàn)時(shí)，有更多(duō)可(kě)靠的(de)參照(zhào)點，産生合理(lǐ)的(de)匹配結果，消除粗差，減輕人(rén)工編輯量，但預處理(lǐ)工具必須在影(yǐng)像自動匹配之後，人(rén)工編輯之前進行，不能随時(shí)調用(yòng)，所以需反複數次，确定影(yǐng)像匹配結果中無粗差時(shí)，再進行人(rén)工編輯工作。具體的(de)DEM人(rén)工編輯是對(duì)預處理(lǐ)所不及的(de)小粗差的(de)改正：

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　　· 定義作業區(qū)時(shí)，應考慮到由于高(gāo)山的(de)投影(yǐng)差糾正，産生的(de)航向上拼接區(qū)減小，造成無法鑲嵌的(de)後果，還(hái)要考慮旁向人(rén)工拼接時(shí)，拼接線的(de)選取，所以編輯之前，可(kě)以先用(yòng)開始DEM拼接，檢查其重疊是否滿足要求後，再進行下(xià)一步工作。
　　· 成片的(de)小地形不符，看其地形情況可(kě)用(yòng)“量測點内插”、“匹配點内插”。“平滑方法”使匹配點與地面相符。
　　· 溝渠或山梁的(de)飄移可(kě)利用(yòng)“線方式”給定的(de)溝梁的(de)像素寬度，進行上升、下(xià)降處理(lǐ)以達到滿意效果。
　　· 不應對(duì)特征點、特征線進行過多(duō)平滑，因爲此類地形的(de)真實性将會被平滑處理(lǐ)降低，丢失地形狀态信息。
　　· 利用(yòng)斷面編輯方法檢查DEM正确性是最準确的(de)。因爲它有單一的(de)立體效果，不遮蓋影(yǐng)像，對(duì)地形的(de)表現最細膩，能檢查出各種小粗差，但工作量較大(dà)。作爲檢查細部工具較好，其改正步距以及斷面線上點的(de)間隔都應根據實際地形而改變。
　　· 等值線是對(duì)地形整體連續性、合理(lǐ)性檢查的(de)工具，它的(de)間距應小于所需等高(gāo)線的(de)間距，從而滿足等高(gāo)線精度要求。
　　2．平地的(de)DEM編輯較山地簡單的(de)多(duō)，由于房(fáng)屋、樹木(mù)較多(duō)，其自動匹配結果相當混亂，但其粗差都可(kě)用(yòng)量測點内插的(de)方式加以消除，無需“預處理(lǐ)”工具。
　　· 改正時(shí)編輯窗(chuāng)口應在1:1狀态下(xià)，以确保量測點的(de)高(gāo)程精度，其編輯範圍越小，越提高(gāo)地形細部起伏的(de)真實性，DEM精度越高(gāo)。
　　· 等值線間距相當于1米等高(gāo)線爲宜，加強對(duì)地形變化(huà)的(de)控制，方便作業員(yuán)判斷。
　　總之，DEM是基礎數據，直接影(yǐng)響到等高(gāo)線生成質量，以及正射影(yǐng)像的(de)糾正精度，而且其價值是長(cháng)期的(de)。所以對(duì)其生成工藝的(de)控制是最爲關鍵的(de)。
　　五、DOM的(de)鑲嵌方法
　　數字正射影(yǐng)像圖（DOM）是利用(yòng)數字高(gāo)程模型（DEM），利用(yòng)數字微分(fēn)糾正技術，改正原始影(yǐng)像的(de)幾何變形，而要得(de)到一幅标準圖幅DOM地圖，需多(duō)個(gè)像對(duì)的(de)正射影(yǐng)像進行拼接鑲嵌，所以DOM的(de)質量由鑲嵌工藝決定。由于多(duō)個(gè)影(yǐng)像灰度和(hé)攝影(yǐng)角度不同，使接邊複雜(zá)程度遠(yuǎn)大(dà)于線劃圖接邊。不僅包含地物(wù)幾何坐(zuò)标的(de)拼接，同時(shí)影(yǐng)像色彩（灰度）的(de)過渡會影(yǐng)響正射影(yǐng)像視覺的(de)整體效果。
　　1．自動鑲嵌和(hé)手工鑲嵌· 對(duì)黑(hēi)白山區(qū)影(yǐng)像作業時(shí)，所采用(yòng)正射影(yǐng)像是經過DEM拼接後數據生成的(de)，從而保證了(le)精度。航向多(duō)采用(yòng)自動方法同時(shí)對(duì)多(duō)像正射影(yǐng)像對(duì)進行自動鑲嵌，由于地物(wù)少，接邊時(shí)灰度過渡效果好，而其投影(yǐng)差基本改正，所以能在精度要求下(xià)高(gāo)效完成，而旁向拼接時(shí)，由于上下(xià)航線投影(yǐng)變化(huà)大(dà)，不進行人(rén)工幹預，經常會在接邊處産生重影(yǐng)、模糊。采用(yòng)手工拼接方法，精度及影(yǐng)像效果較好。
　　· 對(duì)彩色城(chéng)區(qū)影(yǐng)像工作時(shí)，必須全部采用(yòng)手工拼接，由于城(chéng)區(qū)地物(wù)多(duō)，且對(duì)高(gāo)大(dà)建築無DEM的(de)改正，因此，其投影(yǐng)差無法消除，而自動拼接時(shí)，計算(suàn)機的(de)拼接線較随意，其過渡值也(yě)較大(dà)。所以拼接地區(qū)重影(yǐng)不能消除，且高(gāo)大(dà)建築的(de)影(yǐng)像也(yě)易受損失。我們的(de)作業方法是：①選擇較小的(de)羽化(huà)值10－30象素爲拼接過渡。②拼接線取近似直線的(de)平滑曲線效果最好，避免取小角度折線。③避閃高(gāo)大(dà)建築物(wù)。④定義作業區(qū)時(shí)應考慮拼接線的(de)走向，加大(dà)選取範圍。⑤對(duì)無法消除的(de)拼接缺損應用(yòng)單模型正射影(yǐng)像進行修補。③由于未對(duì)地物(wù)采集DEM數據，也(yě)就不對(duì)其影(yǐng)像進行糾正，所以地物(wù)影(yǐng)像不是正射影(yǐng)像，高(gāo)樓投影(yǐng)差較大(dà)，正射影(yǐng)像orl生成采用(yòng)最近頂點法，即選取靠近中心的(de)影(yǐng)像，減小投影(yǐng)差，并減少高(gāo)大(dà)建築物(wù)對(duì)其它地物(wù)遮擋，保存更多(duō)地面信息，同時(shí)有利于人(rén)工拼接線的(de)選取。
　　六、結束語：
　　全數字攝影(yǐng)測量工作站制作DOM，雖然應用(yòng)不同軟件，制作方法有所不同，但基本流程大(dà)緻相同，而制作工藝細節方面需反複實踐摸索，不斷與軟件技術支持部門溝通(tōng)，不斷發掘已有應用(yòng)工具，比較其合理(lǐ)性、高(gāo)效性。及時(shí)提出軟件缺陷，并提出新工具的(de)設想，促使軟件部門提出解決方案，從而不斷完善生産工藝，提高(gāo)DOM質量。