傾斜攝影(yǐng)進行TDOM制作是一種新思路

傳統的(de)數字正射影(yǐng)像圖( DOM) 是在數字高(gāo)程模型( DEM) 的(de)基礎上進行生産的(de)，影(yǐng)像圖上的(de)房(fáng)屋、橋梁等建築具有投影(yǐng)差，随著(zhe)城(chéng)市高(gāo)層建築、超高(gāo)層建築的(de)增多(duō)，傳統 DOM 中高(gāo)大(dà)建築物(wù)的(de)頂面嚴重偏離其正确位置，偏離方向及偏離程度因攝影(yǐng)中心相對(duì)于地物(wù)目标的(de)方位而定，表現爲建築物(wù)有時(shí)會向道路方向傾斜，有時(shí)會遮擋或壓蓋其他(tā)地物(wù)要素，嚴重影(yǐng)響了(le)影(yǐng)像圖的(de)準确判讀。

這(zhè)對(duì)以 DOM 爲地理(lǐ)底圖進行城(chéng)市空間綜合利用(yòng)、精細化(huà)管理(lǐ)的(de)人(rén)員(yuán)來(lái)說，存在著(zhe)許多(duō)看不見的(de)“死角”。爲此提出了(le)真正射影(yǐng)像圖( TDOM) 的(de)概念，真正射影(yǐng)像( true digital orthophoto map，簡稱 TDOM) 是将正射影(yǐng)像糾正爲垂直視角的(de)影(yǐng)像産品。

真正射影(yǐng)像對(duì)隐蔽部分(fēn)( 如各種地物(wù)、地形、植被等的(de)傾斜投影(yǐng)) 采用(yòng)相鄰像片修正，表現爲地形、建築物(wù)等要素沒有投影(yǐng)差、建築物(wù)間無遮擋的(de)正射影(yǐng)像圖，全面無遺漏地展現了(le)地面上的(de)物(wù)要素。

1 利用(yòng)傾斜攝影(yǐng)制作 TDOM 的(de)可(kě)行性

傾斜攝影(yǐng)技術是國際測繪領域近些年發展起來(lái)的(de)一項高(gāo)新技術，它颠覆了(le)以往正射影(yǐng)像隻能從垂直角度拍(pāi)攝的(de)局限，通(tōng)過在同一飛(fēi)行平台上搭載多(duō) 台傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、4 個(gè)傾斜等 5 個(gè)不同的(de)角度采集影(yǐng)像。相對(duì)于正射影(yǐng)像，傾斜影(yǐng)像能讓 用(yòng)戶從多(duō)個(gè)角度觀察地物(wù)，更加真實地反映地物(wù)的(de) 實際情況，極大(dà)地彌補了(le)基于正射影(yǐng)像應用(yòng)的(de)不足， 傾斜影(yǐng)像 5 視角影(yǐng)像如圖飛(fēi)燕遙感傾斜攝影(yǐng)案例：衢州學院5方向視角影(yǐng)像采集所示。

傾斜攝影(yǐng)案例：衢州學院5方向視角影(yǐng)像采集圖

2 TDOM 制作思路分(fēn)析

2.1  DOM 與 TDOM 制作流程對(duì)比

DOM 制作的(de)主要流程爲解算(suàn) POS 數據、導入航攝原始影(yǐng)像、像控點轉刺和(hé)坐(zuò)标引入，進行空中三角測量( 空三加密) ，創建立體像對(duì)，自動生成 DEM 并進行編輯，利用(yòng)外方位元素并結合 DEM 進行影(yǐng)像糾正，自動生成拼接線并進行拼接線編輯，影(yǐng)像拼接，勻色調色處理(lǐ)，質量檢查，輸出成果。

TDOM 制作的(de)主要流程爲解算(suàn) POS 數據、導入5   個(gè)視角的(de)原始影(yǐng)像、像控點轉刺和(hé)坐(zuò)标引入，進行5 個(gè)視角空中三角測量( 傾斜影(yǐng)像空三加密) ，生成點雲數據，進行山體 DEM 生成和(hé)建築物(wù)三維立體模型生成，進行建築物(wù)遮擋區(qū)域檢測，利用(yòng)其他(tā)視角影(yǐng) 像修補遮擋區(qū)域，勻色調色處理(lǐ)，質量檢查，輸出成 果。

2.2   TDOM 制作分(fēn)析

通(tōng)過查看圖 2 虛線框，能夠發現 DOM 與 TDOM制作主要區(qū)别在以下(xià)方面。

2.2.1  空三加密

DOM 生産僅需要對(duì)下(xià)視角影(yǐng)像進行空三加密處理(lǐ)，目前國内外常規數字攝影(yǐng)測量軟件均可(kě)以進行處 理(lǐ); TDOM 生産不僅需要對(duì)下(xià)視影(yǐng)像進行空三加密處理(lǐ)，還(hái)需要對(duì)左右、前後 4 個(gè)傾斜視角的(de)影(yǐng)像進行處理(lǐ)，目 前僅有國外的(de)街(jiē)景工 廠 ( street factory ) 、Smart3D、Inpho 等數字攝影(yǐng)測量軟件能夠處理(lǐ)。

2.2.2  DEM 編輯、建築物(wù)立體模型制作

DOM 生産中通(tōng)常對(duì)自動生成的(de) DEM 等高(gāo)線， 在立體環境下(xià)與地形套合進行人(rén)工編輯修改; 對(duì)居民區(qū)建築物(wù)參照(zhào)周邊地形進行置平處理(lǐ)，然後生成DEM。TDOM 生産中的(de) DEM 編輯中，除了(le)常規的(de)地形與等高(gāo)線套合修改外，還(hái)需要對(duì)居民區(qū)的(de)房(fáng)屋、橋梁等建築物(wù)進行三維立體建模處理(lǐ)。目前，大(dà) 面積、大(dà)範圍城(chéng)市建築物(wù)三維立體建模采用(yòng)傾斜攝 影(yǐng)方式，通(tōng)過傾斜影(yǐng)像生成高(gāo)密集的(de)點雲數據，構建 建築物(wù)立體模型，建築物(wù)點雲數據生成三維模型如 圖所示。

點雲數據生成三維模型圖

2.2.3DOM 拼接線編輯、TDOM 遮擋區(qū)域檢測與修補

( 1) DOM 生産時(shí)，由于攝影(yǐng)過程中的(de)太陽高(gāo)度角、航攝時(shí)間、航攝方向等不同，導緻圖幅與圖幅、航帶與航帶之間的(de)地物(wù)存在投影(yǐng)差，尤其是較高(gāo)建築物(wù)，DOM 接邊建築存在接邊縫，如圖 4 所示，在進行影(yǐng)像拼接前需要對(duì)存在接邊縫進行處理(lǐ)，以解決房(fáng)屋接邊時(shí)的(de)錯位、變形問題。

( 2) TDOM 生産解決了(le)投影(yǐng)差問題，在影(yǐng)像圖拼接過程中，不會因爲圖幅與圖幅、航帶與航帶接邊出現建築物(wù)錯位、變形等問題，TDOM 接邊建築無接邊縫，如圖 5 所示，在接邊處僅存在色差，對(duì)應接邊處存在的(de)色差後續通(tōng)過勻色、調色進行處理(lǐ)。

( 3) TDOM 遮擋區(qū)域檢測與修補。通(tōng)過對(duì)建築物(wù)的(de)真正射糾正，使原來(lái)被建築物(wù)遮擋的(de)區(qū)域展現出來(lái)，形成糾正後缺少影(yǐng)像覆蓋的(de)“黑(hēi)洞”區(qū)域，即沒有利用(yòng)傾斜影(yǐng)像進行修補的(de) TDOM“黑(hēi)洞”如圖所示。對(duì)糾正後存在“黑(hēi)洞”的(de) TDOM 遮擋區(qū)域進行檢測，并利用(yòng)傾斜影(yǐng)像進行修補，形成了(le)最終的(de)TDOM，如圖所示。

未利用(yòng)傾斜影(yǐng)像修補存在黑(hēi)洞圖  和(hé)  利用(yòng)傾斜影(yǐng)像修補後的(de) TDOM圖

3 TDOM 制作關鍵技術

3.1傾斜影(yǐng)像空三加密處理(lǐ)

傳統數字攝影(yǐng)測量系統隻能進行下(xià)視角影(yǐng)像的(de) 解算(suàn)處理(lǐ)，不能對(duì)其他(tā)傾斜視角的(de)影(yǐng)像進行解算(suàn)處 理(lǐ)。傾斜影(yǐng)像空三加密處理(lǐ)屬于多(duō)視角影(yǐng)像的(de)空三 加密，多(duō)視影(yǐng)像包含垂直的(de)下(xià)視角和(hé)前後、左右傾斜攝影(yǐng)影(yǐng)像，其空三加密一般以攝影(yǐng)時(shí)獲取的(de) 5 個(gè)視角影(yǐng)像的(de) POS 系統爲基礎，獲取 5 個(gè)視角影(yǐng)像的(de)外方位元素和(hé)姿态參數，采取由粗到精的(de)金字塔匹 配技術，在每級影(yǐng)像上進行同名點自動匹配和(hé)自由 網光(guāng)束法平差，實現多(duō)視角影(yǐng)像的(de)同名點匹配，同 時(shí)，建立 5 個(gè)視角影(yǐng)像像點的(de)連接、像控制點轉刺， 進行聯合平差解算(suàn)。進行空三加密時(shí)需充分(fēn)考 慮以下(xià)因素:

( 1) 傾斜的(de)影(yǐng)像幾何變形不同于下(xià)視影(yǐng)像，變形較大(dà)、且随拍(pāi)攝目标的(de)距離越大(dà)變化(huà)越大(dà)。

( 2)   傾斜影(yǐng)像地物(wù)之間相互遮擋嚴重，5 個(gè)視角聯合進行同名點匹配時(shí)，存在部分(fēn)同名像點無法匹配。

3.2建築物(wù)立體模型快(kuài)速獲取

将空三加密後的(de)傾斜影(yǐng)像進行點雲生成處理(lǐ)， 形成了(le)用(yòng)點雲表示的(de)高(gāo)精度數字地表模型( DSM) ， 傾斜影(yǐng)像生成點雲如圖 8 所示。從傾斜影(yǐng)像生成的(de)點雲中分(fēn)類、提取建築物(wù)的(de)點雲數據，對(duì)點雲表達建 築物(wù)外輪廓局部缺失或表示錯誤區(qū)域，進行人(rén)工幹預後，批量生成大(dà)面積的(de)建築立體模型。

3.3遮擋區(qū)域的(de)檢測與修補

遮擋區(qū)域的(de)檢測與修補是真正射影(yǐng)像制作的(de)重要環節和(hé)難點環節，目前常用(yòng)的(de)方法主要有兩類，一是基于距離的(de)檢測法，即以投影(yǐng)點到目标的(de)距離長(cháng)度進行檢測; 二是基于角度的(de)檢測法，即以投影(yǐng)點到目标的(de)角度大(dà)小進行檢測。但是這(zhè)二者的(de)計算(suàn)量大(dà)，有時(shí)還(hái)存在僞檢測。本試驗采用(yòng)像素工廠  ( Pixel Factory) 軟件，基于傾斜影(yǐng)像自身的(de)特點，通(tōng)過多(duō)角度、多(duō)重疊度傾斜影(yǐng)像，結合建築物(wù)立體模型，經精糾正和(hé)高(gāo)精度匹配完成真正射影(yǐng)像制作環節的(de)遮擋區(qū)域檢測與修補工作，提高(gāo)了(le)制作真正射影(yǐng)像的(de)效率。

通(tōng)過以上研究可(kě)以發現，采用(yòng)傾斜攝影(yǐng)技術能夠通(tōng)過搭建建築物(wù)三維模型糾正影(yǐng)像的(de)正射投影(yǐng)， 利用(yòng)多(duō)視角的(de)傾斜影(yǐng)像能夠實現正射糾正後“黑(hēi) 洞”的(de)修補，因此，采用(yòng)傾斜攝影(yǐng)進行 TDOM 制作， 不僅是一種新的(de) TDOM 制作思路，而且是 TDOM 制作生産效率較高(gāo)、成果質量較好的(de)一種方法，具有很 好的(de)推廣應用(yòng)價值。此外，由于傾斜攝影(yǐng)獲取的(de)影(yǐng) 像具有多(duō)視角的(de)特點，也(yě)是進行城(chéng)市實景三維建模 的(de)基礎資料。

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