采用全數字攝影測量工作站制作DOM的作業方法

發布日期：2018-05-08 00:00 瀏覽量：17006

　　一、前言
　　采用全數字攝影測量工作站進行數字正射影像的制作是一項新技術，其生產中的技術要求及其生產工藝需要在生產實踐中不斷完善。1999年我單位開始引進全數字攝影測量工作站并通過制作北京市山區1:10000黑白數字正射影像，以及北京城區1:2000彩色數字正射影像，不斷優化改進其生產工藝，逐漸摸索出了適于不同規格數字正射影像圖的生產工藝。
　　二、DOM生產中的勻色方法
　　在攝影過程中，各種因素可能會導致不同影像的灰度（亮度、對比度和色階）分布不一致，而單幅影像也會明暗分布不均勻，軟件中的“自動勻光工具”已不能滿足如此之大的灰度變化，這給DOM的后期制作帶來不小的麻煩，所以我們在DOM生產工藝之中加入利用photoshop軟件對所有影像進行整體勻色作業，以滿足其成品色調均勻、反差適中的要求。勻色是DOM制作過程中首要步驟，它影響著每幅成品影像圖的視覺效果，對其質量保證起著至關重要的作用。
　　1．黑白影像勻色· 色階調整。計算機對圖像樣本量化為256級，即0－255。由于人眼視覺特征，在極值灰度附近的判斷力較差，而量測儀顯示設置的等高線測標均為灰度極值，因而發生矛盾。經過比較試驗，將灰度輸出定義在30－225之間，既滿足作業員觀測要求，又較少丟失影像信息。把經糾正鑲嵌后生成的正射影像圖色階再調為0－255，提高影像清晰度，同時保證色調統一均衡。對于補飛像片或影像模糊像片也可以通過色階調整使其影像直方圖分布更合理。這樣可以使正式產品視覺效果更接近原始真實影像。
　　對于單張影像調整，應用“直方圖”功能，對于不同明暗區域進行量測，應用“曲線”調整方法，若局部影像輸出的中間值均為130，則可使整幅影像都達到中間值130左右，調整時注意應先取大于200象素羽化值進行過渡，使明暗變化更加自然。
　　對相片之間（包括航向、旁向、測區）應相互比較，互為參照，目測法較簡單，但準確度差，所以可對局部同名區進行直方圖量測，對比其灰度分布形態、中間值和平均值，若差異較大，需再調整，直到滿足鑲嵌時灰度過渡的要求。
　　2．彩色影像勻色彩色影像的調整很少需色階調整，只要色彩輸出量化值選定，對紅、綠、蘭三色曲線進行調整，即可得到比較接近自然的影像。經過比較實驗，當紅、綠。蘭三色中間值為150時，影像色彩還原清晰逼真，調色時選區不宜太小，不宜選擇地物過于集中處，基本上先對中心投影區較亮的部分開選區，調整后，進行反選再調整周邊較暗區，對個別地區改正也遵循同樣原則。相鄰相片的比較同黑白影像調整類似，選同名區域觀察比較。

采用全數字攝影測量工作站制作DOM的作業方法.jpg

　　三、DOM的定向方法：
　　1．傳統作業方法絕對定向時，利用加密作業員在立體坐標量測儀上觀測的數據，對控制點刺孔查找結合點之記說明，并利用多像片的立體判讀才能確定控制點的點位，再從工作站的立體影像中尋找相對應位置，方能完成一個點的觀測。在使用資料中，滌綸片和像片經過轉刺，精度隨之降低，尤其是定向作業員與加密作業員采用的觀測系統不統一，且作業習慣、判讀標準都存在較大差異，從而影響到定向精度。由于工序較多，多人操作，重復勞動，生產效率大大降低。
　　2．改進后的作業方法新作業方法是加密人員利用全數字攝影測量工作站的自動空三加密方法作業，將其觀測后生成的pcf文件，直接加在自動相對定向成果產生的pcf文件之后，同步代入絕對定向之中。其控制點坐標位置將在影像中以特定的標記顯現出來，此過程完全省去人工在立體影像上查找控制點的位置。而加密作業員在提供控制點的坐標數據之外，同時提供一套加密過程中控制點的影像文件，可通過屏幕拷貝得到帶控制點號的一組jpg文件，使定向作業員可同時對立體影像上控制點點位與加密成果進行比較觀測，檢查其一致性，省去用多張像片找刺孔，看立體的過程，不僅大大提高定向的精度，也同時提高了4倍以上的工作效率。這種方法不存在因儀器設備不同所造成的系統誤差。同時大大降低不同作業員觀測時造成的偶然誤差，使數據成果以點對點形式直接使用，減少重復作業，操作簡便。
　　值得注意的是：城區控制點，由于點位清楚明顯，可提供單個像片屏考點，而山區控制點位置不清，地物變形大，應提供多個角度像片加密屏考點，以便于作業員判讀識別。
　　四、DEM的編輯方法
　　DEM數據是基礎，是生成等高線以及正射影像的數據來源。同時是人工干預最多的一項工作。VirtualGeo的DEM按像片上的規則格網，利用數字影像匹配進行數據采集，其可視數據由大量的匹配點組成，其中有正確的，也有錯誤的。人工編輯的工作是利用人眼立體觀測匹配點對應的地形，并對二者不符地方進行改正。假設自動匹配誤差率為5％，以匹配點間隔為9米計算，每幅1:10000地形圖將有上萬個點需要再編輯工作，只有選擇合理的方法，才能完成如此龐大的工作。在生產實踐中，把地形分為高山地、平地和丘陵地。由于所用軟件以數字影像的灰度分布為影像匹配的基礎，所以在丘陵地精度高，在高山地和平地則粗差較多。DEM數據表現形式有三種：彩色匹配點、等高線（等值線）、斷面線。由于匹配點較密集，適于平地DEM編程，斷面線立體效果最好，非常利于山地DEM編輯，而等高線則是對地形的宏觀上的檢查，地形表現力很強，要結合不同編輯方法，如量測點內插，匹配點內插和多種平滑方法，才能得到成品DEM。下面介紹高山地和平地生產中的不同方法。
　　1．高山地DEM編輯，需結合其影像的特點，即影像投影差較大，地形復雜，地物較少，影像信息不夠連續，造成計算機的自動識別能力不足，因而影像匹配結果有較多粗差。如大面積的匹配點上浮或下沉，運用前述幾種方法處理是相當困難的，而且效果不理想。分析其原因是軟件中“自動相對定向”產生的匹配點數量少，分布不均，地物特征點少，對影像匹配所需參照點提供不足。此時人工加入大量相對定向點，滿足作業區內分布合理充足的特征點，從而提高整體匹配質量。當局部區域由于遮擋變形較大產生大片粗差時，應運用軟件中的“預處理”工具，對粗差部分進行加特征點（如山頂）特征線（山脊、山溝）進行詳細描繪，從而使影像再次匹配計算時，有更多可靠的參照點，產生合理的匹配結果，消除粗差，減輕人工編輯量，但預處理工具必須在影像自動匹配之后，人工編輯之前進行，不能隨時調用，所以需反復數次，確定影像匹配結果中無粗差時，再進行人工編輯工作。具體的DEM人工編輯是對預處理所不及的小粗差的改正：

采用全數字攝影測量工作站制作DOM的作業方法1.jpg

　　· 定義作業區時，應考慮到由于高山的投影差糾正，產生的航向上拼接區減小，造成無法鑲嵌的后果，還要考慮旁向人工拼接時，拼接線的選取，所以編輯之前，可以先用開始DEM拼接，檢查其重疊是否滿足要求后，再進行下一步工作。
　　· 成片的小地形不符，看其地形情況可用“量測點內插”、“匹配點內插”。“平滑方法”使匹配點與地面相符。
　　· 溝渠或山梁的飄移可利用“線方式”給定的溝梁的像素寬度，進行上升、下降處理以達到滿意效果。
　　· 不應對特征點、特征線進行過多平滑，因為此類地形的真實性將會被平滑處理降低，丟失地形狀態信息。
　　· 利用斷面編輯方法檢查DEM正確性是最準確的。因為它有單一的立體效果，不遮蓋影像，對地形的表現最細膩，能檢查出各種小粗差，但工作量較大。作為檢查細部工具較好，其改正步距以及斷面線上點的間隔都應根據實際地形而改變。
　　· 等值線是對地形整體連續性、合理性檢查的工具，它的間距應小于所需等高線的間距，從而滿足等高線精度要求。
　　2．平地的DEM編輯較山地簡單的多，由于房屋、樹木較多，其自動匹配結果相當混亂，但其粗差都可用量測點內插的方式加以消除，無需“預處理”工具。
　　· 改正時編輯窗口應在1:1狀態下，以確保量測點的高程精度，其編輯范圍越小，越提高地形細部起伏的真實性，DEM精度越高。
　　· 等值線間距相當于1米等高線為宜，加強對地形變化的控制，方便作業員判斷。
　　總之，DEM是基礎數據，直接影響到等高線生成質量，以及正射影像的糾正精度，而且其價值是長期的。所以對其生成工藝的控制是最為關鍵的。
　　五、DOM的鑲嵌方法
　　數字正射影像圖（DOM）是利用數字高程模型（DEM），利用數字微分糾正技術，改正原始影像的幾何變形，而要得到一幅標準圖幅DOM地圖，需多個像對的正射影像進行拼接鑲嵌，所以DOM的質量由鑲嵌工藝決定。由于多個影像灰度和攝影角度不同，使接邊復雜程度遠大于線劃圖接邊。不僅包含地物幾何坐標的拼接，同時影像色彩（灰度）的過渡會影響正射影像視覺的整體效果。
　　1．自動鑲嵌和手工鑲嵌· 對黑白山區影像作業時，所采用正射影像是經過DEM拼接后數據生成的，從而保證了精度。航向多采用自動方法同時對多像正射影像對進行自動鑲嵌，由于地物少，接邊時灰度過渡效果好，而其投影差基本改正，所以能在精度要求下高效完成，而旁向拼接時，由于上下航線投影變化大，不進行人工干預，經常會在接邊處產生重影、模糊。采用手工拼接方法，精度及影像效果較好。
　　· 對彩色城區影像工作時，必須全部采用手工拼接，由于城區地物多，且對高大建筑無DEM的改正，因此，其投影差無法消除，而自動拼接時，計算機的拼接線較隨意，其過渡值也較大。所以拼接地區重影不能消除，且高大建筑的影像也易受損失。我們的作業方法是：①選擇較小的羽化值10－30象素為拼接過渡。②拼接線取近似直線的平滑曲線效果最好，避免取小角度折線。③避閃高大建筑物。④定義作業區時應考慮拼接線的走向，加大選取范圍。⑤對無法消除的拼接缺損應用單模型正射影像進行修補。③由于未對地物采集DEM數據，也就不對其影像進行糾正，所以地物影像不是正射影像，高樓投影差較大，正射影像orl生成采用最近頂點法，即選取靠近中心的影像，減小投影差，并減少高大建筑物對其它地物遮擋，保存更多地面信息，同時有利于人工拼接線的選取。
　　六、結束語：
　　全數字攝影測量工作站制作DOM，雖然應用不同軟件，制作方法有所不同，但基本流程大致相同，而制作工藝細節方面需反復實踐摸索，不斷與軟件技術支持部門溝通，不斷發掘已有應用工具，比較其合理性、高效性。及時提出軟件缺陷，并提出新工具的設想，促使軟件部門提出解決方案，從而不斷完善生產工藝，提高DOM質量。