數字航空攝影測量數據處理技術

發布日期：2018-05-29 00:00 瀏覽量：14182

　　隨著陸地資源衛星、機載激光雷達、星載SAR等計算機技術、信息技術與測繪技術的快速發展，使航空攝影測量技術獲取空間數據的方式從傳統的野外測量單一方式發展成為內外業綜合、以內業為主的數據采集方式，推動著航空攝影測量技術快速發展并取得巨大進步。特別是數字航空攝影測量技術，廣泛應用于城市建筑、城市交通、考古、礦山測量、水利工程、工業測量、地質等各個領域，己經成為航空攝影測量領域的研究熱點。

　　1、數字航空攝影測量的發展和應用領域

　　自21世紀初數字航空相機問世以來，ADS40推掃式數字航空攝影儀、DMC數字航空攝影儀、UCD航空攝影儀和SWDC數字航空攝影儀也不斷涌現，再加上與近幾年出現的CPS技術、數碼掃描技術、慣導技術、激光掃描技術、雷達等高端精確技術的緊密融合，出現了諸如C PS輔助航空攝影測量、POS輔助航空攝影測量、LIDAR激光測高掃描系統、SAR合成孔徑雷達成像系統等新型數字航空攝影測量技術。而且數字航空攝影測量應用領域非常廣泛，包括地圖數據更新、土地測量、資源環境管理、城市規劃、專題制圖、地質地理信息獲取、農林業地理信息獲取、城市建筑、水利工程、城市交通、考古、醫療、礦山測量、工業測量、生物、材料力學等。

　　2、數字航空攝影測量數據處理關鍵技術

　　2. 1空中三角加密

　　應用VirtuoGoAAT + Pat-B自動空中三角加密模塊，將數碼航空像片作為空中二角加密的原始數據，應用Pat-B平差軟件進行光束法區域網平差。通過內定向、公共連接點轉刺、相對定向等航空攝影測量內業方法進行空中三角網構建，然后將航空攝影測量外業控制點成果與POS數據導入系統并按照嚴密的數字模型對其進行區域整體平差，從而得到優化后的外方位元素與加密點成果。將航空攝影測量外業分區作為航空攝影測量內業空中三角加密的基本單元，利用數字航空攝影測量系統采集像點坐標，應用解析空中三角平差程序解算大地坐標。值得注意的是，加密分區間參與大地定向的公共像控點必須同點號及同坐標值，即公共像控點必須是唯一的。另外，加密限差要按照測繪類國家標準GB7930-87 《1: 500 1: 1 0001: 2 000地形圖航空攝影測量內業規范》的相關規定執行。加密分區間必須要接邊，而且作業完成以后還要填寫圖歷表，輸出作業說明、加密點分布略圖、加密點坐標、外業控制點分布略圖、外業像控點坐標、檢查點坐標、大地定向、接邊點坐標以及檢驗報告等加密成果。

　　2. 2DOM(數字正射影像圖)數據生產

　　1） DOM數據生產技術路線

　　本課題研究采用Virtuozo全數字攝影測量系統工作站制作1: 1 000 DOM。在Virtuozo全數字攝影測量系統工作站中，導入空中三角加密成果恢復測區并創建立體像，對生產區域DE M(即數字高程模刑)數據，利用特征點、特征線參與計算修改生成DEM。應用DE M數據對原始影像進行數字微分糾正(即直接應用計算機對數字影像進行逐個像元的微分糾正)，運用自動生成的鑲嵌線對整個測區的模刑正射影像進行無縫拼接，完成DOM,并按照40 cm x 50 cm矩形圖廓對DOM進行分幅裁切，最終完成DOM數據生產。

　　2) DEM生產

　　應用空中三角加密成果，自動創建測區立體模刑以及參數文件，生成核線影像(epipolar image) 。 DEM數據采集時，應用影像自動相關技術，生成DE M點或者視差曲線，并且在視差曲線編輯過程中保持合理的視差曲線間隔。DEM點或者視差曲線應該切準地面，從而真實地反映出地形態勢。

　　3) DEM建立

　　根據加密點直接按照區域生成大范圍區域DEM,并通過引入特征點、特征線及特征面等數據生成三角網，進行插值計算，最后按照2.5 m x2.5 m網格間距建立DEM。

　　4) DOM生產

　　應用DEM數據對原始影像進行數字微分糾正，按照分區對測區內影像以像元大小為0. 1 m進行雙線性內插或者三次卷積內插法進行重采樣，生成分區DOM，再利用自動生成的鑲嵌線對整個測區的分區DOM進行無縫拼接，最終完成DOM。其中，在DOM接邊過程中高大建筑物投影差產生的接邊倒影，可以運用調換左右片生成正射影像進行貼補，從而實現高大建筑物的無縫接邊。

　　5) DOM檢查修補

　　對DOM進行檢查，看看是否失真或者變形，特別是高大房屋、道路、橋梁，是否出現房屋重影、房角拉氏、橋梁扭曲變形、道路扭曲變形等現象。如果出現DOM失真或者變形，應該重新采集生成DEM、重新進行數字微分糾正，保證DOM無誤。對于DOM出現的局部模糊或者重影情況，可以通過貼補糾正后的單區DOM進行修補。

　　6)影像勻色

　　為了保證鑲嵌無縫拼接后的DOM色彩一致、均勻，針對航空攝影過程中所出現的色差問題，可以對生成的DOM進行單影像色彩調整或者多影像色彩均衡的色彩糾正。例如，可以選取幾個具有代表性的圖幅，對測區中代表不同地貌的影像圖進行勻色，并分析勻色效果，調整出一幅符合整個航空攝影測區顏色信息的標準樣圖。再根據標準樣圖，對DOM進行全自動色彩調整平衡處理，確保最終的DOM整體色彩一致、均勻，即影像紋理清晰，影像層次感豐富，影像色彩真實，影像反差適中，影像色調飽滿正常，不同影像的色彩過渡自然且色調一致。

　　7) DOM鑲嵌

　　相鄰的DOM在空間與幾何形狀上都要精確匹配。另外，要進行可視化檢查，保證相鄰DOM中的地面特征沒有偏移。最后，要盡可能應用鑲嵌線避開因高程特征導致的偏移與錯位，并盡量保證地物的完整性。

　　8) DOM檢查

　　首先，運用空中三角加密的保密點對DOM進行檢查，當同名點的平面差異較大時，應對其原因進行查明，在必要時甚至要返工;其次，相鄰DOM鑲嵌處接邊不得有明顯的接邊痕跡，不應該大于4個像素，對于滿足接邊精度要求的DOM進行無縫拼接，不滿足的必須查明原因并對其進行修改;最后，DOM鑲嵌前，也要檢查相鄰DOM鑲嵌處的顏色，確保其顏色過渡自然，不能有明顯的色差。

　　9）DOM分幅裁切

　　按照GB /7930-87分幅規則，對DOM采用40 cm x50 cm的規格進行分幅裁切，確定圖幅4個圖廓點坐標為裁切范圍，每幅面積為0. 2 km2。

　　10) DOM質量控制

　　應用目視檢查方法對DOM圖面進行檢查，確保圖面清晰、色調均勻、反差適中;其次，要保證DOM沒有重影、紋理斷裂、模糊等現象，DOM應該連續完整、色彩一致平衡、灰度無明顯不同;再次，DOM中的地物地貌真實，無噪聲、扭曲變形等缺陷;最后，DOM無漏洞。

　　3、數字航空攝影測量技術難題

　　目前，數字航空攝影測量技術己經相當成熟，特別是數碼相機的快速發展，為數字航空攝影測量數字化發展提供了基礎條件。但是數碼相機鏡頭畸變差較大，內方位元素也無法直接量取，導致數碼相機無法直接在航空攝影測量中應用。另外，數碼相機的幅面較小，而且幅面多為矩形，導致數字航空攝影測量的外業控制與內業處理工作量都較大。因此，以上技術難題己經成為數字航空攝影測量的技術難題與研究熱點，如何破解以上難題，使數碼相機真正成為航空攝影儀，具有非常重要的意義。