正射影像如何利用DEM進行處理和制作？

發(fā)布日期：2018-11-26 00:00 瀏覽量：17939

近幾年來，全數(shù)字攝影測量技術已日趨成熟。作為“4D”產品之一的數(shù)字正射影像圖同時具有幾何精度和影像特征，其優(yōu)點是相對精度高、信息豐富、直觀真實、周期短、成本低。它為全方位的更新數(shù)字化地形圖提供了一條新思路。

正射影像是指將中心投影的像片，經過糾正處理，在一定程度上限制了因地形起伏引起的投影誤差和傳感器等誤差產生的像點位移的影像。傳統(tǒng)攝影測量方法生產飛正射影像精度高，但首先要求航空攝影、航片洗片、掃描數(shù)字化，還要有準確的外業(yè)像片控制成果和進行內業(yè)像片控制點加密以及在全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)上進行像片糾正處理等。

隨著國家對基礎設施建設力度的加大，用于城市規(guī)劃、建設和管理的城市大比例尺地形圖需求量增多，且對地形圖現(xiàn)勢性要求也日益提高。為了使城鄉(xiāng)建設管理更加規(guī)范化、精確化、信息化，更好地為社會發(fā)展和國民經濟建設服務，作為城市建設的基礎測繪資料大比例尺地形圖的更新工作就顯得尤為重要。從我國目前發(fā)展情況看，各大城市都已淘汰模擬地形圖，基本完成了對地形圖的全面數(shù)字化，建立了基礎地理信息數(shù)據(jù)庫。若想對現(xiàn)有數(shù)字化地形圖全面更新，利用以往的更新地形圖方法，無論從更新的生產周期方面（其更新速度遠遠趕不上地形要素的變化速度），還是從更新所需成本來看（其經費相當可觀）．都難以滿足城市發(fā)展的需要。

所以，利用當前以3S技術為代表的數(shù)字化測繪新技術，選擇新方法更新地形圖已迫在眉睫。數(shù)字化地形圖把地面實況分為水系、交通、居民地、地貌、植被和境界等幾大類別。就城市的發(fā)展狀況來看，地物要素的變化主要集中在交通、居民地和植被三個方面。而地形地貌一般變化緩慢，多數(shù)地區(qū)不必更新，可保持原來的地形數(shù)據(jù)。所以不需要把地形圖更新工作建立在立體模型下進行數(shù)據(jù)采集，而是在原有的數(shù)字化矢量圖的基礎上，疊加現(xiàn)有的正射影像圖，直接更新變化的地物要素。實踐證明此方法可行，且事半功倍。

一、數(shù)字正射影像圖的制作原理

目前，制作數(shù)字正射影像圖通常使用兩種糾正方法：非基于DEM的糾正方法和基于DEM的糾正方法。

前者與光學糾正儀的原理一樣，只是操作的過程移植到計算機上，所處理的對象變成了數(shù)字影像而已。這種方法操作簡單、速度}央，但精度不高，而且只能用來做平地的正射影像圖。

基于DEM的糾正又分為兩種，一是單片糾正，二是全數(shù)字攝影測量方法。如果某個測區(qū)已經有DEM數(shù)據(jù)，即可使用單片糾正法。就目前來看，DEM還沒有覆蓋大部分區(qū)域，因此很多生產單位都使用全數(shù)字攝影測量方法。全數(shù)字攝影測量方法利用全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，首先根據(jù)影像紋理配成立體像對，生成數(shù)字高程模型，然后對每一個像元根據(jù)其高程進行數(shù)字微分糾正，生成正射影像圖。

使用這種方法能保證成果的質量，但它的成圖周期相對較長，對作業(yè)員的綜合素質要求比較高，作業(yè)員應該對全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)比較熟悉，而且應該了解計算機圖形圖像處理方面的知識，這里主要就全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)生產數(shù)字正射影像圖進行一些介紹。

二、數(shù)字正射影像圖的生產流程

全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)生產DOM大致的步驟如下：

1)定向包括內定向、相對定向、核線重采樣和絕對定向。

2)生成DEM根據(jù)影像紋理，計算機自動生成一定密度的數(shù)字高程模型。

3)生成DOM根據(jù)DEM，生成一定分辨率的DOM。

4)影像鑲嵌制作所需的圖廓，并根據(jù)圖廓鑲嵌和裁切正射影像圖。

5)影像調整用圖像處理軟件對影像進行處理，使DOM達到最佳的視覺效果。

6)用圖像處理軟件把DOM、圖廓導入，加上必要的注記，便是一幅完整的數(shù)字正射影像圖。

三、數(shù)字正射影像圖的評價標準

正射影像圖的制作原理和過程都是比較簡單的，但是要真正做好它卻并非易事，應該保證作業(yè)嵌和作業(yè)中的每一個步驟，包括航攝、控制、掃描、定向、編輯、影像處理和圖廓注記都滿足要求。這里就正射影像圖的評價標準對各個步驟的要求做一些概括。

評價DOM的指標主要有：精度、清晰度、完整性、準確性和實時性等。

1、精度

在正射影像上，精度主要反映在相對之間的鑲嵌誤差、圖幅之間的接邊差是否超過一定的限度、影像是否存在局部模糊，影像是否重影、地物是否扭曲變形（主要看較大房屋的邊線河和直線道路）等等。

選擇掃描分辨率也很重要。一般分辨率大小與成圖比例尺和航攝比例尺關系很大。對于航攝比例尺為1：35000，要做1：10000的數(shù)字正射影像，掃描分辨率為25 um便能達到成圖要求。

2、清晰度

清晰度是人們對于正射影像的第一感覺，是評價正射影像質量的最關鍵因素。清晰度的問題主要體現(xiàn)在影像模糊，色調、飽和度較差，像對間鑲嵌邊緣反差和灰度明顯不一致，產生這些問題的最主要原因是航攝質量和掃描質量。

3、完整性

正射影像圖的完整性主要包括影像的完整性和圖廓注記的完整性。

4、準確性和實時性

正射影像圖的準確性是指圖廓注記準確與否。在生產單位，制作好的正射影像圖通常經過幾道驗收，所以最后提供給用戶使用的正射影像圖一般注記方面出的問題比較少。實時性指影像所反映的信息與現(xiàn)在的實際情況的差異，應保證在生產正射影像圖時，使用最新的航攝資料。

地理信息的數(shù)據(jù)獲取是當今測繪系統(tǒng)必須要解決的重大問題之一，如何保持地理信息系統(tǒng)內容的現(xiàn)實性、地圖的快速更新，又是其關鍵問題。而數(shù)字正射影像圖和遙感影像具有 “最容易快速更新”的特點，如果把它們運用起來，必將會大大縮短地理信息的更新周期。而且，隨著人工智能的進一步成熟，實現(xiàn)真正意義上的實時數(shù)據(jù)更新也必將實現(xiàn)，到那時數(shù)字正射影像圖不再僅僅是測繪的一種產品，而是很多產品的基礎資料。

四、正射影像數(shù)據(jù)制作過程

正射影像是利用數(shù)字高程模型( DEM)對掃描處理后的數(shù)字化航空像片，逐像元進行投影差改正、鑲嵌，裁切而生成，所以要保證DEM的精度。其具體過程如下。

1) 在正射影像數(shù)據(jù)制作的過程中，會生成.tif圖形文件和.tfw坐標文件。

2)由于高樓、樹木陰影等的遮擋，會對一些高層附帶的群房，圍墻，以及大部分道路上的檢修井無法判讀，這部分要由外業(yè)調繪，并標注地名和樓層等屬性信息；

3)對外業(yè)調繪成果進行數(shù)字化；

4)經檢查驗收后，輸入數(shù)據(jù)庫。

對正射影像利用DEM進行處理和制作，可以在城市及區(qū)域規(guī)劃、土地利用、地質、農業(yè)、林業(yè)、牧地、水資源、濕地制圖、環(huán)境評價和地形分析及評價、軍事、水利建設、等等方面提供服務。利用正射影像，對大范圍的數(shù)字化地形圖進行快速更新是勘察測繪研究改變傳統(tǒng)地形圖更新模式的一種嘗試。