傾斜攝影進(jìn)行TDOM制作是一種新思路

發(fā)布日期：2018-12-13 00:00 瀏覽量：10777

傳統(tǒng)的數(shù)字正射影像圖( DOM) 是在數(shù)字高程模型( DEM) 的基礎(chǔ)上進(jìn)行生產(chǎn)的，影像圖上的房屋、橋梁等建筑具有投影差，隨著城市高層建筑、超高層建筑的增多，傳統(tǒng) DOM 中高大建筑物的頂面嚴(yán)重偏離其正確位置，偏離方向及偏離程度因攝影中心相對于地物目標(biāo)的方位而定，表現(xiàn)為建筑物有時會向道路方向傾斜，有時會遮擋或壓蓋其他地物要素，嚴(yán)重影響了影像圖的準(zhǔn)確判讀。

這對以 DOM 為地理底圖進(jìn)行城市空間綜合利用、精細(xì)化管理的人員來說，存在著許多看不見的“死角”。為此提出了真正射影像圖( TDOM) 的概念，真正射影像( true digital orthophoto map，簡稱 TDOM) 是將正射影像糾正為垂直視角的影像產(chǎn)品。

真正射影像對隱蔽部分( 如各種地物、地形、植被等的傾斜投影) 采用相鄰像片修正，表現(xiàn)為地形、建筑物等要素沒有投影差、建筑物間無遮擋的正射影像圖，全面無遺漏地展現(xiàn)了地面上的物要素。

1 利用傾斜攝影制作 TDOM 的可行性

傾斜攝影技術(shù)是國際測繪領(lǐng)域近些年發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限，通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從一個垂直、4 個傾斜等 5 個不同的角度采集影像。相對于正射影像，傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地物，更加真實(shí)地反映地物的實(shí)際情況，極大地彌補(bǔ)了基于正射影像應(yīng)用的不足，傾斜影像 5 視角影像如圖飛燕遙感傾斜攝影案例：衢州學(xué)院5方向視角影像采集所示。

衢州學(xué)院5方向視角影像采集.jpg

傾斜攝影案例：衢州學(xué)院5方向視角影像采集圖

2 TDOM 制作思路分析

2.1 DOM 與 TDOM 制作流程對比

DOM 制作的主要流程為解算 POS 數(shù)據(jù)、導(dǎo)入航攝原始影像、像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺和坐標(biāo)引入，進(jìn)行空中三角測量( 空三加密) ，創(chuàng)建立體像對，自動生成 DEM 并進(jìn)行編輯，利用外方位元素并結(jié)合 DEM 進(jìn)行影像糾正，自動生成拼接線并進(jìn)行拼接線編輯，影像拼接，勻色調(diào)色處理，質(zhì)量檢查，輸出成果。

TDOM 制作的主要流程為解算 POS 數(shù)據(jù)、導(dǎo)入5 個視角的原始影像、像控點(diǎn)轉(zhuǎn)刺和坐標(biāo)引入，進(jìn)行5 個視角空中三角測量( 傾斜影像空三加密) ，生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行山體 DEM 生成和建筑物三維立體模型生成，進(jìn)行建筑物遮擋區(qū)域檢測，利用其他視角影像修補(bǔ)遮擋區(qū)域，勻色調(diào)色處理，質(zhì)量檢查，輸出成果。

2.2 TDOM 制作分析

通過查看圖 2 虛線框，能夠發(fā)現(xiàn) DOM 與 TDOM制作主要區(qū)別在以下方面。

2.2.1 空三加密

DOM 生產(chǎn)僅需要對下視角影像進(jìn)行空三加密處理，目前國內(nèi)外常規(guī)數(shù)字攝影測量軟件均可以進(jìn)行處理; TDOM 生產(chǎn)不僅需要對下視影像進(jìn)行空三加密處理，還需要對左右、前后 4 個傾斜視角的影像進(jìn)行處理，目前僅有國外的街景工廠 ( street factory ) 、Smart3D、Inpho 等數(shù)字攝影測量軟件能夠處理。

2.2.2 DEM 編輯、建筑物立體模型制作

DOM 生產(chǎn)中通常對自動生成的 DEM 等高線，在立體環(huán)境下與地形套合進(jìn)行人工編輯修改; 對居民區(qū)建筑物參照周邊地形進(jìn)行置平處理，然后生成DEM。TDOM 生產(chǎn)中的 DEM 編輯中，除了常規(guī)的地形與等高線套合修改外，還需要對居民區(qū)的房屋、橋梁等建筑物進(jìn)行三維立體建模處理。目前，大面積、大范圍城市建筑物三維立體建模采用傾斜攝影方式，通過傾斜影像生成高密集的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建建筑物立體模型，建筑物點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成三維模型如圖所示。

點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成三維模型圖.png

點(diǎn)云數(shù)據(jù)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(bǔ)

( 1) DOM 生產(chǎn)時，由于攝影過程中的太陽高度角、航攝時間、航攝方向等不同，導(dǎo)致圖幅與圖幅、航帶與航帶之間的地物存在投影差，尤其是較高建筑物，DOM 接邊建筑存在接邊縫，如圖 4 所示，在進(jìn)行影像拼接前需要對存在接邊縫進(jìn)行處理，以解決房屋接邊時的錯位、變形問題。

( 2) TDOM 生產(chǎn)解決了投影差問題，在影像圖拼接過程中，不會因?yàn)閳D幅與圖幅、航帶與航帶接邊出現(xiàn)建筑物錯位、變形等問題，TDOM 接邊建筑無接邊縫，如圖 5 所示，在接邊處僅存在色差，對應(yīng)接邊處存在的色差后續(xù)通過勻色、調(diào)色進(jìn)行處理。

( 3) TDOM 遮擋區(qū)域檢測與修補(bǔ)。通過對建筑物的真正射糾正，使原來被建筑物遮擋的區(qū)域展現(xiàn)出來，形成糾正后缺少影像覆蓋的“黑洞”區(qū)域，即沒有利用傾斜影像進(jìn)行修補(bǔ)的 TDOM“黑洞”如圖所示。對糾正后存在“黑洞”的 TDOM 遮擋區(qū)域進(jìn)行檢測，并利用傾斜影像進(jìn)行修補(bǔ)，形成了最終的TDOM，如圖所示。

未利用傾斜影像修補(bǔ)存在黑洞圖和利用傾斜影像修補(bǔ)后的 TDOM圖.png

未利用傾斜影像修補(bǔ)存在黑洞圖和利用傾斜影像修補(bǔ)后的 TDOM圖

3 TDOM 制作關(guān)鍵技術(shù)

3.1傾斜影像空三加密處理

傳統(tǒng)數(shù)字攝影測量系統(tǒng)只能進(jìn)行下視角影像的解算處理，不能對其他傾斜視角的影像進(jìn)行解算處理。傾斜影像空三加密處理屬于多視角影像的空三加密，多視影像包含垂直的下視角和前后、左右傾斜攝影影像，其空三加密一般以攝影時獲取的 5 個視角影像的 POS 系統(tǒng)為基礎(chǔ)，獲取 5 個視角影像的外方位元素和姿態(tài)參數(shù)，采取由粗到精的金字塔匹配技術(shù)，在每級影像上進(jìn)行同名點(diǎn)自動匹配和自由網(wǎng)光束法平差，實(shí)現(xiàn)多視角影像的同名點(diǎn)匹配，同時，建立 5 個視角影像像點(diǎn)的連接、像控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺，進(jìn)行聯(lián)合平差解算。進(jìn)行空三加密時需充分考慮以下因素:

( 1) 傾斜的影像幾何變形不同于下視影像，變形較大、且隨拍攝目標(biāo)的距離越大變化越大。

( 2) 傾斜影像地物之間相互遮擋嚴(yán)重，5 個視角聯(lián)合進(jìn)行同名點(diǎn)匹配時，存在部分同名像點(diǎn)無法匹配。

3.2建筑物立體模型快速獲取

將空三加密后的傾斜影像進(jìn)行點(diǎn)云生成處理，形成了用點(diǎn)云表示的高精度數(shù)字地表模型( DSM) ，傾斜影像生成點(diǎn)云如圖 8 所示。從傾斜影像生成的點(diǎn)云中分類、提取建筑物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對點(diǎn)云表達(dá)建筑物外輪廓局部缺失或表示錯誤區(qū)域，進(jìn)行人工干預(yù)后，批量生成大面積的建筑立體模型。

3.3遮擋區(qū)域的檢測與修補(bǔ)

遮擋區(qū)域的檢測與修補(bǔ)是真正射影像制作的重要環(huán)節(jié)和難點(diǎn)環(huán)節(jié)，目前常用的方法主要有兩類，一是基于距離的檢測法，即以投影點(diǎn)到目標(biāo)的距離長度進(jìn)行檢測; 二是基于角度的檢測法，即以投影點(diǎn)到目標(biāo)的角度大小進(jìn)行檢測。但是這二者的計(jì)算量大，有時還存在偽檢測。本試驗(yàn)采用像素工廠 ( Pixel Factory) 軟件，基于傾斜影像自身的特點(diǎn)，通過多角度、多重疊度傾斜影像，結(jié)合建筑物立體模型，經(jīng)精糾正和高精度匹配完成真正射影像制作環(huán)節(jié)的遮擋區(qū)域檢測與修補(bǔ)工作，提高了制作真正射影像的效率。

通過以上研究可以發(fā)現(xiàn)，采用傾斜攝影技術(shù)能夠通過搭建建筑物三維模型糾正影像的正射投影，利用多視角的傾斜影像能夠?qū)崿F(xiàn)正射糾正后“黑洞”的修補(bǔ)，因此，采用傾斜攝影進(jìn)行 TDOM 制作，不僅是一種新的 TDOM 制作思路，而且是 TDOM 制作生產(chǎn)效率較高、成果質(zhì)量較好的一種方法，具有很好的推廣應(yīng)用價值。此外，由于傾斜攝影獲取的影像具有多視角的特點(diǎn)，也是進(jìn)行城市實(shí)景三維建模的基礎(chǔ)資料。