采用全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站制作DOM的作業(yè)方法

發(fā)布日期：2018-05-08 00:00 瀏覽量：14267

　　一、前言
　　采用全數(shù)字攝影測量工作站進(jìn)行數(shù)字正射影像的制作是一項(xiàng)新技術(shù)，其生產(chǎn)中的技術(shù)要求及其生產(chǎn)工藝需要在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷完善。1999年我單位開始引進(jìn)全數(shù)字攝影測量工作站并通過制作北京市山區(qū)1:10000黑白數(shù)字正射影像，以及北京城區(qū)1:2000彩色數(shù)字正射影像，不斷優(yōu)化改進(jìn)其生產(chǎn)工藝，逐漸摸索出了適于不同規(guī)格數(shù)字正射影像圖的生產(chǎn)工藝。
　　二、DOM生產(chǎn)中的勻色方法
　　在攝影過程中，各種因素可能會(huì)導(dǎo)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(huì)明暗分布不均勻，軟件中的“自動(dòng)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(chǎn)工藝之中加入利用photoshop軟件對所有影像進(jìn)行整體勻色作業(yè)，以滿足其成品色調(diào)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(zhì)量保證起著至關(guān)重要的作用。
　　1．黑白影像勻色· 色階調(diào)整。計(jì)算機(jī)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(shè)置的等高線測標(biāo)均為灰度極值，因而發(fā)生矛盾。經(jīng)過比較試驗(yàn)，將灰度輸出定義在30－225之間，既滿足作業(yè)員觀測要求，又較少丟失影像信息。把經(jīng)糾正鑲嵌后生成的正射影像圖色階再調(diào)為0－255，提高影像清晰度，同時(shí)保證色調(diào)統(tǒng)一均衡。對于補(bǔ)飛像片或影像模糊像片也可以通過色階調(diào)整使其影像直方圖分布更合理。這樣可以使正式產(chǎn)品視覺效果更接近原始真實(shí)影像。
　　對于單張影像調(diào)整，應(yīng)用“直方圖”功能，對于不同明暗區(qū)域進(jìn)行量測，應(yīng)用“曲線”調(diào)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(dá)到中間值130左右，調(diào)整時(shí)注意應(yīng)先取大于200象素羽化值進(jìn)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(qū)）應(yīng)相互比較，互為參照，目測法較簡單，但準(zhǔn)確度差，所以可對局部同名區(qū)進(jìn)行直方圖量測，對比其灰度分布形態(tài)、中間值和平均值，若差異較大，需再調(diào)整，直到滿足鑲嵌時(shí)灰度過渡的要求。
　　2．彩色影像勻色彩色影像的調(diào)整很少需色階調(diào)整，只要色彩輸出量化值選定，對紅、綠、蘭三色曲線進(jìn)行調(diào)整，即可得到比較接近自然的影像。經(jīng)過比較實(shí)驗(yàn)，當(dāng)紅、綠。蘭三色中間值為150時(shí)，影像色彩還原清晰逼真，調(diào)色時(shí)選區(qū)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(qū)較亮的部分開選區(qū)，調(diào)整后，進(jìn)行反選再調(diào)整周邊較暗區(qū)，對個(gè)別地區(qū)改正也遵循同樣原則。相鄰相片的比較同黑白影像調(diào)整類似，選同名區(qū)域觀察比較。

采用全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站制作DOM的作業(yè)方法.jpg

　　三、DOM的定向方法：
　　1．傳統(tǒng)作業(yè)方法絕對定向時(shí)，利用加密作業(yè)員在立體坐標(biāo)量測儀上觀測的數(shù)據(jù)，對控制點(diǎn)刺孔查找結(jié)合點(diǎn)之記說明，并利用多像片的立體判讀才能確定控制點(diǎn)的點(diǎn)位，再從工作站的立體影像中尋找相對應(yīng)位置，方能完成一個(gè)點(diǎn)的觀測。在使用資料中，滌綸片和像片經(jīng)過轉(zhuǎn)刺，精度隨之降低，尤其是定向作業(yè)員與加密作業(yè)員采用的觀測系統(tǒng)不統(tǒng)一，且作業(yè)習(xí)慣、判讀標(biāo)準(zhǔn)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(fù)勞動(dòng)，生產(chǎn)效率大大降低。
　　2．改進(jìn)后的作業(yè)方法新作業(yè)方法是加密人員利用全數(shù)字攝影測量工作站的自動(dòng)空三加密方法作業(yè)，將其觀測后生成的pcf文件，直接加在自動(dòng)相對定向成果產(chǎn)生的pcf文件之后，同步代入絕對定向之中。其控制點(diǎn)坐標(biāo)位置將在影像中以特定的標(biāo)記顯現(xiàn)出來，此過程完全省去人工在立體影像上查找控制點(diǎn)的位置。而加密作業(yè)員在提供控制點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)之外，同時(shí)提供一套加密過程中控制點(diǎn)的影像文件，可通過屏幕拷貝得到帶控制點(diǎn)號的一組jpg文件，使定向作業(yè)員可同時(shí)對立體影像上控制點(diǎn)點(diǎn)位與加密成果進(jìn)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(shí)提高了4倍以上的工作效率。這種方法不存在因儀器設(shè)備不同所造成的系統(tǒng)誤差。同時(shí)大大降低不同作業(yè)員觀測時(shí)造成的偶然誤差，使數(shù)據(jù)成果以點(diǎn)對點(diǎn)形式直接使用，減少重復(fù)作業(yè)，操作簡便。
　　值得注意的是：城區(qū)控制點(diǎn)，由于點(diǎn)位清楚明顯，可提供單個(gè)像片屏考點(diǎn)，而山區(qū)控制點(diǎn)位置不清，地物變形大，應(yīng)提供多個(gè)角度像片加密屏考點(diǎn)，以便于作業(yè)員判讀識(shí)別。
　　四、DEM的編輯方法
　　DEM數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，是生成等高線以及正射影像的數(shù)據(jù)來源。同時(shí)是人工干預(yù)最多的一項(xiàng)工作。VirtualGeo的DEM按像片上的規(guī)則格網(wǎng)，利用數(shù)字影像匹配進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其可視數(shù)據(jù)由大量的匹配點(diǎn)組成，其中有正確的，也有錯(cuò)誤的。人工編輯的工作是利用人眼立體觀測匹配點(diǎn)對應(yīng)的地形，并對二者不符地方進(jìn)行改正。假設(shè)自動(dòng)匹配誤差率為5％，以匹配點(diǎn)間隔為9米計(jì)算，每幅1:10000地形圖將有上萬個(gè)點(diǎn)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(chǎn)實(shí)踐中，把地形分為高山地、平地和丘陵地。由于所用軟件以數(shù)字影像的灰度分布為影像匹配的基礎(chǔ)，所以在丘陵地精度高，在高山地和平地則粗差較多。DEM數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式有三種：彩色匹配點(diǎn)、等高線（等值線）、斷面線。由于匹配點(diǎn)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(xiàn)力很強(qiáng)，要結(jié)合不同編輯方法，如量測點(diǎn)內(nèi)插，匹配點(diǎn)內(nèi)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(chǎn)中的不同方法。
　　1．高山地DEM編輯，需結(jié)合其影像的特點(diǎn)，即影像投影差較大，地形復(fù)雜，地物較少，影像信息不夠連續(xù)，造成計(jì)算機(jī)的自動(dòng)識(shí)別能力不足，因而影像匹配結(jié)果有較多粗差。如大面積的匹配點(diǎn)上浮或下沉，運(yùn)用前述幾種方法處理是相當(dāng)困難的，而且效果不理想。分析其原因是軟件中“自動(dòng)相對定向”產(chǎn)生的匹配點(diǎn)數(shù)量少，分布不均，地物特征點(diǎn)少，對影像匹配所需參照點(diǎn)提供不足。此時(shí)人工加入大量相對定向點(diǎn)，滿足作業(yè)區(qū)內(nèi)分布合理充足的特征點(diǎn)，從而提高整體匹配質(zhì)量。當(dāng)局部區(qū)域由于遮擋變形較大產(chǎn)生大片粗差時(shí)，應(yīng)運(yùn)用軟件中的“預(yù)處理”工具，對粗差部分進(jìn)行加特征點(diǎn)（如山頂）特征線（山脊、山溝）進(jìn)行詳細(xì)描繪，從而使影像再次匹配計(jì)算時(shí)，有更多可靠的參照點(diǎn)，產(chǎn)生合理的匹配結(jié)果，消除粗差，減輕人工編輯量，但預(yù)處理工具必須在影像自動(dòng)匹配之后，人工編輯之前進(jìn)行，不能隨時(shí)調(diào)用，所以需反復(fù)數(shù)次，確定影像匹配結(jié)果中無粗差時(shí)，再進(jìn)行人工編輯工作。具體的DEM人工編輯是對預(yù)處理所不及的小粗差的改正：

采用全數(shù)字?jǐn)z影測量工作站制作DOM的作業(yè)方法1.jpg

　　· 定義作業(yè)區(qū)時(shí)，應(yīng)考慮到由于高山的投影差糾正，產(chǎn)生的航向上拼接區(qū)減小，造成無法鑲嵌的后果，還要考慮旁向人工拼接時(shí)，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(jìn)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(diǎn)內(nèi)插”、“匹配點(diǎn)內(nèi)插”?！捌交椒ā笔蛊ヅ潼c(diǎn)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(jìn)行上升、下降處理以達(dá)到滿意效果。
　　· 不應(yīng)對特征點(diǎn)、特征線進(jìn)行過多平滑，因?yàn)榇祟惖匦蔚恼鎸?shí)性將會(huì)被平滑處理降低，丟失地形狀態(tài)信息。
　　· 利用斷面編輯方法檢查DEM正確性是最準(zhǔn)確的。因?yàn)樗袉我坏牧Ⅲw效果，不遮蓋影像，對地形的表現(xiàn)最細(xì)膩，能檢查出各種小粗差，但工作量較大。作為檢查細(xì)部工具較好，其改正步距以及斷面線上點(diǎn)的間隔都應(yīng)根據(jù)實(shí)際地形而改變。
　　· 等值線是對地形整體連續(xù)性、合理性檢查的工具，它的間距應(yīng)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(dòng)匹配結(jié)果相當(dāng)混亂，但其粗差都可用量測點(diǎn)內(nèi)插的方式加以消除，無需“預(yù)處理”工具。
　　· 改正時(shí)編輯窗口應(yīng)在1:1狀態(tài)下，以確保量測點(diǎn)的高程精度，其編輯范圍越小，越提高地形細(xì)部起伏的真實(shí)性，DEM精度越高。
　　· 等值線間距相當(dāng)于1米等高線為宜，加強(qiáng)對地形變化的控制，方便作業(yè)員判斷。
　　總之，DEM是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，直接影響到等高線生成質(zhì)量，以及正射影像的糾正精度，而且其價(jià)值是長期的。所以對其生成工藝的控制是最為關(guān)鍵的。
　　五、DOM的鑲嵌方法
　　數(shù)字正射影像圖（DOM）是利用數(shù)字高程模型（DEM），利用數(shù)字微分糾正技術(shù)，改正原始影像的幾何變形，而要得到一幅標(biāo)準(zhǔn)圖幅DOM地圖，需多個(gè)像對的正射影像進(jìn)行拼接鑲嵌，所以DOM的質(zhì)量由鑲嵌工藝決定。由于多個(gè)影像灰度和攝影角度不同，使接邊復(fù)雜程度遠(yuǎn)大于線劃圖接邊。不僅包含地物幾何坐標(biāo)的拼接，同時(shí)影像色彩（灰度）的過渡會(huì)影響正射影像視覺的整體效果。
　　1．自動(dòng)鑲嵌和手工鑲嵌· 對黑白山區(qū)影像作業(yè)時(shí)，所采用正射影像是經(jīng)過DEM拼接后數(shù)據(jù)生成的，從而保證了精度。航向多采用自動(dòng)方法同時(shí)對多像正射影像對進(jìn)行自動(dòng)鑲嵌，由于地物少，接邊時(shí)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(shí)，由于上下航線投影變化大，不進(jìn)行人工干預(yù)，經(jīng)常會(huì)在接邊處產(chǎn)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(qū)影像工作時(shí)，必須全部采用手工拼接，由于城區(qū)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(dòng)拼接時(shí)，計(jì)算機(jī)的拼接線較隨意，其過渡值也較大。所以拼接地區(qū)重影不能消除，且高大建筑的影像也易受損失。我們的作業(yè)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(yè)區(qū)時(shí)應(yīng)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(yīng)用單模型正射影像進(jìn)行修補(bǔ)。③由于未對地物采集DEM數(shù)據(jù)，也就不對其影像進(jìn)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(diǎn)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(shí)有利于人工拼接線的選取。
　　六、結(jié)束語：
　　全數(shù)字攝影測量工作站制作DOM，雖然應(yīng)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(xì)節(jié)方面需反復(fù)實(shí)踐摸索，不斷與軟件技術(shù)支持部門溝通，不斷發(fā)掘已有應(yīng)用工具，比較其合理性、高效性。及時(shí)提出軟件缺陷，并提出新工具的設(shè)想，促使軟件部門提出解決方案，從而不斷完善生產(chǎn)工藝，提高DOM質(zhì)量。