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采用全數(shù)字攝影測量工作站制作DOM的作業(yè)方法

發(fā)布日期:2018-05-08 00:00 瀏覽量:13211

  一、前言
  采用全數(shù)字攝影測量工作站進行數(shù)字正射影像的制作是一項新技術,其生產(chǎn)中的技術要求及其生產(chǎn)工藝需要在生產(chǎn)實踐中不斷完善。1999年我單位開始引進全數(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(chǎn)工藝之中加入利用photoshop軟件對所有影像進行整體勻色作業(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)量保證起著至關重要的作用。
  1.黑白影像勻色· 色階調(diào)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(fā)生矛盾。經(jīng)過比較試驗,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,同時保證色調(diào)統(tǒng)一均衡。對于補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影像。
   對于單張影像調(diào)整,應用“直方圖”功能,對于不同明暗區(qū)域進行量測,應用“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到中間值130左右,調(diào)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(qū))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(qū)進行直方圖量測,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、蘭三色曲線進行調(diào)整,即可得到比較接近自然的影像。經(jīng)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(diào)色時選區(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,進行反選再調(diào)整周邊較暗區(qū),對個別地區(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)字攝影測量工作站制作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,利用加密作業(yè)員在立體坐標量測儀上觀測的數(shù)據(jù),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(jīng)過轉刺,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(chǎn)效率大大降低。
  2.改進后的作業(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。其控制點坐標位置將在影像中以特定的標記顯現(xiàn)出來,此過程完全省去人工在立體影像上查找控制點的位置。而加密作業(yè)員在提供控制點的坐標數(shù)據(jù)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(yè)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(tǒng)誤差。同時大大降低不同作業(yè)員觀測時造成的偶然誤差,使數(shù)據(jù)成果以點對點形式直接使用,減少重復作業(yè),操作簡便。
  值得注意的是:城區(qū)控制點,由于點位清楚明顯,可提供單個像片屏考點,而山區(qū)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(yè)員判讀識別。
  四、DEM的編輯方法
  DEM數(shù)據(jù)是基礎,是生成等高線以及正射影像的數(shù)據(jù)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(guī)則格網(wǎng),利用數(shù)字影像匹配進行數(shù)據(jù)采集,其可視數(shù)據(jù)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(chǎn)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(shù)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(shù)據(jù)表現(xiàn)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(xiàn)力很強,要結合不同編輯方法,如量測點內(nèi)插,匹配點內(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(xù),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(chǎn)生的匹配點數(shù)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(yè)區(qū)內(nèi)分布合理充足的特征點,從而提高整體匹配質(zhì)量。當局部區(qū)域由于遮擋變形較大產(chǎn)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(chǎn)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(diào)用,所以需反復數(shù)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(shù)字攝影測量工作站制作DOM的作業(yè)方法1.jpg


  · 定義作業(yè)區(qū)時,應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,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(nèi)插”、“匹配點內(nèi)插”?!捌交椒ā笔蛊ヅ潼c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(tài)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(xiàn)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(jù)實際地形而改變。
  · 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(nèi)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(tài)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(yè)員判斷。

  總之,DEM是基礎數(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(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,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(zhì)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(qū)影像作業(yè)時,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(jīng)常會在接邊處產(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,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(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(shù)據(jù),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(shù)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(jié)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(fā)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(chǎn)工藝,提高DOM質(zhì)量。


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