浅谈数字航空摄影测量

摘 要: 笔者根据多年从业经验，重点就航空摄影测量的技术难点与研究热点经行探讨。

关键词:航空摄影测量 数字高程模型 正射影像 航空摄影 立体像对

中图分类号：D993.4 文献标识码：A 文章编号：

随着社会的发展，科学技术的不断进步，尤其是测绘技术、信息技术和计算机技术的迅速发展, 为航空摄影测量技术进步和发展提供了条件。

1 航空摄影测量数据处理关键技术

1.1 空三加密

利用VirtuoZoAAT+Pat-B自动空三加密模块, 以数码航片作为空三加密的原始数据,运用Pat-B平差软件进行光束法区域网平差。通过航测内业方法( 包括内定向、相对定向、公共连接点的转刺)构建空中三角网,并将外业控制点成果和POS数据导入系统按严密的数字模型进行区域整体平差, 得到优化后的外方位元素和加密点成果。

以航测外业已划分的区域分区为内业空三加密的基本单元。使用数字摄影测量系统采集像点坐标,采用解析空三平差程序解算大地坐标。加密分区间参加大地定向的公共像控点必须是唯一的,即同点号、同坐标值。加密限差按GB 7930-87《1∶500、1∶1000、1∶2000地形图航空摄影测量内业规范》有关规定执行。加密分区间必须接边,作业完成后应填写图历表, 输出加密成果。

1.2 数字正射影像图(DOM)数据生产

1.2.1 技术路线

本文研究利用Virtuozo全数字摄影测量系统工作站进行1:1000数字正射影像图DOM的制作。在全数字摄影测量工作站中,导入空三成果恢复测区并创建立体像对,作业生产区域DEM数据,并用特征点、线参与计算修改生成DEM。利用DEM数据对原始影像进行数字微分纠正, 通过自动生成的镶嵌线对整个测区的模型正射影像进行无缝拼接,并最终完成数字正射影像图。最后按40cm×50cm矩形图廓对影像进行分幅裁切,形成DOM数据成果。

1.2.2 DEM生产

利用空三成果, 自动建立测区立体模型及其参数文件, 在此基础上生成核线影像。

(1)采集特征点、线、面

①单特征线:是指地形发生明显变化的地形变化线, 量测时沿这些特征线以静态读点方式严格切准立体模型采集;②双特征线:是指依比例尺的陡坎、斜坡、堤、河流、公路、铁路等,为了保证影像纠正质量,对于带状构造物,依比例尺双线堤,应按双特征线量测上端两侧堤顶和下端两侧堤脚线。对于弯曲线状地物,至少要采集弧线上的三条特征线;③对高架路、桥等制作DEM时,应在高架路、桥上边沿量测特征线,DEM点需编至高架路、桥面上,以保证纠正后的影像不变形和位移;④封闭型要素:对于面积大于100平方米的水库、池塘等静止水域内的DEM格网点高程应一致,流动水域的上下游DEM格网点高程应呈梯度下降,关系合理。⑤采用点编辑、面编辑相结合的方法,将DEM点修正到立体模型表面。按要求输出DEM数据。DEM的编辑必须结合地貌特征内插生成格网DEM(2.5米间距),检查DEM点与每个模型的吻合情况,对DEM点与模型不吻合的区域进行修测,使每个格网点都贴近地表。

采用显示等高线模式或显示等视差模式,在立体模型中对匹配结果进行检查、编辑。本项目中应注意对以下的情况下进行检查、编辑:1)影像的不连续、被遮盖及阴影等区域原因,检查匹配点是否切准地面;2)建筑物、树林等部位,检查匹配点是否为地面点,而非物体表面上的点;3)大面积平坦地区、沟渠及地形破碎区域,检查匹配点和等视差曲线是否真实表现地形;4)大面积跨图幅的静水面,对涉及的模型均给定值,保证水面DEM高度保持一致;5)高架桥、高架铁路、高架公路根据具体情况对其抬高或置平,保证DOM影像不变形。

1.2.3 建立DEM

根据加密点直接按区域生成大范围区域DEM,通过引入特征点、线、面等采集数据构三角网,进行插值计算,按2.5m×2.5m格网间距建立数字高程模型即DEM。

1.2.4 DOM生产

利用DEM完成影像微分纠正, 按照分区对测区内影像以像元大小为0.1m进行双线性内插或三次卷积内插法进行重采样,生成分区正射影像(DOM)。通过自动生成的镶嵌线对整个测区的模型正射影像进行无缝拼接。DOM接边中高大建筑物的投影差带来的接边倒影,可采用调换左右片生成正射影像进行贴补, 使高层建筑物达到无缝接边, 并最终完成数字正射影像图。

1.2.5 正射影像检查修补

检查所生成的正射影像是否失真、变形, 尤其是房屋、桥梁和道路, 是否有房角拉长、房屋重影、桥梁和道路扭曲变形等。若有此情况,则要重新采集生成DEM,重新纠正,确保影像无误。

1.2.6 影像匀色

为保证镶嵌后正射影像色彩一致、均匀,针对航摄过程中出现的色差,需对所生成的正射影像进行色彩纠正, 包括单影像色彩调整与多影像色彩均衡。匀色标准:选取几个有代表性的图幅, 对测区中代表不同地貌的几个影像图进行匀色,分析效果,调整出一幅符合整个测区颜色信息的标准样图。根据标准样图,对测区正射影像进行全自动色彩调整和平衡处理, 确保最终DOM的整体色彩均匀一致。影像应色彩真实、影像纹理清晰、层次丰富、反差适中、色调饱满,色调正常,图幅与图幅之间色彩过渡自然、色调一致。

1.2.7 正射影像镶嵌

相邻的数字正射影像必须在空间和几何形状上都要精确的匹配。必须进行可视化的检查, 以确保相邻的数字正射影像中地面特征没有偏移。还应该尽量利用镶嵌线避开由于高程特征引起的偏移和错位,同时应尽量保证地物的完整性。

1.2.8 DOM检查

(1)利用空三加密的保密点对DOM进行检查, 当同名点平面差异较大时应查明原因,必要时进行返工。(2)相邻DOM影像镶嵌处的接边限差以目视直接判读不得出现明显接边痕迹为主要原则,不应大于4个像素, 对满足接边精度要求的影像进行无缝接边,对于接边超限的影像,须查明原因进行修改。(3)正射影像镶嵌前的接边检查,还需要检查相邻DOM影像镶嵌处的颜色,保证相邻DOM影像镶嵌后影像过渡自然,不得出现明显色差。

1.2.9 正射影像分幅裁切

按GB/7930-87的分幅规则,采用40cm×50cm规格进行分幅,确定图幅四个图廓点坐标为裁切范围,每幅面积为0.2km2。

1.2.10 正射影像质量控制

(1)采用目视检查的方法进行图面检查, 保证正射影像图面清晰,反差适中, 色调均匀。(2)正射影像图不得有重影,模糊或纹理断裂等现象,影像应连续完整,灰度无明显不同,色彩平衡一致。并保证相邻图幅间的影像色调基本一致。(3)正射影像上的地物地貌真实, 无扭曲变形, 无噪声等缺陷。(4)正射影像覆盖范围内的影像无漏洞。

2 数字航空摄影测量的技术难题与研究热点

目前, 数字摄影测量工作站(DPW:Digital Photogrammetric Workstation)技术已相当成熟, 而影像的获取主要还依靠传统的胶片来完成,如何快速且能全数字化获取影像信息就成为数字摄影测量的重要研究方向。数码相机的快速发展为航摄仪的“数字化”提供了条件, 基于数码相机的航摄仪的研究是摄影测量全部数字化的关键, 成为摄影测量界研究的热点。然而,数码相机的镜头畸变差很大, 内方位元素无法直接量取,属于非量测型相机,这就使得数码相机无法直接在摄影测量中使用,同时数码相机的幅面小、且多为矩形,导致摄影测量的外业控制和内业处理工作量大幅增加。这些技术难题都必须予以解决,才能真正的将数码相机作为航摄仪。此外,目前数字摄影测量的发展,主要还是围绕着利用航空摄影测量测绘地形图展开的,而对于数字近景(地面)摄影测量的研究甚少, 数字近景摄影测量必将成为数字航空摄影测量发展的新领域, 它将成为机器人视觉现场识别的主要解决手段,而对实时性、全自动源数据获取及仿真虚拟手段的研究将成为近景应用研究的主题。

3 结语

随着科学技术的进步和航空摄影测量技术的发展，数字航空摄影测量系统的研究已成为当前航空遥感领域的研究热点和发展方向, 新型数字航空摄影机的应用必将为航空摄影测量技术带来一次变革, 并把我国航空摄影测量技术推向一个新的时代。

参考文献

[1] 李得仁,周月琴,金为铣.摄影测量与遥感概论.测绘出版社,1999.

[2] 李寿兵.航空摄影新技术推动数字摄影测量的发展.铁路工程学报,2005.

[3] 张剑清,潘励,王树根,2003.摄影测量学.武汉:武汉大学出版社.