数字正射影像图制作与质量评价.doc

数字正射影像图制作与质量评价 作者：李志军1 郑 钰2（1. 呼和浩特市勘察测绘研究院 2.内蒙古自治区航空遥感测绘院）摘 要：本文简述了利用全数字摄影测量系统进行数字正射影像图的制作，并叙述了制作正射影像图的技术，以结合生产中的实践，对数字正射影像图的质量控制、评价标准及处理等方法进行了总结。关键词：数字正射影像图（DOM）制作；质量检查一、前言随着世界科学技术的进步和人们思想观念的变化，人们对各个行业新产品的要求异常迫切，测绘也不例外。计算机技术、电子技术、空间信息技术的发展给测绘注入了新的生机与活力，传统测绘生产作业正在随着社会的发展而变化，测绘产品也越来越丰富，生产效率大大提高。当前测绘所面临的主要任务便是建立基础地理信息库，尽快实现“数字地球”这个宏伟目标，以不断满足国民经济建设和社会发展要求。以数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字栅格地图 （DRG）、数字线划图（DLG）为代表的“4D”产品是测绘技术发展到当今现阶段的产物。这里我们就数字正射影像图制作方面的问题作一些简单的介绍。我们知道，航空摄影所得到的像片都是中心投影的，即所有的投射线均汇聚于相机的摄影中心，由于航片不一定平行于地面，而且地面上存在着高差，所以航片与普通的地图不同，存在几何变形和误差。但是如果航片经过一定的纠正，便可以当作普通地图来使用了。在发展数字影像纠正之前，制作正射影像图，需经过精密立体测图仪进行数据采集、计算机数据转换、正射投影仪扫描纠正、手工刻绘等高线以及合成拷贝等多个流程，由于工序的繁多，且这种数据纠正属于带状微分纠正，纠正时受缝隙中地面坡度的影响，精度也会受到很大影响。在当今数字信息时代，基于DEM的影像纠正便是最好的纠正工具了，其中最主要的还是利用全数字摄影测量系统来制作数字正射影像图。数字正射影像图（Digital Orthophoto Map）简称DOM，是利用数字高程模型对扫描处理的数字化航空像片或遥感影像，经过逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的影像数据。数字正射影像图和通常我们所接触的地图一样，不存在变形，它是地面上的信息在影像图上真实客观的反映，但是所包含的信息远比普通地形图丰富，而且其可读性更强，如果在数字正射影像图上加上一些符号以表示不易看到的地物或者抽象的信息，（包括各种独立地物、电力线、管线以及等高线和高程）这种产品将更受广大用图者的欢迎。数字正射影像图的应用十分广泛，在土地管理、城市建设与规划、林业、农牧业旅游、环境保护、水文水资源等行业用作土地详查、城市变迁、资源调查、环境监测的原始资料；它还是很多测绘新产品的基础数据，如城市三维模型、立体景观地图、计算机动画、计算机仿真、虚拟现实、数字影像库等。二、技术问题1) 参数设定：影像扫描分辨率、成图分辨率、DEM格网间隔、匹配参数等。2) DEM的生成。根据影像纹理，计算机自动生成一定密度的数字高程模型，但为了保证精度，必须在立体下进行粗差检测和接边检测，以达到所需的精度要求。3) 由DEM生成等高线，其等高线数据量是比较大的。4) 在AutoCAD2002中利用ADS编程生成图廓、注记等，以用于影像的迭合。5) 矢量图数据导出，与影像的迭合。我们利用CorelDraw进行矢量数据与影像数据严格迭加。6) 较大测区生产影像地图时，影像地图的拼接边问题，包括几何接边与影像灰度接边。三、技术流程1 影像扫描与定向影像扫描对DOM的生产具有很重要的影响。首先必须确定扫描分辨率。当扫描分辨率过小时会导致成图精度的降低，但扫描分辨率也不能太大，以免影响测图速度。一般来说，扫描分辨率是由成图比例、航测比例尺来计算。其次，影像扫描要求反差适中，影像清晰。 进入JX-4C摄影测量工作站进行定向与核线重排工作。定向为内定向、相对定向、绝对定向工作。其中相对定向采用自动方式。自动匹配点数越多，DEM越精确。在实际作业中，应使左右两片的灰度、反差相近来提高相关匹配的准确性，故可用PhotoShop先对原始影像进行灰度处理。核线重排既减少了计算工作量，又减少了数据量。核线重排分为最临近像元法、双线性法、三次方卷积法。根据实践采用双线性法为好。2 正射影像的生成1) 像方DEM的生成像方DEM是指在像方坐标系中建立的地形图规则格网。JX-4C摄影测量工作站是根据相对定向点、用户量测的特征点线，再对影像进行相关匹配计算生成的。相关匹配参数非常重要，否则会增加DEM的量测工作量。格网间距应根据成图比例尺来确定。像方DEM生成后，必须进行检查编辑。此工作应反复进行，直到格网点都紧贴于模型表面为止。可利用像方DEM的生成离散点Pnt 文件用于物方DEM的生成。2) 物方DEM的生成利用TinDem软件读入Pnt 文件，进行构Tin，然后生成物方DEM。物方DEM的检查有三种方式。一为可调入DEM直接进行立体检查。二为调入生成的单片正射影像，观察有无异常之处，如影像扭曲等。最好的方法为进行左右正射影像立体观察，此时应为零立体。用以上方法检查物方DEM，发现不符之处应重新编辑像方DEM。3) 单片正射影像生成利用物方DEM及定向所得到的像片方位元素对原始影像进行纠正，可得到单片正射影像。像素采样方法有最临近像元法、双线性法、三次方卷积法。可采用三次方卷积法。4) 正射影像的拼接按图幅拼接单片正射影像。在生产中，按内图廓外扩图上2cm再取整来计算图幅范围。拼接后要求片与片之间的接边误差满足规范要求，无明显拼接缝。3 矢量数据的生成1) 等高线数据的生成可利用物方DEM内插出等高线。其为二进制CNT文件。用于等高线生成的DEM格网间距要符合要求，必要时对等高线CNT文件可导入测图模块进行修测。2) 地物数据的生成按代码分层，对地物进行分类，在立体模型上进行量测，形成DLG文件。一般只表示重要的要素，如重要道路、主要河流等。3) 文件的导出将生成后等高线数据和地物数据以Dxf文件提供。4) 图像处理对生成的数字正射影像进行PhotoShop图像处理。要求反差适中，影像清晰，拼接缝不明显，片与片之间无明显色差。其中的技巧要求较高。主要有反差处理、全图灰度均衡要求 、水域处理、局部影像处理、拼接缝处理等。5) 图廓元素生成与套图信息利用AutoCAD我们可以对影像合成的图廓生成程序，提供套图信息。同时也生成了图廓线、公里网线、图名、图号、比例尺、坐标系、编制说明、制作单位等信息。6) 矢量数据及影像的合成和出片利用CorelDraw进行矢量数据与影像的合成，要求使影像数据与矢量数据严格迭加。同时也可加上文字注记，如居民地、水系、道路等。数据与影像合成后采用EPS 格式出片。四、数字正射影像图的评价标准1 精度在正射影像图上，精度主要反映在像对之间的镶嵌误差、图幅之间的接边差是否超过一定的限度、影像是否存在局部模糊，影像是否重影、地物是否扭曲变形等等。出现这些问题的原因是多方面的，一般外业所作控制点的精度会直接影响到绝对定向的精度，而定向精度达不到要求，会导致像对间和图幅间存在拼接差。另外，航片扫描分辨率较低也会影响成图拼接精度，但是分辨率太高，会影响成图的速度和效率。所以选择扫描分辨率也显得很重要，一般地，分辨率大小与成图比例尺和航摄比例尺关系很大。对于航摄比例尺为1:35000，要做1:10000的数字正射影像，扫描分辨率为25 ?m便能达到成图要求。如果DOM存在地物扭曲、影像局部模糊和重影，排除原始影像因素以外，多半是由于所使用的DEM精度不高、作业人员编辑不够所致。2 清晰度清晰度是人们对于正射影像的第一感觉，是评价正射影像质量的最关键因素。清晰度的问题主要体现在影像模糊，色调、饱和度较差，像对间镶嵌边缘反差和灰度明显不一致，产生这些问题的最主要原因是航摄质量和扫描质量。我们知道，数字摄影技术还没有大量运用到航空摄影中来，目前生产单位所使用的数字影像都是经过原始胶片的晒印和扫描所获得，这一次次的转换必定会影响到最后数字正射影像图的质量和精度。航摄是进行正射影像生产的开端，因此，它对最后成图的影像关系最大，晒印和扫描的重要性也非同小可。无论航摄、晒印或者扫描，应尽量保证所有的航片一次性地完成，而且要保证某些参数不变，比如，一个测区内原始底片的明暗度相差无几，扫描时应该使这个测区的所有航片使用相同的透光率、反差、亮度、Gamma值进行作业，这样可以有效地防止最终成果镶嵌边缘色调的不一致。一旦发生数字影像色调、饱和度很差或镶嵌边缘不一致，也可以通过PhotoShop这个功能强大的图像处理软件对影像进行必要的处理。一般地，在影像镶嵌之前就应该对每个像对的影像进行处理，使它们基本上具有相同的反差和灰度，以避免在正射影像图上带来更多的边缘不一致现象。在图像处理软件中，通常所使用的调整方法有调整反差、灰度，另外调整直方图、灰度曲线、色彩平衡也是几种行之有效的方法。如果对于影像颗粒过粗，还可以使用滤境中的平滑功能提高影像的可视效果。总之，最后得到的数字正射影像图应该色调均匀，灰度和反差适中，像元细腻、不偏色、影像的直方图尽要可能呈正态函数的分布。3 完整性正射影像图的完整性主要包括影像的完整性和图廓注记的完整性。当航片资料不够，大片区域落水或缺少控制点成果，很可能导致影像不满幅，造成正射影像的不完整。对于因落水导致的不完整，如果水面没有纹理或用图单位对水域要求不高，为了使影像完整，我们可以在PhotoShop下复制其它地方水域并粘贴于此并进行一定的处理，更方便的方法是使用橡皮图章工具进行实时拷贝。图廓注记通常包括图名、图号、坐标系、成图时间、制作单位、结合表等，或者由用户单位提供要求。4 准确性和实时性正射影像图的准确性是指图廓注记准确与否。在生产单位，制作好的正射影像图通常经过几道验收，所以最后提供给用户使用的正射影像图一般注记方面出的问题比较少。实时性指影像所反映的信息与现在的实际情况的差异，应保证在生产正射影像图时，使用最新的航摄资料。五、结束语地理信息的数据获取是当今测绘系统必须要解决的重大问题之一，如何保持地理信息系统内容的现势性、地图的快速更新，又是其关键问题。而数字正射影像图和遥感影像具有“最