傾斜攝影進(jìn)行TDOM制作是一種新思路

傳統的數字正射影像圖( DOM) 是在數字高程模型( DEM) 的基礎上進(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(zhù)城市高層建筑、超高層建筑的增多，傳統 DOM 中高大建筑物的頂面嚴重偏離其正確位置，偏離方向及偏離程度因攝影中心相對于地物目標的方位而定，表現為建筑物有時(shí)會(huì )向道路方向傾斜，有時(shí)會(huì )遮擋或壓蓋其他地物要素，嚴重影響了影像圖的準確判讀。

這對以 DOM 為地理底圖進(jìn)行城市空間綜合利用、精細化管理的人員來(lái)說(shuō)，存在著(zhù)許多看不見(jiàn)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(jiǎn)稱(chēng) 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，表現為地形、建筑物等要素沒(méi)有投影差、建筑物間無(wú)遮擋的正射影像圖，全面無(wú)遺漏地展現了地面上的物要素。

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(lái)的一項高新技術(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(guò)在同一飛行平臺上搭載多 臺傳感器，同時(shí)從一個(gè)垂直、4 個(gè)傾斜等 5 個(gè)不同的角度采集影像。相對于正射影像，傾斜影像能讓 用戶(hù)從多個(gè)角度觀(guān)察地物，更加真實(shí)地反映地物的 實(shí)際情況，極大地彌補了基于正射影像應用的不足， 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。

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 數據、導入航攝原始影像、像控點(diǎn)轉刺和坐標引入，進(jìn)行空中三角測量( 空三加密) ，創(chuàng )建立體像對，自動(dòng)生成 DEM 并進(jìn)行編輯，利用外方位元素并結合 DEM 進(jìn)行影像糾正，自動(dòng)生成拼接線(xiàn)并進(jìn)行拼接線(xiàn)編輯，影像拼接，勻色調色處理，質(zhì)量檢查，輸出成果。

TDOM 制作的主要流程為解算 POS 數據、導入5   個(gè)視角的原始影像、像控點(diǎn)轉刺和坐標引入，進(jìn)行5 個(gè)視角空中三角測量( 傾斜影像空三加密) ，生成點(diǎn)云數據，進(jìn)行山體 DEM 生成和建筑物三維立體模型生成，進(jìn)行建筑物遮擋區域檢測，利用其他視角影 像修補遮擋區域，勻色調色處理，質(zhì)量檢查，輸出成 果。

2.2   TDOM 制作分析

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

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，目前國內外常規數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(gè)傾斜視角的影像進(jìn)行處理，目 前僅有國外的街景工 廠(chǎng) ( street factory ) 、Smart3D、Inpho 等數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(dòng)生成的 DEM 等高線(xiàn)， 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，除了常規的地形與等高線(xiàn)套合修改外，還需要對居民區的房屋、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(guò)傾斜影像生成高密集的點(diǎn)云數據，構建 建筑物立體模型，建筑物點(diǎn)云數據生成三維模型如 圖所示。

點(diǎn)云數據生成三維模型圖

2.2.3DOM 拼接線(xiàn)編輯、TDOM 遮擋區域檢測與修補

( 1) DOM 生產(chǎn)時(shí)，由于攝影過(guò)程中的太陽(yáng)高度角、航攝時(shí)間、航攝方向等不同，導致圖幅與圖幅、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(shí)的錯位、變形問(wèn)題。

( 2) TDOM 生產(chǎn)解決了投影差問(wèn)題，在影像圖拼接過(guò)程中，不會(huì )因為圖幅與圖幅、航帶與航帶接邊出現建筑物錯位、變形等問(wèn)題，TDOM 接邊建筑無(wú)接邊縫，如圖 5 所示，在接邊處僅存在色差，對應接邊處存在的色差后續通過(guò)勻色、調色進(jìn)行處理。

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

未利用傾斜影像修補存在黑洞圖  和  利用傾斜影像修補后的 TDOM圖

3 TDOM 制作關(guān)鍵技術(shù)

3.1傾斜影像空三加密處理

傳統數字攝影測量系統只能進(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(shí)獲取的 5 個(gè)視角影像的 POS 系統為基礎，獲取 5 個(gè)視角影像的外方位元素和姿態(tài)參數，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(dòng)匹配和自由 網(wǎng)光束法平差，實(shí)現多視角影像的同名點(diǎn)匹配，同 時(shí)，建立 5 個(gè)視角影像像點(diǎn)的連接、像控制點(diǎn)轉刺， 進(jìn)行聯(lián)合平差解算。進(jìn)行空三加密時(shí)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、且隨拍攝目標的距離越大變化越大。

( 2)   傾斜影像地物之間相互遮擋嚴重，5 個(gè)視角聯(lián)合進(jìn)行同名點(diǎn)匹配時(shí)，存在部分同名像點(diǎn)無(wú)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(lèi)、提取建筑物的點(diǎn)云數據，對點(diǎn)云表達建 筑物外輪廓局部缺失或表示錯誤區域，進(jìn)行人工干預后，批量生成大面積的建筑立體模型。

3.3遮擋區域的檢測與修補

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

通過(guò)以上研究可以發(fā)現，采用傾斜攝影技術(shù)能夠通過(guò)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實(shí)現正射糾正后“黑 洞”的修補，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 好的推廣應用價(jià)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 的基礎資料。

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