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。
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
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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