正射影像地图的制作及其应用

正射影像地图的制作及其应用【摘要】在经济飞速发展的时代，传统的地形图更新速度远远不能跟上时代发展的步伐，利用卫星遥感影像数据和航空摄影制作数字正射影像地图(DigitalOrthophotoMap，缩写DOM)，在数字正射影像地图上进行各种专题地图和对地形图的更新应用。【关键词】DOM;数字微分纠正;影像镶嵌;DOM应用0.引言数字正射影像图(DigitalOrthophotoMap，DOM)是以航摄影片或遥感影像为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓（内/外）整饰等形式填加到该影像平面上，形成以栅格数据形式存储的影像数据库。它具有地行图的几何精度和影像特征。数字正射影像图和通常我们所接触的地图不一样，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。DOM同时具有地图几何精度和影像特征，精度高、信息丰富、直观真实、制作周期短。它可作为背景控制信息，评价其它数据的精度、现实性和完整性，也可从中提取自然资源和社会经济发展信息，为防灾治害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据。数字正射影像图的制作原理是依据其特点应用专业的地理信息遥感软件对原始感遥影像经过辐射校正、几何校正后，消除各种畸变和位移误差而最终得到具有包含地理信息和各种专题的卫星遥感数字正射影像地图。DOM具有一定几何精度的影像。影像植被信息齐全饱满，整体色调清晰均匀，反差适中。1.数字正射影像图的制作原理制作数字正射影像图通常使用基于DEM的纠正方法基于DEM的纠正又分为两种方法：其一是单片纠正；其二是全数字摄影测量方法。如果某个测区已经有DEM数据。即可以使用单片纠正的方法。但就目前来看。DEM还没有覆盖大部分区域，因此很多生产单位都使用全数字摄影测量方法。全数字摄影测量方法利用全数字摄影测量系统，首先根据影像纹理配成立体像对，生成数字高程模型，然后对每一个像元根据其高程进行数字微分纠正，生成正射影像图。使用这种方法能保证成果的质量，但它的成图周期相对较长，对作业员的综合素质要求比较高。作业员应该对全数字摄影测量系统比较熟悉．而且应该了解计算机图形图像处理方面的知识。1.1正射影像图的制作原理可以使用全数字摄影测量系统制作各种比例尺的数字正射影像图，基本原理是进行数字微分纠正。根据有关的参数和数字地面模型（DTM），利用相应的构像方程式，或按一定的数学模型用控制点解算，从原始的非正射投影的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行，且使用的是数字方式处理，称为数字微分纠正。具体原理如下：1.1.1计算地面坐标设正射影像上任意一点（像素中心）P的坐标P（X′,Y′），由正射影像左下角图廓点坐标（X0，）与正射影像比例尺分母M，计算P点对应的地面坐标（X，Y）：X=X0+M*X′,=I*△Y=Y0+M*Y′,=J*△1.1.2计算像点坐标应用反解公式计算原始图像上相应的像点坐标p(x,y)，在航空摄影测量情况下，反解公式即为共线方程：式中，Z是P点高程，由DEM内插求得。应该注意的是，得到的像点坐标p(x，Y)应该再转换成像元素坐标或扫描坐标(I，J)。式中,L1.....L11为定向变换参数。1.1.3灰度内插由于所得的像点坐标不一定落在像元中心，为此必须进行灰度内插，一般可采用双线性内插，求得像点P的灰度值g(x，y)。1.1.4灰度赋值最后将像点P的灰度值G(X，Y)赋给纠正后像元素P，即G(X,Y)=g(x，y)。依次对每个纠正像素完成上述运算，即能获得纠正的数字图像。数字纠正从原理上来说，是属于点元素纠正，但在实际的软件系统中，均是以“面元素”作为纠正单元的，一般以正方形作为纠正单元。利用反算公式计算该单元４个“角点”的像点坐标，再沿X和Ｙ方向，在“面元素”内线性内插求得纠正单元的坐标，求得像点坐标后，再内插其灰度。其实质仍为线元素纠正。1.2制作数字正射影像图还需要解决的一些技术问题1.2.1参数设定影像扫描分辨率、成图分辨率、出片分辨率、DEM格网间隔、匹配参数等。1.2.2DEM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。1.2.3由DEM生成等高线其等高线数据量过大．必须编程解决数据压缩问题。1.2.4在AutoCADI4中利用ADS编程生成图廓、注记等，以用于影像的迭合。1.2.5矢量图数据导出，与影像的迭合。1.2.6解决较大测区生产时，影像地图的拼接边问题，包括几何接边与影像灰度接边。1.3数字正射影像图的技术流程1.3.1技术流程框图1流程图（下转第26页）（上接第27页）1.3.2正射影像的生成生成正射影像所需要的DEM，一般可以通过编辑视差曲线来得到。由于DEM质量的好坏直接影响到生成的正射影像的质量，所以DEM要尽量的精确。首先进行的是匹配前预处理。VirtuoZo摄影测量工作站用于自动影像匹配前的预处理，主要是针对某些匹配比较困难的地区所作的一些处理。例如：山脊、沟谷，被黑影遮盖地区、大片居民区、水域等，还有一些影像质量较差、色彩或灰度不一致的影像等，这些地方匹配结果可能不好，在影像匹配之前作预处理，以获得更好的匹配结果，从而可减少匹配编辑的大量工作，可大大提高效率。预处理的主要方法，就是在立体模型上针对这些地区，测出一些特征点、线、面。如果想要得到更好的匹配结果和精度，还可以引入测图数据*．XYZ。预处理结束后，就可以进行影像匹配以及对匹配结果进行编辑。当自动匹配工作完成后，应利用VirtuoZo摄影测量工作站中的模块对各个立体模型的自动匹配结果进行立体编辑。编辑程序提供了在立体模型中显示视差断面或等视差曲线以及系统认为是不可靠的点，以便发现粗差进行编辑。交互式机助编辑包括点、线、面等方式的立体编辑。对于生成模型的DEM，可有两种处理方式：i在单个模型DEM的基础上进行拼接：首先建立每个模型的DEM。再将这些模型的DEM拼接起来，建立图幅(或区域)的DEM。ii直接自动生成大范围(含多个立体模型)的DEM。输入DEM的坐标范围(通常是图廓范围)及覆盖该DEM范围的全部立体模型(已作过匹配处理及必要的编辑)，然后选择生成DEM，系统将自动建立各模型对应的DEM并将其自动拼接成用户所需的DEM。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.数字正射影像图的应用数字正射影像技术利用了计算机图像处理以及计算机视觉、模式识别等先进技术，淘汰了传统光学机械制作模拟正射影像图的方式。数字正射影像技术通过高精度的图像扫描仪将航空摄影像片扫描输入计算机，以像元为基础把每张航空摄影像片数据纠正到数字地面模型上，消除航摄像片倾斜误差和地形起伏引起的投影差，再经过镶嵌、切割，从而直接得到一种全新的数字测绘产品——数字正射影像图(DigitalOrthophotoMap)。数字正射影像是一种新型数字测绘产品，有着广阔应用前景的基础地理信息数据，通过逼真的影像、丰富的色彩客观反映地表现状，与线划图相比具有地面信息丰富，地物直观，工作效率高、成图周期短的特点。同时数字正射影像图的数据也便于应用。它不仅可用于对数字线划地图数据的更新，提高数据的现势性。加快地形图的更新速度，也可作为背景图直接应用于城市各种地理信息系统；也可以与线划图、文字注记进行叠加形成影像地图，丰富地图的形式，增加地图的信息量，应用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调查、地籍测量等方面；利用数字正射影像与数字地面模型或者建筑结构模型可建立三维立体景观图，丰富城市管理、规划的手段与方法。■【参考文献】［１］孙家捅．遥感原理与应用［M］．武汉：武汉大学出版社，2005．［２］张剑清，潘励，王树根．摄影测量学［M］．武汉：武汉大学出版社。2006．［３］王富强，凌冰．数字正射影像的原理与生产流程［J］．黑龙江科技信息，2004，(4)：130～131．