数字摄影测量系统的数据获取

数字摄影测量系统的数据获取 测绘与空间地理信息 第 30卷 第 5期Vo .l 30, No. 5 GEOM A T ICS & S PA T IAL IN FO RM A T ION TECHNOLO GY 2007年 10月 O c t. , 2007 数字摄影测量系统的数据获取 刘伟雄 (中国地质大学 (武汉 )研究生院 , 湖北 武汉 430074 ) 摘 要 :随着计算机技术的发展 ,摄影测量由模拟摄影测量和解析摄影测量发展到当今的数字摄影测量阶段 ,本 文介绍了数字摄影测量的定义 、主要的几种系统以及作业 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。 关键词 :数字摄影测量 ; V irtuoZo;摄影测量 ;正射影像 ;数字高程模型 ( ) 中图分类号 : P231 文献标识码 : B 文章编号 : 1672 - 5867 2007 05 - 0100 - 04 Da ta Acqu isition of D ig ita l Photogramm etry System L IU W e i - xiong ( Gra dua te Schoo l of C h ina Un iver s ity of Geo sc ien ce s, W uha i 430074, C h ina ) A b stra c t: W ith the deve lopm en t of comp u te r, D igita l Pho togramm e try becom e s the lead ing mode of A e ria l Pho tograp hy. Th is p ap e r de sc ribed the ddefin ition, m a in system s and the p rim a ry p roduc tion wo rkflow of D igita l Pho togramm e try. Key word s:D igita l Pho togramm e try; V irtuoZo; A e ria l Pho tograp hy; D igita l o rtho - im age; D EM ( ) Fu ll D igita l Pho togramm e try。这种定义认为 ,在数字摄 0 引 言 影测量过程中 , 不仅产品是数字的 , 而且中间数据的记 摄影测量作为 G IS的主要数据获取方式 ,有着悠久 录以及处理的原始资料均是数字的 ,所处理的原始资料 的历史 。它从模拟摄影测量开始 ,经历解析摄影测量阶 自然是数字影像 。段 ,发展到今天的数字摄影测量阶段 。数字摄影测量起 第二种观点 ,只强调其中间数据记录及最终产品是 源于摄影测量自动化的实践 , 即利用相关技术 , 实现真 数字形式的 ,即数字摄影测量是基于摄影测量的基本原 正的自动化测图 。随着计算机技术及数字图像处理 、模 ( 理 ,应用计算机技术 , 从影像 包括硬拷贝 、数字影像或式识别 、人工智能 、专家系统以及计算机视觉技术的不 断发展 ,数字摄影的内涵已经远远超过了传统摄影测量 )数字化影像 提取所摄对象以数字方式表达的几何与物 的范围 ,现已被公认为摄影测量的第 3 个发展阶段 。 理信息的摄影测量分支学科 。这种定义的数字摄影测 () 量 ,包括计算机辅助测图 常称 为 数字 测 图 与 影 像 数 字化图 。 1 数字摄影测量的定义 影像数字化测图 ,是利用计算机对数字影像或数字 [ 1 ] (化影像进行处理 ,用计算机视觉 其核心是影像匹配与 目前世界上关于数字摄影测量的定义 主要有两 )影像识别 代替人眼的立体量测与识别 , 完成影像几何 种观点 : 与物理信息的自动提取 。 第一种观点 ,数字摄影测量是基于数字影像和摄影 测量的基本原理 ,应用计算机技术 、数字影像处理 、影像 2 几种数字摄影测量系统简介 匹配 、模式识别等多学科的理论与方法 , 提取所摄对象 2. 1 DV P数字摄影测量系统 以数字方式表达的几何与物理信息的摄影测量学的分 支学科 。()DV P D igita l V ideo P lo tte r是加拿大 L ava l大学研究 ( 美国等国 称 之 为 软 拷 贝 摄 影 测 量 Softcop y Pho to2的数字摄影测量系统 , 可以处理航摄 、卫星以及地面摄 ) gramm e try,我 国 王 之 卓 教 授 称 之 为 全 数 字 摄 影 测 量 影图像 。采用格网片以及校正软件自动纠正扫描仪的 收稿日期 : 2007 - 04 - 16 ( ) 作者简介 :刘伟雄 1975 - ,男 ,广东博罗人 ,在读工程硕士 ,主要从事土地利用现状调查 、城镇地籍调查测量 、地籍管理信息系统等 工作 。 机械系统误差 。内定向 、相对定向和绝对定向中的自动 布点 ,自动影像相关等各种丰富的功能使作业效率明显 提高 。每个模型定向一次后 , 参数存入文件 , 不必再做 定向 ,便于安排流水作业 。产品包括数字地面模型 , 矢 量化地物及正射影像 ,并可直接转换到 G IS系统 。 2. 2 H e lava数字摄影测量系统 包括数字扫 描 工 作 站 D SW 200 /300 与 数 字 摄 影 测 量工作站 μ D PW 670 / 770 ,其扫描仪的几何分辨率为 0. 5 m , μμ精度 ?2 m ,像素 12. 5 m , 可以进行彩色扫描 。主计 算机可以选用 Sun Sp a rc 20 工作站 ,内存 ?32M ,速度 ? 100 MH Z;也可在主频 ?180 MH Z, 128 MB RAM , 4 G HD 的 Pen tium PC 机主运行 。 系统软件包 SOCET SET 包括 : 摄 影测 量 基 本 模 块 COR E, TERRA IN; 正 射 影 像 模块 O - IMA GE; 3 维 观 察 模块 SETERO;自动空三模块 HA TS; 地物量测模块 F - 1 正射影像的制作流程 图 G IS;卫星影像模块 SPO T, LAND SA T等 。 F ig. 1 Produc in g workf low of or tho - im a ge 2. 3 W uDAM S - V irtuoZo数字摄影测量系统 W uDAM S - V irtuoZo 是根据著名摄影测量与遥感专 3 . c tl; 家王之卓教授提出的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 研制并发展的系统 。主机为 ?外业控制点及内业加密点分布略图 。 SG I/ SUN /H P 等工作 站 , 32MB RAM ; 2 G HD , 采 用 频 闪 3. 3 作业过程式立体观察进行立体观测 。软件包括 ; 自动空三 、定向 、 3. 3. 1 航空像片数字化影像匹配与交互 编 辑 ; D EM 等 高 线 ; 正 射 影 像 ; 地 物 测 生产数字正射像片 ,必须首先将模拟像片变换成数 量 ; D EM 拼接与影像镶嵌 , 立体景观与输入输出 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 转 字形式 ,这要借助专用的扫描仪来进行 。数字像片的质 换 。能处理航摄 、卫星以及陆摄影像 。 量由它们的几何分辨率和辐射分辨率 、对比度等确定 。 现以 V irtuoZo数字摄影测量为例 介绍 数 字 摄 影 测 几何分辨率和辐射分辨率不仅决定了主存和大容量存储 量系统正射影像的制作过程 。器的大小 ,而且还决定了后继过程的处理速度 。因而 ,扫 ()描时像素尺寸的选择是质量 包括精度 与经济性之间的 3 正射影像的制作 一种折衷 方 案 。V irtuoZo 接 受 多 种 图 像 格 式 : 如 T IFF, 由于自动影像的解译仍然处于研究阶段 ,因而全数 BM P, SunR a sterfile, TGF等 。一般选 T IFF格式 。 字摄影测量主要是生成正射影像和数字地面模型 。数 3. 3. 2 数字图像的转换字正射影像是对中心投影或其他投影方式的数字影像 进行投影差改正 ,以其直观 、信息丰富 、美观和易于接受 V irtuoZo有自己的专门数据格式 , 扫描后的图像格 等优点 ,越来越引起人们的注意 。特别是正射影像作为 式不能直接在 V irtuoZo中使用 ,需要经过图像转化成为 地理信息系统的一个重要组成部分 ,不仅用做地形或专 V irtuoZo专门的格式 3 . vz。题地图的底图 ,还可以获取其他非图形信息 。 3. 3. 3 参数设臵 3. 1 作业流程图 V irtuoZo系统的参数较多 , 需在参数界面上逐一设 如图 1 所示 。 ( B lockPa - ram e2 臵 。需要 设 臵 的 参 数 包 括 测 区 参 数 3. 2 所需资料 () ( ) ) te rs,模型参数 Mode l, 影像参数 Im age s, 相机参数 ) 1 相机文件( ) ( ) Cam e ra,控制点参数 GroundPo in ts,地面高程模型参 应提供相机主点理论坐标 X, Y, 相机焦距 f,框标 0 0 0 () () 数 D EM s,正射影像参数 O r - tho im age s,还有等高线 距或框标点标 。 ( ) 参数 Con tou rs。其中有些参数需要按 V irtuoZo 格式事 ) 2 控制资料先制作 ,如相机参数 , 控制点参数等 。有的需要格式转 换 ,如影像要从其他格式转换成 V irtuoZo格式等 。 ?外业控制点成果 , 如果是全野外布点 , 还应有外 业控制片 ; 3. 3. 4 定向 ?内业加 密 成 果 , 制 作 成 相 应 格 式 的 控 制 点 文 件( ) )1 内定向 In te rna l O rien ta tion 年2007测绘与空间地理信息102 作为摄影测量测图的第一步 ,是将像片的框标与像,即对匹配结果进行编辑 。这一部分是整个作曲线编辑 片存盘的框标重合 ,目的是确定扫描坐标系和像片坐标 业过程中人工干预最多 、工作量最大的部分 。尤其做大 系之间的关系以及数字影像可能存在的变化 。V irtuoZo 比例尺城市地区的正射影像 ,需要对整个模型的大部分 可自动识别框标点 ,自动完成扫描坐标系与相片坐标系 影像进行视差曲线编辑 ,把缠绕在房屋等人工建筑上的 间变换参数的计算 , 自动完成相片内定向 , 并提供人机 视差曲线内插到地面 ,以避免纠正后房屋等人工建筑影 交互处理功能 ,人工调整光标切准框标 。 像的扭曲变形 。此外由于扫描影像质量问题引起的匹 配错 误 , 需 进 行 人 工 编 辑 改 正 。编 辑 完 成 后 即 可 生 ( ) )2 相对定向 R e la tive O rien ta tion成 D EM。 目的是为了恢复构成立体像对的两张像片的像对 交互式机助编辑方式 ,有点编辑 、线编辑及面编辑 。 () 方位 ,建立被摄物体的几何模型 。V irtuoZo 将左 右 影 通常先选择编辑范围 , 然后选择编辑方法 , 例如平滑计 像分区提取特征点 , 利用 2 维相关寻找同名点 , 一般可 算 、表面拟合计算或给定高程值水平面拟合等 。 匹配数十至数百个同名点 , 计算相对定向参数 , 自动进 3. 3. 8 生成数字地面高程模型 行相对定向 。同时提供人机交互处理功能 ,人工对误差 () 数字地面高程模型 D igita l E leva tion Mode l是制作 大的定向点进行删除或调整同名点点位 ,使之符合精度 正射影像的基础 ,中心投影的影像根据其数字地面高程 要求 。 ( 模型就可纠正成正射影像 。数字地面模型 D igita l Te r2() )3 绝对定向 A b so lu te O rien ta tion ( ) ) ra in Mode l,简称数地模 D TM , 是描述地表形态的一 也称大地定向 ,是指确定立体模型或由多个立体模 ( ) 系列点坐标值 X, Y, Z的 集合 , 即 地形 特 征 的 空 间 分 型构成的区域的绝对方位 ,也就是确定立体模型或区域 布 。数字地面高程模型是数字地面模型的特例或子集 , 相对地面的关系 。 定义为 2 维区域上的高程 。数字地面高程模型中点的 3. 3. 5 生成核线影像 平面位臵 ,通常是按规则排列的 ,如矩形格网 ,其精确位 ( ) 生成核线影像 Gene ra tion of Ep ipo la r Im age , 是将 () 臵 坐标 可根据所在的行列序 号 、格网 间 距 及 起 始 点 原始数字影像重新按核线方向 , 逐条核线进行排列 , 形 的已知绝 对 坐 标 , 快 速 计 算 出 来 。数 字 高 程 模 型 也 叫 成按核线排列的立体影像 ,其目的就是为了方便 1 维影 DHM ———D igita l H e igh t Mode l。像的匹配 。一般情况下 ,数字影像的扫描行与核线不重 在完成绝对定向和匹配编辑后 ,根据编辑后的影像 合 ,为了获取核线上点的灰度序列 , 必须根据原始影像 () 匹配结果 视差数据 、定向结果参数及给定用于建立数 灰度值进行内差 ,即所谓沿核线进行影像灰度重采样 。 字地面高程模型的参数等 ,利用移动曲面拟合法 ,自动内 确定同名核线的方法有很多 ,但基本上可以分为两 (插生成不规则格网的 D TM 影像上规则视差格网投影于 类 。一个是基于数子影像的几何关系 ,其实质是一个数 ) 地面坐标系 ,以及规则格网的数字地面高程模型 。 字纠正 ,将倾斜像片上的核线投影到水平像片上的同名 在 生 成 单 个 数 字 高 程 模 型 后 , 再 将 单 个 模 型 的核线 ;另一个就是基于共面条件的同名核线几何关系 , D EM 拼接起来 ,建立图幅 D EM ,也可采用多模型的批处 直接从核线的定义出发 , 不通过水平像片作媒体 , 直接 理方式进行 。 在倾斜像片上获取同名核线 。根据确定核线的方法 ,决 V irtuoZo提供两种生成数字地面高程模型的方法 。 定了重采样也有两种方式 , 一个是水平方式 , 另一个是 )1 直接利用编辑好的匹配结果生成数字地面高程 直接在倾斜像片上获取影像 。 模型 。 3. 3. 6 影像匹配 此种方法适用于中 、小比例尺的正射影像制作或大( ) 影像匹配 Im age M a tch ing, 是 沿 核 线进 行 1 维 影 比例尺非城市自然地貌地区的正射影像制作 ,也可用于 像匹配 ,自动确定同名点 。V irtuoZo 的影像匹配采用金 编辑好视差曲线的城市地区的正射影像制作 。 字塔影像数据结构 ,基于跨接法的整体影像匹配 。 )( ) 2 配后不做编辑 ,而是在 FC F la tC ity界面下按一 () 影像匹配的实质就是在两幅 多幅 影像之间识别 定密度分布选择同名点 ,或在立体下切准地形表面测定 同名点 ,是计算机视觉和数字摄影测量的核心问题 , 其 一定密度的地面点 ,构成三角网内插 D EM。 目的是提取物体的几何信息 ,确定空间位臵 。 此种方法适用于平坦的城市地区 ,可避免视差曲线 按照参数设臵确定的匹配窗口大小和匹配间隔 ,沿 缠绕建筑物的问题 ,减少一定的工作量 。 核线进行影像匹配 ,确定同名点 。 3. 3. 9 数字正射影像纠正V irtuoZo N T能以每秒 500 个点的速度 ,自动匹配出 当 D EM 建立后 , 可进行正射影像的生成 。首先逐 成千上万个同名点 。 个模型进行影像的正射纠正 。可按单模型 ,也可按批处 3. 3. 7 匹配结果的编辑 ( 理方式对多个模型进行处理 D EM、正射影像及等高线 影像匹配完成后 ,需在立体下进行人机交互的视差 ) (的生成可同时在批处理中完成 。测区的所有单模型处 山脊线 、山谷线 、陡坎 、 立体模型中量测一部分特征线 ) () 理完后 ,多影像的拼接工作 , 将在影像镶嵌中进行 。纠 断裂线等 、特征点 山顶 、鞍部点 、变坡点等 、特 征 面 () 正后的正射影像 ,可以进行显示以及局部开窗放大检查 湖面 、阴影区 、林区 边 界等 , 作 为 自动 影 像 匹 配 的 控 采用反解法进行数字纠正 , 比例尺由参数确定 , 自动制 制 。经过预处理 ,可以明显改善影像匹配的效果 。特别 作正射影像图 。 是对于大比例尺测图 ,预处理是很重要的 。 ) 4 像片镶嵌时 ,对房子等主要地物最好不要分开 。 3. 3. 10 D EM 拼接和正射影像镶嵌 )5 控制点的定位对整个过程的精度影像很大 ,所以 单个像对的正射影像生成后 ,即可进行正射影像图 在控制点的外业选择时要特别注意 ,一般来说选择的控 的拼接或者说镶嵌 、裁切 。一般来说 , 制作 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 图幅的 制点尽量能估计其周围 6 张像片 。特别是在南方地区 ,正射影像可用系统镶嵌功能进行镶嵌 ,系统提供两种镶 水域较多 ,标准点位和像主点很容易落水 。此时就要采 嵌方式 : 用全野外布点 。 )1 由系统 进 行单 模 型 的 D EM 及 正 射 影 像 的 自 动 )6 匹配窗口在原始影像上大小在 0. 25 ,0. 5 mm 范 拼接 围内的选择可按下面的原则确定 。 此种方式适用于小比例尺及大比例尺非城市自然 ?平坦地 区 , 影 像 变 形 较 小 , 匹 配 窗 口 可 大 一 些 。 地貌地区 。 反之 ,当地形 起 伏 较 大 时 , 影 像 变 形 较 大 , 匹 配 窗 口 应 ) 2 由手工方式选择镶嵌线进行拼接 小些 。(这种方式适合大比例尺城市地区 ,可有效避免 高 ?中 、小摄影比例尺 , 匹配窗口应小些 。大比例尺 )大 建筑 物 因 中 心 投 影 倒 向 引 起 的 拼 接 重 影 或 模 糊 。 摄影 ,匹配窗口应大些 。 拼接同时 ,输入图幅左下 、右上角坐标 ,可进行标准图幅 ?匹配窗 口 的 长 和 宽 都 应 为 单 数 , 最 小 窗 口 为 5 的裁切 ,也可用鼠标拉框进行任意图幅的裁切 。 ×5。V irtuoZo N T 系 统 可 对 多 个影 像 模 型 进 行 D EM 拼 匹配格网间隔的选择 :匹配格网间隔是指匹配窗口 接 ,对正射影像 、等高线影像 、等高线叠合正射影像进行 中的行列之间的像素间隔 ,一般小于或等于匹配窗口的 镶嵌 。其拼接或镶嵌的作业流程如下 : 大小 ,且应小于 D EM 的间隔 。 ) 1 建立 /选择多影像模型的相关文件 ; )7 正射像片的几何精度主要取决于高程模型的精 ) 2 输入拼接或镶嵌的参数 ; 度和航空像片的定向参数 。所以在匹配编辑时确保等 ) 3 选择拼接或镶嵌的范围 ; 值线顺着地面走 , 特别是在边缘地带的等值线 , 尽量是 ) 4 自动拼接或镶嵌 。 两张相邻的像片编辑时采用的方法一致 。 3. 3. 11 地图整饰和输出 对正射影像做适当的地图整饰以适当的形式输出 。4 结束语 3. 4 工作中应该注意的问题随着生产技术的不断发展 ,数字摄影测量已经进入 通过一段时间的生产实践 ,有几点体会 :一个实用阶段 ,数字摄影测量系统不仅能生产传统的摄 )1 调色 。首先在扫描时要对航空像片进行适当的 影测量产品 ,而且能生产传统摄影测量不能生产的 、现 调色 。因为像片冲洗的条件和摄影的条件不同 ,影响像 代科技生产需要的信息产品 。 片的色调 ,如果这个时候的色调调节不当 , 以后很难调 节好 。其次是在扫描完成后对数字像片的色调调节 ,此 参考文献 : 时要把整个测区像片拼接在一起 ,调节测区中反差大的 [ 1 ] 张 祖 勋 , 张 健 清 . 数 字 摄 影 测 量 [ M ]. 北 京 : 测 绘 出 版 像片 ,确保整个测区的色调一致 , 减少在像片纠正时的 社 , 1998. 色差影响 。最后是在像片镶嵌后 , 整个测区的调色 , 使 [ 2 ] 适普软件有限公司 . 全数字化摄影测量系统 V irtuoZo N T 测区的相片看起来美观 。 使用手册 [ Z ]. 1999. )2 在像片格式转换输入时注意像片的旋转问题 ,逆 王莺 ,吴信才 ,胡月明 ,等 . 数字摄影测量的发展及作业 [ 3 ] ( ) 向还是顺 向 , 要 和 飞 行 方 向 一 致 , 否 则 在 拼 接 时 易 出 模式 [ J ]. 西北地质 , 1998 , 19 4 : 54 - 58. 问题 。 ) 3 在自动影像匹配之前 , 最好能做预处理 , 可以在