利用数码航摄影像在Virtuozo里
制作1：10000DOM的认识与体会

蒋桂莲
（广西第二测绘院 广西柳州 545006）

【摘　要】　随着信息技术和计算机技术的迅猛发展，数字摄影测量已取代传统的模拟摄影测量和解析摄影测量，使摄影测量进入数字化时代。数字航测相机系统的问世，让我国航测告别了胶片时代，驶入数码快车道。利用传统航摄资料制作1∶10000DOM，这方面已有成熟的作法，现已由原来的常规航摄影像逐步转为使用数码航摄影像来制作DOM，本文结合作业区使用数码航摄资料在VirtuoZo系统里制作1∶10000DOM的实际生产经验，谈谈一些认识与体会。
【关键字】　数码航摄影像 全数字摄影测量系统 空三加密 数字高程模型（DEM） 数字正射影像（DOM）

　　1 引言
　　摄影测量与遥感是从影像和其它传感系统中获取地球及其环境的可靠信息，并对其进行记录、量测、分析与表达的科学和技术。新一代航摄相机——DMC数码航摄相机利用航空或航天遥感影像精确确定目标点的空间位置，可以实现非语意信息的提取；根据影像的特征正确识别目标的属性，以提取影像的语意信息。数字航测相机具有十分广阔的应用前景，据悉，同传统技术相比，这项技术实现高精度、宽覆盖航空摄影测量。利用数码航摄影像代替常规航摄影像来制作DOM，是必然发展趋势。
　　数字正射影像（DOM）是数字化测绘“4D”产品的重要组成部分之一，有着广阔应用前景的基础地理信息数据，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；它广泛应用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调查、地籍测量等方面，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；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。
　　2005年，广西土地利用更新大调查，编制基础图件1∶10000数字正射影像，在广西三江摄区作为试点采用DMC数码航摄，笔者也参与了这一摄区DOM的制作，现给合实际作业的情况浅谈一下在全数字摄影测量系统VirtuoZo里利用数码航摄影像制作1∶10000DOM的作业过程及几点体会。
　　2 DOM的制作
　　（一）作业流程
　　1、自动空中三角测量
　　在VirtuoZo AAT里进行空三加密，实际作业时，一般以一个1∶5万区作为一个测区来进行区域网平差。主要作业流程如下：
　　新建测区，设置有关测区参数→设置相机参数文件→新建控制点文件→引入影像→建立影像列表→自动内定向→航带偏移点→自动提取连接点→自动挑点→交互编辑→刺外业控制点→调用PATB平差→输出加密点成果。
　　只是刚开始确定区域范围，选像片时周边一定要有外业控制点，不然周边失控，解算的过程中有时无法通过。
　　如使用的是VirtuoZo AAT3.3英文版进行空三加密，则可在创建立体模型后利用绝对定向结果检查空三成果的坐标是否正确。两个测区里若存在像点同名情况，如使用VirtuoZo AAT3.3英文版进行空三接边（此版本接边是使用相近坐标比较，不是使用同名点比较），更新各测区的坐标数据后，就会出现像点坐标混乱的情况，打开绝对定向*.aop 文件，可看到x、y、z的差值异常，此时可返回空三交互编辑界面，在坐标转换里点击一下“O－X－Y→O－I－J”（像素坐标到扫描坐标），解算一遍，重新输出加密点文件即可；如使用的是VirtuoZo AAT3.3中文版，进行空三接边则不出现此情况，因为VirtuoZo AAT3.3中文版是用同名点的坐标相比较，在接边报告直接列出同名点坐标超限，这种情况只要把其中的一个测区的同名的点重命名后，解算再接边就行了。
　　2、数字影像定向
　　在VirtuoZo主菜单，导入空三成果即可提取相应的定向参数包括内定向、相对定向、绝对定向，创建立体模型，修改有关的参数文件。
　　创建立体模型后，进行一次绝对定向，查看有没有绝对定向超限的情况。如发现绝对定向x、y、z部分差值较大（相差10米左右），极有可能此立体模型里有错误的相对定向点；如x、y、z部分差值很大（相差几百米左右），则查看相对定向点（*.pcf文件）是否超过2048个点，如超过，则删掉部分点，直至低于2048个相对定向点，重新绝对定向即可。
　　3、生成核线影像
　　完成了模型相对定向后即可生成核线影像，要想生成水平核线，则要先完成绝对定向。
　　生成非水平核线或是水平核线，可根据实际情况选择。生成水平核线速度较快些，且数据量比水平核线少，节约硬盘空间，但有时由于一些像片航偏角较大，生成水平核线后，看立体时效果不好，出现立体模型较倾斜的情况，在测图时无法切准地面，为方便作业，则可生成水平核线。
　　4、影像匹配
　　影像匹配即对核线影像自动进行立体配准，形成匹配点与等视差曲线。
　　生成核线影像后，对一些匹配较困难的区域（如山脊、沟谷、阴影遮盖处、大片居民区、水域等）做预处理，以获得更好的匹配结果，可减少匹配编辑的工作量。如果测区内地势较平缓，影像质量较好，也可直接批处理进行影像匹配。
　　5、生成DEM
　　制作DOM的就必须先生成DEM，一般来说，有DEM的区域，利用已有的DEM，修测变化地貌区域的DEM值；无DEM的区域，利用全数字摄影测量系统生产新的DEM。
　　（1）利用已有的DEM，修测变化区域的DEM
　　如测区内图幅已有一级精度的DEM成果，一般采用旧的DEM，修测变化区域的DEM格网值。像测区内有新修的公路，与原来的地貌有变化，要进行DEM修测；因各种需要，一些山体被大面积挖掘，这些比较破碎的地貌区域，跟原来的地貌有变化，要进行DEM修测；或大的水库、河流等因航摄年代、季节不一样，要根据实际情况调整水面的DEM值等。
　　在VirtuoZo主菜单，进入DEMMaker模块，导入已有的DEM，调入立体模型，修测变化区域的DEM，在DEMMaker模块里可以对相应变化地貌的DEM进行编辑。DEM精编完成后，在主界面中，激活矢量窗口，导出DEM，输出时选择“双线性”内插方法，此内插模式使得内插生成的地貌更连续，避免了生成阶梯状等高线，同时优化了视觉效果。 
　　（2）无旧DEM数据，在VirtuoZo重新采集DEM
　　应用VirtuoZo系统生成DEM的方式主要有三种：全自动采集、自动采集与交互式编辑结合，人工采集。通过实际生产，认为自动采集与交互式编辑相结合是最佳作业方式。
　　在VirtuoZo里，影像匹配完成后，要进行匹配结果的编辑，生成单个模型DEM，拼接DEM，但也可以由多个模型一起生成一个大范围的整体DEM。
　　对于单个模型生成的情况，需进行DEM的拼接，要求相邻模型必须互相有一定范围的重叠，且匹配结果编辑时增加不少的工作量，对于直接生成大范围的DEM，先设置好待输出DEM的坐标范围及覆盖该DEM范围的全部立体模型（这些模型已作过匹配处理及必要的编辑），然后运行自动生成DEM的模块，自动生成各模型对应的DEM并将自动拼接成所需的DEM。但不管怎样，模型与模型拼接的地方DEM网格点的误差较大，还需在DEMMaker里精确编辑拼接后的DEM。
　　6、影像纠正镶嵌
　　（1）数字正射影像纠正： 当DEM建立后，可进行正射影像的生成。首先逐个模型进行影像的正射纠正。其处理方式，可按单模型，也可按批处理方式对多个模型进行处理（DEM、正射影像及等高线的生成可同时在批处理中完成）。单个正射影像可根据需要（如色调、投影差等因素）选择由左片，或右片，或左右三种方法之一生成。
　　（2）色调调整：a、影像镶嵌前，应检查相邻各片之间的色调偏差，根据需要采用图像处理方法进行调整，使之趋之一致；b、用相关匀光软件进行影像匀色，采用标准影像作为模板，对单个像对的DOM批处理匀色。
　　（3）镶嵌拼接：a、在相关的镶嵌软件里对匀色过后单个像对进行镶嵌与裁切，并调整影像镶嵌线让效果最佳；b、在VirtuoZo系统里进行影像镶嵌，把匀色后单个像对的DOM回放到模型的产品文件夹中，再进行自动镶嵌。VirtuoZo系统能根据用户设定的各项拼接、镶嵌参数，可对多个模型DEM拼接、对多个正射影像进行镶嵌，从而生成整个区域的DEM和正射影像。也可在向导里根据DEM的范围来镶嵌正射影像。
　　（二）质量控制
　　1、影像质量检查：常规航片检查扫描分辨率是否正确、影像是否清晰、文件命名是否正确；数码航摄像片则检查影像色调反差是否适中、色调清晰等。
　　2、参数文件的检查：相机参数文件、项目参数文件、控制点参数文件、模型参数文件填写是否正确。
　　3、定向结果的检查：内定向、相对定向、绝对定向结果是否符合限差要求。
　　4、影像匹配结果检查：等视差曲线是否真实反映地貌形态，匹配点是否准确切准地面。
　　5、DEM编辑结果检查：软件提供DEM物方格网点与立体模型叠合显示功能，DEM网格点是否准确切准地面，对DEM的检查只能局限于DEM粗差的检查。
　　6、DEM检查：DEM范围是否正确，数据命名和数据格式、格网尺寸是否正确，接边精度是否符合要求。
　　7、DOM检查：在输出的影像图上检查DOM坐标范围是否正确，分辨率是否正确；影像色调是否均匀，影像有无错位，各镶嵌像片边缘灰度是否平滑过渡，图幅接边是否符合要求。
　　3 数码航摄影像与常规航片的比较
　　现以一个1∶5万区域网正常情况，把数码航摄影像与常规航片的源数据作一比较：

表 1

　　4 几点认识与体会
　　通过实际生产，在VirtuoZo系统里利用数码航摄影像制作1∶10000DOM有以下几点认识与体会：
　　（一）源数据
　　从表1可以看出，与常规航片相比较，用数码航摄影像制做DOM，其数据量较大，不仅需要性能较好的计算机才能运行，更需要海量的硬盘空间存数据。
　　（二）空三加密
　　1、两个相邻1：5万区接边处的控制点，外业控制点布点时尽量布在同一直线上，因为数码像片的像幅较小（16cm×16cm），如果不在同一直线上，很容易造成加密区成不规则多边形，以至于控制点的重迭度不够，容易出现周边失控现象，解算时较难通过。
　　2、为了保证每个1：5万加密区的边缘有控制点，一般在加密区每条航线的首尾多加一张片，以保证加密区同边的航片有控制点，常规航片像幅较大，首尾多加一张即可，但数码航摄影像则要根据控制点的位置来判断，至少各多加两至三张影像才能保证周边的控制点有重叠度。
　　3、数码航摄像片是隔航带对像片旋转180°，由于数码航摄像片不同于常规航片，其左上角没有编号标识，因而在作业的过程中要注意检查影像是否旋转正确，以免影响下工序的作业。
　　4、用彩色数码像片做DOM，在空三加密时，为节约硬盘空间，提高解算的速度，可把彩色影像转换为黑白影像后进行加密。
　　5、数码航摄影像是没有框标的，无法像常规航片进行内定向，如使用旧版的VirtuoZo3.6，则要在内定向之前在测区的根目录，新建一个后缀为ccd的空文件，起名“测区名.ccd”，内容为空；如使用新版的VirtuoZo3.6，则直接在新建测区时，在“是否是数码相机”复选框前打勾即可。
　　6、由于数码航摄影像的一个1：5万加密区航带较多，且每条航线的航片较多，解算的数据量较大，且不容易算合，要想在解算的过程中更顺利，在像片标准点位所加的像点，必须保证上下航线的影像是连接的，系统自动挑选的点有很多都没有连接上下航线，这就是手工选航片连接，最好每张影像最下面的一个标准框都有一个6度重迭的像点。解算基本都会顺利通过，且不必使用自检校。
　　（三）生成核线影像、影像匹配
　　1、在VirtuoZo里生成正射影像，为提高速度、节约硬盘空间，先利用空三加密黑色影像生成核线影像、影像匹配完成后，再把彩色影像*.vz与*.spt文件对应的替换，可节约2/3生成核线影像的空间。
　　2、进行匹配结果编辑时，由于数码影像的像对较多，同时它的重叠度也就较大，为减少工作量，作业时完全重叠的模型可跳过不编辑，再则可重新定义作业区，保证与相邻模型有一定的重叠度，只编辑作业区内的匹配点，按作业范围裁切后，再拼接DEM。
　　（四）影像修补、镶嵌裁切
　　1、数码航摄影像的旁向、纵向的重叠度都较大，投影差相对减少，这样一来可缓解山区、高山区的山头在正射纠正后滑坡较严重的问题。
　　2、生成单个像对的正射影像后，由于像对较多，且数码航摄影像上下航线的重叠度过大，上下航线由于航飞角度及投影差问题，同名影像会有较大差异，如直接在VirtuoZo里自动镶嵌，叠加在一起的影像会出现大面积的重影现象。为避免重影问题，可在相关的镶嵌软件里进行镶嵌裁切，可调整镶嵌线至最佳效果。
　　（五）数码航摄影像的应用前景及优势
　　1、数字航测相机具有十分广阔的应用前景，同传统技术相比，这项技术实现高精度、宽覆盖航空摄影测量，数码航摄成图周期短，且用数字航测相机系统进行航拍，可以避免大雾天气产生的拍摄视线模糊现象。
　　2、数码航摄影像是直接输出到计算机上，不用担心扫描时设错扫描分辨率、影像命名错误、扫描造成影像扭曲变形等。
　　3、数码影像较常规影像更清晰，影像分辨率达12μ，而常规影像扫描分辨率是25μ。

【参考文献】
[1] 张祖勋.《航空数码相机及其有关问题》
[2] 《影像技术应用研究》
[3] VirtuoZo AAT使用指南.武汉适普软件有限公司
[4] VirtuoZo使用手册.武汉适普软件有限公司