基于濾波技術(shù)的大比例尺正射影像圖快速制作

黃金浪，施一軍

(南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇南京 210005)

基于濾波技術(shù)的大比例尺正射影像圖快速制作

黃金浪?，施一軍

(南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇南京 210005)

隨著攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的發(fā)展，高分辨率正射影像圖的應(yīng)用范圍越來越廣，如何快速制作正射影像圖成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)問題。本文先介紹濾波技術(shù)的原理，并以南京市城南某區(qū)域正射影像圖生產(chǎn)為例，介紹如何利用濾波技術(shù)結(jié)合攝影測(cè)量的方法快速生產(chǎn)正射影像圖。對(duì)關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)學(xué)精度和工作效率進(jìn)行分析和總結(jié)。

正射影像圖；濾波；精度

1 前 言

數(shù)字正射影像圖(DOM)是利用數(shù)字高程模型(DEM)對(duì)數(shù)字化航空影像進(jìn)行逐像元投影差改正，經(jīng)過鑲嵌，按一定的比例尺分幅裁切生成的數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)集。正射影像圖具有直觀真實(shí)紋理特征和豐富的地理信息，有良好的判斷與量測(cè)性能，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高成本低等優(yōu)點(diǎn)，使其應(yīng)用范圍越來越廣泛。傳統(tǒng)的正射影像制作方法需要大量的人工編輯工作，效率低，難以滿足突發(fā)事件、應(yīng)急指揮等急需快速獲取正射影像圖的需求。利用濾波技術(shù)制作正射影像制作，可以減少大量人工編輯工作，縮短作業(yè)周期，提高生產(chǎn)效率，是一種高效的正射影像制作方法。

2 濾波技術(shù)

點(diǎn)云濾波技術(shù)是LiDAR數(shù)據(jù)處理的一項(xiàng)技術(shù)，由于LiDAR獲取的激光點(diǎn)云在空間上的分布很不規(guī)則，呈現(xiàn)為隨機(jī)的離散點(diǎn)云，而且在這些點(diǎn)中，有些點(diǎn)位于真實(shí)地形表面，有些點(diǎn)位于非地表面，因此，基于LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成DEM的首要任務(wù)是有效地識(shí)別地面點(diǎn)，通常稱之為點(diǎn)云的濾波處理，這項(xiàng)技術(shù)稱為點(diǎn)云的濾波技術(shù)。立體像對(duì)匹配獲取的匹配點(diǎn)空間表現(xiàn)與LiDAR點(diǎn)云相似，利用LiDAR點(diǎn)云濾波技術(shù)處理立體像對(duì)生成的匹配點(diǎn)，可以有效減少人工編輯工作量，提高生產(chǎn)效率。

2.1 濾波的原理

激光點(diǎn)云濾波的原理:相鄰的激光點(diǎn)間的高程突變，一般不是由地形的陡然起伏所造成的，更為可能的是較高點(diǎn)位于某些地物上。依據(jù)臨近點(diǎn)的高程突變信息采用相應(yīng)的算法對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行過濾，區(qū)分出地面點(diǎn)和其他地物點(diǎn)。

2.2 使用方法

影像密集匹配可以獲得大量的離散點(diǎn)，這些離散點(diǎn)構(gòu)成了DSM，利用LIDAR數(shù)據(jù)處理的方法，采用高程濾波處理，可將DSM區(qū)分為地面數(shù)據(jù)和地物數(shù)據(jù)，地面數(shù)據(jù)直接生成DEM，從而達(dá)到減少人工編輯DEM的目的。

3 正射影像生產(chǎn)

3.1 測(cè)區(qū)情況與資料分析

測(cè)區(qū)位于南京市，區(qū)域內(nèi)有高架橋及成片的住宅小區(qū)，采用DMC相機(jī)攝影，航攝比例尺1∶6 000，測(cè)區(qū)范圍5條航線共138張航片，面積17 km2。區(qū)域共布設(shè)了25個(gè)控制點(diǎn)，2個(gè)檢查點(diǎn)。區(qū)域內(nèi)覆蓋有1∶500地形圖，可以用于精度檢測(cè)。

3.2 作業(yè)流程

首先通過外業(yè)像控測(cè)量，經(jīng)空三加密，建立測(cè)區(qū)，利用影像匹配技術(shù)獲取大量高精度的匹配點(diǎn)，通過點(diǎn)云濾波方法，將大量非地面點(diǎn)去除，生成DEM，局部匹配不好的地方可以通過交互編輯來改正，最后利用DEM對(duì)影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正來生成正射影像。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 正射影像圖制作流程示意圖

3.3 正射影像制作

(1)空三加密

空三加密使用SSK ISAT自動(dòng)空三軟件，區(qū)域只布設(shè)一個(gè)區(qū)域網(wǎng)，采用光束法區(qū)域網(wǎng)平差，平差后控制點(diǎn)及檢查點(diǎn)誤差結(jié)果如表1所示。

區(qū)域網(wǎng)平差精度 表1

(2)DEM處理

在VirtuoZo里導(dǎo)入空三加密成果，建立測(cè)區(qū)，對(duì)全測(cè)區(qū)進(jìn)行自動(dòng)影像匹配，生成匹配點(diǎn)(如圖2所示)。在TerraScan軟件，利用點(diǎn)云濾波技術(shù)，將導(dǎo)入的匹配點(diǎn)做分類處理，生成地面點(diǎn)(如圖3所示)。在VirtuoZo立體環(huán)境下，檢查DEM格網(wǎng)點(diǎn)是否切準(zhǔn)地面，對(duì)未切準(zhǔn)地面的格網(wǎng)點(diǎn)做局部編輯，編輯完成后可生成DEM。

圖2 自動(dòng)匹配的匹配點(diǎn)

圖3 點(diǎn)云濾波后的地面點(diǎn)

(3)正射影像處理

在VirtuoZo里利用DEM生成單模型正射影像，EPT軟件里，對(duì)DOM進(jìn)行勻光、勻色，并通過鑲嵌、裁切，生成圖幅DOM。

3.4 正射影像圖精度統(tǒng)計(jì)與分析

將1∶500地形圖與正射影像圖疊加，選取正射影像圖里清晰的地物，分別讀取其在正射影像圖和地形圖里的平面坐標(biāo)，計(jì)算兩者之間的坐標(biāo)差值并對(duì)誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。共選取了檢查點(diǎn)50個(gè)，精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示，檢查點(diǎn)誤差分布如圖4所示。

圖4 點(diǎn)位誤差分布圖

根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析:本次正射影像圖成果其精度完全滿足《城市測(cè)量規(guī)范》1∶1 000比例尺航測(cè)成圖的精度要求。

3.5 工作效率

本次生產(chǎn)內(nèi)業(yè)投入一個(gè)作業(yè)員共花了2.5天時(shí)間完成138張航片空三加密及17 km21∶1 000比例尺正射影像制作，比傳統(tǒng)方法提前了2.5天完成。

4 結(jié) 語(yǔ)

由于DOM的應(yīng)用越來越廣泛，用戶對(duì)DOM現(xiàn)勢(shì)性的要求越來越高，傳統(tǒng)的DOM作業(yè)方法已經(jīng)越來越難以適應(yīng)生產(chǎn)需求?；跒V波技術(shù)的正射影像制作方法，可以大大縮短正射影像圖的制作時(shí)間，提高工作效率，降低勞動(dòng)成本。通過本次研究，驗(yàn)證了該方法用于大比例尺正射影像圖生產(chǎn)的可行性，為同類項(xiàng)目提供了一定的參考依據(jù)。

[1] 黃金浪.基于TerraScan的Lidar數(shù)據(jù)處理[J].測(cè)繪通報(bào)，2007(10):13～16.

[2] 毛建華，何挺，曾齊紅等.基于TIN的LiDAR點(diǎn)云過濾算法[J].激光雜志，2007，28(6):36～38.

[3] 適普軟件有限公司.VirtuoZoNT使用手冊(cè)[R].武漢，2002.

[4] 張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，1997.

[5] CJJ 8-99.城市測(cè)量規(guī)范[S].

[6] TerraSolid公司.TerraScan用戶手冊(cè)[R].2004.

Production Large Scale DOM Based Filtering Technology

Huang Jinlang，Shi Yijun
(NanJing Institute of Surveying，Mapping＆Geotechnical Investigation，Co.，Ltd.NanJing JiangSu 210005，China)

With the development of Photogrammetry and Remote Sensing，high-spatial resolution DOM was used widely and widely.How to produce DOM quickly has been a hot topic.With the example of DOM produced for south area of NanJing city，filter technique’s principle are introduced first in the text，Then introduced how to produce DOM with filter technique and themethods of Photogrammetry.Key techniques，math precision and work efficiency are especially analyzed in the paper.

DOM；filtering；precision

1672-8262(2013)05-71-02

P237

B

2013—04—23

黃金浪(1978—)，男，工程師，主要從事攝影測(cè)量與遙感應(yīng)用工作。