基于南方CASS航測(cè)影像矢量化立體采編軟件開(kāi)發(fā)

吉緒發(fā)等

摘 要：隨著航空測(cè)圖的迅猛發(fā)展，其已經(jīng)成為一種趨勢(shì)化的測(cè)圖手段，但是后期的數(shù)據(jù)處理問(wèn)題一直存在影像處理和矢量化處理不同步的問(wèn)題，處理效率偏低，且容易遺漏部分要素。文章從實(shí)際工作出發(fā)，詳細(xì)介紹了基于南方CASS航測(cè)影像矢量化立體采編軟件的設(shè)計(jì)和工作原理，以期提供一種新的解決思路和方法。

關(guān)鍵詞：航測(cè)影像；南方CASS；立體采編

1 概述

隨著科技的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)和影像技術(shù)的發(fā)展，航空測(cè)圖已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取的一種重要手段。然而，測(cè)圖工作結(jié)束之后，使用現(xiàn)有的航空攝影測(cè)量軟件，大部分都需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的轉(zhuǎn)換，才能獲得目的地圖。而且在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)?shù)膯?wèn)題，例如線型不全面、坡度的線狀地物不貼合立體、無(wú)法匹配等。

文章在已有理論和平臺(tái)基礎(chǔ)上，介紹了一種新的、一體化的航測(cè)矢量化立體采編軟件的設(shè)計(jì)和研發(fā)思路，旨在解決目前航測(cè)采編過(guò)程中出現(xiàn)的環(huán)節(jié)不連貫、效率低下、數(shù)據(jù)損失率高的問(wèn)題。

2 基于南方CASS軟件的二次開(kāi)發(fā)介紹

CASS軟件是廣東南方數(shù)碼科技有限公司基于CAD平臺(tái)開(kāi)發(fā)的一套集地形、地籍、空間數(shù)據(jù)建庫(kù)、工程應(yīng)用、土石方量算等功能為一體的制圖軟件系統(tǒng)?；谀戏紺ASS軟件開(kāi)發(fā)航測(cè)采編一體化軟件的好處在于采用成熟的成圖編輯環(huán)境，既不改變影像處理的基本方法，也不改變CAD平臺(tái)的操作習(xí)慣。解決了航測(cè)數(shù)據(jù)采集編輯的多個(gè)環(huán)節(jié)不連貫的難題，能較大提高作業(yè)人員效率，大大降低數(shù)據(jù)采編過(guò)程中遺漏要素的幾率。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工作流程

航測(cè)模塊基本功能應(yīng)包括：使用空中三角測(cè)量成果生成核線影像；在立體窗口上觀測(cè)核線影像生成的立體；在立體上進(jìn)行地物采集；在立體窗口能進(jìn)行CASS中的一系列地物編輯操作；用戶的采編結(jié)果能在CASS以及相關(guān)平臺(tái)中正常讀取、顯示和入庫(kù)。

CASS主窗口和航測(cè)模塊窗口之間的互操作如圖1所示。

航測(cè)模塊使用的CASS接口：

獲取CASS中某個(gè)坐標(biāo)范圍內(nèi)的實(shí)體（包括坐標(biāo)和屬性）功能接口、實(shí)體符號(hào)化功能接口、調(diào)整CASS窗口顯示范圍接口，高程調(diào)整接口、鼠標(biāo)移動(dòng)信號(hào)接口。

航測(cè)模塊從CASS中接收的信號(hào)：

實(shí)體增刪改完成的信號(hào)、選中實(shí)體的信號(hào)、橡皮筋信號(hào)。利用這些接口和信號(hào)，集合Qt信號(hào)插槽的機(jī)制，既可以做到立體窗口與CASS窗口同步且相同表現(xiàn)方式的渲染。

立體采集相當(dāng)于傳統(tǒng)調(diào)繪方法中立體判繪及清繪的部分工作。在采集過(guò)程中不僅要很好地掌握立體采編系統(tǒng)中采集板塊的工具應(yīng)用，還應(yīng)保證地物要素代碼屬性的正確性，更要結(jié)合外業(yè)調(diào)繪經(jīng)驗(yàn)充分利用立體影像進(jìn)行分析和判斷。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 核線影像處理

核線影像處理是進(jìn)行航測(cè)采編之前的一個(gè)步驟。由于使用空中三角測(cè)量加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行生成，所以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)包括原始影像數(shù)據(jù)、經(jīng)過(guò)空中三角測(cè)量加密后比較精確的外方位元素以及攝影時(shí)的飛行數(shù)據(jù)。用戶得到這些航測(cè)數(shù)據(jù)后，必須生成核線影像，才能對(duì)拍攝的像對(duì)進(jìn)行立體觀測(cè)，并在觀測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)地理信息進(jìn)行采集和修改。這個(gè)功能模塊應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以下幾點(diǎn)：

4.1.1 讀取多源的空中三角測(cè)量數(shù)據(jù)，可以讀取用戶在用其它軟件進(jìn)行空中三角測(cè)量后的測(cè)區(qū)和立體數(shù)據(jù)，不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換；

4.1.2 根據(jù)空中三角測(cè)量所得參數(shù)和原始影像生成可用于觀測(cè)立體的核線影像；

4.1.3 生成核線影像時(shí)支持批處理方式，用戶可設(shè)置需要處理的立體列表或者測(cè)區(qū)列表。

4.2 圖形繪制與編輯

航測(cè)模塊與CASS平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)采編，這樣可以依托CASS平臺(tái)所提供的強(qiáng)大的圖形編輯功能，在航測(cè)窗口上進(jìn)行繪制，以達(dá)到最佳的采編效果。

在與CASS的交互方面，通過(guò)使用CASS提供的二次開(kāi)發(fā)接口，航測(cè)模塊可以得到CASS數(shù)據(jù)庫(kù)中的坐標(biāo)、實(shí)體、屬性等各種信息，也可以對(duì)CASS本身發(fā)送鼠標(biāo)、縮放等信號(hào)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在立體中漫游與在CASS移動(dòng)的同步，在CASS中的編輯與在立體中編輯同步。在此基礎(chǔ)上，CASS主程序與航測(cè)模塊只需要交換實(shí)體、坐標(biāo)、比例信息，就可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)窗口中的同步編輯，航測(cè)窗口就可以共享CASS強(qiáng)大的編輯功能。

4.3 立體觀測(cè)

一般而言，用戶使用兩張影像進(jìn)行立體觀測(cè)，可以使用紅綠立體、偏振立體、交錯(cuò)立體等方式，這些方式實(shí)際上都是使用了雙目立體技術(shù)。目前雙目立體重現(xiàn)有很多成熟的技術(shù)支持，DirectX、OpenGL都提供了利用顯卡進(jìn)行時(shí)分或者色分的立體顯示接口。考慮到航測(cè)采編生產(chǎn)中所使用的顯卡到多數(shù)為專業(yè)顯卡，有較強(qiáng)的渲染能力以及支持多緩沖區(qū)的功能，所以CASS應(yīng)選擇OpenGL技術(shù)進(jìn)行立體的生成，在此基礎(chǔ)上，也用OpenGL在立體的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維矢量實(shí)體的渲染。

依據(jù)當(dāng)前用戶的觀測(cè)需求和用戶的硬件配置不同，航測(cè)立體觀測(cè)應(yīng)提供多種顯示方式：

紅綠立體，使用紅綠濾光眼鏡進(jìn)行立體觀測(cè)；

偏振立體，使用偏正濾光眼鏡進(jìn)行觀測(cè)；

交錯(cuò)立體，使用液晶閃閉式眼鏡進(jìn)行觀測(cè)。

用戶在編輯時(shí)可以在這幾種觀測(cè)方式中進(jìn)行切換。每種觀測(cè)方式所觀測(cè)到的圖像立體和編輯的地物效果一致且易于進(jìn)行量測(cè)和修改。

根據(jù)立體顯示的方式，渲染采用分次渲染：第一次只渲染影像和實(shí)體，第二次渲染臨時(shí)實(shí)體等。第一次渲染采用離屏渲染。

OpenGL離屏渲染技術(shù)是將渲染目標(biāo)設(shè)置為圖像，紋理，或者自定義的渲染緩沖區(qū)中，主要用于分次渲染，分屏渲染等。

圖2 渲染流程

5 開(kāi)發(fā)實(shí)例

在CASS文件菜單中導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的相對(duì)，在影像空間和矢量空間可以分屏顯示，如圖3。

圖3中左圖為CASS軟件主窗口，打開(kāi)的是格式為.dwg文件，右窗口為影像窗口，打開(kāi)的是對(duì)應(yīng)的影像數(shù)據(jù)。

利用CASS的屏幕菜單在立體影像上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。將CASS所能繪制的地物在立體圖上進(jìn)行繪制測(cè)試，包括控制點(diǎn)、水系設(shè)施、居民地、獨(dú)立地物、交通設(shè)施、管線設(shè)施、境界線、地貌土質(zhì)、植被土質(zhì)、市政部件等。

圖4為對(duì)某個(gè)立體相對(duì)采集完成的矢量圖。

6 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)證明，該航測(cè)立體采編系統(tǒng)已經(jīng)能順利完成航空測(cè)圖工作，使用CASS帶屬性繪制的辦法，矢量數(shù)據(jù)完成后無(wú)需再進(jìn)行其他轉(zhuǎn)換編輯的工作，大大降低了工作的繁復(fù)度同時(shí)提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，經(jīng)過(guò)初步測(cè)算可提高航測(cè)矢量化立體采編40%以上的工作效率。需要指出的是，由于CAD平臺(tái)的限制，CASS航測(cè)模塊需要跟其他影像處理軟件做同步接口，下一步如能實(shí)現(xiàn)直接讀取其它航測(cè)影像處理軟件的空三成果并自動(dòng)生成核線影像，進(jìn)行立體測(cè)圖，則能進(jìn)一步提高使用的效率和便利性。

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