基于DPGrid的高分辨率航空影像快速糾正與更新

朱 琳 竇小楠 唐廣濤 石 晶

（1.河南省基礎(chǔ)地理信息中心，河南 鄭州450000；2.河南省地圖院，河南 鄭州450000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，空間信息數(shù)據(jù)也在不斷變化和更新，因此對(duì)于基礎(chǔ)測(cè)繪的效率要求也越來(lái)越高。數(shù)字正射影像（DOM）作為基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品之一，其快速更新制作更有利于其他測(cè)繪產(chǎn)品如DLG的快速判繪和采集。

目前，高分辨率、多時(shí)相的數(shù)字影像獲取技術(shù)已日趨成熟，如何利用現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的高分辨率影像進(jìn)行數(shù)字正射影像快速更新，是目前攝影測(cè)量與遙感研究的方向之一［1-2］。

本研究以高分辨率航空影像為實(shí)例，采用DPGrid影像更新模塊對(duì)航空影像進(jìn)行快速糾正和更新。

1 實(shí)例數(shù)據(jù)介紹

1.1 DMC高分辨率航空影像

DMC高分辨率航空影像是由框幅式DMC數(shù)字航射儀獲取的基于面陣CCD技術(shù)的大像幅航空影像。分辨率為0.5m，航高為5 000m，航射儀焦距為120mm，像元大小為12μm。

1.2 1:10 000DOM

將已進(jìn)行正射糾正1:10 000DOM作為此次實(shí)例數(shù)據(jù)的參考影像，其原始影像是由SPOT衛(wèi)星高分辨率多波段掃描儀獲取的衛(wèi)星遙感影像。融合后影像分辨率為2.5m。

1.3 1:10 000DEM

采用格網(wǎng)為5m的1:10 000DEM實(shí)現(xiàn)本次正射影像的微分糾正。

2 數(shù)字正射影像更新生產(chǎn)流程

本次基于DPGrid的數(shù)字正射影像快速更新是基于已有的SPOT5正射影像和1:10 000DEM進(jìn)行DMC高分辨率航空影像的空三加密的過(guò)程。生產(chǎn)流程見(jiàn)圖1。

2.1 勻光勻色處理

由于航空影像拍攝時(shí)期氣候影響和地物的差異造成光線強(qiáng)度變化，以及傳感器內(nèi)部感光器敏感度不均、光學(xué)系統(tǒng)漸暈、光照不一致等引起的局部色彩變化的現(xiàn)象，造成原始航片出現(xiàn)蒙霧、色彩不均勻和飽和度差等問(wèn)題。為了提高后期影像匹配的準(zhǔn)確度以及糾正后的正射影像在色彩及色調(diào)上基本一致，分幅影像達(dá)到無(wú)縫拼接的目的，因此在DPGrid-OrthoMaker模塊中對(duì)原始單張航空影像進(jìn)行勻光勻色處理。

2.2 預(yù)處理

由于傳感器性能誤差以及不同航帶間的飛行方向不同，影像在進(jìn)行正射糾正之間，首先進(jìn)行幾何校正，主要有航帶設(shè)置，主點(diǎn)畸變改正和影像旋轉(zhuǎn)。

經(jīng)幾何校正之后，在工程中查看航帶，并量測(cè)相鄰航帶間種子點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)航帶間的粗匹配。

2.3 金字塔影像初次匹配

將預(yù)處理后的影像轉(zhuǎn)換生成1:3金字塔影像，這樣提高初次匹配的速度。在1:3金字塔影像基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)并行匹配，實(shí)現(xiàn)航帶間和航帶內(nèi)的同時(shí)匹配，DPGrid系統(tǒng)采用集群式計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的并行調(diào)度軟件進(jìn)行并行處理，即分別在計(jì)算節(jié)點(diǎn)加上影像匹配等軟件程序，在匹配算法和影像處理的并行處理過(guò)程中，充分考慮并行處理的軟硬件設(shè)備結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了并行計(jì)算環(huán)境下匹配任務(wù)的分配、調(diào)度及控制管理。在并行匹配之后實(shí)現(xiàn)1:3自動(dòng)挑點(diǎn)，在選擇保留點(diǎn)數(shù)時(shí)根據(jù)地勢(shì)的不同選擇不同點(diǎn)數(shù)，原則為地勢(shì)越復(fù)雜，保留點(diǎn)數(shù)越多。

2.4 空三加密

2.4.1 金字塔影像自動(dòng)匹配控制點(diǎn)

在DPGrid.OrthoUpdate System主界面點(diǎn)擊自動(dòng)匹配控制點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置匹配所需的DEM和DOM影像，并通過(guò)自動(dòng)空三DPGrid.AT光速法平差模塊進(jìn)行少量人工干預(yù)交互編輯，自動(dòng)匹配控制點(diǎn)，解算外方位元素初值。

2.4.2 物方匹配解算外方位元素

將1:3金字塔影像平差解算所得外方位元素初值引入，進(jìn)行物方匹配，最終通過(guò)1:1金字塔影像匹配及平差解算外方位元素。

物方匹配采用3級(jí)金字塔進(jìn)行匹配，第一次先做1：9匹配，如圖2所示，在匹配過(guò)程中可以從上圖中紅色標(biāo)識(shí)框判斷是否匹配出像控點(diǎn)。通過(guò)DPGrid.BA平差模塊進(jìn)行平差解算，查看平差報(bào)告，由于此次平差在1：9基礎(chǔ)上，因此控制點(diǎn)平差報(bào)告顯示的誤差較大，應(yīng)將誤差值除以9。精度滿足后回到物方匹配運(yùn)行界面，接收平差結(jié)果并自動(dòng)進(jìn)行1:3金字塔影像匹配，直至1級(jí)匹配完成，通過(guò)重復(fù)匹配和平差，最終解算出精度最高的外方位元素值［3-4］。

2.4.3 人工交互輸出空三加密成果

進(jìn)入DPGird.AT人工交互界面，通過(guò)設(shè)置平差參數(shù)，對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行光束法平差，平差后刪除交互式界面列出的像點(diǎn)誤差和控制點(diǎn)誤差較大的點(diǎn)，再進(jìn)行平差解算，直至測(cè)區(qū)空三精度滿足要求后，可輸出空三加密成果，進(jìn)行后期產(chǎn)品制作。

圖2 1:9級(jí)影像物方匹配結(jié)果

圖3 生成正射影像

2.4.4 生成和編輯正射影像

采用DPGrid-OrthoMaker模塊生成正射影像，主要包括單片糾正、快速鑲嵌，如圖3所示。單片糾正是利用DEM規(guī)則格網(wǎng)，對(duì)原始航片進(jìn)行單片糾正；根據(jù)航片間的重疊度，將單片糾正的影像沿影像的重疊范圍中心線拼接，進(jìn)行快速鑲嵌［5］。

通過(guò)DPGrid-OrthoEdit模塊可以對(duì)生成的正射影像導(dǎo)入、顯示、編輯以及分幅或選擇范圍輸出。編輯正射影像可通過(guò)人工修改鑲嵌線的方式，使正射影像成果在色調(diào)、地物等方面達(dá)到無(wú)縫連接，保證影像的完整和美觀；導(dǎo)出正射影像成果，可以選擇按照標(biāo)準(zhǔn)分幅導(dǎo)出，也可對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行框選導(dǎo)出，方便快捷。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)高分辨率航空影像采用DPGrid系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速糾正與更新，DPGrid系統(tǒng)采用集群式并行處理模式，和傳統(tǒng)的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)相比，大大提高了工作效率。

DPGrid系統(tǒng)的三大模塊自動(dòng)空三DPGrid.AT、光束法平差DPGrid.BA和正射影像全自動(dòng)并行處理系統(tǒng)DPGrid.OP模塊，將自動(dòng)化與人工交互分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了高精度全自動(dòng)空中三角測(cè)量，減少人工干預(yù)，提高高分辨率影像的利用率和作業(yè)效率。

［1］張劍清，潘勵(lì)，王樹(shù)根.攝影測(cè)量學(xué)［M］.武漢大學(xué)出版社，2003.

［2］景俊紅.DPGRID系統(tǒng)進(jìn)行航空影像快速糾正生產(chǎn)的研究［J］.北京測(cè)繪，2014（5）：114-120.

［3］周偉，汪雅婕.利用DPGrid系統(tǒng)進(jìn)行航空攝影測(cè)量生產(chǎn)研究［J］.江西測(cè)繪，2010，85（4）：5-7.

［4］孔愛(ài)紅.淺談應(yīng)用DPGrid軟件制作正射影像圖［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2012，35（5）：125-127.

［5］姜麗麗，李桃，殷福忠.基于DPGRID高精度影像的影像快速糾正試驗(yàn)研究［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2011，34（4）：78-80.