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数码航摄的影像特点及处理要求

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2024年1月17日发(作者:乌雅盼晴)

24技术交流测绘技术装备季刊第8卷2006年第2期数码航摄的影像特点及处理要求(国家测绘局第一航测遥感院西安71                      0054)摘要:数码航摄相机已经开始规模化应用,取得的成果表明其具有独特的优势,尤其是定位定向系统的使  用,大大减少了野外控制测量工作,现有的航空摄影测量工艺流程显然不能适应这一技术变革。本文分析了  金莉朱陈明                             现有数字摄影测量生产体系的不适应性,提出了针对数码航摄影像处理生产的重要环节和若干建议。  关键词:数码航摄相机、数字摄影测量,影像数据处理流程  1概述随着微电子技术的飞速发展,传统胶片式航摄    相机正在逐渐被数码航摄相机取代。卫星定位技术和惯性导航仪的结合,使得航空相片的直接定位成为可能,从而大大减少野外测量的工作量。已经建立起来的数字测绘生产线,在基础地理信息的获取中发挥了重要作用,但在基础地理信息更新成为今后主要任务后中,必须适应上述技术改变,现有的生产工艺必须进行改造。尽管目前数码航摄相机技术还不像传统航摄相机那样成熟,相同分辨率时的摄影面积不及模拟相机大,但数码相机也有其独特的优越性,比如获取快捷,影像质量高等。2数码航摄影像的主要特点和处理要求数码航摄相机与机械光学相机相比主要差别在    于感光胶片被电子感光其间所代替,胶片被硬盘存储器所代替。常规航摄相机获取的感光胶片需要经过化学处理,才能得到可供航空摄影测量的成果,航摄底片经过数字扫描才能用于数字摄影狈四量。    传统的感光胶片理论上可以达到每毫米100线对以上的几何分辨力,实际几何分辨力因飞机振动、大气遮光、像移等影响要低,但至少达到50线对/mm,相当于像素分辨率为10微米或2540DPI。相幅有效尺寸为210m X 210m,按照上述分辨率扫描可以形成21000像素X21000像素的数字影像。影像的地面分辨率与扫描分辨率和摄影比例尺密切相关,如摄影比例尺为1: 30000,采用10微米扫描时地面分辨率就为30厘米,采用15微米扫描时地面分辨率为45cm,采用25微米扫描时,地面分辨率为75cm。当然扫描时也可以采用更高的分辨率,但数据量太大,处理起来效率很低,且数据采集的精度提高并不明显。数码航摄相机获得影像也要经过专门的处    理,才能提供给实际的数字摄影测量工序。参照卫星遥感影像的处理等级,数码航摄影像也可划分为0级、1级、2级和3级产品。一般来说,0级数据指直接从传感器获得的未经任何改正的影像和定位信息,1级数据经过数据分离和辐射改正,未经过任何几何校正,2级数据经过系统级的几何校正,3级数据经过几何精校正,即在几何校正过程中利用地面控制点对系统几何校正模型进行修正,使之更精确地描述影像与地面位置之间的关系。对于一般的应用来说,2级产品的几何精度已能够满足用户的需要,但是对产品几何位置要求较高的应用项目,则必须要用到3级几何精校正产品。图一描述了影像处理的基本流程。除了上述的基本流程外,还可做多波段影像与单色影像的准确匹配和合成,形成全彩色或红外的影像。由于彩色波段传感器的分辨率一般为单色波段的二分之一,上述的合成必须在多种系统误差(温度、辐射度等)改正后进行。图一、数码航摄影像的处理流程数码航摄影像与常规航空摄影扫描影像相比,不足之处主要是幅面小,几何关系在理论上还不够严密,对后续处理软件有专门的要求,而且高科技

测绘技术装备季刊第8卷2006年第2期技术交流25电子产品的投资大寿命短等。但其优越性也非常明会太长,也采用多段条带形成一个测区的覆盖,否显:则单个数据文件太大,不便于后期的处理。由于整一是影像的辐射分辨率高,一般扫描影像的辐个条带相当于一个立体模型,要求后续处理软件必    射度用8 bits (256级)表示,而数码单色影像一须能够支持海量数据文件。目前除了国外主流软件rtuoZo般用12bits (4096级)表示灰度,因此影像可表示都支持这类数据外,国产软件中的适普Vi的宽容度更大,无论是雪地、沙漠、水域、森林及ADS40、航天量子MapMatrix2005以及吉威数源阴影部分都可以表示清楚。GEOWAY ADS40都支持了这种影像数据的处理。比如二是影像清晰度高,噪声误差小,影像的整体Vi    rtuoZo ADS40软件可以直接引入Leica公司的匹配精度高,易于提高自动化程度,提高工作效率。Orima空三数据而不用再做空三,支持把航带划分为三是多个波段同时获得,便于地物的属性判读    及分类。四是拍照的片数不影响费用,同一目标重复次    数多,航向重叠和旁向重叠都大于常规航摄,更能提高自动相关的精度并支持真正射影像的生产。五是适应性强、生产效率高,航飞的同时就能    够了解质量,还可以在云层下航摄,数据下载快,使航空摄影的生产工期大大缩短。3数码航摄影像生产处理的特殊性及若干问题我国自1    995年开始,数字摄影测量技术体系已建成,制订了相对完备的技术规范和工艺流程,国产的数字摄影测量系统广泛采用,形成了一大批熟练的技术人员。已具备传统航空摄影胶片的较强的处理能力,包括相片扫描、自动空中三角测量、DEM和DOM生产,以及矢量地形数据的采集。还能处理GPS辅助空三以及惯导测量((IMU)的数据,大大减少野外控制工作量。也能够利用高分辨率卫星遥感影像(SPOT 5, IKONOS, Quick Bird等)进行数据生产。由于数码航摄相机的不同,后续的数据处理方    法也有所不同。上述的2级影像一般作为航摄成果提交给生产单位进行处理,整体上的流程没有改变,但在具体的步骤上有特殊的要求,主要差别在空中三角测量和立体模型重建阶段。框幅式数码航摄相机把DGPS和I    MU作为选项,若配置则减少外业控制甚至不要外业控制,空三前期需要专门的软件处理DGPS和工MU的数据,否则与常规的航空摄影测量空三没有区别。然后进行自动选点,产生立体像对,运行光束法平差软件。因为没有传统意义上的内方位元素,立体重建更为简单,其它的后续操作没有大的变化。采用推扫式数码航摄相机离不开DGPS和工    MU,提交的航摄成果中已经包括了处理过的外方位元素,形成的成果己经是立体化的影像条带。为了提高精度,还要在不同的条带上选择连接点,形成区域网,进行光束法平差。实际生产时,一个条带不多个区域供多个作业员工作,还可以直接对原始数据进行测图、匹配生成DEM并支持编辑。吉威数源开发的基于ADS40影像的立体测图技术,减少了传统框幅式航空影像立体模型的接边,提高了作业效率和成图质量;同时借助ADS40影像的多线阵优势,基于多基线影像匹配技术自动建立数字高程模型,具有比传统方法更高的精度和可靠性,减少了人工编辑的工作量。可以看出,大规模采用数码航摄以后,现有的    航测内业生产流程不必做大的调整,但是对空三加密部分提出了新的要求,不仅软件要升级,而且作业人员也要经过专门的培训。再就是硬件环境需要升级,尤其是计算机的内存和硬盘容量要增加。作为技术的进步,基于网络的信息生产系统将逐步进入生产单位,多个作业员围绕服务器提供的立体模型进行测图和编辑,就要求建立高带宽、大容量的网络计算环境,引进新的网络数字摄影测量系统,如适普的PDPm.net,Vexcel的UltraMap WorkSuite,航天量子的MapMatrix2005等。另一个变化就是新技术的采用对现有的技术设计、质量管理以及成本管理提出了调整的要求。4结论与建议数码航空摄影技术和装备正在走向成熟,尽管    还没有传统光学航摄那样完备,但数码航摄影像的成果正在被越来越多用户接受,数码航摄影像的深加工环境也正在进一步完善,可以预料由数码航摄取代常规航空摄影将成为一种必然,而且这种转变会越来越快。目前大规模采用数码航摄还有一些局限性,一方面投入太大,同时技术标准、相机检定、后续影像处理能力等还滞后于技术的发展,再就是从事摄影测量和遥感人员的认识有待提高。为此,提出如下建议:一是抓紧修订航空摄影和摄影测量的标准。航    空摄影规范、航空摄影相机检定、IMU的检定、航空摄影质量评定、航空摄影成本定额、航空摄影测量等系列标准巫待修订,以使用新技术的发展。

26技术交流测绘技术装备季刊第8卷2006年第2期    二是要大胆引进新的软件和技术。跟踪技术发于摄影测量服务器/数据采集客户端的模式,新一展,引进和开发新航空摄影平台,大力开展技术培轮的数据更新更加要求这样的生产模式。要强化全训和广泛交流,开发生产环节的软件和方法。数字化的空中三角测量环节,提升影像判读的能力,三是要及时调整生产结构,适应新技术的要求。    形成网络一体化的航空摄影测量体系。现在的网络化境下单机作业模式,要逐渐让位于基参考文献[1]袁桂生、智爱玲,数字航摄相机(DMC)在测绘项目中应用的探讨,现代测绘,2005 Vo1.28 No.4 P.30-31【2]http: //www.dimacsystems.com: The new DIMAC Camera (DIGITAL MODULAR AERIAL CAMERA),2005【3〕http: //www. intergraph. com. cn/dmc/DMC. pdf, 2005    (上接第46页)见表2。对比表1、表2中的数据可以明显看出:    Icot瞰正后,H和G等的离散度均获得了巨大改经过对原始数据从、、从j却羞行竖轴倾斜因子a善。;cot V,视准轴倾斜因子c/sin似及横轴倾斜因子表2                                    效果验证表正o xcotvhlcotvfr,dsinVg改正后的Hvs-改正后的HubHz+A HUG+49.7'4.7'-6.1,’3590 59' 51.7"179' 59' 50.9 "3590 59' 51.3 "-24“0.4"+38刀”3名’‘-5.7 "359* 59' 50.9'1790 59' 55.1"3590 59' 53.0"-0.7 "-2.4"+25.1’‘2.4"-5.3 "3590 59' 55.8"1790 59' 54刀”3590 59' 54.9"1.2"-0.7 "+12.5 "1.2"一5刀“3590 59' 563即1790 59' 54.7"3590 59' 55.5"1.8"1.2"00.0"0.0"-5.0"3590 59' 56刀“1790 59' 56.0"3590 59' 56.0"2.3 "1.8,一I-2.5 "一1.2"一5乃’‘3590 59' 56.7"1790 59' 533”3590 59' 55.0"1.3"1.7"-2-5.1‘,-2.4 "一53”3590 59' 52.8"1790 59' 51.4"3590 59' 52.1“一1.6"0.7 "-3-8.0"-3.8 "-5.7 "3590 59' 50.5"1790 59' 53.5"3590 59' 52.0"一1.7"0名“-4-97即-47’‘-61“3590 59' 53刃”1790 59' 53.9"3590 59' 53刀“0.0"0.1”5结语了仪器原理的可信。此对三轴误差的检验采用的是从仪器的检定结果可以看出,这种检定方法不    分解算法,旨在同时强调每种误差特有规律以明确仅能提交三轴误差,也能提交该误差的可信度指标。概念。而采用混合算法也是可以的。这些可信度指标不仅代表了测试的可信性,也代表参考文献[1〕杨俊志.全站仪的原理及其检定[M].北京:测绘出版社,2004[2]叶晓明、凌模、谢方.全站仪轴系补偿原理及检验方法探讨[J].测绘信息与工程,2003(3)[3]杨俊志.用高平目标法检定电子经纬仪的水平角测角精度[[J].测绘科学,2000(l)[4]叶晓明等.全站仪轴系误差检验新方法[[J].测绘信息与工程,2003(5)[51 JJG100-2003,全站型电子速测仪检定规程[S][6]聂让.全站仪与高等级公路测量[M].北京:人民交通出版社,1997[7]拓普康GTS-600AF/600系列电子全站仪说明书[D]

2024年1月17日发(作者:乌雅盼晴)

24技术交流测绘技术装备季刊第8卷2006年第2期数码航摄的影像特点及处理要求(国家测绘局第一航测遥感院西安71                      0054)摘要:数码航摄相机已经开始规模化应用,取得的成果表明其具有独特的优势,尤其是定位定向系统的使  用,大大减少了野外控制测量工作,现有的航空摄影测量工艺流程显然不能适应这一技术变革。本文分析了  金莉朱陈明                             现有数字摄影测量生产体系的不适应性,提出了针对数码航摄影像处理生产的重要环节和若干建议。  关键词:数码航摄相机、数字摄影测量,影像数据处理流程  1概述随着微电子技术的飞速发展,传统胶片式航摄    相机正在逐渐被数码航摄相机取代。卫星定位技术和惯性导航仪的结合,使得航空相片的直接定位成为可能,从而大大减少野外测量的工作量。已经建立起来的数字测绘生产线,在基础地理信息的获取中发挥了重要作用,但在基础地理信息更新成为今后主要任务后中,必须适应上述技术改变,现有的生产工艺必须进行改造。尽管目前数码航摄相机技术还不像传统航摄相机那样成熟,相同分辨率时的摄影面积不及模拟相机大,但数码相机也有其独特的优越性,比如获取快捷,影像质量高等。2数码航摄影像的主要特点和处理要求数码航摄相机与机械光学相机相比主要差别在    于感光胶片被电子感光其间所代替,胶片被硬盘存储器所代替。常规航摄相机获取的感光胶片需要经过化学处理,才能得到可供航空摄影测量的成果,航摄底片经过数字扫描才能用于数字摄影狈四量。    传统的感光胶片理论上可以达到每毫米100线对以上的几何分辨力,实际几何分辨力因飞机振动、大气遮光、像移等影响要低,但至少达到50线对/mm,相当于像素分辨率为10微米或2540DPI。相幅有效尺寸为210m X 210m,按照上述分辨率扫描可以形成21000像素X21000像素的数字影像。影像的地面分辨率与扫描分辨率和摄影比例尺密切相关,如摄影比例尺为1: 30000,采用10微米扫描时地面分辨率就为30厘米,采用15微米扫描时地面分辨率为45cm,采用25微米扫描时,地面分辨率为75cm。当然扫描时也可以采用更高的分辨率,但数据量太大,处理起来效率很低,且数据采集的精度提高并不明显。数码航摄相机获得影像也要经过专门的处    理,才能提供给实际的数字摄影测量工序。参照卫星遥感影像的处理等级,数码航摄影像也可划分为0级、1级、2级和3级产品。一般来说,0级数据指直接从传感器获得的未经任何改正的影像和定位信息,1级数据经过数据分离和辐射改正,未经过任何几何校正,2级数据经过系统级的几何校正,3级数据经过几何精校正,即在几何校正过程中利用地面控制点对系统几何校正模型进行修正,使之更精确地描述影像与地面位置之间的关系。对于一般的应用来说,2级产品的几何精度已能够满足用户的需要,但是对产品几何位置要求较高的应用项目,则必须要用到3级几何精校正产品。图一描述了影像处理的基本流程。除了上述的基本流程外,还可做多波段影像与单色影像的准确匹配和合成,形成全彩色或红外的影像。由于彩色波段传感器的分辨率一般为单色波段的二分之一,上述的合成必须在多种系统误差(温度、辐射度等)改正后进行。图一、数码航摄影像的处理流程数码航摄影像与常规航空摄影扫描影像相比,不足之处主要是幅面小,几何关系在理论上还不够严密,对后续处理软件有专门的要求,而且高科技

测绘技术装备季刊第8卷2006年第2期技术交流25电子产品的投资大寿命短等。但其优越性也非常明会太长,也采用多段条带形成一个测区的覆盖,否显:则单个数据文件太大,不便于后期的处理。由于整一是影像的辐射分辨率高,一般扫描影像的辐个条带相当于一个立体模型,要求后续处理软件必    射度用8 bits (256级)表示,而数码单色影像一须能够支持海量数据文件。目前除了国外主流软件rtuoZo般用12bits (4096级)表示灰度,因此影像可表示都支持这类数据外,国产软件中的适普Vi的宽容度更大,无论是雪地、沙漠、水域、森林及ADS40、航天量子MapMatrix2005以及吉威数源阴影部分都可以表示清楚。GEOWAY ADS40都支持了这种影像数据的处理。比如二是影像清晰度高,噪声误差小,影像的整体Vi    rtuoZo ADS40软件可以直接引入Leica公司的匹配精度高,易于提高自动化程度,提高工作效率。Orima空三数据而不用再做空三,支持把航带划分为三是多个波段同时获得,便于地物的属性判读    及分类。四是拍照的片数不影响费用,同一目标重复次    数多,航向重叠和旁向重叠都大于常规航摄,更能提高自动相关的精度并支持真正射影像的生产。五是适应性强、生产效率高,航飞的同时就能    够了解质量,还可以在云层下航摄,数据下载快,使航空摄影的生产工期大大缩短。3数码航摄影像生产处理的特殊性及若干问题我国自1    995年开始,数字摄影测量技术体系已建成,制订了相对完备的技术规范和工艺流程,国产的数字摄影测量系统广泛采用,形成了一大批熟练的技术人员。已具备传统航空摄影胶片的较强的处理能力,包括相片扫描、自动空中三角测量、DEM和DOM生产,以及矢量地形数据的采集。还能处理GPS辅助空三以及惯导测量((IMU)的数据,大大减少野外控制工作量。也能够利用高分辨率卫星遥感影像(SPOT 5, IKONOS, Quick Bird等)进行数据生产。由于数码航摄相机的不同,后续的数据处理方    法也有所不同。上述的2级影像一般作为航摄成果提交给生产单位进行处理,整体上的流程没有改变,但在具体的步骤上有特殊的要求,主要差别在空中三角测量和立体模型重建阶段。框幅式数码航摄相机把DGPS和I    MU作为选项,若配置则减少外业控制甚至不要外业控制,空三前期需要专门的软件处理DGPS和工MU的数据,否则与常规的航空摄影测量空三没有区别。然后进行自动选点,产生立体像对,运行光束法平差软件。因为没有传统意义上的内方位元素,立体重建更为简单,其它的后续操作没有大的变化。采用推扫式数码航摄相机离不开DGPS和工    MU,提交的航摄成果中已经包括了处理过的外方位元素,形成的成果己经是立体化的影像条带。为了提高精度,还要在不同的条带上选择连接点,形成区域网,进行光束法平差。实际生产时,一个条带不多个区域供多个作业员工作,还可以直接对原始数据进行测图、匹配生成DEM并支持编辑。吉威数源开发的基于ADS40影像的立体测图技术,减少了传统框幅式航空影像立体模型的接边,提高了作业效率和成图质量;同时借助ADS40影像的多线阵优势,基于多基线影像匹配技术自动建立数字高程模型,具有比传统方法更高的精度和可靠性,减少了人工编辑的工作量。可以看出,大规模采用数码航摄以后,现有的    航测内业生产流程不必做大的调整,但是对空三加密部分提出了新的要求,不仅软件要升级,而且作业人员也要经过专门的培训。再就是硬件环境需要升级,尤其是计算机的内存和硬盘容量要增加。作为技术的进步,基于网络的信息生产系统将逐步进入生产单位,多个作业员围绕服务器提供的立体模型进行测图和编辑,就要求建立高带宽、大容量的网络计算环境,引进新的网络数字摄影测量系统,如适普的PDPm.net,Vexcel的UltraMap WorkSuite,航天量子的MapMatrix2005等。另一个变化就是新技术的采用对现有的技术设计、质量管理以及成本管理提出了调整的要求。4结论与建议数码航空摄影技术和装备正在走向成熟,尽管    还没有传统光学航摄那样完备,但数码航摄影像的成果正在被越来越多用户接受,数码航摄影像的深加工环境也正在进一步完善,可以预料由数码航摄取代常规航空摄影将成为一种必然,而且这种转变会越来越快。目前大规模采用数码航摄还有一些局限性,一方面投入太大,同时技术标准、相机检定、后续影像处理能力等还滞后于技术的发展,再就是从事摄影测量和遥感人员的认识有待提高。为此,提出如下建议:一是抓紧修订航空摄影和摄影测量的标准。航    空摄影规范、航空摄影相机检定、IMU的检定、航空摄影质量评定、航空摄影成本定额、航空摄影测量等系列标准巫待修订,以使用新技术的发展。

26技术交流测绘技术装备季刊第8卷2006年第2期    二是要大胆引进新的软件和技术。跟踪技术发于摄影测量服务器/数据采集客户端的模式,新一展,引进和开发新航空摄影平台,大力开展技术培轮的数据更新更加要求这样的生产模式。要强化全训和广泛交流,开发生产环节的软件和方法。数字化的空中三角测量环节,提升影像判读的能力,三是要及时调整生产结构,适应新技术的要求。    形成网络一体化的航空摄影测量体系。现在的网络化境下单机作业模式,要逐渐让位于基参考文献[1]袁桂生、智爱玲,数字航摄相机(DMC)在测绘项目中应用的探讨,现代测绘,2005 Vo1.28 No.4 P.30-31【2]http: //www.dimacsystems.com: The new DIMAC Camera (DIGITAL MODULAR AERIAL CAMERA),2005【3〕http: //www. intergraph. com. cn/dmc/DMC. pdf, 2005    (上接第46页)见表2。对比表1、表2中的数据可以明显看出:    Icot瞰正后,H和G等的离散度均获得了巨大改经过对原始数据从、、从j却羞行竖轴倾斜因子a善。;cot V,视准轴倾斜因子c/sin似及横轴倾斜因子表2                                    效果验证表正o xcotvhlcotvfr,dsinVg改正后的Hvs-改正后的HubHz+A HUG+49.7'4.7'-6.1,’3590 59' 51.7"179' 59' 50.9 "3590 59' 51.3 "-24“0.4"+38刀”3名’‘-5.7 "359* 59' 50.9'1790 59' 55.1"3590 59' 53.0"-0.7 "-2.4"+25.1’‘2.4"-5.3 "3590 59' 55.8"1790 59' 54刀”3590 59' 54.9"1.2"-0.7 "+12.5 "1.2"一5刀“3590 59' 563即1790 59' 54.7"3590 59' 55.5"1.8"1.2"00.0"0.0"-5.0"3590 59' 56刀“1790 59' 56.0"3590 59' 56.0"2.3 "1.8,一I-2.5 "一1.2"一5乃’‘3590 59' 56.7"1790 59' 533”3590 59' 55.0"1.3"1.7"-2-5.1‘,-2.4 "一53”3590 59' 52.8"1790 59' 51.4"3590 59' 52.1“一1.6"0.7 "-3-8.0"-3.8 "-5.7 "3590 59' 50.5"1790 59' 53.5"3590 59' 52.0"一1.7"0名“-4-97即-47’‘-61“3590 59' 53刃”1790 59' 53.9"3590 59' 53刀“0.0"0.1”5结语了仪器原理的可信。此对三轴误差的检验采用的是从仪器的检定结果可以看出,这种检定方法不    分解算法,旨在同时强调每种误差特有规律以明确仅能提交三轴误差,也能提交该误差的可信度指标。概念。而采用混合算法也是可以的。这些可信度指标不仅代表了测试的可信性,也代表参考文献[1〕杨俊志.全站仪的原理及其检定[M].北京:测绘出版社,2004[2]叶晓明、凌模、谢方.全站仪轴系补偿原理及检验方法探讨[J].测绘信息与工程,2003(3)[3]杨俊志.用高平目标法检定电子经纬仪的水平角测角精度[[J].测绘科学,2000(l)[4]叶晓明等.全站仪轴系误差检验新方法[[J].测绘信息与工程,2003(5)[51 JJG100-2003,全站型电子速测仪检定规程[S][6]聂让.全站仪与高等级公路测量[M].北京:人民交通出版社,1997[7]拓普康GTS-600AF/600系列电子全站仪说明书[D]

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