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倾斜摄影进行TDOM制作是一种新思路

发布日期:2018-12-13 00:00 浏览量:9487

 

传统的数字正射影像图( DOM) 是在数字高程模型( DEM) 的基础上进行生产的,影像图上的房屋、桥梁等建筑具有投影差,随着城市高层建筑、超高层建筑的增多,传统 DOM 中高大建筑物的顶面严重偏离其正确位置,偏离方向及偏离程度因摄影中心相对于地物目标的方位而定,表现为建筑物有时会向道路方向倾斜,有时会遮挡或压盖其他地物要素,严重影响了影像图的准确判读。

 

这对以 DOM 为地理底图进行城市空间综合利用、精细化管理的人员来说,存在着许多看不见的“死角”。为此提出了真正射影像图( TDOM) 的概念,真正射影像( true digital orthophoto map,简称 TDOM) 是将正射影像纠正为垂直视角的影像产品。

 

真正射影像对隐蔽部分( 如各种地物、地形、植被等的倾斜投影) 采用相邻像片修正,表现为地形、建筑物等要素没有投影差、建筑物间无遮挡的正射影像图,全面无遗漏地展现了地面上的物要素。

 

1 利用倾斜摄影制作 TDOM 的可行性

倾斜摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术,它颠覆了以往正射影像只能从垂直角度拍摄的局限,通过在同一飞行平台上搭载多 台传感器,同时从一个垂直、4 个倾斜等 5 个不同的角度采集影像。相对于正射影像,倾斜影像能让 用户从多个角度观察地物,更加真实地反映地物的 实际情况,极大地弥补了基于正射影像应用的不足, 倾斜影像 5 视角影像如图飞燕遥感倾斜摄影案例:衢州学院5方向视角影像采集所示。

 

衢州学院5方向视角影像采集.jpg

倾斜摄影案例:衢州学院5方向视角影像采集

 

2 TDOM 制作思路分析

2.1  DOMTDOM 制作流程对比

DOM 制作的主要流程为解算 POS 数据、导入航摄原始影像、像控点转刺和坐标引入,进行空中三角测量( 空三加密) ,创建立体像对,自动生成 DEM 并进行编辑,利用外方位元素并结合 DEM 进行影像纠正,自动生成拼接线并进行拼接线编辑,影像拼接,匀色调色处理,质量检查,输出成果。

TDOM 制作的主要流程为解算 POS 数据、导入5   个视角的原始影像、像控点转刺和坐标引入,进行5 个视角空中三角测量( 倾斜影像空三加密) ,生成点云数据,进行山体 DEM 生成和建筑物三维立体模型生成,进行建筑物遮挡区域检测,利用其他视角影 像修补遮挡区域,匀色调色处理,质量检查,输出成 果。

 

2.2   TDOM 制作分析

通过查看图 2 虚线框,能够发现 DOMTDOM制作主要区别在以下方面。

2.2.1  空三加密

DOM 生产仅需要对下视角影像进行空三加密处理,目前国内外常规数字摄影测量软件均可以进行处 理; TDOM 生产不仅需要对下视影像进行空三加密处理,还需要对左右、前后 4 个倾斜视角的影像进行处理,目 前仅有国外的街景工 厂 ( street factory ) 、Smart3D、Inpho 等数字摄影测量软件能够处理。


2.2.2  DEM 编辑、建筑物立体模型制作

DOM 生产中通常对自动生成的 DEM 等高线, 在立体环境下与地形套合进行人工编辑修改; 对居民区建筑物参照周边地形进行置平处理,然后生成DEMTDOM 生产中的 DEM 编辑中,除了常规的地形与等高线套合修改外,还需要对居民区的房屋、桥梁等建筑物进行三维立体建模处理。目前,大 面积、大范围城市建筑物三维立体建模采用倾斜摄 影方式,通过倾斜影像生成高密集的点云数据,构建 建筑物立体模型,建筑物点云数据生成三维模型如 图所示。

 

点云数据生成三维模型图.png 

点云数据生成三维模型

 

 

2.2.3DOM 拼接线编辑、TDOM 遮挡区域检测与修补

( 1) DOM 生产时,由于摄影过程中的太阳高度角、航摄时间、航摄方向等不同,导致图幅与图幅、航带与航带之间的地物存在投影差,尤其是较高建筑物,DOM 接边建筑存在接边缝,如图 4 所示,在进行影像拼接前需要对存在接边缝进行处理,以解决房屋接边时的错位、变形问题。

( 2) TDOM 生产解决了投影差问题,在影像图拼接过程中,不会因为图幅与图幅、航带与航带接边出现建筑物错位、变形等问题,TDOM 接边建筑无接边缝,如图 5 所示,在接边处仅存在色差,对应接边处存在的色差后续通过匀色、调色进行处理。

 

( 3) TDOM 遮挡区域检测与修补。通过对建筑物的真正射纠正,使原来被建筑物遮挡的区域展现出来,形成纠正后缺少影像覆盖的“黑洞”区域,即没有利用倾斜影像进行修补的 TDOM“黑洞”如图所示。对纠正后存在“黑洞”的 TDOM 遮挡区域进行检测,并利用倾斜影像进行修补,形成了最终的TDOM,如图所示。

 

 

未利用倾斜影像修补存在黑洞图  和  利用倾斜影像修补后的 TDOM图.png 

未利用倾斜影像修补存在黑洞图    利用倾斜影像修补后的 TDOM

 

 

3 TDOM 制作关键技术

3.1倾斜影像空三加密处理

传统数字摄影测量系统只能进行下视角影像的 解算处理,不能对其他倾斜视角的影像进行解算处 理。倾斜影像空三加密处理属于多视角影像的空三 加密,多视影像包含垂直的下视角和前后、左右倾斜摄影影像,其空三加密一般以摄影时获取的 5 个视角影像的 POS 系统为基础,获取 5 个视角影像的外方位元素和姿态参数,采取由粗到精的金字塔匹 配技术,在每级影像上进行同名点自动匹配和自由 网光束法平差,实现多视角影像的同名点匹配,同 时,建立 5 个视角影像像点的连接、像控制点转刺, 进行联合平差解算。进行空三加密时需充分考 虑以下因素:

( 1) 倾斜的影像几何变形不同于下视影像,变形较大、且随拍摄目标的距离越大变化越大。

( 2)   倾斜影像地物之间相互遮挡严重,5 个视角联合进行同名点匹配时,存在部分同名像点无法匹配。

3.2建筑物立体模型快速获取

将空三加密后的倾斜影像进行点云生成处理, 形成了用点云表示的高精度数字地表模型( DSM) , 倾斜影像生成点云如图 8 所示。从倾斜影像生成的点云中分类、提取建筑物的点云数据,对点云表达建 筑物外轮廓局部缺失或表示错误区域,进行人工干预后,批量生成大面积的建筑立体模型。


3.3遮挡区域的检测与修补

遮挡区域的检测与修补是真正射影像制作的重要环节和难点环节,目前常用的方法主要有两类,一是基于距离的检测法,即以投影点到目标的距离长度进行检测; 二是基于角度的检测法,即以投影点到目标的角度大小进行检测。但是这二者的计算量大,有时还存在伪检测。本试验采用像素工厂  ( Pixel Factory) 软件,基于倾斜影像自身的特点,通过多角度、多重叠度倾斜影像,结合建筑物立体模型,经精纠正和高精度匹配完成真正射影像制作环节的遮挡区域检测与修补工作,提高了制作真正射影像的效率。

 

通过以上研究可以发现,采用倾斜摄影技术能够通过搭建建筑物三维模型纠正影像的正射投影, 利用多视角的倾斜影像能够实现正射纠正后“黑 洞”的修补,因此,采用倾斜摄影进行 TDOM 制作, 不仅是一种新的 TDOM 制作思路,而且是 TDOM 制作生产效率较高、成果质量较好的一种方法,具有很 好的推广应用价值。此外,由于倾斜摄影获取的影 像具有多视角的特点,也是进行城市实景三维建模 的基础资料。

 

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