□ 袁如金王菲菲

（1.黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱150081；2.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430079；3.黑龍江省海天地理信息技術(shù)股份有限公司，黑龍江哈爾濱150025）

Inpho軟件基于lidar數(shù)據(jù)的DOM生產(chǎn)研究

□ 袁如金1，2王菲菲3

（1.黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱150081；2.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430079；3.黑龍江省海天地理信息技術(shù)股份有限公司，黑龍江哈爾濱150025）

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字正射影像圖（DOM）的應(yīng)用越來越廣泛，而lidar數(shù)據(jù)也已經(jīng)成為地面模型數(shù)據(jù)的一個(gè)重要來源。如何利用lidar數(shù)據(jù)制作高精度的DOM成為我們研究的一個(gè)方向。本文主要介紹了INPHO數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)的基本功能模塊和lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特性，提出利用lidar數(shù)據(jù)進(jìn)行DOM的制作生產(chǎn)方法。

INPHO；DOM；LIDAR

引言

數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map簡(jiǎn)稱DOM）是利用高程模型對(duì)航空航天像片進(jìn)行數(shù)字微分糾正和鑲嵌，按一定圖幅范圍裁剪生成的數(shù)字正射影像集。DOM作為重要的4D產(chǎn)品之一，在人類生產(chǎn)生活中有著越來越廣泛的應(yīng)用，特別是在應(yīng)急需要的時(shí)候，DOM具有精度高、信息豐富、直觀逼真、現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)、獲取便捷等優(yōu)點(diǎn)，為各類應(yīng)急需要提供可靠依據(jù)。本文將以攝影測(cè)量工作站Inpho為基礎(chǔ)，結(jié)合歐洲比利時(shí)影像項(xiàng)目介紹利用lidar數(shù)據(jù)制作DOM的方法及流程。

1.Inpho軟件簡(jiǎn)介

Inpho數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)是國(guó)際上著名的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)軟件之一。它包含空三加密、數(shù)字地面模型匹配、及數(shù)字正射影像糾正、影像拼接、激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理等系列軟件。它采用模塊化設(shè)計(jì)，它包含項(xiàng)目管理模塊inBLOCK，空中三角測(cè)量模塊MATCH-AT，地形建模模塊MATCH-T DSM、DTMaster、SCOP++，正射影像處理模塊OrthoMaster、OrthoVista。其中大部分主要模塊通過主程序ApplicationsMaster進(jìn)行管理。

Inpho支持對(duì)多種航空影像的處理，如來自模擬相機(jī)的掃描影像、來自DMC、DSS、UltraCam等框幅式相機(jī)的影像以及ADS40推帚式傳感器等。本文介紹是以50 Mpix數(shù)碼相機(jī)航片為例。

2.Lidar介紹

LIDAR（激光雷達(dá)）即LightDetectionAnd Ranging，大致分為機(jī)載和地面兩大類，其中機(jī)載激光雷達(dá)是一種安裝在飛機(jī)上的機(jī)載激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)，可以量測(cè)地面物體的三維坐標(biāo)。機(jī)載LIDAR數(shù)據(jù)經(jīng)過相關(guān)軟件數(shù)據(jù)處理后，可以生成高精度的數(shù)字地面模型DTM、等高線圖，具有傳統(tǒng)攝影測(cè)量和地面常規(guī)測(cè)量技術(shù)無法取代的優(yōu)越性，使航測(cè)制圖如生成DEM、等高線和地物要素的自動(dòng)提取更加便捷。本文利用的是未經(jīng)分類的lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)，雖然未經(jīng)分類，但是地面點(diǎn)精度也都具有非常高的精度，在一定程度上能節(jié)省高程數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間，提高DOM制作的效率。

3.項(xiàng)目信息

本項(xiàng)目主要是為了完成歐洲比利時(shí)特定區(qū)域的DOM正射影像制作任務(wù)。該項(xiàng)目航片獲取采用50 Mpix數(shù)碼相機(jī)（焦距，35.0368mm；像幅，49.056*36.792），總數(shù) 13萬片左右。高程數(shù)據(jù)以客戶提供僅分類了建筑物的lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)為主，制作地面分辨率0.1M的DOM影像圖?？紤]到項(xiàng)目工期和客戶要求，我們采用采用Inpho軟件進(jìn)行DOM生產(chǎn)，經(jīng)過我們精度檢查和客戶確認(rèn)，制作出的DOM，滿足客戶精度要求。下面將我們?cè)谠擁?xiàng)目中的工作流程做一下介紹。

4.基于lidar數(shù)據(jù)的DOM生產(chǎn)流程

本文主要結(jié)合歐洲比利時(shí)影像項(xiàng)目，來說明利用lidar數(shù)據(jù)制作DOM的流程。根據(jù)航空影像的不同，Inpho的DOM制作過程會(huì)有一定的差別，一般來說Inpho的DOM生產(chǎn)流程如下圖1所示：

圖1 DOM生產(chǎn)流程

4.1 創(chuàng)建工程

在正式開始DOM制作之前，我們需要?jiǎng)?chuàng)建PRJ工程文件，這需要準(zhǔn)備工程文件所需要的信息：

1）相機(jī)檢校報(bào)告，包括相機(jī)的焦距、像幅、像元大小、主點(diǎn)偏移PPA或PPS及畸變差等參數(shù)。

2）生產(chǎn)區(qū)域的航空影像數(shù)據(jù)。

3）像控點(diǎn)成果數(shù)據(jù)。

4.2 高程數(shù)據(jù)制作

高程數(shù)據(jù)制作處理需要利用到Inpho的SCOP++和DTMaster模塊以及DTMToolkit工具。Inpho支持對(duì)多種格式的地形數(shù)據(jù)處理，如常見的AutoCAD DXF、ArcGIS Shapefile、ArcGIS TIN，柵格數(shù)據(jù)GeoTIFF和BIL、點(diǎn)云數(shù)據(jù)las等，并能夠?qū)⑦@些格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Inpho的DTM數(shù)據(jù)格式。

本項(xiàng)目采用的是剔除建筑物數(shù)據(jù)的lidar點(diǎn)云數(shù)據(jù)來作為高程數(shù)據(jù)，雖然地面點(diǎn)的精度都非常高，能滿足DOM制作的要求，但是其未經(jīng)過分類處理，存在較多的非地面點(diǎn)，對(duì)DOM的精度也存在一定影響。所以本項(xiàng)目主要從兩個(gè)方面來解決這類問題：一是通過SCOP++模塊，對(duì)lidar數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換出來的DEM格網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插、濾波等多種應(yīng)用和管理，在平面環(huán)境下對(duì)DTM數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、編輯，使未經(jīng)分類的lidar數(shù)據(jù)滿足DOM生產(chǎn)要求。二是，經(jīng)一次糾正后，檢查影像存在的變形、錯(cuò)位等問題，對(duì)存在問題的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，在立體環(huán)境下更新該區(qū)域的DTM數(shù)據(jù)，然后和編輯完的lidar數(shù)據(jù)聯(lián)合使用，對(duì)存在變形、錯(cuò)位的影像進(jìn)行二次糾正。

4.3 正射糾正

正射糾正是利用OrthoMaster通過利用影像的外定向參數(shù)和高程數(shù)據(jù)，對(duì)影像進(jìn)行正射糾正。

在開始正射糾正之前，我們可以設(shè)置每片影像的糾正區(qū)域和影像之間的重疊度，同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目需要，可以指定整個(gè)測(cè)區(qū)需要成圖的范圍（AOI：area of interest）。

本項(xiàng)目要進(jìn)行兩次糾正，一次是lidar數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的一次糾正，然后檢查糾正出來的影像的變形、錯(cuò)位等情況，并對(duì)存在問題的區(qū)域進(jìn)行立體更新DTM，然后進(jìn)行二次糾正。

4.4 影像勻色

本項(xiàng)目由于受到航空攝影條件的影響（像幅小、航線多、周期長(zhǎng)），獲取的航空影像在輻射強(qiáng)度、色彩、亮度等指標(biāo)上均有一定的差異。因此，我們要利用OrthoVista對(duì)影像進(jìn)行勻光勻色處理，減少輻射強(qiáng)度變化的影響、減少熱點(diǎn)效應(yīng)、進(jìn)行大面積的色彩和亮度平衡、調(diào)整色彩和對(duì)比度、改正局部的輻射錯(cuò)誤等，使整個(gè)測(cè)區(qū)影像顏色的強(qiáng)度、對(duì)比度、色度、飽和度基本均勻。

4.5 影像鑲嵌

在Inpho中，影像鑲嵌也是由OrthoVista模塊來完成。OrthoVista提供了多種生成鑲嵌線的方法和參數(shù)，根據(jù)項(xiàng)目的具體情況，選擇智能鑲嵌的方法生成測(cè)區(qū)的鑲嵌線。然后利用SeamEdit對(duì)自動(dòng)生成的鑲嵌線進(jìn)行編輯，處理穿越高架地物、陰影、房屋等地物的地方，并針對(duì)鑲嵌線兩邊有顏色差異的地方進(jìn)行編輯，盡量避免顏色差異的出現(xiàn)。

4.6 影像裁切

利用編輯完的鑲嵌線，在OrthoVista里面導(dǎo)入測(cè)區(qū)相應(yīng)的裁圖圖框，即可獲得指定的DOM產(chǎn)品。

5.基于lidar數(shù)據(jù)制作DOM的技術(shù)要點(diǎn)

利用lidar數(shù)據(jù)進(jìn)行DOM生產(chǎn)過程中，最終DOM產(chǎn)品的精度和質(zhì)量體現(xiàn)在生產(chǎn)流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)。但是高程數(shù)據(jù)的處理、檢查和編輯對(duì)影像的質(zhì)量存在至關(guān)重要的作用，項(xiàng)目生產(chǎn)中需要不斷試驗(yàn)、總結(jié)，以達(dá)到項(xiàng)目生產(chǎn)時(shí)間和DOM產(chǎn)品精度的均衡。針對(duì)Inpho的功能特點(diǎn)利用lidar數(shù)據(jù)制作DOM有如下幾個(gè)需要注意的地方：

1、在高程制作過程中，高程數(shù)據(jù)的精度直接決定了DOM產(chǎn)品的精度。因此，在采用沒有進(jìn)行分類的lidar數(shù)據(jù)作為高程數(shù)據(jù)的時(shí)候編輯、檢查顯得尤為重要。一次糾正后的檢查和DTM數(shù)據(jù)的更新都對(duì)高程數(shù)據(jù)的精度有著較大影響，一定要認(rèn)真仔細(xì)，這樣才能提高高程數(shù)據(jù)的整體精度水平。

2、對(duì)于高架的地物，如橋梁等，在更新DTM時(shí)，采集它們的三維輪廓線，加入到高程數(shù)據(jù)里面，這樣對(duì)糾正出來的高架地物的平面精度會(huì)有較大的提升，可以減輕后期處理工作量，提高效率。

3、勻光勻色需要用到OrthoVista中的RadiometrixEditor工具來進(jìn)行人為調(diào)整。調(diào)色要遵循“先整體后局部”的策略，先對(duì)測(cè)區(qū)整體進(jìn)行調(diào)整，然后針對(duì)個(gè)別差異進(jìn)行局部調(diào)整。對(duì)于整體差距不大、以及有規(guī)律性的輻射強(qiáng)度變化（如一條航線偏亮、一條偏暗這樣重復(fù)出現(xiàn)的情況）可以通過OrthoVista勻色的參數(shù)設(shè)置，使勻色后的影像滿足要求而不需要過多的人工干預(yù)調(diào)整。

4、鑲嵌線自動(dòng)生成時(shí)，需根據(jù)測(cè)區(qū)情況，定義不同的方式。采用“Feature Detection”的方法生成的鑲嵌線能夠避開絕大部分高于地面的物體（如房屋、橋梁、密集樹木等），但是計(jì)算機(jī)處理時(shí)間較長(zhǎng)；采用“Adaptive Feathering”方法并指定測(cè)區(qū)的性質(zhì)（如農(nóng)村、城市、還是城鄉(xiāng)結(jié)合）來判定建筑物的密集程度，可以快速得到精度不錯(cuò)的鑲嵌線。鑲嵌線編輯時(shí)，要盡量沿著線狀地物，避免大的顏色差異，不要穿越房屋、橋梁、汽車、陰影等高架或移動(dòng)中地物，這樣能減輕后期編輯工作量，大大提升DOM制作的效率。

6.結(jié)語

Inpho作為國(guó)際著名的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)在DOM的制作上面有著較大的優(yōu)勢(shì)，lidar數(shù)據(jù)作為目前快速獲取高精度高程數(shù)據(jù)的方式，也越來越多的得到大家的廣泛關(guān)注和應(yīng)用，兩者有效的結(jié)合能高效、高質(zhì)量的完成DOM制作，在測(cè)繪產(chǎn)品的快速生產(chǎn)中可以發(fā)揮較大的作用。

【1】張祖勛等.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，1997.

【2】戴小真.基于INPHO系列軟件的數(shù)字正射影像圖的制作[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2007，30（5）: 27-29.

【3】姜琳琳等.LIDAR數(shù)據(jù)結(jié)合特征線獲取高精度DEM及DOM[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，23（2）:32-35.

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袁如金（1981年——），男，湖北枝江人，工程師，測(cè)繪工程專業(yè)碩士研究生，主要從事航測(cè)內(nèi)外業(yè)項(xiàng)目技術(shù)及生產(chǎn)管理工作。

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2095-7319（2014）04-0075-05