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        利用傾斜攝影進行TDOM制作的研究

        2017-03-07 09:55:28郭林凱
        測繪通報 2017年2期
        關鍵詞:空三射影立體

        郭林凱

        (大連市測繪研究院(大連市基礎地理信息中心),遼寧 大連 116011)

        利用傾斜攝影進行TDOM制作的研究

        郭林凱

        (大連市測繪研究院(大連市基礎地理信息中心),遼寧 大連 116011)

        通過對比分析正射影像圖與真正射影像圖生產(chǎn)過程,提出了真正射影像圖制作的關鍵技術,分析了傾斜影像的特點,研究了利用傾斜影像進行建筑物立體模型快速制作和建筑物遮擋區(qū)域“黑洞”的完美修補,實現(xiàn)了高質(zhì)量真正射影像圖的制作。

        傾斜攝影;空三加密;建筑物立體模型;DOM;TDOM

        傳統(tǒng)的數(shù)字正射影像圖(DOM)是在數(shù)字高程模型(DEM)的基礎上進行生產(chǎn)的,影像圖上的房屋、橋梁等建筑具有投影差,隨著城市高層建筑、超高層建筑的增多,傳統(tǒng)DOM中高大建筑物的頂面嚴重偏離其正確位置,偏離方向及偏離程度因攝影中心相對于地物目標的方位而定,表現(xiàn)為建筑物有時會向道路方向傾斜,有時會遮擋或壓蓋其他地物要素,嚴重影響了影像圖的準確判讀。這對以DOM為地理底圖進行城市空間綜合利用、精細化管理的人員來說,存在著許多看不見的“死角”。為此提出了真正射影像圖(TDOM)的概念,真正射影像(true digital orthophoto map,簡稱TDOM)是將正射影像糾正為垂直視角的影像產(chǎn)品[1]。真正射影像對隱蔽部分(如各種地物、地形、植被等的傾斜投影)采用相鄰像片修正,表現(xiàn)為地形、建筑物等要素沒有投影差、建筑物間無遮擋的正射影像圖,全面無遺漏地展現(xiàn)了地面上的物要素[2]。

        1 利用傾斜攝影制作TDOM的可行性

        傾斜攝影技術是國際測繪領域近些年發(fā)展起來的一項高新技術,它顛覆了以往正射影像只能從垂直角度拍攝的局限,通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器,同時從一個垂直、4個傾斜等5個不同的角度采集影像[3]。相對于正射影像,傾斜影像能讓用戶從多個角度觀察地物,更加真實地反映地物的實際情況,極大地彌補了基于正射影像應用的不足,傾斜影像5視角影像如圖1所示。

        圖1 傾斜影像5視角影像

        2 TDOM制作思路分析

        2.1 DOM與TDOM制作流程對比

        DOM制作的主要流程為解算POS數(shù)據(jù)、導入航攝原始影像、像控點轉刺和坐標引入,進行空中三角測量(空三加密),創(chuàng)建立體像對,自動生成DEM并進行編輯,利用外方位元素并結合DEM進行影像糾正[4],自動生成拼接線并進行拼接線編輯,影像拼接,勻色調(diào)色處理,質(zhì)量檢查,輸出成果。

        TDOM制作的主要流程為解算POS數(shù)據(jù)、導入5個視角的原始影像、像控點轉刺和坐標引入,進行5個視角空中三角測量(傾斜影像空三加密),生成點云數(shù)據(jù),進行山體DEM生成和建筑物三維立體模型生成,進行建筑物遮擋區(qū)域檢測,利用其他視角影像修補遮擋區(qū)域,勻色調(diào)色處理,質(zhì)量檢查,輸出成果。DOM與TDOM制作主要流程對比如圖2所示。

        2.2 TDOM制作分析

        通過查看圖2虛線框,能夠發(fā)現(xiàn)DOM與TDOM制作主要區(qū)別在以下方面。

        2.2.1 空三加密

        DOM生產(chǎn)僅需要對下視角影像進行空三加密處理,目前國內(nèi)外常規(guī)數(shù)字攝影測量軟件均可以進行處理;TDOM生產(chǎn)不僅需要對下視影像進行空三加密處理,還需要對左右、前后4個傾斜視角的影像進行處理,目前僅有國外的街景工廠(street factory)、Smart3D、Inpho等數(shù)字攝影測量軟件能夠處理[5]。

        2.2.2 DEM編輯、建筑物立體模型制作

        DOM生產(chǎn)中通常對自動生成的DEM等高線,在立體環(huán)境下與地形套合進行人工編輯修改;對居民區(qū)建筑物參照周邊地形進行置平處理,然后生成DEM[5]。TDOM生產(chǎn)中的DEM編輯中,除了常規(guī)的地形與等高線套合修改外,還需要對居民區(qū)的房屋、橋梁等建筑物進行三維立體建模處理[6]。目前,大面積、大范圍城市建筑物三維立體建模采用傾斜攝影方式,通過傾斜影像生成高密集的點云數(shù)據(jù),構建建筑物立體模型,建筑物點云數(shù)據(jù)生成三維模型如圖3所示。

        2.2.3 DOM拼接線編輯、TDOM遮擋區(qū)域檢測與修補

        (1) DOM生產(chǎn)時,由于攝影過程中的太陽高度角、航攝時間、航攝方向等不同,導致圖幅與圖幅、航帶與航帶之間的地物存在投影差,尤其是較高建筑物,DOM接邊建筑存在接邊縫,如圖4所示,在進行影像拼接前需要對存在接邊縫進行處理,以解決房屋接邊時的錯位、變形問題[7]。

        (2) TDOM生產(chǎn)解決了投影差問題,在影像圖拼接過程中,不會因為圖幅與圖幅、航帶與航帶接邊出現(xiàn)建筑物錯位、變形等問題[8],TDOM接邊建筑無接邊縫,如圖5所示,在接邊處僅存在色差,對應接邊處存在的色差后續(xù)通過勻色、調(diào)色進行處理。

        (3) TDOM遮擋區(qū)域檢測與修補。通過對建筑物的真正射糾正,使原來被建筑物遮擋的區(qū)域展現(xiàn)出來[9],形成糾正后缺少影像覆蓋的“黑洞”區(qū)域,即沒有利用傾斜影像進行修補的TDOM“黑洞”如圖6所示。對糾正后存在“黑洞”的TDOM遮擋區(qū)域進行檢測,并利用傾斜影像進行修補,形成了最終的TDOM,如圖7所示。

        圖6 未利用傾斜影像修補 圖7 利用傾斜影像修補 存在黑洞 后的TDOM

        3 TDOM制作關鍵技術

        3.1 傾斜影像空三加密處理

        傳統(tǒng)數(shù)字攝影測量系統(tǒng)只能進行下視角影像的解算處理,不能對其他傾斜視角的影像進行解算處理。傾斜影像空三加密處理屬于多視角影像的空三加密,多視影像包含垂直的下視角和前后、左右傾斜攝影影像[10],其空三加密一般以攝影時獲取的5個視角影像的POS系統(tǒng)為基礎,獲取5個視角影像的外方位元素和姿態(tài)參數(shù),采取由粗到精的金字塔匹配技術,在每級影像上進行同名點自動匹配和自由網(wǎng)光束法平差,實現(xiàn)多視角影像的同名點匹配,同時,建立5個視角影像像點的連接、像控制點轉刺,進行聯(lián)合平差解算[11]。進行空三加密時需充分考慮以下因素:

        (1) 傾斜的影像幾何變形不同于下視影像,變形較大、且隨拍攝目標的距離越大變化越大[12]。

        (2) 傾斜影像地物之間相互遮擋嚴重,5個視角聯(lián)合進行同名點匹配時,存在部分同名像點無法匹配[13]。

        3.2 建筑物立體模型快速獲取

        將空三加密后的傾斜影像進行點云生成處理,形成了用點云表示的高精度數(shù)字地表模型(DSM),傾斜影像生成點云如圖8所示。從傾斜影像生成的點云中分類、提取建筑物的點云數(shù)據(jù),對點云表達建筑物外輪廓局部缺失或表示錯誤區(qū)域,進行人工干預后,批量生成大面積的建筑立體模型[13],建筑物立體模型如圖9所示。

        3.3 遮擋區(qū)域的檢測與修補

        遮擋區(qū)域的檢測與修補是真正射影像制作的重要環(huán)節(jié)和難點環(huán)節(jié)[14],目前常用的方法主要有兩類,一是基于距離的檢測法,即以投影點到目標的距離長度進行檢測;二是基于角度的檢測法,即以投影點到目標的角度大小進行檢測。但是這二者的計算量大,有時還存在偽檢測。本試驗采用像素工廠(Pixel Factory)軟件,基于傾斜影像自身的特點,通過多角度、多重疊度傾斜影像,結合建筑物立體模型,經(jīng)精糾正和高精度匹配完成真正射影像制作環(huán)節(jié)的遮擋區(qū)域檢測與修補工作[15],提高了制作真正射影像的效率,TDOM成果示意圖如圖10所示。

        圖8 傾斜影像生成的點云 圖9 批量生成立體模型

        圖10 TDOM成果

        4 結束語

        通過以上研究可以發(fā)現(xiàn),采用傾斜攝影技術能夠通過搭建建筑物三維模型糾正影像的正射投影,利用多視角的傾斜影像能夠?qū)崿F(xiàn)正射糾正后“黑洞”的修補,因此,采用傾斜攝影進行TDOM制作,不僅是一種新的TDOM制作思路,而且是TDOM制作生產(chǎn)效率較高、成果質(zhì)量較好的一種方法,具有很好的推廣應用價值。此外,由于傾斜攝影獲取的影像具有多視角的特點,也是進行城市實景三維建模的基礎資料。

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        [2] 孫杰,馬洪超,鐘良.利用LiDAR點云的真正射影像遮蔽檢測[J].武漢大學學報(信息科學版),2011,36(8):948-951.

        [3] 黃健,王繼.多視角影像自動化實景三維建模的生產(chǎn)與應用[J].測繪通報,2016(4):75-78.

        [4] 虞泰泉,沈泉飛.基于DSM和TDOM的城市三維模型構建[J].現(xiàn)代測繪,2010,33(4):21-22.

        [5] 穆利娜.城市DSM、TDOM的獲取技術與應用研究[D].西安:西北大學,2008.

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        [13] 田野,向宇,高峰,等.利用Pictometry傾斜攝影技術進行全自動快速三維實景城市生產(chǎn)——以常州市三維實景城市生產(chǎn)為例[J].測繪通報,2013(2):59-62.

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        Research on TDOM Production with Use of Oblique Photography

        GUO Linkai

        (Surveying & Mapping Institute of Dalian(Geomatics Center of Dalian), Dalian 116011, China)

        By comparing and analyzing the production process of orthophoto map and real projection image, this paper puts forward the key technology of making real image, and analyzes the characteristics of oblique image. This paper makes use of the oblique image to make the rapid building of the three-dimensional model of the building and the perfect repair of the “black hole” in the sheltered area of the building.

        oblique photography; space three encryption; building stereo model; DOM; TDOM

        郭林凱.利用傾斜攝影進行TDOM制作的研究[J].測繪通報,2017(2):79-81.

        10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0053.

        2016-05-07;

        2016-07-20

        郭林凱(1979—),男,高級工程師,注冊測繪師,主要從事航空攝影測量與遙感、地理空間信息處理、城市實景三維建模等方面的研究。E-mail:qq_glk@126.com

        P23

        A

        0494-0911(2017)02-0079-03

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