傾斜攝影進行TDOM制作是一種新思路

發布日期：2018-12-13 00:00 瀏覽量：15909

傳統的數字正射影像圖( DOM) 是在數字高程模型( DEM) 的基礎上進行生產的，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 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品。

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，全面無遺漏地展現了地面上的物要素。

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。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 視角影像如圖飛燕遙感傾斜攝影案例：衢州學院5方向視角影像采集所示。

衢州學院5方向視角影像采集.jpg

傾斜攝影案例：衢州學院5方向視角影像采集圖

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 數據、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，自動生成拼接線并進行拼接線編輯，影像拼接，勻色調色處理，質量檢查，輸出成果。

TDOM 制作的主要流程為解算 POS 數據、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) ，生成點云數據，進行山體 DEM 生成和建筑物三維立體模型生成，進行建筑物遮擋區域檢測，利用其他視角影像修補遮擋區域，勻色調色處理，質量檢查，輸出成果。

2.2 TDOM 制作分析

通過查看圖 2 虛線框，能夠發現 DOM 與 TDOM制作主要區別在以下方面。

2.2.1 空三加密

DOM 生產僅需要對下視角影像進行空三加密處理，目前國內外常規數字攝影測量軟件均可以進行處理; TDOM 生產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 等數字攝影測量軟件能夠處理。

2.2.2 DEM 編輯、建筑物立體模型制作

DOM 生產中通常對自動生成的 DEM 等高線，在立體環境下與地形套合進行人工編輯修改; 對居民區建筑物參照周邊地形進行置平處理，然后生成DEM。TDOM 生產中的 DEM 編輯中，除了常規的地形與等高線套合修改外，還需要對居民區的房屋、橋梁等建筑物進行三維立體建模處理。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據，構建建筑物立體模型，建筑物點云數據生成三維模型如圖所示。

點云數據生成三維模型圖.png

點云數據生成三維模型圖

2.2.3DOM 拼接線編輯、TDOM 遮擋區域檢測與修補

( 1) DOM 生產時，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。

( 2) TDOM 生產解決了投影差問題，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建筑物錯位、變形等問題，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通過勻色、調色進行處理。

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

未利用傾斜影像修補存在黑洞圖和利用傾斜影像修補后的 TDOM圖.png

未利用傾斜影像修補存在黑洞圖和利用傾斜影像修補后的 TDOM圖

3 TDOM 制作關鍵技術

3.1傾斜影像空三加密處理

傳統數字攝影測量系統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，其空三加密一般以攝影時獲取的 5 個視角影像的 POS 系統為基礎，獲取 5 個視角影像的外方位元素和姿態參數，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光束法平差，實現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，進行聯合平差解算。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。

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

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據，對點云表達建筑物外輪廓局部缺失或表示錯誤區域，進行人工干預后，批量生成大面積的建筑立體模型。

3.3遮擋區域的檢測與修補

遮擋區域的檢測與修補是真正射影像制作的重要環節和難點環節，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，經精糾正和高精度匹配完成真正射影像制作環節的遮擋區域檢測與修補工作，提高了制作真正射影像的效率。

通過以上研究可以發現，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實現正射糾正后“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 制作生產效率較高、成果質量較好的一種方法，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。