基于ADS80數據正射影像圖制做的工藝流程介紹

郭濤 胡哲佳 崔正

摘要：本文以ADS80數據為依托，利用相關正射影像生產軟件，詳細介紹了數據處理的流程，首先用Xpro進行空三加密，其次，用Inpho進行DEM的自動提取，再次，在Mapmatrix下進行DEM編輯，最后，在EPT下鑲嵌成圖?？煽客晟频臄祿幚砹鞒虨轫椖康捻樌M行提供了基礎和依據。

關鍵詞：ADS80；Xpro；Inpho；Mapmatrix；EPT；DOM

中圖分類號：C64文獻標識碼： A

正射影像圖是以數字高程模型為基礎，對航空或航天像片進行數字微分糾正、數字鑲嵌，最后根據圖幅范圍裁切生成分幅正射影像圖數據。Leica ADS80機載數字航空攝影測量系統集成了高精度的慣性導航系統和全球衛星定位系統，采用12000像元的三線陣CCD鏡頭，一次可獲取前視、底視、后視的具有100%三度重疊且光譜特性較好的全色立體影像和彩色影像。高智能高精度的航攝系統，結合恰當的軟硬件和完備的數據處理流程，在數據源獲取與數據處理層面對超大批量正射影像的處理上，在保證精度的前提下能大大加快數據生產的效率。

一．系統簡介

基于ADS80正射影像生產涉及到的處理軟件包括：空三加密軟件Xpro，DEM提取軟件Inpho，DEM編輯軟件Mapmatrix，DOM制做軟件EPT。它們在各自功能上相互獨立，在整個正射影像生產上又相互聯系。

1．Xpro地面數據處理軟件

Xpro地面數據處理軟件是徠卡公司針對ADS80相機推出的空三加密軟件，本文中主要用到的功能包括：用于檢查評定原始航拍數據的質量，利用精確解算的POS數據進行初始的地理定位定向，利用外業像控點進行數字空三計算恢復每條掃描線每個像元的外方位元素，即生成精確的定向文件，最后輸出前視，底視，后視的L1級全色影像和底視，后視的L1級彩色影像。

2．Inpho數字攝影測量系統

Inpho數字攝影測量系統是美國?Trimble公司旗下，由德國斯圖加特大學阿克曼教授針對數字攝影系統的研究成果，其功能主要包括空三加密處理，DEM提取與編輯，數字地形建模，正射影像生產。本文主要用到的功能是利用L1級全色影像匹配生成DEM。

3．Mapmatrix采編一體化系統

Mapmatrix是武漢航天遠景公司推出，可用于數字高程模型DEM，數字線劃圖DLG的生產，可以實現采編一體化。本文主要應用到的功能是對Inpho提取的DEM，在立體模型下進行編輯并按航線裁切，最后對L1級彩色影像進行數字微分糾正生成單航帶正射影像。

4．EPT影像制做系統

易拼圖軟件也是武漢航天遠景公司推出，可以對糾正后的單條航線進行整體勻光勻色，鑲嵌線編輯，類似于PS的影像編輯功能，批量圖幅裁切。編輯過程中所見即所得，方便了作業又提高了效率，尤其在大批量的生產作業中更顯出其優勢之處。

二．DOM處理流程介紹

1．利用Xpro進行空三加密

Xpro加密影像的步驟主要包括以下5項。

（1）航攝數據質量檢查

對飛行質量進行檢查，檢查內容主要包括：滾動角，旋偏角，俯仰角是否在限差內；進出航線是符合要求；飛行時間，飛行高度是否符合要求。

對影像質量進行檢查，檢查內容主要包括：影像是否有過度曝光，是否有拉花變形，是否有云層雨雪遮蓋。

（2）數據準備

首先對影像數據、處理后的慣性導航數據、元數據進行數據完整性檢查，保證數據符合處理要求且無缺失；然后進行數據的預處理，生成直接地理定位定向的L0級影像和定向文件。

（3）像控點布設

由于ADS80高精度的POS數據和高清晰度的影像數據，可大大減少地面像控點的密度，大大減少地面外業的工作量。依據成圖比例尺、攝區地形等情況，在測區內外均勻布設一定數量的像控點和檢查點。

（4）空三加密

首先，利用自動點量測工具APM自動匹配生成大量的連接點；其次，人工在立體下量測像控點和檢查點；最后，調用ORIMA模塊進行約束平差，調整點的位置直至符合精度要求，更新元數據文件。

（5）輸出加密成果及計算坐標轉換參數

利用平差定向結果對L0級影像進行糾正，生成三個視角的L1級全色影像，用于后序的DEM提取和編輯，生成底視和后視的L1級彩色影像。

利用測區內具有WGS84和目標坐標系兩套坐標的高等級控制點，應用布爾沙七參數模型計算該區域坐標轉換七參數，應用曲面擬合方法計算高程改正參數，生成高程改正文件。

2．利用Inpho提取數字表面模型DEM

Inpho自動提取DEM精度較高，可大大減少立體編輯DEM的工作量，其步驟主要包括以下3項。

（1）新建工程

通常以一個測區為單位新建工程，引入三個視角全色影像和像控點文件，設置測區平均地形高，利用七參數和高程改正文件建立本地坐標系。在立體模型下量測像控點，檢核加密成果是否合格，檢查坐標系是否設置正確。

（2）提取DEM

根據測區類型和成圖比例尺，分別設置DEM格網間距以及測區地形類型和提取時的匹配策略。特別注意，在大面積山區應選擇較緩的匹配策略，避免山體被過濾；在較平緩的有大量高程建筑物的城區，應選擇極端的匹配策略，將人工高大建筑過濾。在立體模式下瀏覽匹配的成果，不斷調整匹配策略直至結果滿意。

（3）格式轉換

Inpho系統下匹配的DEM成果為點云las格式，可通過格式轉換工具轉換為統一的grd格式，再在Mapmatrix的格式轉換工具下轉換為其系統特定的dem 格式。

3．利用Mapmatrix編輯DEM

Mapmatrix編輯DEM的步驟主要包括以下3項。

（1）新建工程

在Mapmatrix下新建測區，設置坐標系、七參數、高程改正文件等參數，引入影像，創建立體像對，這時引入測區內的像控點坐標成果，檢查數據的精度與影像的匹配質量，檢查點的精度應滿足相關規定。

（2）DEM編輯

將自動提取的DEM數據疊加加在立體影像上，進行精度檢查。對DEM進行編輯時，要針對正射影像圖的特點采取不同的精度標準。對有高大建筑物及道路的地區要仔細編輯，對陡坎等直立性地物要合理編輯，這些地方若DEM編輯不好，生成的DOM很容易變形，加重后期圖像處理工作量。編輯時應考慮到DEM的誤差對DOM精度的影響及與它所處像片的位置，像片邊緣應仔細編輯，使DEM精度能夠滿足DOM成圖精度的要求。

在立體模型上采集特征點、線，其位置應選在影像邊緣清晰、最好是交叉點、轉折點的位置上。采集的數據與DOM疊加精度應該一致。如有誤差應檢查DEM的精度并改正，保證DOM滿足精度要求。

（3）單航線糾正

按航線裁切DEM ,利用數字微分糾正的方法，生成單航帶影像。

由于編輯的DEM與實地差異造成的傾斜誤差公式1：

………………………….公式1

其中，為檢測點影像位移量；

為相對于糾正高程面的高差；

H為檢測點的航攝高度；

L為檢測點距航帶中線的距離值。

由此可知，點距離航帶中線越遠造成的影像位移量越大，因此，通常情況下裁去航帶兩側各10%的影像。

影像糾正后，需要用之前所測的檢核線劃確定有沒有影像變形和位移，若有則需要重新回到立體模式下重新修編DEM.

4．利用EPT生成DOM

EPT下生成DOM產品主要步驟包括以下3項。

（1）勻光勻色

勻色要校正一幅影像內的色調不均，同時去除影像上的薄霧。在選擇參考影像時，應大致瀏覽整個區域的所有影像，查看影像的亮度，對比度，色彩真實度、分布均勻程度等，其中對比度的強弱還決定著影像的紋理是否清晰。在確定比較好的原始影像后，利用影像處理軟件分別對其進行色彩、亮度和對比度的調整。

（2）鑲嵌線編輯

在EPT軟件下，對單航線正射影像進行鑲嵌裁切。鑲嵌線要盡量避開建筑物、工礦設施、道路、管線等地物，盡量不要橫穿面狀和線狀地物，要從顏色反差較大的地方畫線，通過拼接線解決色彩的不一致，保證同一地塊色彩一致。

（3）影像修補

在Photoshop軟件下對于大型高層建筑物、高架橋等航線間的接邊變形地物進行修補。

完備數據處理流程見圖1 基于ADS80的正射影像制做流程。

總體處理流程如圖1所示：

圖1DOM制做流程圖

三．案例分析

2013 年，我們承擔了遼寧省農村集體土地確權登記發證工作撫順測區11569平方公里1：2000DOM制做任務

1．工程精度要求

本次工程平面坐標為1980西安坐標系高斯三度投影坐標，高程系統采用1985國家高程基準。

區域網平差計算結束后，基本定向點殘差、檢查點誤差、公共點較差滿足精度方能提供下一工序使用，其最大限差要求如下表1所示.

表1 基本定向點殘差、檢查點誤差、公共點較差最大限值 單位為m

成圖比例尺 點別 平面位置中誤差 高程中誤差

1：2000 基本定向點 0.6 0.2

檢查點 1.0 0.28

公共點 1.6 0.56

平面精度要求，平地、丘陵地明顯地物點平面位置中誤差為圖上0.6mm，山地、高山地明顯地物點平面位置中誤差為圖上0.8mm。

平面位置中誤差的兩倍為最大誤差。

整個測區要求影像清晰，色調均衡，無明顯像片拼接痕跡；鑲嵌時要保證建筑物等實體的影像完整。

2．正射影像制做

接到任務，首先對項目要求和已有資料進行分析，確定技術路線，任務安排和質量控制措施。

（1）空三加密

首先，將整個項目區分為三個加密作業區，每個作業區為4000平方公里的矩形區域。由于接收到的航拍數據已經省測繪質檢站驗收，無需再進行質量檢查，在每個加密區均勻布設像控點和檢查點。然后進行約束平差計算，精度合格后輸出L1級全色和彩色影像。

利用測區內全省B、C級點的坐標計算七參數和高程改正文件。

（2）DEM自動提取

建立即DEM提取工程，引入像控點檢核坐標系設置是否正確。由于撫順測區大部分為山區，故匹配策略應設置為山區，一般平滑即可，格網間距為2米。

（3）DEM編輯

對提取的DEM進行合理的修改編輯，尤其注意山腳下高程突變容易造成影像變形處。

用編輯好的DEM對RGB影像進行糾正，生成單航線DOM。

將航帶兩側10%的影像裁去。

（4）DOM制做

使用全省統一勻色模板對整個測區進行勻光勻色處理。

在EPT軟件下，對單航線正射影像進行鑲嵌，消除色彩差距，修改影像變形。最后，按標準圖廓進行裁切。

影像檢查，并進行精度統計。

3．精度統計

（1）空三加密精度統計如表2所示：

表2：空三加密控制點精度、檢查點精度、匹配點精度

所在區域 類型 檢查個數 平面精度最大值（m） 高程精度最大值（m） 匹配精度

（像素）

A5區 控制點 11 0.29 0.20 1.3

檢查點 4 0.47 0.28

B5區 控制點 9 0.31 0.21 1.5

檢查點 5 0.48 0.30

C5區 控制點 8 0.33 0.21 1.5

檢查點 4 0.49 0.30

（2）隨機抽取測區內150幅DOM成果進行外業打點，內業進行精度統計，每幅圖平面位置中誤差均優于0.8m（圖上0.4mm），且粗差率不超限，符合項目精度要求.

四． 結論

本次項目共投入作業員15人，檢查員4人，作業歷時45天完成。利用xpro, Inpho,mapmatrix和EPT進行ADS80數據的正射影像制做有以下優點：

（1）該工藝流程自動化程度高，大大減少了人員的干預，對于大批量正射影像生產可突顯其優勢之處。

（2）統計效率達到平均每名作業員每天完成14幅，遠遠高于傳統方式的作業效率。

效率提高的原因一方面是Inpho下DEM提取的精度比較高，大大減少了立體下編輯的工作量；一方面是計算機擴大內存可以整條加載影像航帶，比傳統先裁模型的做法節省較多時間；另一方面，EPT具有photoshop相近的功能，大量的編輯功能可直接在EPT下進行操作，大大減少了photoshop編輯的工作量。

同時，該作業流程也有其劣勢之處：

（1）效率提高對軟硬件的要求也大大提高，這也意味著成本的增加。

（2）各作業工序之間的數據轉換稍顯繁瑣，對管理者的理論和操作技能有較高的要求。

參考文獻：

［1］李德仁，鄭肇葆 解析攝影測量［M］北京: 測繪出版社，1992.

［2］袁修孝 輔助空中三角測量原理及應用［M］北京:測繪出版社，2001.

［3］Leica ADS80 Documentation.

［4］Leica_XPro_5.2_Manual.

［5］IPASTC_IPA_Manual.

［6］INPHO DTMaster 操作手冊.

［7］MapMatrix4.0用戶手冊.

［8］EPT用戶手冊.

［9］CH 9008.3-2010-T 基礎地理信息數字成果 1：500 1：1000 1：2000 數字正射影像圖.

［10］GB／T 7930-2008 1：500、1：1000、1：2000地形圖航空攝影測量內業規范