利用倾斜摄影进行TDOM制作的研究

郭林凯

(大连市测绘研究院(大连市基础地理信息中心)，辽宁 大连 116011)

利用倾斜摄影进行TDOM制作的研究

郭林凯

(大连市测绘研究院(大连市基础地理信息中心)，辽宁 大连 116011)

通过对比分析正射影像图与真正射影像图生产过程，提出了真正射影像图制作的关键技术，分析了倾斜影像的特点，研究了利用倾斜影像进行建筑物立体模型快速制作和建筑物遮挡区域“黑洞”的完美修补，实现了高质量真正射影像图的制作。

倾斜摄影；空三加密；建筑物立体模型；DOM；TDOM

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[1]。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[2]。

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[3]。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1所示。

图1 倾斜影像5视角影像

2 TDOM制作思路分析

2.1 DOM与TDOM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[4]，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。DOM与TDOM制作主要流程对比如图2所示。

2.2 TDOM制作分析

通过查看图2虚线框，能够发现DOM与TDOM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[5]。

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DEM[5]。TDOM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[6]。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3所示。

2.2.3 DOM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[7]。

(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[8]，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[9]，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6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7所示。

图6 未利用倾斜影像修补 图7 利用倾斜影像修补 存在黑洞 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[10]，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[11]。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[12]。

(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[13]。

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[13]，建筑物立体模型如图9所示。

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[14]，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[15]，提高了制作真正射影像的效率，TDOM成果示意图如图10所示。

图8 倾斜影像生成的点云 图9 批量生成立体模型

图10 TDOM成果

4 结束语

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。

[1] 杜泽明,杨常红,万从容.基于Inpho的真正射影像生产试验[J].现代测绘,2013,36(2):39-42.

[2] 孙杰，马洪超，钟良.利用LiDAR点云的真正射影像遮蔽检测[J].武汉大学学报(信息科学版)，2011，36(8)：948-951.

[3] 黄健,王继.多视角影像自动化实景三维建模的生产与应用[J].测绘通报,2016(4):75-78.

[4] 虞泰泉，沈泉飞.基于DSM和TDOM的城市三维模型构建[J].现代测绘，2010,33(4):21-22.

[5] 穆利娜.城市DSM、TDOM的获取技术与应用研究[D].西安：西北大学，2008.

[6] 钟成.集成LiDAR和遥感影像生成高质量真正射影像研究[J].测绘学报，2011,40(1):132-136.

[7] 朱庆，于杰，杜志强，等.面向对象的真正射影像纠正方法[J]．武汉大学学报(信息科学版)，2013，38(7):757-762.

[8] 史照良，沈泉飞，曹敏，等.像素工厂中真正射影像的生产及其精度分析[J].测绘科学技术学报，2007，24(5)：332-335.

[9] 张剑清,许彪,孙明伟,等.利用三角网遮蔽检测进行真正射影像制作[J].武汉大学学报(信息科学版)，2012，37(3):326-329.

[10] 钟成，李卉，黄先锋.面向大规模真正射影像生产的快速遮蔽检测方法[J].同济大学学报(自然科学版)，2013，41(4):614-618.

[11] 曲林,冯洋,支玲美,等.基于无人机倾斜摄影数据的实景三维建模研究[J].测绘与空间地理信息,2015(3):38-39.

[12] 王庆栋,艾海滨,张力.利用倾斜摄影和3ds Max技术快速实现城市建模[J].测绘科学,2014,39(6):74-78.

[13] 田野,向宇,高峰,等.利用Pictometry倾斜摄影技术进行全自动快速三维实景城市生产——以常州市三维实景城市生产为例[J].测绘通报,2013(2):59-62.

[14] 杨靖宇，张永生，包全福.真正射影像制作的遮挡区检测方法研究[J].测绘科学，2011,36(2):37-39.

[15] 冯梅.基于LiDAR和航空影像的三维建模方法探讨[J]. 测绘通报,2011(12):12-14.

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

郭林凯.利用倾斜摄影进行TDOM制作的研究[J].测绘通报，2017(2)：79-81.

10.13474/j.cnki.11-2246.2017.0053.

2016-05-07；

2016-07-20

郭林凯(1979—)，男，高级工程师，注册测绘师，主要从事航空摄影测量与遥感、地理空间信息处理、城市实景三维建模等方面的研究。E-mail：qq_glk@126.com

P23

A

0494-0911(2017)02-0079-03