基于INPHO的正射影像生产方法浅析

2019-09-10王迎春

现代信息科技 2019年8期

摘要：数字正射影像图的应用领域越来越多，如在基本农田建设、抗震救灾、城市规划中的应用等。数字正射影像图还应用于地理国情监测底图制作依据、土地监察执法依据、土地确权、秸秆禁烧和1：10000基础测绘矢量化等。因此，正射影像的制作是上述应用的关键环节。如何快速有效处理海量数据，制作出高精度的正射影像图是本文研究的重点。本文使用INPHO软件，对试验区进行正射影像的制作，对正射影像制作各流程的精度、效率、产品质量情况进行分析，总结经验。

关键词：遥感影像;空中三角测量;数字高程模型;正射影像图

中图分类号：P273 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）08-0001-03

Abstract：There are more and more applications of digital orthophoto map，such as basic farmland construction，earthquake relief，urban planning and so on. Digital orthophoto map is also applied to the basis of making base map of geographic condition monitoring，the basis of land supervision and law enforcement，the confirmation of land rights，the prohibition of straw burning and the vectorization of 1：10000 basic surveying and mapping，etc. Therefore，the production of orthophoto image is the key link of the above application. Fast and effective processing of massive data and making high-precision orthophoto map are the focus of this paper. In this paper，INPHO software is used to produce orthophoto Image in the test area. The accuracy，efficiency and product quality of each process of orthophoto image production are analyzed，and the experience is summarized.

Keywords：remote sensing image;aerial triangulation;digital elevation model;orthophoto map

1 正射影像图的研究意义

数字正射影像图，英文全称是Digital Orthophoto Map，简称DOM。数字正射影像图是基于航摄像片或遥感影像（单色/彩色），经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌的影像数据。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。数字正射影像图，通俗点讲就是把高差起伏的地表影像垂直压平至高程为0的基准面上形成的图像。DOM具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点，现实性和完整性都很优良。

随着数字正射影像图的应用领域越来越多，如何快速有效处理海量数据，制作出高精度的正射影像图，是测绘单位不可避免要考虑解决的问题，也是本文主要研究的問题。

2 国内外正射影像图制作发展概况

正射影像图的制作经历了“光学机械类型→函数解析类型→电子数字类型”的过程，发展到计算机数字微分纠正。数字微分纠正又分为反解法（间接法）数字微分纠正和正接法（直接法）数字微分纠正。

（1）正解法数字微分纠正。由原始影像上的像元坐标求得纠正后的像点坐标，再由原始像元的灰度值对纠正后的像点进行灰度内插，以获得规则格网排列的正射影像。

（2）反解法数字微分纠正。由正射影像上的像元反解出对应原始影像像元坐标，而所得到的原始影像像元坐标不一定落在规则格网中心点上，通过灰度内插获取像元灰度值，再把灰度值赋给纠正后的像元，即得到纠正后的数字正射影像。

3 DOM的应用

数字正射影像图的应用领域越来越多，如在基本农田建设、抗震救灾、城市规划中的应用，现在用得较多的像作为地理国情监测底图制作依据、土地资源的动态监测、土地监察执法依据、土地确权、秸秆禁烧、三维景观建模等，甚至于1：10000基础测绘局部更新、天地图矢量更新、空间格局变化监测也可在正射影像的基础上矢量化。数字正射影像图在社会发展中发挥了重要的作用，特别是在农业土地资源调查、地质分析、农田基本建设规划、城市建设设施管理、市政交通规划、房地产居住分析、铁路及公路勘测规划、林业管理与规划、林业资源调查等领域都起到了积极作用。

4 利用INPHO制作DOM

美国Trimble公司的INPHO数字摄影测量系统，是国际著名摄影测量学者阿克曼教授领导开发的。INPHO可以进行快速全自动空中三角测量、影像匹配、影像纠正，再对DOM进行匀光匀色、镶嵌、裁切等操作来获取正射影像成果。流程图如图1所示。

4.1 全自动空中三角测量

（1）数据准备：原始影像、相机参数、像片控制测量数据、POS数据。

（2）引入相机文件、POS数据（IMU/DGPS）、原始影像数据，创建加密工程（创建空三项目工程如图2所示）。经过自动匹配解算，建立航向及旁向4度及以上的像片连接点，把全网航片连接成稳固的网型结构，不均匀处人工加点，无需进行自由网平差。

（3）引入控制点文件，逐点检查修测外业点。利用像片控制测量数据，通过共线方程及平差解算，解求航片摄影瞬间的姿态参数及拍摄位置，最终获取每张航片的外方位元素，为影像纠正提供最基础的参数。空三加密精度统计如表1所示。

4.2 DEM生产

（1）建立新的INPHO工程，利用MATCH-T DSM生成高程模型，设置合适过滤参数，将已生产的单模型DSM中的地物先进行分类统计。

（2）使用过滤参数进行合并DSM计算，在合并同时自动去除建筑物、树木及其他建筑物等，得到测区DEM。

（3）利用DTMaster模块，进行高程数据的编辑，对非地面模型如房屋、树木等地物进行人工编辑，使其符合到地面;对特殊区域如桥、高层建筑等处的DEM需进行二次修改。对于山头、鞍部特征点、山脊线、断裂线等地貌表示不完整处，应人工辅助加绘必要的特征点、线，直到DEM切准地表立体模型。然后对DEM进行内插，使无值的地方获得正确的髙程值。

INPHO能自动匹配生成DSM/DTM，速度适中。但是还是要进行人工修测，在立体环境下对DEM进行100%检査修改，以提高数字高程模型的精度，从而确保正射影像图的精度。

4.3 DOM生产及拼接裁切

（1）调用数字正射影像图纠正模块OrthoMaster，通过建立纠正工程项目，引入相机文件、原始影像、编辑处理后数字高程模型等数据，对各单张航片进行批量数字微分纠正，获得以航片为单位的区域数字正射影像图。OrthoMaster的特点是支持通用格式空三及DEM成果数据，可选择各航片之间纠正结果的重叠度及纠正成果的实时检查。

（2）调用数字正射影像图的影像拼接模块OrthoVista，通过建立影像拼接工程文件，引入经过纠正的单片正射影像，经过编辑拼接线，将拼接线主要选在道路边线、田埂、阴影等无纹理的区域，避开建筑物。实在无法绕开的区域，选择投影差较小的部位垂直穿过房屋。对于桥梁、高层建筑等易变形的特殊地物逐个进行二次检查和修改。对于影像接边处色彩反差大的区域进行平滑处理。模糊错位的地方应进行修改。水域等纹理应该一致的区域利用匹配处理，色彩基本保持一致。由于拼接的影像之间具有重叠带，软件将对重叠带内的影像进行平滑处理，但不应以损失影像清晰度为代价。最后，根据分幅要求裁切成需要的正射影像图，完成正射影像图的制作。

4.4 精度统计

利用全数字摄影测量工作站在立体环境下检査修改后的DEM进行微分纠正获取DOM。DOM精度统计如表2所示。

表2 DOM精度统计表

4.5 利用INPHO制作DOM優缺点

（1）空三加密解算能力强、速度快，无需进行相对定向平差，可立体观测人工点，但立体观测时修测点不能微调。可以分网或原网减航片，但合网或原网加航片就实现不了。

（2）自动匹配生成DSM/DTM速度不慢，可立体修测DEM，一般还需借助全数字摄影测量系统进行检查修改。

（3）影像拼接功能，可以进行匀光匀色，但拼接线编辑不方便。

5 结论

目前的数字正射影像图制作技术已非常成熟，各种各样的软件基本都能满足要求，但每种软件都有其优缺点，本文主要研究了INPHO制作数字正射影像图的优缺点。

（1）空三加密阶段：精度高、速度快。

（2）数字高程模型采集阶段：自动匹配精准DSM/DTM耗时也长，利用已有DEM修测才能体现其优势。虽然INPHO支持立体修测DEM，但一为了保证精度，二也因为软件较贵不会批量配置，所以要借助全数字摄影测量系统100%检查修改。

（3）数字正射影像图微分纠正阶段：速度快，支持大批量批处理。