浅谈利用VirtuoZo NT制作黄河宁夏河道正射影像的方法和技巧

浅谈利用VirtuoZo NT制作黄河宁夏河道正射影像的方法和技巧

摘要：正射影像图就是将多个像片正射影像镶嵌在一起，进行色彩平衡处理后，按照一定的范围裁切而成; 由于正射影像图具有可判断性和可量测性，被广泛地应用于国民经济建设和各行各业。本文通过黄河宁夏河道工程介绍VirtuoZo NT进行正摄影像制作的方法和过程。

关键词:VirtuoZo NT；正摄影像；黄河宁夏河道

1 概述

正射影像的制作一般是通过在像片上选取一些地面控制点，并利用获取的该像片范围内的数字高程模型(DEM)数据，对影像同时进行倾斜改正和投影差改正，将影像重采样成正射影像。正射影像图就是将多个像片正射影像镶嵌在一起，进行色彩平衡处理后，按照一定的范围裁切而成; 由于正射影像图具有可判断性和可量测性，被广泛地应用于国民经济建设和各行各业。随着城市建设的发展和人们认识的提高，对正射影像图(DOM)的要求也越来越高。下面通过黄河宁夏河道的正射影像图的制作为例浅谈制作正射影像的方法和技巧。

2黄河宁夏河道正射影像的制作

我们是通过VirtuoZo NT 系统进行正射影像制作的, 此系统是基于Windows NT的全数字摄影测量系统，利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。由计算机视觉（其核心是影像匹配与影像识别）代替人眼的立体量测与识别，不再需要传统的光机仪器。下面介绍VirtuoZo NT数字摄影测量系统利用单张航摄像片制作正射影像图的过程。

2.1 测区概况

黄河宁夏河段位于宁夏回族自治区境内，黄河自中卫县南长滩入境，至石嘴山市麻黄沟出境，境内全长397km。该河段从上游至下游地理纬度为37°17′～39° 27′，经度为105°00′～106° 47′。由于纬度差别，使得河段封河时由下游向上游封冻，开河时则由上游向下游解冻，容易造成凌洪和伏秋洪水灾害。为满足宁夏黄河河道综合治理、河段防凌防汛、堤防及河道工程建设、水量调度、水资源管理、水质监测等各项工作的需要，开展黄河宁夏河段河道航空摄影正射影像图的制作。

2.2作业流程图

图一 正射影像的制作略图

2.3 航空像片数字化及数字影像的转换

采用ADS80数字航空摄影仪完成航摄像片。影像完整清晰， 各航线影像旁向重叠均大30%，GSD值优于0.3m。然后利用扫描仪将模拟像片变换成数字形式，生成数字正射像片。

VirtuoZo NT有专门数据格式，扫描后的图像格式不能直接在VirtuoZo NT中使用，需要通过VirtuoZo NT系统将图像的*.TIFF格式转化成为专门的*.vz格式。

2.4 参数设置

VirtuoZo NT系统需在参数界面上设置参数，包括内定向限差、相对定向限差、控制点参数、模型连接限差参数、相机参数、和正射影像参数等，其中有些参数需要按VirtuoZo

NT格式事先制作，如内定向限差，相对定向限差等。

图一 相关参数设置

2.5 定向

⑴ 内定向

将像片的框标与像片存盘的框标重合，目的是确定扫描坐标系和像片坐标系之间的关系以及数字影像可能存在的变化。VirtuoZo NT可自动识别框标点，自动完成扫描坐标系和像片坐标间变换参数的计算，自动完成相片内定向，并提供人机交互处理功能，人工调整光标切准框标。

⑵ 相对定向

目的是为了恢复构成立体相对的两张像片的像对方位，建立被摄物体的几何模型。VirtuoZo NT将左（右）影像分区提取特征点，利用2维相关寻找同名点，一般可匹配数十至数百个同名点，计算相对定向参数，自动进行相对定向。同时提供人机交互处理功能，人工对误差大的定向点进行删除或调整同名点点位，使之符合精度要求。

⑶ 绝对定向

也称大地定向，是指确定立体模型或由多个立体模型构成的区域的绝对方位，也就是确定立体模型或区域相对地面的关系。

2.6 生成核线影像

生成核线影像，是将原始数字影像重新按核线方向，逐条核线进行排列，形成按核线排列的立体影像，其目的就是为了方便1维影像的匹配。一般情况下，数字影像的扫描行与核线不重合，为了获取核线上点的灰度序列，必须根据原始影像灰度值进行内差，即所谓沿核线进行影像灰度重采样。

2.7 影像匹配

影像匹配的实质就是在两幅（多幅）影像之间识别同名点，是计算机视觉和数字摄影测量的核心问题，其目的是提取物体的几何信息，确定空间位置。

按照参数设置确定的匹配窗口大小和匹配间隔，沿核线进行影像匹配，确定同名点。 VirtuoZo NT能以每秒500个点的速度，自动匹配出成千上万个同名点。

2.8 匹配结果的编辑

影像匹配完成后，需在立体下进行人机交互的视差曲线编辑，即对匹配结果进行编辑。这一部分是整个作业过程中人工干预最多、工作量最大的部分。

交互式机助编辑方式，有点编辑、线编辑及面编辑。通常先选择编辑范围，然后选择编辑方法，例如平滑计算、表面拟合计算或定高程值水平面拟合等。

2.9 生成数字地面高程模型

在完成绝对定向和匹配编辑后，根据编辑后的影像匹配结果（视差数据）、定向结果参数及给定用于建立数字地面模型的参数等，利用移动曲面拟合法，自动内插生成不规则网格的DTM（影像上规则视差网格投影于地面坐标系），以及规则网格的数字地面高程模型。

黄河宁夏河段数字地面高程模型（DEM）的格网间距为5m。

在生成单个数字高程模型后，再将单个模型的DEM拼接起来，建立图幅DEM。

2.10 DEM拼接和正射影像镶嵌

首先生成单个相对的正射影像，然后进行正射影像图的拼接或镶嵌、裁切。该河段的数字正射影像（DOM）的地面分辨率为0.5m，镶嵌、切割线重叠或裂缝≤图上0.2 mm。

VirtuoZo NT系统可对多个影像模型进行DEM拼接，对正射影像、等高线影像、等高线叠合正射影像进行镶嵌。其拼接或镶嵌的作业流程如下：

⑴建立/选择多影像模型的相关文件；

⑵输入拼接或镶嵌的参数；

⑶选择拼接或镶嵌的范围；

⑷自动拼接或镶嵌。

2.11 地图整饰和输出

本着自然美观的原则，对影像进行适当调整，使影像清晰，色彩柔和，反差适中，幅与幅之间无明显色差。 影像阴影过长，密度过大，并已掩盖相邻景物的区域，应进行阴影和密度处理。影像反差过大，造成色彩不柔和，反差过小，影响景物判别，应进行反差调整。

选择图幅范围内需要镶嵌的所有单片正射影像，利用专业软件对其完成匀光、拼接、图幅裁切和正射影像输出，最后生成影像文件*.tif

3 制作正射影像过程中应注意的技巧

通过对黄河宁夏河道正射影像的制作，本人对正射影像制作中应注意的技巧有如下几点体会：

(1) 在特征线和数字高程模型(DEM)获取过程中,为提高正射影像的质量和精度,需要注意以下几点:

1）测量必要的特征线

在影像匹配数字高程模型(DEM)前,先测量一些特征线,如河道、道路、桥梁、山脊、山谷等,这样既能控制影像的数字精度,防止河道、道路、桥梁等重要的地物变形,又能参与正射影像制作。

2）大面积森林覆盖区的DEM制作

大面积森林覆盖区域，因为树木的影响而看不到地面，为使纠正后的正射影像没有模糊拉花的现象，保证影像的清晰，不能把TIN减掉树高，编辑到地面，而是需要把TIN编辑到树上，并且TIN要保持光滑、圆顺的形状。

3）房屋覆盖区的DEM制作

房屋覆盖区域要用区域内插的方法编辑到地面，这样纠正后的房屋才不会变形,拼接时

不会出现错位现象。

5）陡峭山脊、山沟处的DEM制作

在陡峭的山脊、山沟处,数字模型不能严格的编辑到地面,适当的压低山脊、抬高山沟处的数字高程模型既能达到影像的数字精度,又能保证影像不变形。

(2)在调色过程中应注意的问题。

首先在扫描时要对航摄像片进行适当的调色 。因为像片冲洗的条件和摄影的条件不同 ，影响像片的调色。如果这个时候的色调调节不当 ，以后很难调节好 。其次是在扫描完成后对数字像片的色调调节，此时要把整个测区像片拼接在一起 ，调节测区中反差大的像片 ，确保整个测区的色调一致，减少在像片纠正时的色差影响。最后是在像片镶嵌后，整个测区的调色，使测区的相片看起来美观。

(3) 在像片格式转换输入时注意像片的旋转问题，逆向还是正向，要和飞行方向一致，否则在拼接时易出问题。

(4) 在自动影像匹配之前，最好能做预处理，可以在立体模型中量测一部分特征线（山脊线、山谷线、陡坎、断裂线等）、特征点（山顶、鞍部点、边坡点等）、特征面（湖面、阴影区，林区边界等）作为自动影像的控制。经过预处理，可以明显改善影像匹配的效果。特别是对于大比例尺测图，预处理是很重要的。

(5) 在像片镶嵌时，画镶嵌线时最好避开房子等主要地物,不要分开。

(6) 控制点的定位对整个过程的精度影像很大，所以在控制点的外业选择时要特别注

意，一般来说选择的控制点尽量能估计其周围6张像片。特别是在南方地区，水域较多，标准点位和像主点很容易落水。此时就要采用全野外布点。

(7) 匹配窗口在原始影像上大小0.25-0.5毫米范围内的选择可按下面的原则确定。

①平坦地区，影像变形较小，匹配窗口可大一些。反之，当地形起伏较大时，影像变形较大，匹配窗口应小些。

②中、小摄影比例尺，匹配窗口应小些。大比例尺摄影，匹配窗口应大些。

③匹配窗口的长和宽都应为单数，最小窗口为5*5. 匹配格网间隔的选择：匹配格网间隔是指匹配窗口中的行列之间的像素间隔，一般小于或等于匹配窗口的大小，且应小于DEM的间隔。

(8) 正射像片的几何精度主要取决于高程模型的精度和航空像片的定向参数。所以在匹配编辑时确保等值线顺着地面走，特别是在边缘地带的等值线，尽量是两张相邻的像片编辑时采用的方法一致。

4 结束语

随着生产技术的不断发展，数字摄影测量已经进入一个实用阶段，数字摄影测量系统不仅能生产传统摄影测量不能生产的、现代科技生产需要的信息产品。

参考文献：

[1] 适普软件有限公司.全数字化摄影测量系统VirtuoZo V3.5使用手册.

[2] 数字摄影测量（M）.武汉：测绘出版社。

[3]黄河宁夏河道地形图测绘 技术设计书

Data acquisition of Digital Photogrammetry System

Du Caihong

Ningxia water conservancy and Hydropower Survey and Design Institute Limited

Abstract: With the development of computer technology, photogrammetry by analog photogrammetry and analytical photogrammetry to the development of today’s digital photogrammetry stage, this article introduces the definition of digital photogrammetry, several major systems and processes.

Key words: VirtuoZo NT; Orthophoto; The Yellow River Ningxia River