數(shù)字航空攝影測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)探究

(內(nèi)蒙古自治區(qū)測(cè)繪院 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

數(shù)字航空攝影測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)探究

賈亞紅

(內(nèi)蒙古自治區(qū)測(cè)繪院內(nèi)蒙古呼和浩特010010)

隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，科技發(fā)展越來(lái)越迅速，測(cè)量技術(shù)的發(fā)展也是越來(lái)越快，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用之后，航空攝影的測(cè)量方式已經(jīng)逐漸在實(shí)際中開(kāi)始應(yīng)用，并且逐漸成為一種主要的測(cè)量方式，對(duì)于這一種新的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行研究具有很大意義。本文主要研究了數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的發(fā)展、技術(shù)原理以及應(yīng)用。

測(cè)量技術(shù)；航空攝影；數(shù)字化

航空攝影測(cè)量技術(shù)作為一種新的測(cè)量技術(shù)，無(wú)論是在數(shù)據(jù)的采集方式、采集范圍還是處理儲(chǔ)存，都與傳統(tǒng)的測(cè)量方式存在著很大的差異。航空采集不僅僅局限于野外信息的測(cè)量，而是轉(zhuǎn)化為以內(nèi)業(yè)信息采集為主的方式，將內(nèi)業(yè)和外業(yè)綜合起來(lái)，從而獲得更豐富的信息，更加方便快捷，正在逐漸取代傳統(tǒng)的測(cè)量方式成為最主要的測(cè)量方式。

一、數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)的概述

數(shù)字航空的攝影機(jī)械出現(xiàn)于二十一世紀(jì)初期，并且在問(wèn)世之后得到了非?？焖俚陌l(fā)展，對(duì)于航空攝影技術(shù)不斷完善，尤其是GPS、遙感、雷達(dá)等技術(shù)的改進(jìn)以及應(yīng)用，更是大大的加強(qiáng)了航空攝影測(cè)量的準(zhǔn)確性和精密度，能夠通過(guò)地球外的人工衛(wèi)星拍攝到分辨率極高的照片，從而更完整、立體的呈現(xiàn)出一個(gè)地區(qū)的地貌形態(tài)和變化特征，同時(shí)，準(zhǔn)確的地形結(jié)構(gòu)圖可以實(shí)時(shí)對(duì)城市規(guī)劃情況做出反應(yīng)，更有利于土地資源的合理化應(yīng)用開(kāi)發(fā)；經(jīng)過(guò)采集的影像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理之后，可以在交通規(guī)劃、考古挖掘、礦業(yè)地質(zhì)測(cè)量勘探等等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

二、數(shù)字航空攝影測(cè)量所應(yīng)用的技術(shù)

(一)空中三角加密技術(shù)。所謂的空中三角加密技術(shù)，就是指以航空影像資料為最原始的數(shù)據(jù)，通過(guò)平差處理光束法的范圍，通過(guò)相對(duì)定向、內(nèi)定項(xiàng)和轉(zhuǎn)刺公共連接點(diǎn)等技術(shù)手法在空中形成一個(gè)三角形，以外業(yè)控制點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)建立數(shù)字模型，在這個(gè)過(guò)程中獲得加密效果和外方位因素。整個(gè)空中加密三角技術(shù)，是完成航空影像數(shù)據(jù)測(cè)量的基本單元，利用這和三角加密，航空攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行像點(diǎn)坐標(biāo)收集之后，再利用三角平差公式原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的解讀和計(jì)算。在確定了加密的限差之后，再經(jīng)過(guò)對(duì)加密部分進(jìn)行技術(shù)接邊處理后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。在這個(gè)過(guò)程中的加密處理，包括了操作的說(shuō)明、加密點(diǎn)和控制點(diǎn)的具體的分布狀況的保密以及對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的坐標(biāo)位置、定向、檢驗(yàn)結(jié)果等等的加密處理。

(二)DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)。DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)的執(zhí)行是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，是在利用空中三角加密的技術(shù)成果，建立起一個(gè)測(cè)區(qū)立體模型，并且在這個(gè)模型建立起來(lái)的基礎(chǔ)上生成核線影像，經(jīng)過(guò)技術(shù)的處理生成DEM(數(shù)字高程模型)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)字高程模型對(duì)原始的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析，并且通過(guò)自動(dòng)生成的鑲嵌線將整個(gè)測(cè)量區(qū)域內(nèi)的各種模型進(jìn)行銜接，從而得出DOM數(shù)據(jù)，隨后，將完成后的DOM再次進(jìn)行分割裁剪，即完成了完整的DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)路線。在這一過(guò)程中，對(duì)于視差曲線的編輯中，間距的合理與否將會(huì)決定視差曲線是否確切準(zhǔn)了地面，是否真實(shí)的反映出了地形的真實(shí)態(tài)勢(shì)。

(三)建立數(shù)字高程模型DEM。在建立DEM的過(guò)程中，需要根據(jù)加密點(diǎn)來(lái)生成范圍較大的區(qū)域的數(shù)字高程模型DEM，通過(guò)引入特征的點(diǎn)、線、面的具體的數(shù)據(jù)來(lái)生成一個(gè)三角網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)計(jì)算之后按照固定的規(guī)格來(lái)建立起DEM，這個(gè)規(guī)格通常都是2.5厘米×2.5厘米。

(四)編輯DEM的匹配結(jié)果。航空影像在完成拍攝之后，更重要的是進(jìn)行影像呈現(xiàn)結(jié)果的分析處理，這種處理的過(guò)程包括了利用等高線、等視差模式對(duì)模型中已經(jīng)得出的結(jié)果進(jìn)行另外的檢測(cè)，以便于檢查影響是否連貫、匹配點(diǎn)的確切性等等。一旦影像不夠連貫，或者存在著過(guò)大的隱形盲區(qū)，都會(huì)對(duì)影像和地面的切準(zhǔn)造成干擾，而地面如果存在面積較大的溝壑等地區(qū)，也要確保航空影像反應(yīng)的是真實(shí)的地形概況，防止圖像中的結(jié)構(gòu)部分的變形，失去準(zhǔn)確性。

(五)對(duì)影像進(jìn)行無(wú)縫銜接。但是，普通的數(shù)據(jù)模型對(duì)于具體的建筑物的無(wú)縫銜接的準(zhǔn)確度相對(duì)較差，所以就需要利用DEM的數(shù)據(jù)對(duì)原始的航空攝影獲得的圖像進(jìn)行微分糾正，分出DOM分區(qū)，完成DOM分區(qū)后再以自動(dòng)生成的鑲嵌線將大區(qū)域內(nèi)的DOM的分區(qū)進(jìn)行銜接，其次利用左右片生成的正射影像對(duì)建筑物的投影早橫的誤差進(jìn)行修復(fù)，從而做出一個(gè)完整版的DOM。在這個(gè)DOM中可能會(huì)存在色彩不一致的問(wèn)題，這時(shí)就要應(yīng)用到單影像色彩調(diào)整和多影像色彩調(diào)整的兩種調(diào)整方式對(duì)不一致的色彩進(jìn)行修補(bǔ)糾正，并且對(duì)圖像中的不同的圖像的色彩進(jìn)行均勻化調(diào)整，從而制作出一個(gè)完全符合航空影像數(shù)據(jù)采集需要的完整圖像，經(jīng)過(guò)這個(gè)技術(shù)過(guò)程，將會(huì)徹底的解決建筑物的無(wú)縫銜接的問(wèn)題。

(六)對(duì)DOM影像進(jìn)行分割。對(duì)于DOM的分幅切割工作，必須遵循相應(yīng)的規(guī)律，即按照GB/7930 - 87的分割標(biāo)準(zhǔn)，將DOM按照40厘米×50厘米的規(guī)則進(jìn)行劃分裁剪，才能保證影像資料的可用性。在進(jìn)行裁剪之前，必須要首先確定影像的四個(gè)輪廓點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這四個(gè)坐標(biāo)的位置進(jìn)而確定圖像的裁剪的范圍，并且將這個(gè)范圍控制在0.2平方千米之內(nèi)，才能保障分割后的圖像的準(zhǔn)確性，從而在實(shí)際的各種勘探、測(cè)量工作中加以應(yīng)用。

(七)DOM技術(shù)的圖像質(zhì)量控制。由于DOM技術(shù)雖然是目前較為先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)構(gòu)成之一，但并不是極為成熟、完美的技術(shù)，尚且會(huì)受到環(huán)境等一系列原因的影響，導(dǎo)致成像出現(xiàn)畫(huà)面不清晰、像素質(zhì)量差等問(wèn)題。所以，要保證數(shù)字測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，還需要對(duì)DOM的圖像畫(huà)面進(jìn)行控制修復(fù)，例如通過(guò)目視檢查的方法，找出航空攝影所拍攝打的圖片中不夠清晰、色調(diào)不夠均勻等問(wèn)題，保證影像圖片不存在重影、紋理不清、像素模糊等等的現(xiàn)象，使影像保持完整性和色彩的平衡一致，確保影像中呈現(xiàn)出的地貌不會(huì)出現(xiàn)偏差、扭曲變形等等現(xiàn)象，以免影響了測(cè)量工作的準(zhǔn)確性。

三、數(shù)據(jù)航空攝影測(cè)量技術(shù)中的困難點(diǎn)

就目前的科技狀況來(lái)說(shuō)，對(duì)地球的地質(zhì)地貌資源等的勘探測(cè)量等技術(shù)已經(jīng)相對(duì)的成熟，數(shù)據(jù)航空攝影測(cè)量技術(shù)也正處于成熟應(yīng)用的階段，但是這并不代表這一項(xiàng)最新的技術(shù)手段不需要進(jìn)行改進(jìn)。即使是航空攝影進(jìn)行技術(shù)的采集工作，影像的獲取手段依舊是停留在依靠傳統(tǒng)的膠片工具來(lái)完成的階段，并沒(méi)有達(dá)到大眾心目中完全的數(shù)字化的高級(jí)階段。

實(shí)現(xiàn)數(shù)字化航空影像并不是一個(gè)沒(méi)有方向的研究，相反，由于數(shù)碼技術(shù)在當(dāng)今社會(huì)的成熟以及廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)為航空攝影測(cè)量技術(shù)的影像呈現(xiàn)模式提供了改進(jìn)的大致方向。但是由于數(shù)碼相機(jī)的鏡頭設(shè)計(jì)主要是面向于社會(huì)中所需要的影像拍攝和儲(chǔ)存，在精密度和專業(yè)性上滿足不了航空拍攝的技術(shù)要求。數(shù)碼相機(jī)的鏡頭由于畸變差較大，無(wú)法對(duì)內(nèi)方位因素進(jìn)行直接的提取，這就決定了數(shù)碼相機(jī)的鏡頭設(shè)計(jì)是不能夠直接在航空拍攝的影像測(cè)量中應(yīng)用。

另外，數(shù)碼相機(jī)為滿足大眾對(duì)于照片的視感協(xié)調(diào)習(xí)慣，所以幅面普遍較小，而形狀的設(shè)計(jì)多為矩形結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與航空影像測(cè)量的要求并不相符，直接應(yīng)用于航空影響測(cè)量中，將會(huì)大幅度的增加內(nèi)業(yè)和外業(yè)處理的信息量，給數(shù)據(jù)處理增加出更大的負(fù)擔(dān)。要將數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用到航空攝影測(cè)量之中，尚且存在很多的技術(shù)難題。

其次，對(duì)于航空影像測(cè)量來(lái)說(shuō)，必須加強(qiáng)對(duì)近地面測(cè)量的研究，近景的測(cè)量是解決機(jī)器視覺(jué)識(shí)別的一個(gè)最主要的方式和技術(shù)手段，但目前為止，我國(guó)對(duì)相關(guān)方面的研究并沒(méi)有針對(duì)性的開(kāi)展，因此也沒(méi)有取得相關(guān)的重要研究成果。

四、小結(jié)

數(shù)字航空攝影測(cè)量技術(shù)作為一種新型的測(cè)量技術(shù)，綜合了信息科技中的立體模型、GPS和遙感等技術(shù)手段，在現(xiàn)代的信息化社會(huì)得到了較為廣泛的應(yīng)用，代表了一種最新的數(shù)字化發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于最新的航空攝影測(cè)量技術(shù)的持續(xù)研究，將會(huì)逐步解決現(xiàn)存的各種問(wèn)題，從而進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展變革。

[1]肖志婷,郝娜.數(shù)字航空攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)探討[J].測(cè)繪與空間地理信息,2014

[2]桂力,鄭順義,王曉南等.嵌入式在線航空攝影測(cè)量方法[J].國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào),2015