馬莉莎
(河北省第三測繪院 河北省石家莊市 050000)
DOM是根據(jù)像片的內(nèi)外方位元素和地面數(shù)字高程模型對數(shù)字化的航空影像進(jìn)行數(shù)字微分糾正獲取DOM,再將影像鑲嵌、公里格網(wǎng)以及地名注記數(shù)據(jù)復(fù)合而成。它具有精度高、信息豐富、直觀真實(shí)等優(yōu)點(diǎn),既具有地圖幾何精度又有影像特征,可作為背景控制信息,從中提取自然資源和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展信息,為國土資源詳查、防治災(zāi)害和公共設(shè)施建設(shè)規(guī)劃等應(yīng)用提供可靠依據(jù)。像素工廠(PixelFactory,簡稱PF),它是由法國開發(fā)研制的地理信息生產(chǎn)系統(tǒng),作為目前比較先進(jìn)的海量遙感數(shù)據(jù)影像自動化處理系統(tǒng),被稱為“下一代工業(yè)化地理數(shù)據(jù)生產(chǎn)的解決方案”。PF集自動化、并行處理、多種影像兼容性、遠(yuǎn)程管理等特點(diǎn)于一身,代表了當(dāng)前遙感影像數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展方向,它能夠批量地生產(chǎn)出高質(zhì)量的數(shù)字表面模型(DSM)和真DOM(TDOM)。PF實(shí)現(xiàn)了TDOM的商業(yè)化和大規(guī)模生長,并實(shí)現(xiàn)了針對TDOM的一系列解決方案,例如大氣糾正、物理糾正、勻色、自動拼接等。主要用于地形圖測繪、城市規(guī)劃、城市環(huán)境變化監(jiān)測等。
相對于其它軟件系統(tǒng)的正射影像制作,像素工廠在DOM制作中具有以下的獨(dú)特技術(shù)特點(diǎn):
航攝過程中由于受到天氣、氣候、地形等非人為因素的影響,會不同程度的影響飛行質(zhì)量,從而影響影像的質(zhì)量。PF通過大氣糾正的功能來改善原始影像的整體效果,從而減少后續(xù)影像調(diào)色的工作量。
像素工廠能自動生成拼接線,并在生成拼接線時考慮到影像的輻射信息和建筑物的完整性,可以大大減少人工編輯拼接線的工作量,同時也減少了由于影像拼接線引起的拼接線兩邊顏色不一致現(xiàn)象。
傳統(tǒng)影像色調(diào)調(diào)整算法都是對全分辨率DOM進(jìn)行調(diào)色,而像素工廠引入了快視影像的概念。由于快視圖較小,操作更快捷,因此在像素工廠里,對影像顏色的處理都是在快視圖上進(jìn)行的,最后把快視圖的輻射信息應(yīng)用到全分辨率影像上,實(shí)現(xiàn)整幅影像的色彩調(diào)整,這樣大大減少了在photoshop下的調(diào)色和圖幅接邊,極大地提高了工作效率。
像素工廠在影像拼接的過程中會考慮影像整體及布局的輻射信息,并對其進(jìn)行勻光處理,減小航帶間色差對整體影像的影響。
利用像素工廠的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),可以將DOM的生產(chǎn)流程分別為四個部分:空三優(yōu)化,DSM制作,DEM制作,DOM制作。下面逐一進(jìn)行詳細(xì)描述。
在空三優(yōu)化的初期,主要是把控制點(diǎn)文件、POS數(shù)據(jù)、TIF格式的原始影像、測區(qū)范圍數(shù)據(jù)導(dǎo)入像素工廠并建立測區(qū)。然后利用PF的強(qiáng)大計(jì)算功能,進(jìn)行空三優(yōu)化運(yùn)算,從而得到最優(yōu)的的外方位元素。
在影像導(dǎo)入時像素工廠會自動生成每張?jiān)加跋竦目煲曈跋?,并把全分辨的原始影像轉(zhuǎn)換成R、G、B三個波段的影像。然后利用空三優(yōu)化成果創(chuàng)建模型,并用此模型生成分辨率為原始分辨率2~3倍的DSM,然后進(jìn)行合并獲得全測的DSM。
將已生成的DSM和原始影像重采樣為原始分辨率10倍左右的DSM和影像,然后利用軟件生成近TDOM(真正射影像),以此作為DEM編輯的參考影像。使用XV3D圖形界面模塊編輯原DSM,將內(nèi)容為水面、房頂?shù)缆返确堑孛纥c(diǎn)及匹配錯誤點(diǎn)與真實(shí)的地面符合,從而獲取滿足DOM生產(chǎn)需求的DEM。
首先利用空三優(yōu)化成果和已生成的DEM制作單片DOM。利用低分辨率DOM和DSM數(shù)據(jù)自動生成拼接線,疊加在高分辨率單片DOM上,使用ManageMosaicProject軟件對拼接線進(jìn)行人工修飾。此外利用低分辨率單片DOM與修飾過的拼接線生成低分辨率的整測區(qū)大圖,并進(jìn)行色彩的調(diào)整,獲取整個測區(qū)色彩一致的效果圖。最后利用修飾過的拼接線和效果圖將高分辨率的單片DOM進(jìn)行拼接,并按照要求進(jìn)行單幅DOM成果的輸出。
根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,與其他軟件制作DOM相比,像素工廠具有以下優(yōu)勢:
對于相同大小的測區(qū),像素工廠的生產(chǎn)周期比單機(jī)版全數(shù)字?jǐn)z影工作站快一倍以上。
假設(shè)測區(qū)概況如下:面積600km2,航片3000張,地形類別為平地,其中核心城區(qū)約為100km2,成圖比例尺為1:1000,共計(jì)2400幅DOM。就PF和國內(nèi)同類型軟件進(jìn)行對比,結(jié)論為PF生產(chǎn)周期為28d,投入4人共計(jì)81個產(chǎn)能,國產(chǎn)軟件生產(chǎn)周期為39d,投入4人共計(jì)157個產(chǎn)能。分析如下:
(1)生產(chǎn)周期:PF明顯優(yōu)于國產(chǎn)軟件。
(2)拼接線的處理。目前國產(chǎn)軟件尚無有效地自動生成功能,仍需大量的人工投入進(jìn)行填補(bǔ),而PF基于DSM選取拼接線,并支持即時修改及拼接線處影像調(diào)色功能,都可以大幅度減少人力與時間的投入。
(3)關(guān)于DEM的獲取。目前國內(nèi)較為成熟的DEM獲取方式為(尤其平原、丘陵類地形)提取特征先,構(gòu)建TIN網(wǎng)再重采樣為合適的DEM產(chǎn)品,但是對于數(shù)千片影像的特征線提取的工作量是巨大的,即便是平原地區(qū),也需要20臺測圖軟件同時運(yùn)行至少2~3d。因此一般情況下,在沒有可用的歷史數(shù)據(jù)的情況下,作業(yè)單位一般是等待該項(xiàng)目的DLG采集完成后提取相應(yīng)信息,在進(jìn)行DEM、DOM的制作。
(4)從以往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)而言,PF產(chǎn)品質(zhì)量明顯優(yōu)于國產(chǎn)軟件的質(zhì)量,其直觀表現(xiàn)在于產(chǎn)品的二級檢查及修改的工作量。個人認(rèn)為國產(chǎn)軟件在拼接線處理上并無明確的思路與功能,目前多采用先勻光,再在第三方軟件選取拼接線(如Arcmap),最后進(jìn)行拼接并裁切輸出(如ERDAS)。這樣的產(chǎn)品質(zhì)量漏洞多存在于拼接線節(jié)點(diǎn)選取的認(rèn)為失誤以及拼接線附近影像顏色過度不自然。這樣的檢查與修改的工作量是極為繁瑣的,而PF可以大幅減少人力與時間。
由于PF采用的是基于效果圖進(jìn)行勻光的生產(chǎn)流程,因此當(dāng)效果圖達(dá)到整體均勻、真實(shí)的條件下,高分辨率的DOM的色彩會利用空間坐標(biāo)與效果圖建立一一對應(yīng)的關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)圖幅內(nèi)無明顯拼接痕跡,圖幅與圖幅之間無任何拼接痕跡,影像色彩均勻。
像素工廠采用自動過濾DEM算法和鑲嵌線拼接算法,自動化程度大大提高,一方面保證了產(chǎn)品質(zhì)量,一方面減少了人力資源的投入。
像素工廠采用并進(jìn)行集群處理方式,對海量影像數(shù)據(jù)的處理相對于獨(dú)立影像處理工作站有明顯的效率優(yōu)勢。
總體而言,PF的引入將大幅度提高DOM的生產(chǎn)效率,并且能夠在沒有DEM歷史資料的前提下,盡快完成DOM的制作。這一點(diǎn),相信是我國測繪軟件的發(fā)展方向之一。
如今,以“像素工廠(PF)”為代表的工業(yè)級一體化數(shù)據(jù)加工處理系統(tǒng)是當(dāng)今世界一流的產(chǎn)品加工處理技術(shù)的集大成者,匯集了最新的計(jì)算機(jī)集群處理技術(shù)、分布式處理技術(shù)和智能遙感處理技術(shù),代表了當(dāng)前數(shù)據(jù)產(chǎn)品加工處理的最新發(fā)展方向,同時也使DSM和TDOM這兩個產(chǎn)品得以大批量、高精度、高效率的生產(chǎn)?;贒OMTDOM和DSM的三維模型的快速建立對防震、防洪、災(zāi)害評估以及城鄉(xiāng)規(guī)劃、“數(shù)字城市”建設(shè)等都將發(fā)揮巨大的作用、呈現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。
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