數字攝影測量軟件VirtuoZo在實際工作中的應用

1、數字攝影測量軟件VirtuoZo在實際工作中的應用應用技術IChinaSCienceandTechnologyReview數字攝影測量軟件VirtuoZo在實際工作中的應用徐小芹(湖北省第二測繪院湖北武漢430071)摘要由于現代航天技術和屯子計算機技術的飛速發(fā)展,數字攝影測量的自動化,數字化,智能化等強大功能為我們攝影測量工作帶來了深遠的意義,本文則簡要介紹數字攝影測量的基本概念,數字攝影測量軟件VirtuoZo的特點,目前主要的應用范圍,VirtuoZo的工作流程,以及VirtuoZo在實際工作中的主要應用.關鍵詞航天技術電子計算機數字攝影測量VirtuoZo中圖分類號:U662.9文獻標

2、識碼:A文章編號:1009914X(2010)090264021引言信息時代的到來,隨著電子測繪儀器和計算機技術及其應用的發(fā)展以及數字圖像處理,模式識別,人工智能,專家系統(tǒng)以及計算機視覺等學科的不斷發(fā)展,突破了傳統(tǒng)的測繪技術和方法,數字攝影測量應運而生.數字攝影測量系統(tǒng)就是利用數字影像或數字化影像完成攝影測量作業(yè),以計算機視覺代替人眼的立體觀測,因而它所使用的儀器最終將只是通用計算機及其相應外部設備,特別是當代,工作站的發(fā)展為數字攝影測量的發(fā)展提供了廣闊的前景,數字攝影測量生產出各種數字化新產品和目視化新產品:數字化產品包括數字地圖,數字高程模型,數字正射影像,測量數據庫,地理信息系統(tǒng)和土地信

3、息系統(tǒng)等:目視化新產品包括地形圖,專題圖,剖面圖,透視圖,正射影像圖,電子地圖,動畫地圖.其產品是數字形式,突破了傳統(tǒng)產品的模擬輸出,由于它的到來,更是推動信息時代的數字理念.數字攝影測量之所以受得人們的廣泛關注重視,是因為它的功能優(yōu)越于解析測圖儀,更遠遠超過模擬測圖儀.模擬時代的攝影測量作業(yè)大部分依敕于各種的攝影測量儀器,如坐標量測儀,立體測圖儀,糾正儀,正射影像儀等.解析測圖儀進了一步,在一臺解析測圖儀上便可完成多種不同的類型的任務,而數字攝影測量又進了一步,集多種功能于一體,且應用范圍也將大大擴展.數字攝影測量工作站除了能勝任解析測圖儀可完成的一切任務外,還具有許多新的功能.如影像位移的

4、去除,任意方式的糾正,反差的擴展,多幅影像的比較分析,圖像識別,影像數字相關以及數據庫的管理等,通過顯示器還可觀察數字圖像以及框標控制點,連接點,DEi以及其它所需要特征:在空中三角測量中通過加附加參數,由自檢校確定的系統(tǒng)誤差的改正數可直接賦給圖像,從而最終改善結果的精度:可對圖像自動進行所需要的特征提取,并在此基礎上進行雙像,多像異帶幾何約束的匹配以及顧及鄰元條件的多塊匹配,進而生成數字正射影像,數字高程模型,或直接為機器人視覺系統(tǒng)服務等等,而且惟有數字攝影測量其有實時數據獲取和處理能力,正是這種能力將使它進入嶄新的應用領域.數字攝影測量的發(fā)展就導致了實時攝影測量的問世,實時攝影測量用于醫(yī)學

5、診斷,工業(yè)過程的自動控制和機器人的視覺方面,在陸地車載中機載,星載系統(tǒng)中是利用GPS定位技術和CCD攝像技術可實時地直接為GIS獲取所需要的數據和信息,對軍用和民用都有很大的意義為了工作的方便,相應的軟件也相繼誕生,本論文就是重點介紹全數字攝影測量軟件VirtuoZo(適普軟件有限公司出品)在實際工作中的應用.本論文將結合實例具體介紹VirtuoZo的特點,目前主要的應用范圍,工作原理及方法了解他的的廣泛應用,強大功能,讓我們的工作更科學,更方便,更快捷.這樣生產出來的數字產品直觀,真實,可視性強,應用靈活,便于專業(yè),非專業(yè)人員的使用,數據的數字化更是方便了與其他4D產品疊加分析與決策,也方便

6、了用戶的科學管理,產品在功能上完全滿足了測區(qū)規(guī)劃,設計,建設的需要.2VirtuoZo系統(tǒng)簡介2.1VirtuoZo的主要特點全數字攝影測量系統(tǒng)VirtuoZo具有以下特點:A.全軟件化設計VirtuoZo是一個全軟件化設計,功能齊全和高度智能化的全數字攝影測量系統(tǒng).B.高度自動化影像的內定向,相對定向,影像匹配,建立DEM,由DEM提取等高線和制作正射影像等操作,基本上不需要人工干預,可以批處理地自動進行.C.高效率相對定向只需卜2分鐘,匹配同名點的速度達到每秒500點以上.D.靈活性系統(tǒng)提供了”自動化”和”交互處理”兩種作業(yè)方式.用戶可以根據具體情況靈活選擇.E.通用性系統(tǒng)不僅能基于航空影

7、像生產從l:50000到i:500各種比例尺的4D產品(DEM,DOM,DLG,DRG),還能處理近景影像,中等分辨率的衛(wèi)星影像(如:SPOT,TM等衛(wèi)星影像),IKONOS衛(wèi)星影像,QuiekBird衛(wèi)星影像和可量測數碼相機影像.F.采集三維基礎地理信息的理想平臺基于MicroStation軟件開發(fā)的數字測圖接口模塊vlink,實現了VirtuoZo和MicroStation之間的實時數據通訊.它在MicroStation基本功能的基礎上針對測圖生產的實際觀測信號濾波變換后波形采樣點(C)圖2(a)疊加噪聲的信號波形(b)信號P階FRFT(C)變換后的波形信號進行一p階的分數階Fourier

8、變換,反變換回時間域.變換后的波形如圖2(C)所示.從圖中可以看出,本文所提出的方法能夠取得較好的噪聲抑制效果.結語FRFT是一種新的時頻分析工具,在信號處理領域,尤其是在非平穩(wěn)信號的處理中越來越受到重視.利用FRFT等同于對信號在時頻平面進行旋轉這一264l科技博覽重要特性,對LFM信號起到很好的濾波降噪作用.分數階域的濾波為傳統(tǒng)的時域,頻域濾波提供了新的思路.參考文獻1陶然,齊林,王越.分數階Fourier變換的原理與應用.北京:清華大學出版社,2004.2NAMIASV.ThefractionalFouriertransformanditsappticationinquantummech

9、anicsJ.InstMathIts,1980,25:241265.3LufsB.Almeida.ThefractonalfouriertransformandtimefrequencyrepresentationsJ.IEEETransactionsonSignalProcessing,1994,42(ii):30843091.4趙興浩,鄧兵,陶然.分數階傅里葉變換數值計算中的量綱歸一化.北京理工大學學報.2005,4,25(4):360364.5王宏禹.信號處理相關理論綜合與統(tǒng)一法.北京:國防工業(yè)出版社,2005.情況增加了新功能,形成了一個采編一體化的數字測圖系統(tǒng).2.2在軟件中的具體操

10、作2.2.1新建測區(qū)2.2.2定向內定向的目的就是確定掃描坐標系同像片坐標系的關系,通過相對定向和絕對定向則可確定內,外方位元素.在完成了自動空中三角測量后,需生成模型,這樣,在進行后面工作時所需要的模型及模型文件夾均可自動生成.本測區(qū)在SGI一023:作站上己做好空三加密,現在就將加密成果導入恢復模型,生成的測區(qū)參數,模型參數在轉入VirtuoZoNT中時,需修改其參數的路徑,然后才能正確地進入相應的定向界面.測區(qū)參數可通過軟件中的恢復測區(qū)功能進行修改,模型文件夾中的.dat,$.cpd,.otp,.dtp四個參數要進行路徑修改.最后對導入結果在相對定向,絕對定向中進行檢查.2.2.3生成核

11、線影像,預處理,影像匹配定向完成后,確定核線影像生成范圍,在VirtuoZo主界面中點擊處理一>核線重采樣一>水平核線,生成核線影像后,在VirtuoZo主界面中單擊處理一影像匹配,程序即自動進行影像匹配.在此工作中應注意以下幾點:(1)匹配窗口大小的選擇:匹配窗口是用于影像匹配的單元,其大小的確定與許多因素有關,如像素的大小,航攝比例尺,地形的類型等.一般情況下可考慮匹配窗口在原始影像上的大小為0.25mm0.5mm.(2)匹配格網間隔的選擇:匹配格網間隔是指匹配窗口中的行列之間的象素間隔,一般小于或等于匹配窗口的大小,且應小于DEM的間隔.視差曲線編輯:影響匹配

12、完成后,需在立體下進行人機交互的視差曲線編輯,即對匹配結果進行編輯.編輯完成后即可設置DEM參數如圖5-33所示然后生成.2.2.4生成數字地面高程模型(DEM)數字地面高程模型是制作正射影像的基礎,中心投影的影像根據其數字地面高程模型就可糾正成正射影像.VirtuoZo提供兩種生成數字地面高程模型的方法:(1)直接利用編輯好的匹配結果生成數字地面高程模型.此種方法適用于中,小比例尺的正射影像制作或大比例尺非城市自然地貌地區(qū)的正射影像制作,也可用于編輯好視差曲線的城市地區(qū)的正射影像制作.(2)影像匹配后不做編輯,而是在FC(FlatCity)界面下按一定密度分布選擇同名點,或是在立體下切準地形

13、表面測定一定密度的地面點,構成三角網內插DEM.此種方法適用于平坦的城市地區(qū).此種方法可避免視差曲線纏繞建筑物的問題,減少一定的工作量.本測區(qū)選用方法1,在VirtuoZo主界面中點擊產品一生成DEMDEM(M).生成DEM的方法很多.但要達到較好的精度.我們一般在實際工作中這樣做:對匹配結果編輯結果進行粗略編輯一然后生成DEM一最后在DEMMaker中進行精編.對影像匹配結果編輯窗口中,如果有導入相鄰模型的編輯結果的功能就更好,這樣做就可以避免重疊區(qū)的重復編輯,大大節(jié)約工作時間,也方便接邊.2.2.5生成單模型正射影像DEM生成后,既可進行單模型正射影像的生成.在VirtuoZo主界面中點擊

14、產品一生成正射影像,或在工具一批處理中添加要生成的模型一起生成正射影像,生成好的正射影像為.orl自動保存在相應模型文件夾下的prodoct文件夾下.2.2.6正射影像圖的拼接單個像對的正射影像生成后,我們一般習慣使用ImageXuite軟件(適普軟件有限公司出品)的勻光模塊對單張像片的數字正射影像進行自動勻光處理.使待拼接的影像達到目視效果一致.如果在空三導入前已做了勻光處理,則該步驟可以省略不做.可進行正射影像圖的拼接或者說鑲嵌,裁切.以我們平常的工作經驗,勻光是必不可少的,因為做好了這一步,對于成果的修改量會減少一半,最后的影像效果也會更好.在做勻光前,對每個單模型的正射影像進行篩查,對

15、個別色調差大的影像進行單獨處理,可在photoshop中進行.處理好后,再在勻光的正射影像中挑選一張質量好,接近整體效果的的影像為主影像,以它為參照進行勻光.這樣做的好處就是,勻光效果可一次成功,大大提高工作效率.做好勻光后就可在主界面中點擊鑲嵌一手工鑲嵌在此工作中值得注意在就是:在選取拼接線的時候,拼接線走向的設計應反復觀察重疊區(qū)的地物特點,在農田較多的地方可沿地塊邊界選取拼接點,在城區(qū)應在街道上選取拼接點,避開高大建筑物,從而得到最優(yōu)的拼接方案.而在密集的城區(qū),拼接線必須穿越建筑物時,應考慮到地物的主次,盡量選擇平房或低矮建筑,而在穿越樓區(qū)時應盡量保持樓房倒向的規(guī)則性,不破壞整體視覺效果為

16、最佳.同時拼接線的選擇盡量繞開色調差別較大的區(qū)域,這樣鑲嵌出來的影像才能保持平滑過渡,色調一致.2.2.7正射影像圖的裁切D0M范圍計算公式為:按GB/T13989的分幅規(guī)則確定1:10000地形圖四個圖廓點坐標,圖廓點應用技術I外接坐標格網矩形外擴1O0米,即為圖幅裁切范圍.本測區(qū)數字正射影像圖的圖幅裁切坐標,左上角坐標;(max,Ymin和右下角坐標Xmin,Vmax計算公式如下(公式中以米為單位):X止=XminINTmin(xl,x2,x3,x4)卜100Y起=Ymin-INTmin(yl,y2,y3,y4)100X起=XmaxINTmax(xl,x2,x3,x4)+1+100Y止=Y

17、maxINTmax(yl,y2,y3,y4)+1+100式中:x1,x2,x3,x4,y1,y2,y3,y4為四個圖廓點坐標,Xmax,Ymin為DOM起始點坐標,Xmin,Ymax為DOM終止點坐標.不滿幅的圖幅裁切區(qū)域內以白色填充.H.正射影像圖的修復在生成正射影像時,對于高大的建筑物,高懸于河流之上的大橋和高差較大的地物,很可能會出現嚴重的變形.對于使用左右片(或多片)同時生成的正射影像,有時還會在影像接邊處出現重影等情況.如下圖情況,幾處房屋變形.這些變形將對實際生產造成不利的影響,要對其進行校正.具體方法很多,可根據實際情況選擇合適的方法在VirtuoZo軟件主界面中單擊鑲嵌一一&a

18、mp;gt;正射影像修補利用原始影像進行挖補.但此功能我們在實際工作中一般較少選用,因為其修補較慢,且效果不佳,通常會出這里修補好,那里又被損壞.在精度允許的情況下,我們一般選擇圖像處理工具例如PHOTOSHOP進行更方便,更快捷的方法進行處理.除了進行變形處理,還需要對原始影像的損傷如:劃痕等,都可以利用PItOTOSHOP等圖像處理軟件進行修補,美化以上就是我用全數字攝影測量軟VirtuoZo所做的正射影像圖的全部過程.在此過程中我們看到了全數字數字攝影測量系統(tǒng)的多功能一體化,為我們提供了各方面的需求,也認識到了制作數字高程模型,數字正射射影像的自動化,看到了整個制作過程的方便與簡捷以及產品的數字化效果.這樣的數字影像產品直觀,真實,可視性強數據的數字化更是方便了與其他4D產品疊加分析與決策,也方便了用戶的科學管理.3結柬語數字攝影測量在實際工作中的應用使我們擺脫了傳統(tǒng)攝影測量的困擾與制約,讓我們工作開展地更加順利,也大大提高我們的工作效率,減少了工作強度,也是社會文明的一大標志.生產的數字化產品更是滿足了時代的要求,市場的需求.應當指出,目前數字攝影測量仍處于發(fā)展的時期,其自動化功能僅限于幾何處理,即可以進行自動內定向,相對定向,自動建立數字高程模型,制作正射影像.其它的工作采用半自動或人工的方式進行,特別是地物的測繪,目前全部都是人工交互方式.雖然已有關于道路