冀南摄区正射影像的生产与质量控制方法研究

王松伟 王赛

(河北省第二测绘院 河北石家庄 050031)

数字正射影像图（Digital Orthophoto Map，DOM）是利用数字高程模型对经扫描处理的数字化航空像片，经逐像元进行投影差改正、镶嵌，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。随着航空摄影遥感资料处理技术的不断发展和进步，利用航空遥感影像数据制作的亚米级数字正射影像图已经成为支撑国土调查与利用、地理测绘、海洋和气候气象观测、水利和林业资源监测、城市和交通精细化管理、疫情评估与公共卫生应急、地球系统科学研究等重点领域的重要数据源。当前各地正在进行的实景三维项目建设基于高精度的数字正射影像图为基础，正射影像图的质量优劣直接关系到相关工作业务开展是否顺利。因此，本文基于Inpho软件正射影像制作的方法和步骤，对生产过程中容易处出现的扭曲变形[1]、颜色不自然等问题进行分析，讨论如何运用科学的生产方法，建立质优的生产方案[2]。

1 生产研究区域概况

本次研究的生产区域主要包括涉及邢台市、邯郸市及衡水市部分地区，生产区域内地貌类型复杂多样，自西而东山地、丘陵、平原阶梯排列，其中邢台以平原为主，西部为山地和丘陵区，东部为平原区，山地位于邢台地区西部。邯郸以京广铁路为界，西部为中、低山丘陵地貌，东部为华北平原。衡水市地处河北冲积平原，地势自西南向东北缓慢倾斜，境内河流较多，由于河流泛滥和改道，沉积物交错分布，形成许多缓岗、微斜平地和低洼地。

作业区域内生产有关的基础资料有：（1）2020 年地面分辨率0.5 m 的航空影像数据；（2）河北省卫星定位综合服务系统能提供全天候的网络RTK测量服务，用于本项目像片控制测量等工作；（3）河北省似大地水准面精化模型，高程精度中误差为±4.4 cm，可实现像控点成果高程系统之间的转换；（4）河北省全国第三次国土调查项目省界数据用于外业调绘底图制作；（5）2015—2016年的1∶10 000 DEM数据用于数字微分纠正时的高程基础。

2 技术流程

本文重点研究1∶1 数字正射影像图DOM 生产流程和过程中的质量控制方法，以分辨率0.5 m的航空影像数据和外业像控点为基础资料，主要工作流程包括空三加密、DTM的生成和编辑、正射影像校正、镶嵌匀色和生成正射影像图，如图1 所示。影像匀光匀色之后影像出现的部分缺陷问题如路轻微错位、影像拉花等问题，需要借助Photoshop软件进行修补处理。输出裁切完的影像.tfw 文件不能满足要求时，需要ArcGIS Pro软件进行处理完成[3]。

图1 技术流程图

3 DOM生产与质量控制

3.1 空三加密

像片控制测量中平高点的刺点位置选择和观测精度直接影响着空三加密质量，为了提高正射影像的质量，像控点的刺点位置应该严格按照相关规定如目标影像应清晰，易于判别，如选在交角良好（30°～150°）的细小线状地物的交点、明显地物拐角点、像片上影像小于0.3 mm×0.3 mm 的点状地物中心，同时应是高程变化较小的地方，易于准确定位和量测；弧形地物等不应选作点位目标等。

本次Inpho 软件空中三角测量的原理是共线条件方程，共线方程是表达物点、像点和投影中心（对像片而言通常是镜头中心）三点位于一条直线的数学关系式。作业的基本流程为在软件中建立工程、项目基本参数设置、导入相机像片数据、加入POS 文件、创建航带数据、导入像控点数据、创建金字塔、控制点测量、自动提取连接点、空三后处理/点抽稀、区域网评差结算、精度检查及成果导出[4]。

3.2 DTM编辑及正射纠正

数字地形模型/DTM 表示裸地地形，没有建筑物、人为构筑物和植被。用于经典的正射影像生产，不需要与正射影像具有相同的网格间距，可以更粗略。

Inpho软件DTMaster提供DTM创建的分类滤波策略，对自动匹配生成的DTM进行地面点与非地面点分类，对植被房屋等高出地面的物体进行滤波后，再进行插值，使数字模型更加贴合地面，通过人工判读、过滤、内插等方式，去除数字表面模型中的植被、楼房及其他非永久性建筑，获取用于微分纠正的数字地面模型，提高了工作效率。

在影像初步纠正后需人工对影像进行检查，重点查看铁路、高速公路、高架立交桥及地形起伏较大附近房屋等处影像数据，如果地物出现变形扭曲等问题，则需要对变形扭曲对应的DTM 数据进行编辑[5]：对应部分抹平。对铁路、桥梁、高速等变形扭曲地物可通过等高线抹平的方法进行处理；通过DTM数据内插法做局部平滑处理；人工采集变形影像附近高程异常点，利用软件进行局部重构，如图2所示。

图2 DTM局部处理和影像纠正

3.3 拼接线编辑和影像匀光匀色

根据空三生成模型和处DTM 数据生成正射影像DOM，将生成的DOM 在orthoVista 中按照技术设计中的参数进行匀色、匀光以及颜色校正。应用EPT 软件首先在测区范围内挑选一张影像信息丰富，色彩色调均匀的影像作为模板影像[6]，然后利用模板影像对整体影像进行匀光匀色处理。确保成果色彩过渡自然，反映真实。匀色处理应缩小影像间的色调差异，使色调均匀、反差适中、层次分明，保持地物色彩不失真。处理后的影像上不应有匀色处理的痕迹。

由于原始影像数据存在拍摄时间不一致等问题，阳光照射角度不同，匀色后还是会存在一些差异，尽量在拼接线编辑阶段处理，保证图边过渡自然。色彩调整完成后，在接缝编辑器中自动探测拼接线，自动完成镶嵌并生成拼接线。检查相邻的像片数字正射影像应镶嵌的接边精度是否符合CH/T 9009.3的规定，误差超限时应返工处理。接边差符合要求后，进行拼接线编辑，过程示例详见图3。编辑拼接线应重点注意以下几个问题：（1）拼接线应开大型建筑物和影像差异较大的地方，尽量选择现状地物，一般可选择河、路、沟、渠、田埂等的边沿，尽量在野外的自然地物上走拼接线；（2）重点检查与拼接线相交和垂直的高速公路、铁路、桥梁和立交桥是否有错位，把有错位的包含到一张影像内；（3）河流、水域等影像出现反光的水面区域要通过拼接走向选择不反光的影像；（4）高大建筑楼房尽量保持导向一致，尽量让大片的厂区，村镇、高楼等在一张影像上；（5）编辑完成的影像应确保无明显拼接痕迹，过渡自然[7]，纹理清晰。

图3 拼接线编辑前后示例

3.4 Photoshop修补影像和图幅裁切

PS影像修补阶段针对DTM编辑阶段和拼接线编辑阶段处理不了的影像局部和细枝末节的问题进行处理[8]。将镶嵌阶段完成的大块影像裁切为6 GB左右的分块影像，在PS中利用地理成像插件Avenza Geographic Imager将分块影像导入，在PS软件中检查并修改问题。

影像拼接轻微错位处理调整主要用PS 软件中操控变形和自由变换等功能，对比原始影像找到错位处剪贴图层到错位影像处，进行自由变换和操控变形操作，贴图完成后合并图层即可。影像拉花处也可按此方法进行处理。图像色彩调整主要运用PS 工具中图像调整模块中的功能，进行手动调色处理[9]，对影像进行色彩、亮度和对比度的调整。色彩平衡能够很好地解决影像部分颜色失真问题，如当植被树木较多时，虽然影像过渡自然，纹理清晰，但整体颜色发青，可使用色彩平衡功能调整，减少植被区域的青色，使影像更加接近于影像实体本来的颜色。用曲线工具将曲线值调成S 形状可增加影像的对比度，使影像更加清晰。PS中的内容识别功能和仿制图章功能可以对影像中的亮斑、杂质等现象进行相应处理，之后按照设计书规定的1∶10 000范围裁切数据，生成图幅数字正射影像。

3.5 DOM成果质量检查

DOM 制作完成后应重点进行影像质量检查和影像精度检查。其中影像质量检查主要包括：（1）影像反差是否适中、色调是否均匀；（2）经过镶嵌的数字正射影像图的镶嵌边处附近不应有明显的灰度改变和明显的镶嵌痕迹；（3）数字正射影像图上的地物地貌应真实，无扭曲变形、无噪声、云影等缺陷；（4）影像数据上的接边差不产生整体性、明显性的视觉差异；存储单元与像幅的接边视觉差异得到消除；（5）数字正射影像图的整体外观应整洁、美观。

影像精度检查主要检查地物点精度的高低[10]，图上坐标值愈接近实地检测坐标值，说明DOM的精度质量越高。本案选择具有代表性的50个平面地物点和50个高程点进行精度统计分析。精度统计表如表1所示。

表1 DOM平高点精度统计表

以上精度统计分析结果显示，DOM的成果平面坐标方向精度为0.318 m和0.225 m；高程中误差值为0.121 m，完全满足技术设计要求。

4 结语

数字正射影像图（DOM）具有丰富的信息量，很强的直观性强，并且数据结构简单，有良好的判读与量测性能且具有生产、更新周期短与低成本高效率的优势。同时具有地图几何精度和影像特征的图像。随着数字航空遥感技术的发展，高精度的正射影像图已经成为社会经济发展重要的基础数据。本文介绍了正射影像的生产流程，探讨了各个生产环节质量控制问题，同时影像制作过程中出现的问题给出了一些建议和处置方法，提高了生产效率，提升了成果质量。