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(2)正射影像上遮蔽的传统对策
为了有效地削弱或尽可能地消除正射影像上的遮蔽的影响,使正射影像产品满足相应比例尺地图的几何精度要求,人们提出了许多有效地限制中心投影影像(包括所生产的正射影像)上遮蔽现象的办法或措施,主要策略包括以下几种:
(1)影像获取时的策略。通过在摄影时采用长焦距摄影、提高摄影飞行高度、缩短摄影基线等方法以增加像片的重叠度,以及在航空摄影航飞线路设计时尽量避免使高层建筑物落在像片的边缘等手段,减少因地面有一定高度目标物体所引起的投影差(遮蔽),也即缩小像片上遮蔽的范围。
(2)纠正过程中的策略。尽量利用摄影像片的中间部位制作正射影像,因为中心投影像片的中间部位其投影差较小甚至无投影差,换句话说就是此处的遮蔽范围较小或根本无遮蔽。
(3)传感器选择的策略。随着线阵列扫描式成像传感器的应用越来越广泛,人们希望利用线阵列扫描式传感器影像来制作正射影像。因为对于垂直下视线阵列扫描影像而言,地面有一定高度的目标只会在垂直于传感器平台飞行的方向上产生投影差(遮蔽),而在沿飞行方向则无投影差(遮蔽),如图3所示:
传统的正射影像虽然被冠以“正射“两字,但却不是真正意文上的正射影像。这是因为传统正射影像的制作是以2.5维的数字高程模型(DEM)为基础进行数字纠正计算的。
而DEM是地表面的高程,即它并没有顾及地面上目标物体的高度情况,因此,微分纠正所得到的影像虽然被叫作正射影像,但地面上3维目标(如建筑物、树木、桥梁等)的顶部并没有被纠正到应有的平面位置(与底部重合),而是存在投影差。
随着G1S重要性的增强,人们常常会把正射影像特别是城区大比例尺的正射影像作为G1S数据库底图来使用,以更新G1S数据库或用于城市规划等目的,此时就会发现正射影像与其他类型图件进行套合时发生困难,正因为如此,正射影像就不适合作为底图对其他图件进行精度检查或进行变化检测。为此,人们提出了制作“真正射影像”的要求。
所谓真正射影像,简单一点讲就是在数字微分纠正过程中,要以数字表面模型(DSM)为基础,来进行数字微分纠正。对于空旷地区而言,其DSM和DEM是一致的,此时只要知道了影像的内、外方位元素和所覆盖地区的DEM,就可以按共线方程进行数字微分纠正了,而且纠正后的影像上不会有投影差。
实际上,需要制作真正射影像的情况往往是那些地表有人工建筑或树木等覆盖的地区,对这样一些地区,其DSM和DEM的差别就体现在人工建筑或树木等的高度上,换句话说,为了制作这些地区的真正射影像,就要求在该地区的DEM基础上采集所有高出地表面的目标物体高度信息,或直接得到该地区的DEM,以供制作真正射影像所用。
然而,在实际真正射影像的制作过程中,还有两个方面的问题需要考虑到两点。
①DSM采集的困难。就目前数字摄影测量及其相关技术的发展水平而言,DSM的采集主要有两种方法:一是采用半自动的方式在摄影测量工作站上采集得到,二是可以用机载三维激光扫描仪或断面扫描仪直接扫描得到。上述两种方法理论上都是可行的,但由于实际地表覆盖的高低起伏很复杂,若以较大的采样间隔去采集DSM,将直接影响所生成的真正射影像质量;另外,DSM采集的对象是否有必要包括地面上一切有一定高度的目标也值得考虑。
②相对遮蔽信息补偿的困难。因为在原始中心投影影像上,由于遮蔽的存在,地面局部被遮挡区域并未成像,如图4所示。对于这样的区域,当纠正得到的真正射影像后,会在对应的被遮蔽区留下信息缺失区,即这部分信息无法从原始中心投影影像上获得。要使真正射影像能完整地反映地面的信息,必须设法在纠正后的影像上对遮蔽处所缺失的信息进行填充补偿。从理论上讲,对遮蔽信息进行补偿的最好方法就是利用相邻有重叠影像上的对应信息来进行填充补偿。
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1,什么是DOM/TDOM/DEM/DSM/DLG/3D建模?
DOM-数字正射影像(DOM,Digital Orthophoto Map)是对航空(或航天)相片进行数字微分纠正和镶嵌,按一定图幅范围裁剪生成的数字正射影像集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像。
TDOM-真正射影像( TDOM,True Digital Orthophoto Map) 是将DOM纠正为垂直视角的影像产品,对各种地物、地形、植被等的倾斜投影(地物隐蔽部分)采用相邻像片修正,从而形成地物没有投影差、建筑物间无遮挡的正射影像图。
DEM-数字高程模型(DEM,Digital Elevation Model)是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟(即地形表面形态的数字化表达),它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。
DSM-数字表面模型(DSM,Digital Surface Model)是指包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。DSM是在DEM的基础上,进一步涵盖了除地面以外的其它地表信息的高程。在一些对建筑物高度有需求的领域,得到了很大程度的重视。
DLG-数字线划地图(DLG,Digital Line Graphic)是现有地形图上基础地理要素分层存储的矢量数据集。既包括空间信息也包括属性信息,可用于建设规划、资源管理、投资环境分析等各个方面,以及可作为人口、资源、环境、交通、治安等各专业信息系统的空间定位基础。
3D建模,这里指利用倾斜摄影测量技术制作的实景三维模型,具有信息丰富、效果直观、贴近实景等特点。能够服务于基础测绘、城市规划、工程管理、智慧水利、电力等领域的应用,是建设实景三维中国的必要基础。
1 正摄影投影
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且高楼之间更容易存在遮挡现象,比如楼层与楼层之间的相互遮挡,楼层与地面的相互遮挡,都会直接影像后期的测绘工作。
如何解决建筑物倾斜或遮挡的情况?
在解决这个问题之前,我们先来看看什么是真正射影像。
数字真正射影像(TDOM)是利用数字表面模型(DSM),采用数字微分纠正技术,改正原始影像的几何变形,对整个测区进行影像重采样后,使影像视角被纠正为垂直视角而形成的影像图。
真正射影像具有通过DSM来纠正;建筑完全垂直,图片上的任何一物体都是垂直向下的效果;无遮挡现象等特点。
通过下图可以看到 ,从建筑物的正上方俯视建筑时,只能看到建筑物的顶端以及周边环境,看不到建筑物的倾斜影像,同时也完全没有建筑物之间的遮挡问题。
2 倾斜摄影与正射影像的区别
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倾斜摄影与正射影像最主要的区别是,影像采集角度的不同。
正射影像采用像片倾角小于2-3°的摄影方式,从垂直角度拍摄影像,而倾斜摄影则能同时从一个垂直、四个倾斜等五个不同的角度采集影像。
1.影像获取信息的不同
正射影像由于拍摄角度的限制,影像边缘位置只能获取一部分地物的侧面信息,旁向上无重叠区域,受到投影差的影响,导致其无法全面获取地物被遮挡部位的相关信息。
如以下建筑物,在进行正射影像方式拍摄时,只能获取建筑物顶部和侧面的一部分纹理。具体表现为建筑物特别是高层建筑物有时会向道路方向倾斜,遮挡或压盖其他地物要素,严重影响了影像图的准确判读。
相对于正射影像,倾斜影像能让用户从多个角度观察地物,更加真实的反映地物的实际情况,极大的弥补了基于正射影像应用的不足。
2.影像重叠度不同
采用正射影像方式进行拍摄时,航向重叠度最高可以超过75%,旁向重叠度则有效维持在60%。进行倾斜摄影时,航向重叠度和旁向重叠度都要在75%以上。
由此看出,倾斜摄影技术的应用让航向重叠度有效增加,进而增多了单条航线上的曝光次数,提升了航线数量,使得在相同的拍摄范围内,相关影像的曝光次数明显增大。
两者影像拍摄成果和影像的处理方式的不同,但是在最终应用上存在相同之处。
解决正射影像问题的办法之一,是采用真正射影像测量方式,真正射影像外业测量的要求较高,每次飞行的航带宽度要很窄,重叠度要高。业内数据处理时,点云要经过严密的人工编辑,生成DSM。通过DSM纠正的图像,建筑物完全垂直向下,无任何遮挡物。
经过纠正的正射影像,可以用于洪水监测、荒漠化监测、土地资源的监测等,也可以与倾斜摄影影像一致,采用ContextCapture进行实景建模。
3一文理解DEM、DTM、DSM、DOM、TDOM及其获取、管理与应用
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“数字高程模型 (DEM)、数字表面模型(DSM)、数字正射影像(DOM)、 真正射影像(TDOM)、倾斜摄影三维模型、激光点云等。”
第一位出场的肯定是最有名的,数字高程模型(DEM)。
数字地表模型(DSM)
数字地表模型(Digital Surface Model)是包含了地表建筑物、桥梁和树木等高度的地面高程模型。
和DEM相比,DEM只包含了地形的高程信息,并未包含其它地表信息,DSM是在DEM的基础上,进一步涵盖了除地面以外的其它地表信息的高程。
在一些对建筑物高度有需求的领域有重要作用。
这张图说明了DSM和DTM的区别:上为DSM关注的地表是包括了建筑、树木等地物的表面高度,而DEM和DTM关注的地面是下图中的红色线条 | 图:CRIS
以上三位数字地形模型选手集结完毕,接下来是它们的两位旁系出场:数字正射影像(DOM)和真正射影像(TDOM)。之所以说它们是旁系,是因为它们的属性是影像地图,而非数字模型。
数字高程模型 (DEM)
数字高程模型(Digital Elevation Model),是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟(即地形表面形态的数字化表达)。它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型,是数字地面模型(Digital Terrain Model,简称DTM)的一个分支,其它各种地形特征值均可由此派生。
值得注意的是,虽然通过DEM通常表现出的是地理空间的图像形态,实际上,它是一种数字阵列信息模型(x,y,z),描述地理空间中的地形高低起伏,通过表示模型和渲染后,成为人们看到的地形图。
DEM有三种主要的表示模型:规则格网模型,等高线模型和不规则三角网,上图为不规则三角网(TIN)表示模型 | 图:百度百科
由于DEM数据能够反映一定分辨率的局部地形特征,通过其可提取各种类型的地表形态信息,可用于绘制等高线、坡度图、坡向图、立体透视图、立体景观图,并应用于制作正射影像(DOM)、立体地形模型与地图修测。所以,广义的DEM还包括等高线、三角网等所有表达地面高程的数字表示。
DEM是研究分析地形、流域、地物识别的重要原始资料。
大家也发现了,在解释DEM的同时,也出现了不少“亲戚”的身影,所以接下来请出的是DEM的长辈 —— 数字地面模型(DTM)。
数字地面模型 (DTM)
数字地面模型(Digital Terrain Model),是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对连续地面的一种模拟表示,或者说,DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达,是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。x、y表示该点的平面坐标,z值可以表示高程、坡度、温度等信息,当z表示高程时,就是数字高程模型,即DEM。地形表面形态的属性信息一般包括高程、坡度、坡向等。
可以看到,DTM是一个地理坐标+多属性数字模型,通过z值的多变,可以生成不同地面数字模型,认识DTM也有助于理解DEM。
不过,无论是DTM还是DEM,都专精于地面,在人类建筑和森林树木之类的地物面前还是力不从心,所以DEM又多了一个兄弟——数字地表模型(DSM)。
数字正射影像(DOM)
数字正射影像图(Digital Orthophoto Map)是利用DEM对经过扫描处理的数字化航空像片或遥感影像(单色或彩色),经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌,并按规定图幅范围裁剪生成的形象数据,带有公里格网、图廓(内、外)整饰和注记的平面图。
虽然DEM、DOM听上去很押韵,但“单押”的“M”的意义不同(Model模型和Map地图),让它们变成了表亲。
比起渲染后也只能用颜色或阴影区分地形特征的DEM数字模型家族,正射影像DOM终于让人感觉“回到人间” —— 它是经过DEM高程模型几何校正、消除了地形误差的遥感影像地图,与人们感官的现实世界无异,我们现在看到的互联网卫星地图大多是正射影像产品
于DOM同时具有地图几何精度和影像特征,它也是4D基础地理信息产品模式中的重要组成部分,不仅可以作为实景三维城市模型的基础数据,同时也可以结合多源空间数据,提取生产数字线划图(DLG)和数字栅格地图(DRG)。
但即使DOM如此亲切自然、准确丰富,依然逃脱不了被挑毛病的命运,比如—
真正射影像(TDOM)
数字真正射影像图(True Orho / True Digital Ortho Map),又叫全正射影像,是基于数字表面模型(DSM),利用数字微分纠正技术,改正原始影像的几何变形。
真正射影像(TDOM)
看多了经过正射纠正的楼体,竟有一种强迫症被治愈的感觉..
通过以上内容介绍,我们可以得知:DOM是经过DEM校正生产的影像地图,而TDOM则是经过DSM。DEM派生的地形家族也是符合逻辑的“成对帮扶”,整体家庭关系为——
DEM地形“全家桶”已陆续登场,那么一个重要的问题来了:它们从而哪儿来?
DEM数据源有哪些?如何获取、生产与管理?
DEM数据最为主要为卫星遥感和航空摄影获取,随着空间信息获取技术的发展,也有更多灵活的手段可以对需求区域进行获取,如Lidar激光雷达技术等。
光学卫星影像&航空摄影:根据卫星遥感、航空摄影的质量和规模,以各种分辨率从立体数字航空摄影中提取DEM或DSM。
如资源三号、ASTER (15-30m)、Quickbird、IKONOS(2-5m分辨率)、Pleiades 1A/1B星座(1m分辨率)、WoldView-2和GeoEye-2(1-2m分辨率),日本先进陆地观测卫星 (ALOS) PRISM (2.5m)、印度 Cartosat (2.5m)、法国SPOT卫星 (5-10m) 。其中,资源三号(ZY-3)卫星是中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星,ASTER 是全球中等分辨率 (30m) 的免费DEM数据来源。
DEM数据源有哪些?如何获取、生产与管理?
DEM数据最为主要为卫星遥感和航空摄影获取,随着空间信息获取技术的发展,也有更多灵活的手段可以对需求区域进行获取,如Lidar激光雷达技术等。
光学卫星影像&航空摄影:根据卫星遥感、航空摄影的质量和规模,以各种分辨率从立体数字航空摄影中提取DEM或DSM。
如资源三号、ASTER (15-30m)、Quickbird、IKONOS(2-5m分辨率)、Pleiades 1A/1B星座(1m分辨率)、WoldView-2和GeoEye-2(1-2m分辨率),日本先进陆地观测卫星 (ALOS) PRISM (2.5m)、印度 Cartosat (2.5m)、法国SPOT卫星 (5-10m) 。其中,资源三号(ZY-3)卫星是中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星,ASTER 是全球中等分辨率 (30m) 的免费DEM数据来源。
雷达卫星:DEM也可以使用雷达卫星影像导出,合成孔径雷达卫星 (InSAR) 可用于生成数字高程模型,在实际应用中,它们主要用于检测与不同危险地质过程相关的地形高度变化,例如地面沉降、缓慢移动的滑坡、构造运动、冰运动和火山活动。
如RADARSAT、TerraSAR-X、ALOS PALSAR、ALOS DSM,ERS-1 和 2、ENVISAT,WorldDEM获取的是地球整个地表一致DEM。除此之外,SRTM C 波段数据,DLR数据(即SRTM X 波段数据),GMTED2010,ETOPO也是现存的主流DEM数据源。
Lidar激光雷达:采用自行发射和接收激光脉冲主动式穿透测量,获取更接近真实地表形态的数字高程模型,LiDAR技术可做为大区域高精度数字高程模型数据获取的合适手段,推导出更详细的DEM,并直接进行DEM和DOM的生产。
地面控制点(GCP):经过实地测量或者通过其它渠道获取到的已知的准确的地面点信息,通过在影像上标定出控制点信息来纠正影像出现的几何误差以及地理位置信息。
超擎影像云平台可对这些多源影像数据进行统一的管理、处理、发布与呈现,不仅支持卫星、航片、无人机影像数据,同时支持DOM、DEM、倾斜摄影等成果数据。
而要制作市面上常看到的美观精准影像地图,即DOM,TDOM,DEM、DSM需要与多源、高分遥感影像融合应用,通过专业的地信软件产品,如像素工厂、Erdas、Pix4d,可输出DSM、DOM成果影像地图。