基于MapMatrix的數字正射影像圖制作

施衛東+周小揚

摘 要本論文基于武漢航天遠景科技股份有限公司的新型數字攝影測量系統MapMatrix，結合武漢商學院三維數字校園生產實踐進行1：2000數字正射影像圖制作，探討數字正射影像圖（DOM）的制作方法。并說明了MapMatrix相對其他同類軟件在實際操作中的優勢。

【關鍵詞】MapMatrix 數字高程模型 數字正射影像圖

MapMatrix 系統是基于航空攝影，衛星遙感，外業等數據進行多源空間信息綜合處理的平臺。它為基礎數據生產、處理和加工提供了一系列集成的工具，例如：影像去畸變工具，DEM匹配工具，正射影像糾正工具等。攝影測量數據處理基礎平臺MapMatrix軟件可以在立體環境下進行采編、編輯、入庫。而且采用統一的數據管理接口將處理的數據有效的管理起來，為后期數據增值和共享提供基礎。成為數據的采集、處理、編輯、入庫、維護和更新等空間地理信息數據處理的整體解決方案。

數字正射影像圖（DOM）是以數字化航空相片為基礎，進行空中三角測量結合人工地面像控測量，匹配生成測區范圍內的數字高程模型（DEM）后，經逐個像元進行投影差改正、微分糾正和鑲嵌，按地形圖范圍生成的數字正射影像數據集。其特點是信息量大、精度高、可按需要對比例尺進行任意調整、輸出。

本文結合武漢商學院三維數字校園所提出的生產技術方案，基于武漢航天遠景科技股份有限公司的MapMatrix 新型數字攝影測量系統，生成數字高程模型（DEM）和數字正射影像圖（DOM），完成對武漢商學院1：2000數字線化圖采集，總面積約0.67km2。

1 采用MapMatrix新型數字攝影測量系統制作數字正射影像圖

1.1 數據準備

1.1.1 航空攝影

首先由無人機搭載單反相機，以高重疊度拍攝校園的高分辨率影像；航空攝像的要求： 航線內有75%的重疊度，航線間有45%的重疊度，符合設計要求； 符合航線彎曲度要求；不存在航攝漏洞。影像數據質量：影像地面分辨率為10cm，保存為jpeg或tiff數據格式。項目采用尼康D810數碼航攝，見表1。

1.1.2 測區資料準備

測區文件：影像文件，控制點文件，控制點點位圖，相機檢校文件。影像文件可進行勻色處理：利用Photoshop針對其中一張樣片調整色階，然后采用EPT軟件進行勻光勻色處理。將圖像樣本的灰度等級調整為256。通過實驗，灰度等級在35～255之間進行影像輸出時，影像質量不僅可以基本滿足測圖觀測的需要，而且影像數據丟失信息較少。

1.2 航測內業加密

通過空中三角測量系統進行數據處理，可以利用少量的地面控制點來計算測區中所有影像的外方位元素信息和所有加密點的地面坐標，為后期生產DEM/DOM做準備。

使用DATMatrix建立空三加密工程，然后利用PATB進行光束法平差。為保證空三加密精度符合設計要求，在連接航帶時，應盡量保證每張航片上航向、旁向都有連接點；其次在選取像控點時要先選取測區外圍的4個像控點進行平差解算，然后逐步向測區內添加像控點進行加密處理，分批次進行平差解算合格后再進行加密。在分布加密像控點時，要優先選取加密航向重疊度和旁向重疊度多的像控點；平差后剔除粗差點時，應該先調整誤差大的加密點，依次類推。經實驗，按照這個流程進行數據處理，在刺像控點方面由于有了預測控制點功能使得刺點的效率更高；而且在剔除粗差點方面也效果更佳。空三加密完成后就可以導出MapMatrix工程文件*.xml。

1.3 生成數字高程模型

數字高程模型（DEM）是創建數字正射影像圖（DOM）的前提。生產DEM的方式有三種：

1.3.1 全區匹配生成DEM

加載空三加密軟件中導出的*.xml工程文件，在MapMatrix中選擇“工程”節點，右鍵菜單選擇“創建立體像對”菜單，即可生成立體像對；然后在工程節點上鼠標右鍵選擇“全區匹配”，MapMatrix軟件中的DEM匹配模塊即可通過像方匹配的方式生成整個測區的DEM。

1.3.2 單模型匹配生成DEM

在空三加密之前如果沒有進行影像去畸變處理及影像旋轉工作，通過單模型匹配的方式就不適用。因為影像未經旋轉前，左右相鄰影像是上下重疊的，無法組建左右立體像對，單模型定向中的相對定向及核線重采樣不能正常運算。

單模型匹配DEM的流程如下：

加載空三加密軟件中導出的*.xml工程文件，在MapMatrix中選擇“工程”節點，右鍵菜單選擇“創建立體像對”菜單，即可生成立體像對；然后進行相對定向、核線重采樣、影像匹配、單模型DEM生產、DEM拼接。由于導入的空三工程中已經有了內定向參數與絕對定向參數，因此在單模型匹配過程中不需要做內定向與絕對定向這兩部。

1.3.3 采集DLG（數字線劃圖）生成DEM

在MapMatrix的立體采集模塊中進行DLG采集，采集地形的地貌特征點特征線（如等高線、陡坎、高程點等），然后通過采集的特征點特征線反生DEM。

在三種DEM匹配的方式中，第一種與第二種是通過影像匹配的實質是數字地表模型（DSM），需要通過DEM編輯把房屋等地物表面的特征點編輯到地表。可以根據匹配點或預生成的等高線來評判DEM生成的效果，針對DEM生成的效果和地形特征來選取合適的DEM編輯方法。編輯方法有：內插、平滑、推平、點編輯、定值高程、平均高程等。例如： 針對道路可以選擇推平編輯方法；針對水域可以選擇定值高程編輯方法；針對山體可以選擇平滑編輯方法等。第三種方式生成的DEM不需要編輯。

1.4 生成數字正射影像圖

生成了數字高程模型（DEM）之后就可以生成數字正射影像圖（DOM）。數字正射影像圖的生成是利用數字高程模型數據，經過數字微分糾正， 消除所拍攝的航片上的投影誤差，生成垂直投影方式的影像數據的過程。

數字正射影像生成的方法主要有兩種：一種是根據全測區的DEM數據糾正整出整個區域的DOM，再根據分幅要求選取DOM進行拼接鑲嵌，然后對拼接的DOM數據根據項目要求進行局部修補并裁剪；另一種是先用DEM糾正出每張原始影像對應的單片DOM，再對整個測區的單片DOM進行鑲嵌成圖操作，拼接為整個測區的DOM，然后再對有問題的DOM數據進行鑲嵌線編輯、局部修補、裁剪。

1.5 影像圖的后處理

由于航片航攝角度的不同會造成重疊影像區域的影像灰度值有差別，使得接邊后的數字正射影像圖在接邊處會有明顯的拼接線。合格的數字正射影像圖既要保證接邊地物平面坐標的接邊精度，又要保證接邊區域相同地物的影像灰度值一致。通過MapMatrix軟件制作完成后輸出的數字正射影像圖仍需要相應的影像的勻光、鑲嵌以及裁切成圖，而易拼圖軟件（EPT）在這方面有著自己獨特的優勢。通過易拼圖軟件進行勻光、鑲嵌、接邊等一系列處理之后，就可以得到精度更高的正射影像圖。最后利用MapMatrix軟件輸出所需要的DLG數字線劃圖。

2 MapMatrix軟件在實際操作中的優勢

2.1 該系統兼容性好

該系統支持來自其他多種系統的空三成果，如PATB、JX4、inpho等空三成果的引入，也支持僅有相機文件及外方位元素信息的情況下恢復立體模型，避免了在數據轉換中給用戶帶來的麻煩。同時，該系統還支持ADS推掃式影像，A3影像空三成果的引入并在此基礎上進行DEM/DOM/DLG產品的制作，支持衛星影像RPC空三。

2.2 DEM及DOM編輯操作方便快捷

該軟件能夠讀取和繼承空三的定向成果與DEM成果，能在不損失精度情況下完成影像修補，既支持直接選擇正射影像修補，也支持實時的通過DEM糾正原始影像進行正射影像修補，通過兩種修補方式可以使正射影像編輯到較理想的效果；能夠進行多幅圖的各種操作，自動生成拼接線，實時更新數據；該軟件可提供不同的勻光方案，有效保留影像細節；DEM多樣化的編輯功能以及DOM自動修復及關聯編輯功能，使作業員的操作更簡單，縮短了作業編輯時間。該軟件還具備質量檢測功能。當采集完成后，MapMatrix 具有智能自動檢查的功能，解決了人工檢查不僅慢而且容易疏漏的問題。

2.3 DOM的制圖效率高

具有原始影像修補功能，不必重新編輯DEM即可糾正扭曲的地物地貌，使制圖效率大大提高。

作業自動化程度高。采用了最近頂點鑲嵌方式，保證圖幅中所生成的影像最接近真實、變形最小、精度最高，可以準確而快速的鑲嵌出圖幅產品，可以根據影像關系自動搜索鑲嵌線，減少了鑲嵌線手工編輯工作。

2.4 支持實時核線采編

MapMatrix 是目前國內唯一支持實時核線測圖的數字攝影測量軟件，中心投影立體像對無需采集核線影像即可快速測圖，省去了常規攝影測量中的相對定向、核線采集等步驟，使得作業效率大大提升，同時也節約了磁盤空間。

2.5 在立體采集DLG方面實現了采集、編輯、入庫一體化

與傳統的數字攝影測量工作站相比，MapMatrix具備作業過程自動化、采編入庫一體化、數據處理海量化等優勢。傳統的數字攝影測量工作站，大多只有采集功能及簡單的編輯功能，在數據編輯方面還需要借助其他軟件，在與其他軟件導入導出的時候，存在屬性丟失、精度損失等問題。而在MapMatrix中，有很全面、人性化的采集、編輯工具，操作簡便，并且能夠提高作業效率。在采集、編輯完成后，還有完善的入庫檢查功能及入庫屬性的編輯功能。

2.6 節省硬盤空間，對機器配置要求不高。

該軟件制作正射影像圖時改變了以往先拼接再裁切的成圖模式，而是直接針對單個圖幅生成，在影像的生產過程中不再需要占用大量的空間，使正射影像在生產過程中更高效、更節省硬盤空間。

能實現對海量影像數據的快速讀寫、瀏覽，作業時不受電腦性能和內存大小的限制，常規配置的計算機就可流暢地進行作業。數據處理不受測區范圍和大小限制，能一次性制作大區域、大范圍影像數據。

2.7 采用精細放大技術，能夠避免同類軟件中放大發虛的問題

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作者簡介

施衛東（1969-），男，武漢商學院副教授。主要研究方向為計算機應用。

作者單位

1.武漢商學院工商管理學院 湖北省武漢市 430056

2.武漢航天遠景科技股份有限公司 湖北省武漢市 430205