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基于不同生产方式下的数字正射影像图效果分析

2024-09-05 68 上传者：管理员

摘要：为探讨不同生产方式对数字正射影像图（DOM）效果的影响，通过对比分析Pix4D、TDOM（利用倾斜摄影测量生成的DOM）及快拼DOM等生产方式，从影像的几何精度、色彩还原、纹理表现、生产效率及人工参与度等多个维度进行深入分析。研究发现，每种生产方式在生成DOM时均展现出独特的优势与局限性，为实际应用中DOM生产方式的选择提供了科学依据。

关键词：
DOM
pix4D DOM
TDOM
摄影测量
正射影像
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正射影像是摄影测量与遥感的重要产品之一，数字正射影像（DOM）是利用DEM对经过扫描的数字化航空像片或遥感影像，经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，并进行处理得到的平面图[1]。真正射影像（TDOM）是将正射影像纠正为垂直视角的影像产品，对隐藏部分采用相邻像片修正，表现为地形、建筑物等要素没有投影差、建筑物间无遮挡的正射影像图[2];pix4D DOM为利用无人机光学影像制作正射影像等[3]。

众多学者对无人机技术和航空摄影测量的结合方式进行了研究，赵新峰[4]将无人机应用到航空摄影测量工作中，进一步推动了航空摄影测量技术的发展，操作简单，成本低，环境适应性强，可有效应用在地形图测绘作业中；赵晗[5]将无人机多发摄影测量技术运用在各个领域，同时推动了智慧城市、城市规划、景观设计等相关行业。然而关于不同生产方式下的数字正射影像研究较少，鉴于此，本文着重分析3种不同生产方式下的DOM的生产流程和效果。

1、试验方法

试验采用3种方式生产DOM，分别为重建大师快拼生产DOM（利用下视组照片），以下简称“快拼DOM”；重建大师模型生产DOM，以下简称TDOM;pix4D（下视组照片）生产DOM，以下简称“pix4D DOM”，本文简单介绍各种方式的生产流程和各自生产的DOM优势和弊端分析。

2、试验流程

2.1 快拼DOM生产流程

快拼DOM生产流程有5个环节：1）加载照片组和POS数据；2）无约束空三；3）刺点；4）约束空三；5）快拼生成DOM。

其中，步骤2—4可以省略直接生DOM，因没有地面控制点参与，拼接质量仅靠POS位置进行拼接，比进行2—4步骤的拼接质量差；生产软件为重建大师。

2.2 TDOM生产流程

1）加载照片组和POS数据；2）无约束空三；3）刺点；4）约束空三；5）建立倾斜模型；6）根据倾斜模型生DOM。生产软件为重建大师。

2.3 pix4D DOM生产流程

1）加载照片组和POS数据、控制点数据；2）刺点；3）空三加密；4）生成DOM。生产软件为pix4D。

三种方式生产DOM试验流程如图1所示。

3、不同生产方式DOM成果比对

本次DOM成果质量主要从DOM色彩、纹理、是否扭曲变形、阴影、数学精度、生产效率6方面进行比对，分析各种生产方式的优势弊端及适用场景。

3.1 快拼DOM与TDOM比对分析

利用双塔公园已有数据，分别用重建大师倾斜模型生DOM，重建大师下视照片组快拼接生DOM，数据完全一致，下视照片组也是利用倾斜模型刺点后的照片，对两种方式生产的DOM进行比对。

从图2可以看出，下视照片组生成的DOM拼接处有明显色差，倾斜模型生成的DOM无色差。主要原因为倾斜模型在建模过程中由于照片匹配，对照片进行匀色，所以TDOM色差小，快拼DOM由照片组直接拼接而成，没有匀色，快拼DOM有色差。

从图3可以看出，快拼DOM色彩鲜艳，TDOM色彩失真。主要原因为由于模型匀色，让整个TDOM色彩均匀，但同样局部区域色彩可能失真。

图1 三种方式生产DOM试验流程

图2 接处色差

从图4可以看出，高层建筑变形中快拼DOM存在脚大头小的问题，正射影像呈三角型，而TDOM无此问题，说明快拼DOM直接由下视照片拼接，由于高层建筑屋顶与基底高差相差大，下视影像拍摄照片存在脚大头小，但在拼接过程中没有纠正，TDOM在拼接过程中对照片进行纠正，因此不存在此问题。

对比图5发现，快拼DOM树比较立体真实，树冠的清晰度取决于航飞照片的分辨率；TDOM树冠比较糊，呈现团状。说明快拼DOM是照片的拼装组合，纹理信息即照片地原始信息，TDOM纹理信息在空三特征点匹配时因为树叶随风晃动，匹配后拉花。

像控点检测：经检测该区域11个像控点，快拼DOM精度为0.056 m,TDOM精度为0.053 m，精度水平一致，该项目11个像控点均参与刺点。

快拼DOM由航飞后数据在重建大师无需运行空三可直接生成，TDOM需要刺点建模后才可以生DOM，快拼DOM在生产效率上明显快于TDOM。

根据以上几个方面的差异分析认为：

1）快拼DOM仅仅是将下视照片拼接在一起的缩略图，优点是快速便捷，纹理真实，弊端是建筑扭曲变形、有高差的地方纹理错乱，主要用于对影像质量要求不太高，但时间紧迫的应急救灾等紧急项目。

2)TDOM影像优点是精度高，与倾斜模型完全套合，建筑区无投影变形；弊端是植被纹理不真实，生产效率低。如果项目需要建模，TDOM生产简单，可一键操作，建议应急救灾等紧急项目采用快拼DOM，非紧急项目采用TDOM生产方式。

3.2 pix4D DOM与TDOM对比分析

从快拼DOM与TDOM的比对中已经得知TDOM无建筑投影变形，本次仅查看pix4D DOM是否有变形，从图6可以看出，所有建筑均无因高度发生投影变形。

图3 照片色彩差异

图4 高层建筑变形

从图7可以看出，pix4D DOM中移动汽车没有处理，仍然存在TDOM无移动汽车的阴影，存在虚化情况，例如本次TDOM地面箭头被汽车压住，虚化后地面箭头消失。

利用TDOM与pix4D DOM分别采集相同的22个点，对其坐标求差后计算中误差，中误差为0.06 m，影像像素为0.05 m，考虑到像素原因，说明TDOM与pix4D DOM的数学精度处于同一水平。

pix4D为单机软件，处理速度慢，每次最多处理10000张照片左右，并且数据量大易崩溃。相对于重建大师刺点比较繁琐，每次刺点均需在全图中找要刺的点，而重建大师刺完3个点后会根据刺完的点计算出其他点的大致坐标，刺起来较为方便。

pos数据需要整理，pos中坐标序列不能以序号命名，必须与照片号完全一致且一一对应，数据处理人工参与量大，本次28000张照片分4个工程，处理完后再进行DOM合并，用时7天。

倾斜模型生产DOM，利用重建大师生完倾斜模型后，点击生产DOM即可直接实现，方便快捷。且重建大师可以多节点运行，生成模型快，几乎不需要人工参与，该项目建模用时1周，建模后生DOM用时6小时。

图5 植被纹理

图6 高层建筑投影变形

图7 移动物体处理

4、结论

1)pix4D DOM优点为植被纹理细致真实，不拉花，不模糊；建筑物无变形；颜色较为真实；建筑区几乎无影子；数学精度与TDOM一致；高层建筑区无阴影。弊端是移动地物没有处理，生产效率低下，人工参与量大，数据整理繁琐。

2)TDOM优点为利用重建大师生完倾斜模型后，点击生成DOM即可直接实现，方便快捷，且重建大师可以多节点运行，生成模型快；数学精度高（与模型精度一致）；建筑无变形；纹理除植被有点糊外，其他纹理信息较好。弊端是颜色与实际有轻微失真，植被纹理呈糊状，高层建筑、路灯等有阴影。

3）快拼DOM优点是快速便捷，纹理真实。弊端是建筑扭曲变形、有高差的地方纹理错乱，主要用于应急救灾等紧急项目对影像质量要求不是很高但时间紧迫的项目。

通过对比不同的生产方式，建议小范围生产DOM或者无需建模的项目可利用pix4D生产DOM，展示效果较好；大面积生产DOM且项目需要建模时建议使用倾斜模型生产，方便快捷，能满足大部分场景的使用。

参考文献:

[1]刘金华,郭珂言,俞群爱,等.基于文档对象模型(DOM)的综合实验项目设计[J].电脑知识与技术,2023,19(26):115-119.

[2]唐乾坤,陈晔,杨正银,等.真正射影像制作中遮蔽区域修复算法[J].测绘,2023,46(01):18-22.

[3]刘望明,王栋,刘军峰,等.基于Pix4D软件的无人机影像成图研究[J].科技风,2020(19):84-100.

[4]赵新峰.无人机航空摄影测量在地形图测绘中的应用[J].中国设备工程,2023(18):250-252.

[5]赵晗,赵靓.浅析无人机倾斜摄影测量技术及应用[J].中国新通信,2022,24(10):72-74.

文章来源:冯宏亮.基于不同生产方式下的数字正射影像图效果分析[J].华北自然资源,2024,(05):88-91+96.

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期刊名称：华北自然资源

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期刊详情

主管单位：山西省自然资源厅

主办单位：山西省自然资源厅宣传中心

出版地方：山西

专业分类：科学

国际刊号：2096-7519

国内刊号：14-1401/P

创刊时间：2002年

发行周期：双月刊

期刊开本：16开

见刊时间：7-9个月

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