4D产品生产实习指导书.docx
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4D产品生产实习指导书
4D产品生产
实习指导书
河南理工大学
2010年5月
前言
本实习是遥感科学与技术专业毕业前的生产实习，要求学生运用摄影测量学课堂理论知识与实践教学所掌握的基本操作技能，按照生产规范的要求完成4D产品的制作，是对学生所学专业的全面总结与检验，要求学生认真对待，完成实习任务。
本实习采用武汉适普软件有限公司开发的全数字摄影测量系统VirtuoZoNT。
VirtuoZo是一个全软件化设计、功能齐全、高度智能化的全数字摄影测量系统，可基于航空影像生产1：
50000到1：
500各种比例尺的4D产品（DEM、DOM、DLG和DRG），还能处理近景影像、中等分辨率的卫星影像、IKONOS卫星影像、QuickBird卫星影像和可量测数码相机影像。
实习目录
1、VirtuoZo系统介绍
2、数据准备
3、建立测区
4、模型定向
5、影像匹配和匹配结果的编辑
6、生成DEM和正射影像
7、DEM拼接和正射影像镶嵌
8、数字影像测图
9、产品数据格式输出
10、图廓整饰
11、成果分析
§1VirtuoZo系统简介
全数字摄影测量系统VirtuoZo是一个全软件化设计、功能齐全和高度自动化的全数字摄影测量系统。
VirtuoZo可基于航空影像生产从1：
50000到1：
500各种比例尺的4D产品（DEM、DOM、DLG和DRG）。
一、系统目录
系统的目录结构为:
图1-1VirtuoZo的系统目录
目录结构说明：
VirtuoZo目录：
系统安装目录。
Virlog目录：
测区的路径文件（c:
\Virlog\Blocks\<测区名>.blk）。
Block目录：
测区目录。
存放测区的所有参数文件、控制点文件、中间成果和结果。
bin目录：
执行目录，存放系统的所有可执行程序和框标模板文件。
GDT_DATA目录：
投影参数目录。
Symlib目录：
制图符号库。
Images目录：
影像目录。
存放当前测区的影像、影像参数文件、内定向文件和外方位元素文件。
StereoPair目录：
模型（立体相对）目录。
系统根据用户所指定的模型名自动产生该模型目录，存放该模型的的所有信息。
Product目录：
新建模型时，在模型名文件夹中产生“product”文件夹，存放当前模型所有已生成的产品及输出文件。
Temp目录：
核线影像目录。
存放当前单模型的核线影像文件。
二、系统启动
运行bin目录下的VirtuoZoNT.exe程序或双击快捷图标，进入VirtuoZoNT系统主界面，如图所示，上方是主菜单条，中央为用户区。
图1-2VirtuoZoNT的主界面
三、实习工作流程
根据VirtuoZoNT作业流程，安排本实习的工作流程为：
图1-3实习流程
§2数据准备
一、实习目的与要求
1、检查相机参数是否完备。
2、查看影像资料情况。
3、检查控制点资料是否完备。
二、实习要点
1、相机参数文件应提供相机主点的理论坐标x0、y0，相机焦距f，框标点坐标或框标距。
2、影像资料应是符合VirtuoZoNT图像格式及成图要求扫描分辨率的扫描影像数据。
图像格式一般选TIFF格式，应查看影像排列情况、影像分辨率、像片比例尺。
3、控制点资料应提供外业控制点成果及相对应的控制点位图。
三、实习步骤
1、相机数据
相机文件：
rc10.cmr，位于测区目录根目录下。
像主点：
x0=-0.0648（mm），y0=-0.0151（mm）焦距：
f=151.901（mm）
四角框标坐标：
框标序号
框标x像片坐标（mm）
框标y像片坐标（mm）
1
-105.908000
-105.992000
2
-105.908000
105.992000
3
105.908000
105.992000
4
105.908000
-105.992000
2、影像资料
原始影像是由航片经扫描获得的数字化影像，为TIFF格式，位于测区目录的images文件夹下。
原始资料为两条航线，六张影像，可建四个模型，如航片“9812037”与“9812038”组成一个模型，“9812037”与“9812039”组成另一个模型。
原始影像的分辨率为0.1mm，像片比例尺为1：
30000。
第一条航线：
981203798120389812039
第二条航线：
981203098120299812028
3、控制点分布
控制点文件shixi.ctl位于测区目录的根目录下。
第一条航线控制点分布略图为：
第二条航线控制点分布略图为：
控制点位在四个模型的分布图如下：
打开控制点文件，可查看控制点坐标为：
点号X（m）Y（m）Z（m）
p20127141.9680002698422.955000101.994000
p20228409.8560002698319.640000155.804000
p10127313.5120002700167.702000103.950000
p10228500.9380002700184.41600097.350000
p10329437.7210002700178.371000103.630000
p20329431.1710002698317.251000257.054000
p30329080.3580002696390.213000193.263000
p30127133.6060002696361.73500073.977000
p30228002.1680002696379.86200093.408000
p370127102.4390002699324.440000163.290000
p380128197.7420002699201.833000100.000000
p390129464.5090002699133.641000124.668000
p300127161.6660002697626.85100089.500000
p290128267.7920002697335.466000182.672000
p280129178.7880002697111.058000343.741000
§3建立测区
一、实习目的与要求
1、创建测区
2、录入相机参数、原始影像格式转换和录入控制点数据。
二、实习要点
1、在VirtuoZoNT系统中，测区（Block）可理解为一个区域，或一个图幅范围内的所有像对。
创建测区就是为将要进行测量的区域创建一个工作区目录。
2、录入相机参数、影像格式转换和录入控制点文件三个步骤不分先后顺序。
3、相机参数用以内定向计算；VirtuoZoNT系统不能直接使用TIFF格式的影像，需要将其转换为VirtuoZoNT系统专用的vz格式；控制点用以绝对定向计算。
三、实习步骤
1、创建测区
每位同学先在D盘建立自己的文件夹，以“班级学号”四位数字命名文件夹（如“0324”表示3班第24位同学），并将“数据”文件夹中的内容（images影像数据文件夹、相机参数文件（***.cmr）、控制点文件（***.ctl）及控制点影像文件夹）拷贝到自己的文件夹中。
单击VirtuoZoNT主菜单中的文件，选择打开测区，系统弹出“打开测区”对话框，在当前默认位置输入测区名（以“班级学号”4位命名，现以“0101”为例），点击打开则弹出“设置测区”对话框，如下图，按要求输入参数后，点击保存，创建自己的测区文件。
下次进行作业时，先单击VirtuoZoNT主菜单的文件下的打开测图，打开自己的测图文件，在自己的测区下作业。
图3-1设置测区
按如下要求输入测区参数：
（1）主目录：
输入包含测图资料文件夹的测区路径和测区名。
（2）控制点文件：
输入控制点文件名，或点击右边的查找按钮
（后同）选择已建立的当前测区的控制点文件。
（3）加密点文件：
输入与上行相同。
（4）相机检校文件：
输入相机检校文件。
（5）基本参数：
摄影比例为摄影比例尺分母“30000”；航带数为“2”；影像类型为“量测相机影像”；DEM格网间隔为“10”米，等高线间距为“5”米；正射影像GSD（地面分辨率）与成图比例一致，输入“1”米；正射影像的输出分辨率与DPI一致，输入0.1毫米。
2、录入相机参数
在VirtuoZoNT主菜单中，单击设置，选择相机参数，弹出“相机文件列表”对话框，选中相机文件名“rc10.cmr”，点击修改参数，弹出“相机检校参数”对话框。
检查像主点坐标、焦距是否正确，根据相机参数略图，输入对应的点号与坐标，可双击框标参数的编辑框进行输入或修改。
如果相机文件存在，则可点击左下角的输入，查找相机文件并输入。
参数输入完毕后，点击确定，再点击关闭。
图3-2相机文件列表
图3-3相机检校参数
3、原始影像格式转换
在VirtuoZoNT主菜单中，单击文件，选择引入子菜单中的影像文件，弹出“输入影像”对话框，点击右下角的增加按钮，将images文件夹下需要处理的的原始影像加载进来。
由于飞机是循环飞行航片的，第二条航带的影像的相机需要旋转：
选中第二条航带的3张像片，单击选项按钮，在“转换选项”对话框中选择旋转相机后面的是，点击确定后可看到影像前有一个红色标志。
然后在像素大小中输入“0.1”毫米。
参数设置完成后，点击处理按钮进行格式转换，并自动生成相应的影像参数文件“<影像名>.spt”。
转后的*.vz文件存放在测区目录下的images文件夹中。
点击退出。
图3-4输入影像
4、录入控制点数据
在VirtuoZoNT主菜单中，单击设置菜单，选择地面控制点，弹出“控制点数据”对话框，可双击编辑框进行输入或修改，如果控制点文件存在，也可点击输入按钮，选择控制点文件输入。
点击确定退出。
图3-5控制点数据
§4模型定向
一、实习目的与要求
1、创建立体模型。
2、进行模型的内定向、相对定向和绝对定向。
3、掌握定向过程，定向能满足基本精度要求。
4、掌握核线影像生成。
二、实习要点
1、内定向利用框标的检校坐标和定位坐标，计算影像扫描坐标与像点坐标的转换关系。
2、相对定向是利用二维相关，自动在相邻影像上识别同名点，解算相对定向参数。
3、绝对定向是人工在左右影像上量测控制点，最小二乘匹配同名点，解算定向参数。
4、核线影像即是按核线方向重排列灰度，生成核线影像。
三、实习步骤
一个测区由多个模型组成，模型定向要逐个进行。
下面以“37－38”模型为例，叙述其过程。
模型定向的流程为：
内定向
相对定向
绝对定向
核线影像的生成
存盘退出
创建新模型
图4-1模型定向流程
1、创建立体模型
第一次创建模型时，在VirtuoZoNT主界面中，单击文件菜单，选择打开模型，弹出“打开或创建一个模型”对话框，按航片编号输入模型名称，如“37-38”，点击打开，进入“设置模型参数”界面。
学生只需引入格式为vz的左右影像名。
点击保存退出。
图4-2设置模型参数
当模型创建后，可以点击VirtuoZoNT主界面中的设置，选择模型参数来修改模型参数。
当下次需要对该模型进行处理时，只需点击VirtuoZoNT主界面中的文件，选择打开模型，在对话框中选择已存在的模型文件，打开即可，这时在VirtuoZoNT主界面的底部显示了已经打开的测区和模型。
按照同样的步骤，可以创建测区的其他模型，如38-39、30-29、29-28。
2、自动内定向
先打开需要定向的模型，进入定向模块，系统先建立框标模板，然后分别进行左右影像定向。
最后退出定向模块。
当模型打开后，在VirtuoZoNT主界面中，单击处理菜单，选择模型定向子菜单中的内定向，系统读入左影像，屏幕显示建立框标模板界面：
图4-3建立内定向模板
左边的“内定向/近似值”窗口中显示了当前模型的左影像，右边的“基准窗口”显示了某框标的放大影像。
若影像的四角的每个框标都有小白框围住，则框标近似定位成功，否则需要人工干预：
移动鼠标光标到框标中心，单击左键，使小白框为主框标。
选择接受进入左影像内定向界面：
图4-4内定向
界面显示了框标自动定位后的状况。
单击左窗口中间的每个按钮面板数字，在右边的放大窗口中显示了对应的框标影像，观察十字丝是否对准框标中心，若不满意可进行调整。
框标调整有自动和人工两种方式。
先选择自动方式，用鼠标在左窗口的当前框标中心点附近单击，十字丝自动精确对准框标中心。
若自动方式失败，选择人工方式，移动鼠标在左窗口中的当前框标中心点附近单击鼠标左键，，再分别选择上、下、左、右按钮，微调小十字丝，使之精确对准框标中心。
当精度达到要求时，单击保存退出，程序读入右影像，进入右影像内定向界面，然后按同样的方法进行右影像定向。
对于已做过内定向的模型，当选择内定向菜单时，系统会弹出上次内定向结果，并询问是否重新内定向，如下图。
若对此结果满意则单击否，不满意则单击是，重新内定向。
图4-5内定向重新量测
3、自动相对定向
首先进入相对定向界面，接着自动相对定向，然后检查和调整定向点。
在VirtuoZoNT主界面中，单击处理菜单，选择定向中的相对定向，系统读入当前模型的左右影像数据，显示相对定向界面，右击影像，在弹出的菜单中分别选择全局显示和自动相对定向，程序开始自动搜索同名点，进行相对定向。
相对定向结果显示在“定向结果”窗口中。
“定向结果”窗口中显示了同名点点号和上下视差（单位为毫米），“定向结果”窗口底部显示了相对定向的中误差（RMS）和定向点总数。
如果某点的上下视差过大，可进行微调或删除。
删除点：
选中要删除的点，单击删除点按钮。
微调点：
选中要微调的点，选择界面下方的左影像或右影像，对照同名点放大窗口，参照中误差，分别点击向左、向右、向上、向下按钮进行微调，使左右十字丝切准同一影像点。
当精度达到要求后，选择右键菜单中的保存。
图4-6相对定向
4、绝对定向
在相对定向完成后并不退出定向界面，继续量测控制点，进行模型的绝对定向计算，并进行检查与调整。
在相对定向界面中，参照测区目录中的控制点点位影像，按控制点的真实地面位置量测地面控制点，并输入控制点点号。
首先移动鼠标光标到控制点点位，单击左键弹出该点位的放大影像窗口，再将光标对准放大窗口的点位单击，程序自动匹配到右窗口的同名点，并弹出该点位的右影像放大窗口及微调窗口如图。
在微调窗口中，精确调整点位，并输入当前控制点点号，单击确定，该控制点量测完毕，以兰十字丝显示。
按以上步骤量测不在同一直线上的三个点后，单击鼠标右键，选择预测控制点，就可以进行预测了。
预测的控制点以蓝色小圈显示，以表示待测控制点的近视位置。
然后继续量测蓝圈所示的待测控制点。
图4-7量测绝对定向点
当量测完当前模型的所有控制点后，就可以进行绝对定向计算。
单击鼠标右键，选择绝对定向下的普通方式，系统开始绝对定向计算，弹出“调准控制”窗口和“定向结果”窗口。
“定向结果”窗口显示了各控制点平面和高程的残差以及绝对定向中误差。
图4-8绝对定向点微调
若绝对定向点的不满足精度要求，则可进行微调。
单击选中需要微调的绝对定向点，进行微调，微调时应参照同名点点位和查看误差定向误差。
所需调整的点均完成后，单击“控制点微调窗口”中的确定按钮，程序返回相对定向界面，绝对定向完成。
5、生成核线影像
绝对定向完成后，可不退出定向模块，返回相对定向界面，继续生成核线影像。
完成相对定向后可生成非水平核线影像，非水平核线影像基于模型相对定向结果，遵循核线原理对左右原始影像沿核线方向保持X不变，在Y方向进行核线重采样，要生成水平核线影像，必须先完成模型的绝对定向，水平核重采样使用了绝对定向结果，将核线置平。
一个测区应使用同一种核线方式。
在生成核线影像前，需要确定核线影像的范围。
在相对定向界面中，右击，选择全局显示，界面显示模型的全局影像，再弹出右键菜单，选择自定义最大作业区，或选择定义作业区，按住鼠标左键拖动，选择核线范围。
定义好的核线范围用绿色边框显示。
单击鼠标右键，选择生成核线影像中的非水平核线，程序依次对左右影像进行核线重采样，生成模型的核线影像。
单击鼠标右键，选择保存和退出。
至此，该模型的内定向、相对定向、绝对定向及核线影像生成均完成。
同样，可以对其他模型进行处理。
当每个模型的核线影像生成后，可进行影像匹配。
§5影像匹配及匹配结果的编辑
一、实习目的与要求
1、掌握匹配窗口及间隔的设置，运用匹配模块，完成影像匹配。
2、掌握匹配后的基本编辑。
二、实习要点
1、影像匹配是数字摄影测量系统的关键技术，是沿核线一位影像匹配，确定同名点，其过程是全自动化的。
2、匹配窗口和间隔在模型参数中设置。
窗口设置大，则数据量小，损失地形地貌；窗口设置小，则数据量大，但能较好表示地形地貌。
对于平坦地区，窗口可设置大些。
3、匹配结果的编辑是影像匹配的后处理工作，是一个交互式的人工干预过程。
目前，在影像匹配中，尚有一些区域（例：
水面、人工建筑、森林等）计算机难以识别，将出现不可靠匹配点（没有匹配在地面上），这将影响数字高程模型DEM的精度。
因此,对这些区域进行人工干预是必要的。
一般下列情况需要进行编辑：
（1）由于影像中常有大片纹理不清淅的影像，如河流、沙漠、雪山等地方出现大片匹配不好的点，则需要进行编辑。
（2）由于影像的不连续、被遮盖及阴影等原因，使得匹配点没切准地面，则需要进行编辑。
（3）城市的人工建筑物、山区的树林等，使得匹配点不是地面上的点，而是物体表面上的点，则需要进行编辑。
（4）大面积平地、沟渠及比较破碎的地貌需要进行编辑。
三、实习步骤
1、影像匹配
在VirtuoZoNT主界面中，单击处理，选择影像匹配，系统自动进行影像匹配。
2、匹配结果编辑
首先调用匹配编辑模块，设置编辑窗口的显示选项，选择面或线编辑模式，在立体观察下，检测匹配结果。
对匹配不好的点进行编辑时，先调用编辑主菜单调整好参数，然后选择需要编辑的匹配点，进行调整编辑。
（1）进入编辑界面
在VirtuoZoNT主界面中，单击处理菜单，选择匹配结果的编辑，进入编辑界面，如图。
屏幕显示立体影像。
图5-1匹配结果编辑
窗口分三部分：
左上角为功能按钮面板，左下角为全局试图窗口，右边为边界放大窗口。
（2）检查匹配结果
a、选择功能按钮面板的影像按钮为开状态，打开立体影像，带上立体眼镜观察匹配点。
b、选择功能按钮面板的等值线按钮为开状态，显示等值线，立体观察匹配点。
c、选择功能按钮面板的匹配点按钮为开状态，打开匹配点，其中绿点为好点，黄点为较好点，红点为差点。
（3）调用编辑主菜单调整参数
在编辑窗口中右击，弹出右键菜单，选择相应的菜单，进行参数调整：
开始定义作业区可定义任意折线或多边形。
缩放比例可缩放放大窗口影像。
匹配点设置可设置点的质量和颜色。
等高线设置可设置等高线颜色和间距。
自动存盘设置可设置自动存盘时间间隔。
显示全局视图弹出显示全局视图窗口。
左右窗口分窗口显示左右影像，用反光立体镜观察。
鼠标颜色可设置光标颜色
选中点颜色设置选中的匹配点颜色。
高程模式关闭选中后仅显示视差，不实时内插高程。
定义控制点外廓编辑控制点外廓多表形节点。
退出退出编辑模块。
（4）选择编辑范围
a、选择点：
将十字光标置于某作业区的某匹配点上即选中了该点。
b、选择矩形区域：
在编辑窗口中按住鼠标左键，拖拽出一个矩形，松开左键，矩形区域中的点变成白色，即选中此矩形区域的点。
c、选择多边形区域：
在编辑窗口中单击右键，选择开始定义作业目标，然后依次单击，定义多边形边界，单击右键，选择结束定义作业目标将多边形区域闭合，多边形内的点以白色显示。
按下键盘的BackSpace键或Esc键可取消最近定义的边界点。
（5）对选中的区域编辑运算
a、匹配点高程的升降：
选中需要升降的匹配点，敲击键盘上的向上、向下键进行升级，可设置功能按钮面板的“整个区域向上”按钮右边的值来调整每次升级的大小。
b、面编辑方法：
选择编辑区域，单击功能按钮面板上的平滑算法、拟合算法、置平、定值平面、匹配点内插、量测点内插等按钮进行编辑。
3、编辑用法举例
（1）单独的树、房屋
匹配点在树表面或屋顶，应该将其编辑到地面上。
用选择区域的方法选择该区域，使用平滑或平面拟合按钮进行编辑处理，使匹配点切准地面。
（2）河塘、水面
河流和水域这些纹理不清晰的地区常有很多错误的匹配点。
沿着河边或水面的边缘选择该区域，选择置平按钮，将水面置平，或先量测水面高程，单击定值平面按钮，在弹出的对话框中输入高程值，系统将此区域拟合为一水平面。
（3）房屋和建筑物
先选择该区域，然后使用下面方法之一进行编辑：
a、使用平滑拟合算法；b、先作插值运算，再进行平滑处理。
对整个模型立体编辑完成之后，一定要保存再退出编辑模块。
§6生成DEM和正射影像
一、实习目的与要求
1、掌握DEM格网间隔的正确设置，生成单模型的DEM。
2、掌握DOM分辨率的正确设置，制作单模型的DOM。
3、通过DEM及DOM的显示，检查是否有粗差。
二、实习要点
1、DEM是根据影像匹配产生的视差数据、定向参数、用户定义的DEM参数，将匹配后的视差格网投影于地面坐标系，生成不规则的高程网，然后进行插值处理，生成规则矩形格网DEM，其过程是全自动的。
2、DOM的制作是基于DEM，采用反解法进行数字微分纠正而制作。
过程是全自动的。
3、在VirtuoZoNT主界面中，选择设置菜单中的DEM参数和正射影像参数，进行DEM格网间隔设置和正射影像分辨率设置。
三、实习步骤
首先生成DEM，显示DEM是否与实际地形相符；生成DOM，观察是否有变性。
1、生成DEM
在VirtuoZoNT主界面中，单击产品主菜单，选择生成DEM下的DEM，屏幕显示自动建立当前模型的DEM进度条。
产生的结果文件为***.dtm（各匹配点的地面坐标文件）和***.dem（矩形格网点的坐标文件）。
2、显示、检查单模型的DEM
建立DEM后，在VirtuoZoNT主界面中，单击显示主菜单，选择立体显示下的透视显示，进入显示界面，显示当前模型的DEM。
将光标置于影像中，按住鼠标左键移动鼠标可对当前图像作旋转，纵向移动绕X轴旋转，横向移动绕Y轴旋转。
将光标置于影像中，按住鼠标右键移动鼠标可对当前图像推远或拉近，纵向向上移动推远图像，纵向向下移动拉近图像，横向移动绕Z轴旋转图像。
图6-1DEM透视显示
通过缩放，旋转等显示功能，从不同角度观看地面立体模型。
还可选择菜单设置中的各项，来加强对DEM的显示，观查地面立体模型的对错（如河流、DEM边缘等）。
3、生成单模型的DOM
DEM建立后，就可以生成DOM了。
在VirtuoZoNT主界面中，单击产品主菜单，选择生成正射影像，系统自动生成当前模型的正射影像，正射影像的文件为***.orl（左影像的正射影像文件）和***.orr（右影像的正射影像文件）。
4、显示、检查单模型的正射影像
在VirtuoZoNT主界面中，单击显示主菜单，选择正射影像，进入显示界面，显示当前模型的DEM。
屏幕显示当前模型的正射影像。
将光标移至影像中，按鼠标右键弹出菜单，供选择不同的比例，可对影像进
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