数字正摄影像技术应用研究文档格式.docx
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2.数字正射影像是原始影像通过纠正处理的，比例尺和相关位置是准确的，精度高，能满足用途者的各种需求。
3.数字正射影像图美观一度，即使不具备专业地图知识的人也能看懂。
4.具有快速更新的特点、数字化数据。
利用航空传感器是当前地理信息最重要的快捷更新手段，它所或得的原始信息都是影像，而不是直接或得线划地图；
用户可按需要对比例尺进行任意调整、输出，也可对分辨率及数据量进行调整，直接为城市规划、土地管理等用图部门以及GIS用户服务，同时便于数据传输、共享、制版印刷。
5.专业信息。
数字正射影像同时还具有遥感专业信息，通过计算机图象处理可进行各种专业信息的提取、统计与分析。
如：
农作物、绿地的调查；
森林的生长及病虫害；
水体及环境的污染；
道路、地区面积统计等。
6.精度高。
由于采用先进的设备和先进的技术，使得该产品精度大大提高，前面的精度统计表中可以看出，数字正射影像图上的点位中误差0.49m，而传统的像片平面图点位中误差达到0.8m（图上0.4mm），最大的可达1m~2m。
3数字正射影像的基本原理
利用光学方法纠正遥感影像是摄影测量中的传统方法。
然而近代遥感技术中许多新的传感器获取的影像是框幅式的而且是数字式的，传统的光学纠正仪器在数学关系上就受到限制，而且价格昂贵，用它生产正射影像的方法逐渐被淘汰。
随着数模转换技术、电子计算机和数字图像处理等现代科学技术的发展，形成数字微分纠正技术。
3.1数字微分纠正
根据有关的参数与数字地面模型，利用相应的构像方程式，或按一定的数字模型用控制点解算，从原始非正射的数字影像获取正射影像，这种过程是将影像化为很多微小的区域逐一进行，且使用的是数字式处理，所以叫做数字微分纠正或数字纠正。
数字微分纠正的基本任务是实现原始图像和纠正后图像这两个2维图像间的几何变换。
用足够小的区域作为纠正单元，利用该纠正单元的地面实际高程控制纠正元素，从而实现从中心投影到正射投影的正确变换。
设任意像元在原始图像和纠正后图像中左边分别为（x,y）和（X,Y）,它们之间的映射关系为
x=Fx（X,Y）;
y=Fy（X,Y）
（1）
X=fx（x,y）;
Y=fy（x,y）
（2）
式
（1）是由纠正后的像点坐标（X,Y）出发反求在原始图像上的像点坐标（x,y）,这种方法称为反解法（或间接解法）。
式
（2）是由原始图像上的像点坐标（x,y）解求纠正后图像上相应点坐标（X,Y），这种方法称为正解法（或直接解法）。
数字影像是由像元素排列而成的矩阵，其处理的最基本单元是像素，因此，对数字影像进行数字微分纠正，在原理上最适合点元素微分纠正。
但由于很难真是地测定每个像元的物方坐标（X,Y,Z）一般采用线性内插。
因此数字纠正中，一般是利用反解公式
（1）解求对应像元素的坐标，然后采用双线性内插进行灰度内插，最后将像点的灰度值赋值给纠正后的像元素。
依次对纠正元素进行运算处理，就能获得纠正后的数字图像。
3.2影像镶嵌及其关键技术
影像纠正过程中地面控制点精度或纠正方法本身局限性，可能造成统一地面特征在相邻影像上有几何错开现象；
传感器成像时间、地面糙度、太阳高度角及大气环境等因素影响，可能使相邻影像上出现不同的辐射特征等情况。
因此，镶嵌就是要消除相邻影像几何错开和辐射特征上的差异，以实现影像的无缝拼接。
其关键技术有色彩平衡、接边区域影像匹配、接边纠正、影像镶嵌等。
4研究内容和技术难点
1、选择适合城市地区的数字摄影测量系统。
现有数字摄影测量系统有多种，性能相对而言比较好的数字摄影测量系统是Intergraph公司的ImageStation、LeicaHeleva公司的DPW数字摄影测量系统、适普公司的Vitruzo和四维公司的JX—4数字测图仪，课题组对国内外的现有数字摄影测量系统和正射影像产品进行了调研和测试，最终选择了Intergraph公司的ImageStation数字摄影测量系统，首先该系统的图象处理设备性能稳定，系统的硬软件配置恰当；
其次各种功能软件可以独立运行，适合实际生产情况，充分发挥和利用系统的功能，产生最大的经济效益；
再则该系统采用无损压缩数据的CMP特殊格式，数据的存储、传输和处理效率均比其它的系统的效率高。
2、结合某城市的实际情况，研究出了一套适合城市平坦地区、大比例尺的数字正射影像图生产的技术路线和工艺流程。
由于国内外的数字正射影像图的生产主要是中、小比例尺系列，而在城市建筑密集区的大比例尺正射影像图制作可借鉴经验很少。
本课题中数字影像在进行正射纠正时，地面高程模型采用的是平均高程，因而某些突出平均高程平面的地物如：
高层建筑、高架公路、高速公路、立交桥以及大型桥梁等仍然存在较大的投影差，影响了其位置精度，但要提高这些地物的地理位置精度，必须对地物逐个建立其高程模型，这对整个城市来说无疑是一项相当繁琐、工作量巨大的工作。
同时目前没有确保航空摄影在中午最佳时段进行的有效措施，使得摄影时太阳照射角较小，造成像片上大片阴影，尤其城市中心城区高层建筑密集，各种建筑设施向空中攀升，阴影区域大而难以避免，就给影像的镶嵌带来很大的困难。
同时，由于摄影处理和扫描质量的影响，影像色彩不饱和，色差严重，也使得影像处理困难重重。
3、研究利用数字正射影像数据更新大比例尺地形图的方法。
在进行数字线划地图更新时，高层建筑的裙房、高层建筑阴影下以及直接遮住的建筑、河流、道路、被树木遮住的道路等地物的采集存在很大的困难。
4、研究目标影像的高清晰度以及色彩变换的处理与制作。
5、研究面向GIS应用的数字影像产品形式、数据格式以及数据量，从而为规划、土地、环境等部门提供满足要求的数字正射影像地图。
5试生产情况
在研究过程中，课题组进行了上海市区100幅1:
2000数字正射影像图的试生产，并对数字正射影像图的精度作了分析。
·
航片资料：
1:
8000彩红外像片
扫描仪：
Intergraph公司的PhotoScan
扫描分辨率：
21μm
生产应用设备、软件：
ImageStation数字摄影测量系统。
试验区域：
为了使试验结果具有较强的代表性，课题组选取了郊区、城郊结合部以及中心城区共五个区域网。
每个区域网有3到4条航带，每条航线14张像片，平均区域网像片数为50片。
影像资料情况：
五个区域网中，由于摄影质量和扫描质量的因素，城区的影像质量较差，郊区的影像质量较好，所以，郊区的数字正射影像质量优于城区数字正射影像质量，不仅反映在数学精度上面，而且影像拼接镶嵌、色彩调整等质量郊区也优于市中心区。
控制资料情况：
采用GPS技术测定区域网空中三角加密所需的地面控制点坐标，点位中误差小于5cm。
由于上海市地势较为平坦，数字影像正射纠正时采用了平均高程。
试生产流程：
精度分析
数字正射影像图成图精度分析：
在10幅1:
2000数字正射影像图上采集量测了50个明显地物点的坐标，将它与1:
500数字线划图上野外实测点（近似当作真值）作比较，其点位的平均中误差为0.495m，而1:
2000成图精度为图上0.4mm，实地即为0.80m。
6产品分析
数字摄影测量系统不仅能对数字像片进行处理，自动空中三角测量加密、生成数字高程模型和生成正射影像图，还能在立体模型上采集地物和地貌生成线划地图，由于上海地势平坦，因而在上海地区建立数字高程模型DTM意义不大，所以数字正射影像图就是数字正射影像技术的主要产品之一。
6.1数据量的分析
在数字正射影像的生产过程中，为了保证影像匹配精度，保证区域网加密精度以及最后的成图精度达到国家规范的标准，航空摄影像片扫描精度要求相当高，扫描分辨率大于1200DPI（扫描线宽不大于21μm），从而使得原始影像及最后产品的数据量相当大，Intergraph数字摄影测量系统提供cmp压缩数据格式，在保持信息无损失的基础上具有强大压缩功能，但其影像格式通用性不强，给影像产品的最终用户带来不便，使影像的应用范围受到一定限制。
，课题组对影像按不同分辨率输出时的数据量进行了分析，以满足不同用户需要，具体如下：
影像尺寸（cm）格式分辨率（dpi）数据量
像片（23*23）TIFF1209360M
像片（23*23）CMP120960M
2000（40*50）TIFF30082M
2000（40*50）CMP30016M
2000（40*50）TIFF15020.5M
2000（40*50）JPEG1501.38M
2000（40*50）TIFF1008.8M
2000（40*50）JPEG100712K
2000（40*50）TIFF805.5M
2000（40*50）TIFF704.4M
2000（40*50）TIFF502.3M
6.2数字正射影像与一般航片资料的区别
数字正射影像
一般像片
投影方式：
正射投影
比例尺：
固定
坐标系统：
存在
倾斜误差：
无
投影差：
地面上不存在
色彩：
经过色差调整、色彩均衡
影像拼接：
易、精确
与矢量叠加：
能
中心投影
不固定
不存在
有
存在
未做色差调整、色彩均衡
难、粗略
不能
7数字正射影像图（DOM）产品检测与评价引用标准
GB/T17798-1999地球空间数据交换格式
GB/T13977-19921：
5000、1：
10000地形图航空摄影测量外业规范
GB/T13990-19921：
5000；
1：
10000地形图航空摄影测量内业规范
CH/T1005-2000基础地理信息数字产品数据文件命名规则
CH/T1009-2001基础地理信息数字产品1：
10000；
5000数字正射影像图
CH/T1007-2001基础地理信息数字产品元数据
7.1数字正射影像图（DOM）单位产品质量特性
数字正射影像图（DOM）的检验一般以“幅”为单位，即单位产品为“幅”。
按其生产方法，一般分为单色正射影像图和彩色正射影像图。
两种方法的生产作业流程及工序技术要求基本相同，因此根据4D测绘产品质量监督抽检实施细则的基础上，产品质量特性及相应权的划分如下：
一级质量特性权二级质量特性或详查内容
数学精度0.30二级质量特性
权
详查内容
平面位置精度0.901.地物点平面位置中误差
接边精度0.101.图幅接边精度
模型接边精度
1.影像质量0.301.影像分辨率的正确性
2.影像色调是否均匀、反差是否适中
3.影像的接边重叠带是否模糊
4.影像模型边缘灰度是否平滑过渡
5.模型接边和图幅接边是否存在裂缝或重叠
6.影像是否存在图像处理所留下的如斑点、划痕、折裂、黄迹、药膜损伤等缺陷
7.彩色影像色彩的真实性，影像是否清晰
数据正确性及数据完整性0.201.文件命名、数据组织和数据格式的正确性、完整性
1.存储数据的介质和规格的正确性
2.图廓、格网坐标的正确性
3.原始数据的正确性整饰质量及附件质量0.201.文档簿各项内容填写的齐全、正确性
1.图面矢量要素的完整性和正确性
2.各项注记的完整性和正确性
3.图廓整饰的正确性
7.2数字正射影像图（DOM）单位产品的缺陷分类
数字正射影像图（DOM）的缺陷类型分为轻缺陷、次重缺陷、重缺陷、严重缺陷。
各类缺陷的定义如下：
缺陷类型缺陷含义
轻缺陷单位产品的一般质量特性不符合规定，或者单位产品的质量特性不符合规定，对用户使用有轻微影响，称为轻缺陷。
次重缺陷单位产品的较重质量特性不符合规定，或者单位产品的质量特性较严重不符合规定，对用户使用有较重大影响，称为次重缺陷。
重缺陷单位产品的重要质量特性不符合规定，或者单位产品的质量特性严重不符合规定，对用户使用有极大影响，称为重缺陷。
严重缺陷单位产品极重要的质量特性不符合规定，或者单位产品的质量特性严重不符合规定，以致不经返修或处理不能提供用户使用，称为严重缺陷。
根据以上原则数字正射影像图（DOM）单位产品的缺陷可如下分类：
严重缺陷
1.
数据记录无法读出或数据出现严重丢失，无法使用。
2.数据记录格式不符合规定
3.图廓点、控制点、公里网交点坐标值与理论值不符
4.地物点的平面位置中误差超限
5.密度过大或过小、反差太小或太大等因素造成图上重要地物要素影像完全损失面积超10cm2；
一般地形地区影像损失面积超过50cm2
6.图上影像模糊面积超过50cm2
7.斑点、划痕、折裂、药膜损失等因素造成影像质量极差8.图名、图号同时错、漏
9.其它极为严重的差、错、漏重缺陷
1.DOM成果文件不齐全1处（DOM影像数据文件、图廓整饰数据文件、注记文件、DEM数据文件、元数据文件）
2.DOM未接边或接边误差大于2倍限差1处
3.模型间影像拼接错位和灰度差异很明显1处
4.图上影像模糊面积超过20cm2小于50cm2
1处
5.斑点、划痕、折裂、药膜损失等因素严重影响影像质量1处
6.作为图名的图内名称注记错、漏
7.全国一级河流、山脉等名称或县及县级以上名称错、漏1处
8.首末方里线或图廓点经纬度错、漏1处
9.彩色影像图的色彩严重失真
10.元数据主要项目错漏1处
11.文档薄主要项目错漏1处
12.无《技术设计书》、《技术总结》或《检查报告》、《验收报告》
13.其它严重的差、错、漏次重缺陷
1.图上影像较模糊，面积未超过20cm21处
2.位置或属性接边错1处
3.地物点平面位置误差大于2倍中误差1处
4.元数据次要项目错漏1处
5.文档薄次要项目错漏1处
6.上交资料不齐全
7.其它较严重的差、错、漏
轻缺陷不属于前三类缺陷的一般性差、错、漏
7.3数字正射影像图（DOM）的检测内容和方法
质量检查采用软件自动检查、人机交互检查、人工校对等方法。
视具体检查内容，确定采用一种或多种方法。
（一）、文件命名及数据格式检查：
对文件命名和数据格式各项进行逐项检查，检查它们是否符合CH/T1005-2000和GB/T17798的规定。
（二）、数学基础检查：
将数据文件中的四个图廓点、首、末公里网、经纬网交点、控制点等的坐标值与理论核对。
（三）平面精度的检测
1、数学精度
1.1、数字摄影测量法
利用原加密点，在数字摄影测量系统上对被检测模型进行内定向、相对定向、绝对定向，在立体模型上采集检测点坐标，而后与数字正射影像图相应地物点比较，量测二者之间的误差△Xi、△Yi。
并统计平面位置中误差。
1.2、解析测图仪桩点法
利用原加密点，在解析测图仪上采用加密或采集方法获取检测点坐标，并将其与数字正射影像图相应地物点坐标比较，计算检测点坐标差上△Xi、△Yi，并统计平面位置中误差。
1.3、区域网加密桩点法
利用原像控点，同时加密像片连接点和检测点，将加密的检测点坐标与数字正射影像图相应地物点坐标比较，计算检测点坐标差△Xi、△Yi，并统计平面位置。
1.4、利用已成图检验
利用已成图，数字化检测点坐标并与数字正射影像图相应地物点坐标比较，计算检测点坐标差△Xi、△Yi，并统计平面位置中误差。
（四）、影像质量
将影像放大到一定倍数，采用目测法观察每一处影像是否清晰，是否存在斑点、划痕、影像变形、模糊等现象。
（五）、接边检测
1、接边处影像监测：
用目视检测法看相邻数字正射影像图幅接边处影像的亮度、反差、色彩是否一致。
2、接边精度的检测：
取相邻两DOM影像图重叠区域处同名点作为检测点，分别量取两同名点的距离，或者是读取同名点的坐标，算出两点间的距离，检查同名点的较差是否符合限差。
（六）、数据正确性及数据完整性
在计算机上对数据组织、数据格式、文件命名、数据层、图廓坐标等进行检查。
（七）、整饰质量
对照相应比例尺的图式、规范及设计书等标准，逐一检查图内外各种注记的字体、大小是否正确。
各种矢量线划（如图廓线等）的粗细。
（八）、附件质量
检查技术设计书、技术总结、检查报告、验收报告、文档簿、图件、元数据文件等资料的正确性、完整性及齐全性。
7.4数字正射影像图（DOM）单位产品的质量评判
数字正射影像图（DOM）单位产品的质量评判仍采用常规的缺陷扣分法。
按缺陷扣分法计算单位产品的质量得分（M），即：
先将单位产品的质量分数预置为满分（100分），而后采用缺陷扣分、带权求和的方式计算和统计单位产品的质量分数。
即：
M＝100-{（12×
nl）*Pi＋（4×
n2）*Pi＋（l×
n3）*Pi}
式中：
M——单位产品质量得分
nl——单位产品中的重缺陷个数
n2——单位产品中的次重缺陷个数
n3——单位产品中的轻缺陷个数
Pi——相应质量特性的权
单位产品中出现一个或一个以上严重缺陷，则该产品不合格。
凡质量分数（m）大于或等于60分，则判单位产品为合格品；
反之，则判单位产品为不合格品。
各类缺陷的缺陷值如下：
缺陷类型
严重缺陷
重缺陷
次重缺陷
轻缺陷
缺陷值421241
根据单位产品质量评判结果，参照《测绘产品检查验收规定》（CH1002）和《测绘产品质量评定标准》（CH1003）对数字正射影像图（DOM）批质量进行评判。
8应用分析
数字正射影像是一种新型数字测绘产品，有着广阔应用前景的基础地理信息数据，它不仅可用于对数字线划地图数据的更新，提高数据的现势性，加快地形图的更新速度，也可作为背景图直接应用于城市各种地理信息系统；
它广泛应用于城市规划、土地管理、环境分析、绿地调查、地籍测量等方面，也可以与线划图、文字注记进行叠加形成影像地图，丰富地图的形式，增加地图的信息量；
利用数字正射影像与数字地面模型或者建筑结构模型可建立三维立体景观图，丰富城市管理、规划的手段与方法。
8.1GIS三线图的采集与更新
随着GIS应用的越来越广泛，发挥的作用越来越大，对基础的地形数据尤其是三线（道路、铁路、河流）数据的需求也越来越大，这就对三线图的精度、现势性以及今后的更新与维护提出了更高的要求，然而利用传统的修测方法很难保证其精度，而仅对三线数据进行实测更新，在经济上又存在较大的浪费，因而利用数字正射影像对三线数据进行更新无疑是经济实用的方法。
由于地面上每一点都经过投影差改正，因此对于道路、河流以及铁路数据来说，完全满足1:
2000成图精度。
利用数字正射影像与已有的三线数据叠加，在影像上直接提取数据，就可完成三线数据的更新与维护。
8.2修测1:
2000数字线划图或更小比例尺的数字线划图
数字正射影像图上建筑仍然存在投影误差，但对于4层楼以下的建筑物来说，投影差较小可以忽略不计，而对于高层建筑可以先在建筑顶部采集其形状、大小，再根据建筑可见的地面上的点确定其位置。
课题组利用正射影像数据对1:
2000地形图进行修测试验，结果表明，本方法适合郊区和城郊结合地区1:
2000地形图及更小比例尺的数字线划图的修测。
8.3应用于城市规划
在课题研究过程中，课题组与规划研究设计院合作试验，将数字正射影像图应用到新疆路、海宁路沿线城市规划设计中，在规划设计的前期现状调查期间，数字正
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