正射影像校正調(diào)研

正射影像（orthophotos）以及正射影像的不足:1、 正射影像：正射影像是具有正射投影性質(zhì)的遙感影像。原始遙感影像因成像時受傳感器內(nèi)部狀態(tài)變化（光學系統(tǒng)畸變、掃描系統(tǒng)非線性等）、外部狀態(tài)（如姿態(tài)變化）及地表狀況（如地球曲率、地形起伏）的影響，均有程度不同的畸變和失真。對遙感影像的幾何處理，不僅提取空間信息，如繪制等高線；也可按正確的幾何關(guān)系對影像灰度進行重新采樣，形成新的正射影像。2、 正射影像的制作當拍攝一幅圖像時，被拍攝的對象以中心投影的方式投影到相機的成像平面。正因如此，地面坐標相同但是高度不同的兩個拍攝對象會被投影到成像平面的不同位置，這就在圖像上造成了一個地理投影位移（reliefdisplacement），并且較高的物體會顯得尺寸較大。制作正射影像的目的就是消除地理投影位移，并獲得一個不受中心投影影響的圖像尺寸。如圖1說明了正射影像的制作原理。圖像的正射校正是通過重投影完成的，即把圖像信息以中心投影的方式重新投影回到地理表面模型（DTM），再把地理表面模型的信息以平行投影的方式投影到成像平面。圖13、正射影像的不足正射影像是基于地理表面模型制作的，然而人造建筑如高樓、橋梁等并沒有包含在地理表面模型里面，但是我們拍攝的航空影像卻包含了高樓、橋梁等的信息。以至于在進行正射校正時，圖像上高樓和橋梁等的信息被錯誤地重投影到地理表面模型上，得到錯誤的正射影像。在正射影像上表現(xiàn)為傾斜的高樓，扭曲的橋梁，傾斜的高樓還會遮擋住街道等其他地面信息，嚴重時會導致正射影像失去地理參考價值。這就使得傳統(tǒng)的正射影像在高樓林立的城市地區(qū)不在適用，在人造建筑較少的郊區(qū)還是能得到很好的效果。圖2展示了高樓在正射影像上的錯誤投影。正射影像中不應該存在高樓的側(cè)面信息，但在圖2中高樓的側(cè)面信息也被投影到了正射投影平面上，樓頂在正射投影平面上的投影

位置和尺寸都不對，并且遮擋住了高樓后面的信息。為了克服正射影像的這些不足，真正射影像（trueorthophotos）應運而生。正確的高樓投影正射投影平面弛理表面模型投影中心紅色表示建筑物側(cè)面信息黃色表示樓頂綠色表示建筑物中心投影平面（成像平面）錯誤的高樓投影正確的高樓投影正射投影平面弛理表面模型投影中心紅色表示建筑物側(cè)面信息黃色表示樓頂綠色表示建筑物中心投影平面（成像平面）錯誤的高樓投影圖2二、 真正射影像（trueorthophotos）人造建筑物在正射影像中得不到正確的校正是因為地理表面模型（DTM）中不包含人造建筑物的信息。因此，為了讓正射校正過程中包含建筑物信息，我們利用數(shù)字表面模型（DSM）或是數(shù)字建筑物模型（DBM）代替地理表面模型。數(shù)字表面模型（DSM）中是包含建筑物的信息的。DSM、DBM、DTM可以用一個簡單的圖形來表示它們的關(guān)系。如圖3DBMDSMDTM圖3基于數(shù)字表面模型的正射校正雖然能夠把建筑物校正到正確的位置，會引入一個新的問題。建筑物在重投影時，不僅會投影到建筑物表面，也會投影到被建筑物遮擋的DTM上，這樣

圖像上的建筑物信息就被重投影了兩次，這回導致向正射投影平面進行平行投影時，同一個建筑物會產(chǎn)生疊影，也就是所謂的鬼影（ghostimage）如圖4。解決這個問題，就需要對正射影像中被建筑物遮擋的區(qū)域進行檢測，利用其它影像上包含的信息對遮擋區(qū)域進行紋理補圖4相對于正射影像的制作，真正射影像的主要解決的問題是：1、 獲取數(shù)字表面模型（DSM）或是數(shù)字建筑物模型（DBM）2、 對影像進行可見性檢測（即尋找遮擋區(qū)域），是制作真正射影像的關(guān)鍵問題真正射影像的制作流程如圖5DTMdosaickinNear圖4相對于正射影像的制作，真正射影像的主要解決的問題是：1、 獲取數(shù)字表面模型（DSM）或是數(shù)字建筑物模型（DBM）2、 對影像進行可見性檢測（即尋找遮擋區(qū)域），是制作真正射影像的關(guān)鍵問題真正射影像的制作流程如圖5DTMdosaickinNeartrueoithoiiniige-DBM|InginDSMShadowdeiectirmInputotheroriginalImage*twilhurienlnlionInputoriginalLinage(withurtentutionpanimeters)DTM-bascdTUREoi-lhoinago圖5數(shù)字表面模型（DSM）和數(shù)字建筑物模型（DBM）的獲取DSM的獲取有兩種方法：機載激光掃描系統(tǒng)LIDAR和影像匹配。1、 LIDAR作業(yè)周期較快、時效性強，受各種因素的干擾較小，獲取的點云精度較高、密度較大，但由于其采樣點是離散的，具有一定的盲目性，數(shù)據(jù)采樣時并不能保證在關(guān)鍵地形點采樣，因此，無法精確獲得地形地物的邊界特征，也無法獲取其對應的實際位置。2、 影像匹配獲取的點多在“興趣點”上，通過線匹配可以精確描述地形地物的邊界特征，每一個匹配點或線都可以在影像上找到實際的位置。但是影像匹配需要有一定的紋理特征，由于紋理匱乏、重復紋理、遮擋等原因的影響，局部區(qū)域可能無法獲取正確的匹配結(jié)果。當前，DBM主要是通過人工交互的方式獲取，制作成本較高，因此，許多研究人員致力于利用影像、LiDAR或者影像與LiDAR相結(jié)合的方式自動重建建筑物三維模型。單純利用影像重建三維模型是一個病態(tài)問題，且解決難度較大(江萬壽，2004)，而且通常都需要一些先驗條件(如屋頂面平行于地面、直角化條件等)和較多的閾值參數(shù)，即便如此，重建的模型大多為簡單建筑物(如平頂型、人字型、四坡型等)。四、 可見性檢測真正射影像與正射影像最顯著的差異在于糾正的同時分析地物的可見性，也稱為遮蔽區(qū)域檢測，檢測遮蔽的能力是真正射影像生成算法的主要技術(shù)差別，國內(nèi)外的研究人員也都將此作為重點議題討論，遮蔽檢測結(jié)果的好壞直接影響真正射影像的視覺效果。當前，遮蔽檢測主要利用兩類數(shù)據(jù)：數(shù)字表面模型DSM和數(shù)字建筑物模型DBM。DSM多采用規(guī)則格網(wǎng)的方式展現(xiàn)，它所能表示的細致度與精度取決于格網(wǎng)的密度，密度越高，所能表示的細致度與精度也越高。DBM中則包括三維的建筑物表面模型以及模型之間的拓撲關(guān)系，建筑物表面模型可以基于不規(guī)則三角網(wǎng)TIN(TriangularIrregularNetwork)或者基于多邊形(Polygon-Based)等方式描述。遮蔽區(qū)域檢測完畢之后，單幅影像中的遮蔽區(qū)域可通過相鄰影像中的可見部分進行紋理修補，通常情況下，遮蔽區(qū)域可通過多幅影像進行紋理修補，這就需要從多幅影像中選擇最優(yōu)的影像作為補償源，使得補償區(qū)域的紋理與其鄰域色彩和諧一致。五、 真正射影像的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。真正射影像作為一種更高級的影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品，受到了越來越多的關(guān)注，自20世90年代末以來，國內(nèi)外學者對其進行了較為廣泛的研究，發(fā)表了大量的論文。真正射影像制作中包括許多技術(shù)環(huán)節(jié)，如遮蔽區(qū)域的檢測、紋理修補、陰影區(qū)域的檢測與補償、紋理仿真修復等等。其中，遮蔽區(qū)域的檢測和紋理修補是真正射影像制作中最為關(guān)鍵的技術(shù)，而遮蔽區(qū)域的檢測更是重中之重，國內(nèi)外發(fā)表的大量論文也都將此作為重點議題予以討論，各種真正射影像制作方法的差異主要就在于遮蔽檢測方法的不同。FahmiAmhar(FahmiAmharetal.,1998)利用DBM與數(shù)字地面模型DTM(DigitalTerrainModel)相結(jié)合的方式制作真正射影像。該方法利用Z-Buffer方法檢測遮蔽區(qū)域并生成掩膜影像，DTM和掩膜影像用于制作地形正射影像，DBM用于制作建筑物正射影像，兩者結(jié)合生成結(jié)果真正射影像。WSchichler(WSchichleretal.,1998)利用數(shù)字城市模型DCM(DigitalCityModel)制作真正射影像，DCM采用不規(guī)則三角網(wǎng)TIN的方式描述，同時附帶三角網(wǎng)的拓撲關(guān)系。遮蔽區(qū)域的檢測基于三角網(wǎng)，但文中并未說明具體的方法。遮蔽區(qū)域的紋理修補采用稱之為“權(quán)值影像”的方式進行，通過比較多個備選副影像的權(quán)值，選擇權(quán)值最大的副影像對應的像素填充遮蔽區(qū)域，主副影像相結(jié)合用以制作完整無遮蔽的真正射影像。Kuzmin(Kuzminetal,2004)提出一種利用DBM制作真正射影像的方法。該方法通過將建筑物物方多邊形投影到像方獲取像方多邊形，根據(jù)像方多邊形的相交情況檢測遮蔽區(qū)域。但是，當城市地區(qū)建筑物數(shù)量較多且較為密集時，盲目地依次比較兩兩建筑物像方多邊形的相交狀態(tài)需要花費大量的計算時間，而很多計算其實是完全沒有必要的。Habib(Habibetal.,2007)利用DSM制作真正射影像。通過連續(xù)比較地底點方向與攝影方向的夾角來檢測地面點的可見性，文中稱之為“角度判別法”。該方法理論嚴密，可準確檢測出影像的遮蔽區(qū)域，缺點是頻繁的三角函數(shù)計算使其執(zhí)行效率較低。Ki-InBang(Ki-InBangetal.,2007)利用DSM制作真正射影像。通過基于高度的射線追蹤法進行遮蔽檢測，攝影光線描述為攝影中心到地面點的光線，搜索路徑為攝影光線在正射平面上的投影，通過比較搜索路徑上地面點的高度與射線的高度來檢測像素的可見性，但是，隨著待檢測點逐漸遠離地底點位置，像素可見性判別所需要的計算量越來越大。王瀟(王瀟等，2009)提出一種基于高程面投影的迭代檢測算法。利用DBM中建筑物屋頂及墻面多邊形的頂點信息，將這些多邊形沿著攝影方向迭代投影至DTM上，投影區(qū)域多邊形減去建筑物屋頂多邊形獲取遮蔽區(qū)域。謝文寒(謝文寒等，2010)提出一種利用DBM的真正射影像制作方法。遮蔽檢測采用改進的Z-Buffer方法，提出了最小邊界矩形MBR(MinimumBoundaryRectangle)的概念并用其提高遮蔽檢測的效率，但其方法本質(zhì)上屬于Z-Buffer方法，依然可能出現(xiàn)偽遮蔽、偽可見等問題。法國地理院開發(fā)的數(shù)字攝影測量處理系統(tǒng)像素工廠PF(PixelFactory)是為數(shù)不多的能夠制作真正射影像的商用軟件。史照良(史照良等，2007)對PF中真正射影像的生產(chǎn)及其精度進行了分析，其工作流程主要包括：影像獲取、空三解算、匹配處理、影像信息獲取、DSM生成以及真正射影像制作。但是，利用PF自動生成的真正射影像依然需要一些必要的編輯處理才能滿足實際需要?？v觀發(fā)表的論文，當前真正射影像制作的研究主要集中在如何利用DSM或者DBM進行遮蔽區(qū)域檢測及紋理修補。直接利用DSM制作的真正射影像，局部區(qū)域可能會存在瑕疵，后期需要進行必要的編輯處理。