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科普 | 初识航测之『高质量正射影像制作方法和精度控制』
正射影像作为一种数字测绘产品，同时具有几何精度、数学精度和影像特征，信息量大，内容丰富，直观真实，应用前景广阔。今天小编针对于正射影像的制作方法和技巧进行科普。
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概念
正射影像作为一种数字测绘产品,同时具有几何精度、数学精度和影像特征,信息量大,内容丰富,直观真实,应用前景广阔。正射影像是指将中心投影的像片,经过纠正处理,在一定程度上限制了因地形起伏引起的投影误差和传感器等误差产生的像点位移的影像。利用高分辨率卫星影像制作正射影像,虽然精度不如摄影测量的方法高,但实效性好,实用性强,数据获取容易,生产周期短,能很好的满足社会许多行业的需要,从生产成本和生产效率上也有很大提高。
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制作工艺
卫星遥感影像制作正射影像数据
遥感影像正射快速生产流程
高分辨率卫星遥感影像DOM示意图
无人机航摄方式制作正射影像数据
正射影像基于航飞数据利用全自动数据处理系统Pix4D为例进行自动一体化的影像生产讲解。
整个处理过程包括初步处理、加入相控点、生成点云和DSM、DOM影像等。利用自动拼接和镶嵌技术实现影像的无缝拼接，确保影像无变形、发虚、拉花等现象。系统自动生成正射影像图，自动生成镶嵌线进行拼接。人工检查整体数据质量后修改镶嵌线不合理处，对镶嵌线进行修改，输出后的DOM成果以TIFF格式存储。
其中，针对于传统的正射影像制作，其流程图如下所示：
1、原始影像处理
在制作数字正射影像（DOM）之前，需对原始影像进行数据处理。数据处理的主要工作包括：
（1）由于天气、光照、镜头等导致的像片内部色彩不均匀的情况进行处理，对影像的直方图、反差进行拉伸，增强影像的可读性；
（2）对像片之间不一致的色带进行处理，使整个测区的影像基本接近于统一。
最终原始影像满足图像清晰、反差适中、信息丰富、色彩真实、色调统一的要求
2、初步处理
导入影像和影像经纬度、高度、内方位元素、外方位元素，利用Pix4D专业软件，进行初步处理。
3、加入相控点
初步处理完成后，导入相控点，设置影像输出的坐标系，根据外业实地测点和拍照的数据逐一加入，每个相控点需要加入至三到五张照片中。计算中误差、残查及控制点X 、Y 坐标值误差。如中误差超限,选好控制点后进行重采样,采用多次纠正的方法,直到符合限差为止。
4、生成点云
加入相控点后进行加密点云处理，为生成DSM和DOM做准备。
5、影像镶嵌
在有重叠区域的单片数字正射影像图影像选取拼接线，进行镶嵌，最终得到整个区域的影像。
（1）拼接精度
数字正射影像图与相邻影像图拼接，拼接误差不大于2个像元。
(2)拼接要求
确保影像中地物一致，特别是道路、桥梁、水系、房屋等地物，且拼接影像之间的颜色一致，无明显差别。
(3)拼接线选取
在影像镶嵌前须进行拼接线的选取，采用自动选取方法进行。
6、生成DSM、DOM影像
拼接完成后进行DSM和DOM输出，在输出过程中，软件进行自动匀色处理，使影像颜色更加美观。
7、影像合并和分幅。
把输出的每幅影像进行总体拼接，拼接完成后进行分幅处理。按照要求分为标准图幅输出保存。
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制作技巧
1、辅助影像纠正的数字高程模型(DEM)或者特征线构TIN需要满足以下要求：
1）测量必要的特征线
在影像匹配数字高程模型(DEM)前,先测量一些特征线,如道路、桥梁、山脊、山谷等,这样既能控制影像的数字精度,防止道路、桥梁等重要的地物变形,又能参与正射影像制作。
2）桥梁的DEM制作和特征线采集
对于立交桥的处理相对较复杂,需要在数据采集时,把立交桥和道路的边线按照特征线来采集,并保证它们的特征线不能相交,如果这样效果不理想,需要对立交桥进行两次纠正:第一次是删除道路的特征线数据,只对立交桥的特征线数据进行计算生成DEM,这样纠正影像保证立交桥不变形；第二次删除立交桥的特征线数据,对保留道路的特征线数据进行计算生成DEM,这样纠正出来的影像保证道路不变形,再用photoshop合并各个层的正射影像,这样出来的影像既能保证效果又能保证质量。
3）大面积森林覆盖区的DEM制作
大面积森林覆盖区域，看不到地面，为使纠正后的正射影像没有模糊拉花的现象，保证影像的清晰，不能把TIN减掉树高，编辑到地面，而是需要把TIN编辑到树上，并且TIN要保持光滑、圆顺的形状。
4）房屋覆盖区的DEM制作
房屋覆盖区域要用区域内插的方法编辑到地面，这样纠正后的房屋才不会变形。
5）陡峭山脊、山沟处的DEM制作
在陡峭的山脊、山沟处,数字模型不能严格的编辑到地面,适当的压低山脊、抬高山沟处的数字高程模型既能达到影像的数字精度,又能保证影像不变形。 在编辑数字高程模型(DEM)无效的情况下,还可适当放宽数字高程模型(DEM)的格网间隔。用放宽格网间距后的DEM制作的正射影像去修复变形和模糊。
2、影像拼接
影像拼接时,应尽量调整色彩、色调,使要拼接的相邻两影像的色彩、色调协调、统一,尽量使用像片的中间部分,因像片的边缘部分变形多。两像片间的重叠部分一般达60%-70%,所以,完全可以舍弃像片的边缘部分,而选取像片的中间重叠部分。
在拼接影像之前,首先应该对纠正过的像片进行逐步检查,看是否变形及接边较差是否满足精度要求。经检查确信无变形,且精度符合要求,方可进行影像的拼接、裁减工作。影像的镶嵌确定合适的拼接线,拼接线可以是缺省的,也可以是用户自定义的。一般采用用户自定义,因为这样可以避开一些重要的地物要素,如房屋、道路等。这样才能确保做到无缝拼接。否则,镶嵌后的同一要素影像由于分别来源于两张像片,很容易发生错位(见图2)或色彩、色调有差异。这样,既不能保证数字正射影像图的地理精度，又不能保证其图面效果。
2.1、镶嵌线选取时的技巧如下：
1）选择明显黑白影像变换处的地物。在沿不同植被，且影像灰度变化明显的地物边缘采线，镶嵌后的影像过度很自然，选择为镶嵌线的地物宽度要窄，选择梯田、地埂平缓道路的边线等。
2）避开特殊地物选线。如在正射影像重叠区域内，有错综的桥梁、房屋密集区等，若可以在其它地形处选择镶嵌线，最好避开这些地物，以确保它的完整性。如果在重叠区内采线必须经过这些地物时，一定要视情况而定：如桥梁处，在走镶嵌线时使用波折处理，若不可行，可用生成的单片在photoshp中贴图；房屋密集区，使用投影高的房屋压盖投影低处房屋。
3）镶嵌线的采点一定要光滑。选择为镶嵌线的地物高差变化的地方一定要多采点，以保证地形的自然连续性，提高影像的视觉效果和影像质量。
4）尽量避开阴影、云影。由于航摄采用的是中心投影，在立体像对中，云影或高差大的地物产生的阴影或在左右航片中的方向和位置有所不同。所以在选择镶嵌线时，应避开阴影或云影。
2.2、色彩调整与接边技巧
选择多条航线中地物类较丰富的局部影像，对其进行亮度和对比度调色，来作为标准灰度模板，进行灰度一致性处理。最终将各航线的影像进行镶嵌，形成矩形的正射影像数据块。
1）注意图幅接边处的影像使用。在图幅接边处应该使用相同的相片正射影像，减少接边误差和色彩差异。
2）利用单幅影像的外扩范围。规定每个单幅影像要外扩一定的范围，接边时先按自己负责的范围裁切接边影像，再用Photoshop把裁好的接边影像与自己负责的影像套合，进行接边和色彩调整。
在进行处理之前，也可提前进行匀光匀色处理，具体步骤可参考技术 | 基于Photoshop的DOM单片匀色及批量匀色技巧
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精度控制
作业要求
1、像片重叠度
(1) 平地：航向62%±2%，旁向30%±2%；
(2) 丘陵：航向64%±3%，旁向32%±3%；
(3) 山地：航向68%±5%，旁向35%±5%；
(4) 考虑飞行中航线及姿态的保持情况，相应地增加旁向重叠度。
2、 航摄范围覆盖
(1) 按常规方法敷设，平行于摄区边界线的首末航线一般敷设在摄区边界线上或边界线外；
(2) 摄区边界覆盖不少于像幅的50%；
(3) 航向覆盖超出摄区边界至少两条基线；
(1) 分区边界覆盖应满足分区间各自满幅的要求。
3、航摄季节和航摄时间选择
航摄时，应保证具有充足的光照度，避免过大的阴影，平地阴影倍数应小于3倍，丘陵地和一般城镇阴影倍数应小于2倍，山地和大城市阴影倍数应小于1倍。山区应尽可能在当地时间正午前后各1h内航摄。
4、旋偏角
旋偏角一般不大于15º，在影像航向和旁向重叠度符合规范要求的前提下，最大不超过25º；
在一条航线上达到或接近最大旋偏角限差的影像数不得连续超过三片；
在一个摄区内出现最大旋偏角的影像数不得超过摄区影像总数的4%；
在高差特别大的地区，可以插补航线。
其他要求参考应用 | 很详细的无人机倾斜摄影测量外业控制点作业方法；科普 | 初识航测之『航线规划』；科普 | 初识航测之『空三加密』
精度检查
1、影像质量
影像清晰，反差适中，颜色饱和，色彩鲜明，色调一致；
有较丰富的层次，能辨别与地面分辨率相适应的细小地物影像，满足外业全要素精确调绘和室内判读的要求。
2、补摄与重摄
航摄过程中出现的绝对漏洞、相对漏洞及其它严重缺陷时及时补摄；
漏洞补摄必须按原设计航迹进行。补摄航线的长度应能满足用户区域网加密布点的要求；
对于不影响内业加密选点和模型连接的相对漏洞及局部缺陷（如云、云影、斑痕等），可只在漏洞处补摄。补摄航线的长充庆超出漏洞外一条基线；
应采用同一主距的数字航摄仪进行补摄。
3、数据质量检查：
空间参考：大地基准、高程基准、地图投影
位置精度：平面精度、接边精度。
逻辑一致性：格式一致。
时间准确度：数据采集时间和更新时间。
影像质量：影像分辨率、影像特性
元数据。
4、使用仪器设备和软件是否符合的要求。
5、附件质量检查：
上交资料的齐全性；
资料整饰的规整性。
6、DEM是否贴合地面，为DOM的美观和精度，高架桥等特殊地物DEM是否抬起。
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