第03章数字高程模型.docx
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第03章数字高程模型
第三章制作数字高程模型(DEM)
数据准备完成后,就可进行DEM制作。
DEM制作基本流程如下:
§3.1模型定向与核线影像生成
3.1.1目的与要求
·通过对模型定向的作业,了解数字影像立体模型的建立方法及全过程,并能较熟练地应用定向模块进行作业,满足定向的基本精度要求。
·掌握核线影像重采样,生成核线影像对。
3.1.2基本知识
·模型定向分为内定向、相对定向、绝对定向,解算其定向参数:
内定向:
框标自动识别与定位。
利用框标检校坐标与定位坐标计算扫描坐标系与像片坐标系间的变换参数。
相对定向:
利用二维相关,自动在相邻影像上识别同名点(几十至上百个点),计算相对定向参数。
绝对定向:
人工在左(或右)影像上定位控制点,最小二乘匹配同名点,计算绝对定向参数。
·生成核线影像即是形成按核线方向排列的立体影像:
同名核线影像灰度重
排,形成核线影像。
3.1.3实习指导
一个测区是由多个模型组成,模型定向要逐个进行。
下面以实习的实例《157-158模型》,叙述其整个过程。
每个过程按例1、例2、例3、例4的形式具体说明其步骤与操作。
首先看看下面的作业流程图:
一、创建新模型
新模型是指尚未在当前测区建立目录的模型,作业要从创建模型开始。
在当前测区‘shixi.blk’下,创建《157-158模型》。
在系统主菜单中,选择文件→打开模型项,屏幕显示[打开或创建一个模型]文件对话框,输入当前模型名即‘157-158’,进入模型参数界面,如图3.1所示。
图3.1-1模型参数界面
其中模型目录、临时文件目录、产品目录均由程序自动产生,同学只需在左影像、右影像栏分别引入左影像名及右影像名。
影像匹配窗口和间距一般相同(其参数为奇数,最小值为5)。
模型参数填写好后,选择保存按钮即可。
二、自动内定向
【例1】对某个测区的某个新模型进行内定向。
作业步骤
·调用内定向程序,建立框标模板(若模板已建立,则进入左影像的内定向);
·左影像内定向;
·右影像内定向;
·退出内定向程序模块;
操作说明
建立框标模板:
当模型打开后,在系统主菜单中,选择处理→定向→内定向项,程序读入左影像数据后,屏幕显示建立框标模板界面,如图3.2-1所示。
图3.1-2框标模板界面
界面右边小窗口为某个框标的放大影像,其框标中心点清晰可见。
界面左窗口显示了当前模型的左影像,若影像的四角的每个框标都有红色的小框围住,框标近似定位成功。
若小红框没有围住框标,则需进行人工干预:
移动鼠标将光标移到某框标中心,单击鼠标左键,使小红框围住框标。
依次将每个小红框围住对应的框标后,框标近似定位成功。
选择界面左窗口下的接受按钮。
左影像内定向:
框标模板建立完成后,进入内定向界面,如图3.1-3所示。
图3.1-3内定向界面
该界面显示了框标自动定位后的状况。
可选择界面中间小方块按钮将其对应的框标放大显示于右窗口内,观察小十字丝中心是否对准框标中心,若不满意可进行调整。
框标调整有自动或人工两种方式:
自动方式:
选择自动按钮后,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,小十字丝将自动精确对准框标中心。
人工方式:
若自动方式失败,则可选择人工按钮,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。
注意调整中应参看界面右上方的误差显示,当达到精度要求后,选择保存退出按钮。
右影像内定向:
左影像内定向完成后,程序读入右影像数据,对右影像进行内定向。
具体操作同上。
至此一个新模型的内定向完成。
程序返回系统主界面。
紧接着可进行模型的相对定向。
三、自动相对定向
【例2】模型的相对定向。
作业步骤
·进入相对定向界面;
·自动相对定向;
·检查与调整;
操作说明
进入相对定向界面:
在系统主菜单中,选择处理→定向→相对定向项,系统读入当前模型的左右影像数据,屏幕显示相对定向界面,如图3.2-1所示。
图3.1-4相对定向界面
自动相对定向:
单击鼠标右键,弹出菜单,选择自动相对定向,程序将自动寻找同名点,进行相对定向。
完成后,影像上显示相对定向点(红十字丝)。
检查与调整:
在界面的定向结果窗中显示相对定向的中误差等。
拉动定向结果窗的滚动条可看到所有相对定向点的上下视差。
如某点误差过大,可进行调整(删除或微调)。
删除点:
选中(将光标置于定向结果窗中该点的误差行再点击鼠标左键)要删除的点后,选择界面上的删除点按钮,删除该点。
微调点:
选中(将光标置于定向结果窗中该点的误差行再击鼠标左键)要微调的点后,分别选择
界面右下方的左影像或右影像按钮,然后对应按钮上方的两个点位影像放大窗中的十字丝,分别点击向上、向下、向左、向右按钮,使左、右影像的十字丝中心位于同一影像点上。
注意调整中应参看定向结果窗中的误差显示,以保证精度要求。
当达到精度要求后,单击鼠标左键弹出菜单,选择保存,则相对定向完成。
四、绝对定向
【例3】普通方式的模型绝对定向。
提示:
普通方式是指控制点的量测在相对定向界面下进行。
作业步骤
·量测控制点
·绝对定向计算
·检查与调整
操作说明
量测控制点:
在相对定向的界面下,按照控制点的真实地面位置(参见《control_point_image目录》中的图片点位),在影像上逐个量测。
其量测方法一般采用半自动量测,分述如下:
半自动量测:
1)移动鼠标将光标对准左影像上的某个控制点的点位,单击左键弹出该点位放大影像窗。
2)再将光标移至点位放大影像窗,精确对准其点位单击鼠标左键,程序自动匹配到右影像的同名点后,弹出该点位的右影像放大窗以及点位微调窗(如图)。
3)在点位微调窗中可以鼠标左键点击左或右影像的微调按钮,精确调整点位直至满意。
4)在点位微调窗中的点号栏中输入当前所测点的点号,然后选择确定按钮,则该点量测完毕。
此时该点在影像上显示黄色十字丝。
按以上操作依次量测三个控制点后(三个控制点不能位于一条线上),可进行控制点预测:
即单击鼠标右键弹出菜单,选择预测控制点。
随即影像上显示出几个蓝色小圈,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。
绝对定向计算:
控制点量测完后,单击鼠标右键弹出菜单,选择绝对定向→普通方式,随即在定向结果窗中显示绝对定向的中误差及每个控制点的定向误差。
另弹出控制点微调窗(如图图3.3-1),窗中显示当前控制点的坐标,且设置了立体下的微调按钮。
图3.1-5绝对定向界面
检查与调整:
根据误差显示可知绝对定向的精度如何,若某控制点误差过大,则可进行微调。
其微调方法与步骤如下:
1)在定向结果窗中对某控制点误差行单击鼠标左键,选中该点,弹出该控制点的微调窗。
2)立体影像微调(因无立体镜,暂不用)
注意在操作中随时参看定向结果窗中的误差变化,以确保控制点位和计算精度要求。
3)选中另一个需调整的点,进行微调。
4)所需调整的点均完成后,选择控制点微调窗中的确定按钮,程序返回相对定向界面。
至此,绝对定向完成。
五、生成核线影像
【例4】按非水平核线的方式生成核线影像。
提示:
非水平方式的核线重采样是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,这样所生成的核线影像保持了原始影像同样的信息量和属性。
作业步骤
·定义作业区;
·生成核线影像;
·退出;
操作说明
定义作业区:
在相对定向界面,单击鼠标右键弹出菜单,选择全局显示,界面显示模型的整体影像,然后再弹出菜单,选择定义作业区,随之将光标移至右影像窗中,置于作业区左边一角点处,按下鼠标左键,然后拖动鼠标朝对角方向移动,当屏幕显示的绿色四边形框符合作业区范围时,停止拖动,松开鼠标左键,则作业区定义好,显示为绿色四边形框。
如果在弹出的菜单中,选择自动定义最大作业区,程序将自动定义一个最大作业区。
生成核线影像:
单击鼠标右键弹出菜单,选择生成核线影像→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。
退出:
单击鼠标右键弹出菜单,选择保存,然后再弹出菜单,选择退出,然后回答界面上的提示,程序退出相对定向的界面,回到系统主界面。
以上的四个例子叙述了一个模型的定向与核线影像生成的最基本的作业与操作。
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已完成。
同样,接着可以建立第二个、第三个····第n个模型。
当每个模型的核线影像生成后,则进行影像匹配计算(见下章节)。
§3.2影像匹配及匹配后的编辑
3.2.1目的与要求
·掌握匹配窗口及间隔的设置,运用匹配模块,完成影像匹配。
·掌握匹配后的基本编辑,能根据等视差曲线(立体观察)发现粗差,并对不可靠区域进行编辑,达到最基本的精度要求。
3.2.2实习提示
·影像匹配是数字摄影测量系统的关键技术,是沿核线一维影像匹配,确定同名点。
其过程是全自动化的。
·匹配窗口及间隔在模型参数中设置(参见实习三内容)。
窗口设置的大,则数据量小,但损失地形细貌;窗口设置的小,则数据量大,但能较好表示地貌。
因此对平坦地区,窗口可设置大些。
·匹配后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。
·一般需要编辑的情况有以下几种:
(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。
3.2.3实习指导
以下将主要说明匹配编辑的操作方法。
一、自动影像匹配
在VirtuoZoNT主菜单中,选择菜单处理→影像匹配项,出现影像匹配计算的进程显示窗口,自动进行影像匹配。
二、匹配结果的编辑(编辑的过程如图3.2-1所示)。
主要编辑过程:
(1)进入编辑界面
编辑功能窗
在VirtuoZoNT主菜单中,选择菜单处理→匹配结果编辑项,进入匹配结果编辑界面,如图3.2-2所示。
屏幕显示立体影像。
作业编辑放大窗
全局视图窗窗
3.2-2匹配编辑界面(立体显示)
匹配编辑界面被划分为三个窗口:
·全局视图:
显示左核线影像全貌。
·作业编辑放大窗。
·编辑功能窗:
显示各编辑功能键。
(2)选择显示方式检查匹配结果
将光标移至编辑功能键窗口选择相应的显示按钮,通过下列各按钮来检查立体影像的匹配结果。
选择影像按钮为开状态,打开立体影像。
选择等直线按钮为开状态,打开等视差曲线,检查不可靠的线。
选择匹配点按钮为开,即打开格网匹配点,其中绿点为好、黄点为较好、红点为差点。
在全局视图窗,将光标移到黄色框上,按住鼠标左键,拖动黄色框至要显示的区域。
(3)调用编辑主菜单调整其参数
当显示比例、视差曲线间距等参数需要调整时,调用编辑主菜单调整其参数。
在‘作业编辑放大窗’,单击鼠标右键,屏幕弹出编辑主菜单。
可经常在主菜单中选择高程模式关闭开关,通过来回切换检查匹配结果。
高程模式关闭(无‘’)时,屏幕左上方显示当前光标点的xyz坐标;
高程模式关闭(有‘’)时,屏幕左上方显示当前光标点的视差值;
(4)编辑范围的选择
方法一:
选择矩形区域
光标移至‘作业编辑放大窗’内,按住鼠标左键拖动出一个矩形区域,松开左键即矩形区域中的点变成白色点,即当前区域被选中。
方法二:
选择多边形区域
在‘作业编辑放大窗’,按鼠标右键弹出编辑主菜单,选择菜单开始定义作业目标项。
再用鼠标左键逐个点出多边形节点(圈出所要编辑或处理的区域)。
在编辑主菜单,选择结束定义作业目标项,闭合多边形区域,区域中匹配点变成白色,即当前区域被选中。
注意:
当你的区域超出‘作业编辑放大窗’时,将光标至显示小窗口,移动黄色矩形,继续选择你所需要的区域,直至沿着要选择的区域边界选中所有的多边形节点,再闭合多边形。
(5)对选中区域编辑运算
•平滑算法
选择编辑区域后,选择平滑档次(轻、中、重);
再单击平滑算法按钮,即对当前编辑区域进行平滑运算。
•拟合算法
选择编辑区域后,选择表面类型(曲面、平面);
再单击拟合算法按钮,即对当前编辑区域进行拟合运算。
•匹配点内插
选择编辑区域后,选择上/下或左/右项;
单击匹配点内插项,被选区域边缘高程值对内部的点进行上下或左右插值运算。
•量测点内插
选择多边形区域,单击量测点内插项,被量测的区域边缘高程值对内部的点进行插值运算。
三、编辑用法举例
·对河流编辑
因影像中的河流纹理不清淅,常有很多错误的匹配点,用多边形方法沿着河边边缘量测出一个区域(量测时测标一定要切准),选择量测内查插算法按钮,再选择平滑算法(重度)。
·对闭合水面编辑:
在编辑主菜单,选择高程模式关闭时,屏幕左上方显示当前光标点为xyz坐标。
在水崖线处移动光标,可水面四周的高程,寻找一合理高程值,选择定值平面按钮,在屏幕提示框输入已知水平面高程值,确认后即可按该高程值拟合为水平面。
·房屋和建筑物
等高线常常象小山包一样覆盖在建筑物上,圈出这个区域,可用两种方法对其进行编辑:
a)采用平面拟合算法(平面)消除它;
b)先采用插值算法,再用平滑算法即可。
·单独的树或一小族树
由于匹配点在树表面上,不在地面上,使树表面覆盖了等高线看上去象一个小山包。
用选择矩形区域的方法,圈出这个区域,用平滑方式或平面拟合方式处理,将其“小山包”消除掉。
四、编辑结果及应用
在立体编辑工作完成后,一定要注意保存编辑结果再退出编辑程序,或在退出时要保存。
这时系统自动覆盖原<模型名>.plf文件,其结果用于建立DEM。
§3.3生成单模型的DEM
3.3.1目的与要求
·掌握DEM格网间隔的正确设置,生成单模型的DEM。
·通过DEM透视图的显示,检查是否有粗差。
3.3.2实习提示
·DEM的建立是根据影像匹配的视差数据、定向元素及用于建立DEM的参数等,将匹配后的视差格网投影于地面坐标系,生成不规则的格网。
然后,进行插值等计算处理,建立规则(矩形)格网的数字高程模型(即DEM)。
其过程是全自动化的。
·DEM格网间隔设置在DEM参数窗中进行。
在VirtuoZoNT主菜单中,选择
设置DEM参数项,进入DEM参数对话窗。
3.3.2实习指导
下面具体说明其操作过程。
一、生成数字高程模型DEM
在系统主菜单中,选择产品→生成DEM→生成DEM(M)项,屏幕显示计算提示界面,计算完毕后,即建立了当前模型的DEM。
产生的结果文件为:
<立体像对名>.dtm—各匹配点的地面坐标文件;
<立体像对名>.dem—矩形格网点的坐标文件;
结果文件***.dem存放于〈测区目录名〉/〈立体模型目录名〉/Product(产品)/……中。
二、显示单模型DEM(检查DEM)
在系统主菜单中,选择显示→立体显示→透示显示项,进入显示界面,屏幕显示当前模型的DEM(图3.3-1)。
图3.3-1透视显示界面
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。
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,观察地面立体模型是否与真实地形相符(如河流、DEM边缘等)。
三、DEM修正
通过DEM的透视显示,可检查出DEM是否存在粗差。
例如,水面凸凹不平,模型边缘有深坑或尖峰等等。
如有粗差应进行修正,可重新进入影像匹配后的编辑模块对有粗差的区域编辑后,再生成DEM。
§3.4多模型的DEM拼接
3.4.1目的与要求
·掌握拼接区域的选定及确定拼接产品的路径。
·掌握DEM拼接及分析拼接精度。
3.4.2实习提示
·一幅完整的图幅或一个测区,一般都是由多个相邻模型或影像组成,必须将多个单模型拼接起来,才是一幅完整的产品。
·拼接与镶嵌应具备以下条件:
(1)有多个相邻的Model(模型)及其影像,且必须互相有重叠。
(2)建立全区域每个模型的DEM,才能对它们进行拼接。
(3)DEM拼接后,才能进行正射影像的镶嵌。
3.4.2实习指导
下面具体说明其操作过程。
一、设置多模型拼接区域及参数
在系统主菜单中,选择菜单镶嵌→设置项,屏幕弹出拼接与镶嵌参数设置对话框,如图3.4-1所示。
图3.4-1拼接与镶嵌参数设置对话框
该对话框即用于拼接镶嵌范围的选择,也用于镶嵌项目的选择。
对话框参数填写方法如下:
(1)建立拼接镶嵌产品名及确定产品目录
在进行拼接的多模型行,用户输入当前拼接镶嵌产品名。
若当前拼接镶嵌产品已存在,则自动覆盖;否则生成新的拼接镶嵌产品。
在产品目录行,用户选定或输入拼接镶嵌产品目录,以存放拼接镶嵌后所生成的产品文件。
若所输入的目录不存在,则系统自动建立这一新目录。
(2)选择镶嵌区域
方框为拼接镶嵌范围选择区:
红色的方框为当前测区下已处理过的单模型DEM。
蓝色虚线组成的区域为用户选择的拼接镶嵌范围。
选择区域方法有两种:
方法一:
无人工编辑(鼠标拉动范围)
用鼠标左键对准欲选区域任一角点,然后按住鼠标左键并拖动到对角线上另一点,松开鼠标,即确定了新的拼接镶嵌范围,以蓝色虚线显示。
方法二:
允许人工编辑(输入范围)
首先打开右边的允许人工编辑按钮(即为选中状态)。
此时被选区域打开,在编辑框中输入确定的X、Y值。
在起始点行,输入区域的起点大地坐标;
在终止点行,输入区域的终点大地坐标。
输入完成后,点击应用按钮,则所输入的值自动反映到左上方的选择区中显示出蓝色虚框。
(3)‘拼接选项’的选择
对话框右上方‘拼接选项’框,有四个选项:
正射影像、等高线、正射影像与等高线的叠合、重新生成正射影像。
由鼠标左键单击‘’,选中项为‘’。
用户可选择是否作正射影像、等高线、正射影像与等高线的叠合影像的镶嵌以及镶嵌之前是否重新生成正射影像等。
(4)确认对话框内容
单击确定按钮,则系统接受用户所有输入参数并退出对话框。
此后,可进行下面的DEM拼接工作。
二、DEM拼接及误差检查
在系统主菜单中,选择镶嵌→DEM拼接项,进入DEM的拼接计算,屏幕弹出拼接进展显示条。
当拼接完成后,将显示拼接中误差、总点数、误差分布统计及误差分布图,如图3.4-2所示。
图3.4-2DEM拼接精度
如图3.4-2所示,显示窗的上部所显示的图形表示DEM重叠度与接边误差,绿色表示小于一倍中误差的点,蓝色表示大于一倍中误差且小于二倍中误差的点,黄色表示大于二倍中误差且小于三倍中误差的点,红色表示大于三倍中误差的点。
其中各项显示数字含义说明如下:
RMS:
拼接中误差
LimitedRMS:
输入拼接中误差限差,回车或选择ReCalculate后,系统按此限差重新进行误差分布统计。
TotalPoints:
拼接处的总点数
█<1XRMS:
小于一倍中误差的点所占比率
█1XRMS---2XRMS:
大于一倍中误差且小于二倍中误差的点所占比率
█2XRMS---3XRMS:
大于二倍中误差且小于三倍中误差的点所占比率
█>3XRMS:
大于三倍中误差的点所占比率
弹击Quit按扭,退出,返回系统主菜单。
弹击Detail按扭,显示拼接误差的详情(包括每点的拼接误差)。
弹击ReCalculate按扭,按输入的拼接中误差限差重新进行误差分布统计计算。
DEM拼接完成后,要检查DEM拼接精度及中误差是否符合规范要求。
主要检查红色接边处(大于三倍中误差的点),一般原因是两个模型DEM的边缘有错误的匹配点,进入匹配编辑对精度不好的DEM进行重新检查编辑,重新生成DEM和拼接工作。
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