《数字摄影测量测图》实习指导书.doc
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1、数字摄影测量测图实习指导书王竞雪一、实习目的“数字摄影测量测图”实习课程是测绘工程专业的一门重要专业课。数字摄影测量测图实习是一个综合性很强的实习,它是对摄影测量课程中所学摄影测量及相关专业的综合应用。该实习应用VirtuoZo系统来完成。通过该实习了解摄影测量的生产流程,并掌握摄影测量的专业技能(立体观测),制作出符合生产要求的4D产品:数字高程模型(Digital Elevation Model,缩写DEM);数字正射影像图(Digital Orthophoto Map,缩写DOM);数字线划地图(Digital Elevation Model,缩写DLG);数字栅格地图(Digital
2、Raster Graphic,缩写DRG)。二、实验项目的基本要求 了解数字摄影测量的生产流程和对数字摄影测量系统的认识,了解VirtuoZo NT系统的运行环境及软件模块的操作特点,了解实习工作流程; 掌握内定向、相对定向、绝对定向参数解算,沿核线重采样,为后面的立体量测做好准备工作; 熟悉测图、图形编辑; 掌握DEM、正射影像图制作。三、计划和安排实习一 预备知识(1节)实习二 数据准备(2节)实习三 制作数字高程模型(DEM)(4节)实验四 制作数字正射影像 (DOM) (2节)实验五 制作数字线划地图(DLG) (3节)实习六 4D产品成果分析 (2节)实习一 预备知识数字摄影测量:由
3、计算机视觉(其核心是影像匹配与识别)代替人眼的立体量测与识别,完成影像几何物理信息的自动提取。4d产品生产实习是一个综合性很强的实习,它是对四年本科所学摄影测量及相关专业的综合应用。该实习在数字摄影测量实习的基础上进行,应用VirtuoZo NT系统来完成。不仅要求掌握4d生产的基本原理与方法,而且强调摄影测量的专业技能(立体观测),制作出符合生产要求的4d产品。 11 目地与要求本单元实习是通过阅读实习指导书,了解4d的基本概念,了解VirtuoZo NT系统的运行环境及软件模块的操作特点,了解实习工作流程,从而能对4d产品生产实习有个整体概念。 12 实习内容121 4d的基本概念数字高程
4、模型(Digital Elevation Model,缩写DEM)是在某一投影平面(如高斯投影平面)上规则格网点的平面坐标(X,Y)及高程(Z)的数据集。DEM的格网间隔应与其高程精度相适配,并形成有规则的格网系列。根据不同的高程精度,可分为不同类型。为完整反映地表形态,还可增加离散高程点数据。数字正射影像图(Digital Orthophoto Map,缩写DOM)是利用数字高程模型(DEM)对经扫描处理的数字化航空像片,经逐像元进行投影差改正、镶嵌,按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的数字正射影像数据集。它是同时具有地图几何精度和影像特征的图像,具有精度高、信息丰富、直观真实等优点。数
5、字线划地图(Digital Elevation Model,缩写DLG)是现有地形图要素的矢量数据集,保存各要素间的空间关系和相关的属性信息,全面地描述地表目标。数字栅格地图(Digital Raster Graphic,缩写DRG)是现有纸质地形图经计算机处理后得到的栅格数据文件。每一幅地形图在扫描数字化后,经几何纠正,并进行内容更新和数据压缩处理,彩色地形图还应经色彩校正,使每幅图像的色彩基本一致。数字栅格地图在内容上、几何精度和色彩上与国家基本比例尺地形图保持一致。122 了解VirtuoZo NT系统 VirtuoZo NT系统是武汉大学遥感信息工程学院张祖勋院士研制的全数字摄影测量系
6、统,属世界同类产品的五大名牌之一。此系统是基于WindowsNT的全数字摄影测量系统,利用数字影像或数字化影像完成摄影测量作业。由计算机视觉(其核心是影像匹配与影像识别)代替人眼的立体量测与识别,不再需要传统的光机仪器。从原始资料、中间成果及最后产品等都是以数字形式,克服了传统摄影测量只能生产单一线划图的缺点,可生产出多种数字产品,如数字高程模型、数字正射影像、数字线划图、景观图等,并提供各种工程设计所需的三维信息、各种信息系统数据库所需的空间信息。VirtuoZo NT不仅在国内已成为各测绘部门从模拟摄影测量走向数字摄影测量更新换代的主要装备,而且也被世界诸多国家和地区所采用。下面简要介绍一
7、下VirtuoZo NT的运行环境及软件模块等。(1)运行环境及配置VirtuoZo NT基于WindowsNT(4.0以上版本)平台运行,基本配置为:Pentium 300/128MB RAM/9GBHD/20CDROM;17寸彩色显示器,1024768分辨率,刷新频率大于100Hz。另外还应有数字化影像获取装置(例高精度扫描仪)、成果输出设备以及立体观察装置等附属配置。其中立体观察装置有偏振光、闪闭式、立体反光镜、互补色(红绿镜)等四种。(2)主要软件模块解算定向参数、自动空中三角测量、核线影像重采样、影像匹配、生成数字高程模型、制作数字正射影像、生成等高线、制作景观图、DEM透视图、等高
8、线叠加正射影像、基于数字影像的机助量测、文字注记、图廓整饰。(3)作业方式 自动化与人工干预。系统在自动化作业状态下运行不须任何人工干预。人工干预是作为自动化系统的“预处理”与“后处理”,如必要的数据准备、必要的辅助量测等及自动化过尚无法解决的问题。人工干预不同于单的人工控制操作,而是尽可能达到了半自动化。123 了解系统目录硬盘目录结构简图: 系统目录说明: Bin目录:执行程序目录,存放系统的所有可执行程序及框标模板文件。 Virlog目录:测区的路径文件(c:VirlogBlocks.blk)测区目录说明:某测区用户目录(在创建一个新Block时,系统以用户所给的测区名自动产生该测区目录
9、),存放该测区所有参数文件及中间结果、成果等。Images目录:影像目录,存放VirtuoZo 影像文件、影像参数文件、内定向文件、影像外方位元素文件。模型目录:系统以所给的模型目录名自动建立(如37_38目录),存放该模型所有信息。Product目录:产品目录,存放当前模型所有已生成的产品及输出文件。TMP目录:核线影像目录,存放当前单模型的核线影像文件。124 系统启动运行bin目录下的VirtuoZoNT.exe程序(或直接选择系统快捷图标),进入VirtuoZoNT系统,屏幕显示本系统主界面,如图1.1 所示。图1.1 系统主界面界面上方是主菜单条,中央为用户区,下方一行显示测区名和模
10、型名。125 4d产品制作流程根据VirtuoZo制作4d产品的基本工作流程如下:实习二 数据准备 21 目的与要求掌握创建/打开测区及测区参数文件的设置。掌握参数文件的数据录入。完成原始数字影像格式的转换。 22 实习提示原始数字影像即是数字摄影测量所用的原始资料,有数字影像(如卫星影像)和数字化影像(如用模拟的航片经扫描而获得的影像)影像的数据格式有多种(一般常用的有tif格式等)。这些影像格式VirtuoZo NT系统不能直接引用,必须转换为VirtuoZo NT所认识的vz格式。参数文件的设置与基本数据的录入一定要正确,否则将无法进行后继的处理,或者将出现错误。创建测区(block)即
11、是为将要进行测量的区域创建一个工作区目录。一个测区一般由多个相邻的模型所组成。 23 实习步骤一、 资料分析查看原始数字影像的分辨率、比例尺等。查看相机检校参数,及其影像方位、框标的位置等。查看地面控制点数据及其点位与分布。 二、创建新测区,设置测区参数文件。 三、相机参数文件的数据录入。 四、地面控制点文件的数据录入。五、原始影像的数据格式转换。 24 实习指导下面以实习的实例具体说明其步骤与操作。241 实习测区资料 实习的原始资料是某矿区,名为“hammer”测区,有两条航线,六张影像,可建四个模型,具体如下:原始影像的分辨率:0.045mm;像片比例尺为 1:15000;全测区控制点分
12、布(见hammerIndex主页)控制点数据(见hammerIndex主页)相机数据(见hammerIndex主页)242 创建一个测区测区是待处理的航空影像所对应的地面范围(或区域)。本次实习的测区名为【班级学号】,在VirtuoZo NT主菜单中,选择设置测区参数项,屏幕显示 打开或创建一个测区 文件对话框,输入测区名即【班级学号】,进入测区参数界面,如图2.1所示。现以测区名为hammertest为例。图2.1 测区参数界面测区参数输入操作方法如下:(1)测区目录和文件主目录行:输入测区路径和测区名,即d:。本系统自动在d盘建立名为【班级学号】文件夹。控制点文件行:输入控制点文件名,即d
13、: hammer.grd加密点文件行:输入与上行相同,即d: hammer. grd相机检校文件行:输入d: Rc30.cmr注意:若以上文件已存在,可单击右边的文件查找按钮,查找当前文件。(2)基本参数摄影比例分母:输入15000;航带数:输入2;影像类型:选择摄影测量;成图比例尺:10000(3)缺省测区参数DEM间隔:10m等高线间距:5m分辨率(DPI):254(即正射影像的输出分辨率)(4)选择【保存】按钮,将测区参数存盘。其参数文件存放在【班级学号】文件夹中。243 录入相机参数相机检校数据用以做内定向计算。在VirtuoZo NT主菜单中,选择设置相机参数项,屏幕弹出相机参数界面
14、,如图2.2所示(注意:若新建时,界面中无参数,请输入)。相机检校文件名是在测区参数中生成的,即RC30.cmr。图2.2 相机检校参数界面6, -110.001 0.0027, -0.004 110.0048, 109.997 0.0000本次实习的相机数据为:(见hammerIndex主页)由上已知资料的相机数据,在输入处双击鼠标左键,将相机数据对应填写到本界面中,如图2.2所示。选择【确定】按钮,将参数存盘。244 录入控制点数据控制点参数用以绝对定向计算。在VirtuoZo NT主菜单中,选择设置地面控制点项,屏幕显示当前控制点文件,如图2.4所示(注意:若新建时,界面中无参数,请输入
15、)。控制点文件名是在测区参数中生成的,即 hammer.grd。图2.4 控制点文件界面控制点数据(见hammerIndex主页)由上已知资料控制点数据,在输入处双击鼠标左键,将控制点数据依次填写到本界中,如图2.4所示。选择【确定】按钮,将控制点参数存盘。245 原始影像的数据格式转换本次实习所采用的原始资料是由航片经扫描而获得的数字化影像,为tif格式,要转换为vz 的格式。在VirtuoZo NT主菜单中,选择文件引入影像文件项,屏幕显示输入影像对话窗(图2.5)。图2.5 输入影像对话窗界面参数输入说明: 像素大小:指定影像的像素大小,输入0.0045mm。 相机文件:系统默认值与测区
16、参数中设定的值相同。 旋转相机:输入否。(1)增加:添加待转换的文件,在4d实习数据/ Hammer/ Images-tif目录中选择01-155_50mic.tif等6个文件添加到当前界面中如图2.6。图2.6(2)选项:设置影像转换参数。选中要转换的文件,单击选项按钮(若只需要修改单个文件的转换参数,可直接在文件列表中双击该文件),可进入转换选项对话框来修改输出文件的属性。第一条航带相机不旋转,选中列表中第一条航带的3个文件,单击选项按钮,单击输出路径按钮,选择将选中的所有文件都输出到当前文件的输出路径上,如图2.7所示。图图2.7第二条航带相机旋转,选中列表中第二条航带的3个文件,单击选
17、项按钮,输出文件的属性修改后如图2.8所示。图2.8 最后检查所有文件输出路径一定要在你测区的Images目录中。输入影像转换窗参数完成后如图2.9所示。图2.9处理:开始影像格式转换。系统将依次转换列表中的所有文件,并自动生成相应的影像参数文件“.spt”。该文件记录了影像的高、宽、扫描像素大小及相机文件名等信息,次内容单击设置菜单项,系统弹出下拉菜单,单击影像参数项,可查看次信息。转后的*.vz文件存放在你测区目录下的images分目录中。退出:退出输入影像对话框。实习三 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:数据准备生成DEM 31 模型定
18、向与核线影像生成311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。312 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
19、排,形成核线影像。313 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。每个模型定向的作业流程为:创建新模型-内定向-相对定向-绝对定向。下面以实习的实例1157-1156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: 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1157-1156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1157-1156,进入
20、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、模型内定向 【例1】对某个测区的某个新模型进行内定向。=作业步骤对于一个单模型,内定向的步骤如下:进入某测区,选择该测区内需要定向的某个模型;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。=操作说明第一步建立框标模板: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
21、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:下一步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
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