现代测绘数据

真正影像制作的遮蔽区域检测

及补偿

班级：测绘科学与技术

学生姓名：某某某

学号：123456789

日期: 2016年12月30日

目录

1引言 (1)

2 传统正射纠正与真正射纠正 (1)

2.1 影像区别 (1)

2.2间接法数字微分纠正 (2)

2.3 真正射影像制作方案 (3)

3 遮蔽检测 (3)

3.1 镂空回填法 (3)

3.2 光线追踪法 (5)

4 遮蔽补偿 (5)

4.1辐射校正 (5)

4.2遮挡区域的填充方法 (6)

4.3 航摄注意事项 (6)

5 总结 (7)

1引言

近年来，随着ADS40、DMC等高分辨率传感器广泛应用，遥感影像的地面分辨率不断提高。真正射影像日渐成为一种重要的航空摄影测量产品，特别是在建筑物密集城区的大比例尺航空测图任务中，显得更为重要。与传统的正射影像不同，真正射影像是利用数字表面模型（DSM）代替DEM进行纠正。

但由于存在重复映射(double mapping)现象,直接利用DSM进行正射纠正也不能取得理想的效果。在被建筑物遮挡的区域会因为重复映射问题而形成重影,必须进行遮挡区检测。

2传统正射纠正与真正射纠正

2.1 影像区别

图2-1 传统正射纠正与真正射纠正影像对比

传统正射纠正是利用DEM对原始数字影像进行纠正，消除投影误差，以获得数字正射影像地图。根据重采样方法的不同，正射纠正可分为直接法和间接法，其中间接法应用最为广泛。传统正射纠正与真正射纠正的区别对比（图2-1）。

2.2 间接法数字微分纠正

建立一个空白影像，与实地相对应，然后量测这个空白影像上的像点坐标a(x,y), 通过共线条件反算地面坐标。

共线条件方程：

式(1)只能求出平面坐标与高程的比值，需要从DEM中内插出高程值，得到像点坐标ａ′对应的地面点坐标A( X,Y,Z)。

再由共线条件方程式：

求得Ａ对应的原始影像像点a的坐标，并通过重采样求出a点灰度

值，赋给空白影像上的ａ′点。空白影像上每个点都完成这个过程得到灰度后，就得到了传统的正射影像。

2.3 真正射影像制作方案

真正射纠正：完全消除倾斜误差和投影误差。

（1）利用DEM 和DBM对原始影像进行处理，消除因地形起伏而产生的投影误差，进行几何纠正将错位的建筑物移至正确位置，从而检测并标识出被建筑物遮挡的区域。

（2）标识了遮蔽区域后，利用该块遮蔽区域在相邻的其他正射相片上的影像来填充这片遮蔽区。这样就要求一张相片上标识出的遮蔽区域在至少一张其他正射影像上是可见的。

3遮蔽检测

比较常用的两种遮挡区域检测算法。一种是“光线追踪法”，另一种是所谓的“镂空回填法”。这两种方法都能够有效检测出遮挡区域，但在理论思想和实现过程中存在较大差别。

3.1镂空回填法

在镂空回填法中，利用DBM和DEM对图像分别进行处理。

（1）在这个过程中，我们首先在DBM中提取出从建筑物正方观察屋顶而得到的屋顶形状（图3-1），这个过程不包含任何对地形的处理。然后在原始影像上将建筑物和被建筑物遮挡的区域镂空，得到仅包含地形而不包含任何建筑物的镂空图像（图3-2）。

（2）利用镂空影像和DEM进行纠正。由于镂空图像中建筑物和遮蔽区是缺省的，只包含地形，利用镂空图像与DEM，对镂空图像

进行传统的正射纠正，得到不含建筑物的正射影像，即正射纠正后的镂空影像（图3-3）。因为镂空图像不含建筑物而仅有地形信息，所以正射纠正后的镂空影像可以认为是地形的精确正射影像。

（3）将得到的屋顶形状和正射纠正后的镂空图像套合。套合后的影像中缺省部分即为被建筑物遮挡的区域（图3-4）。

图3-1 从DBM提取屋顶

图3-2 原始影像

3.2光线追踪法

光线跟踪法通过分析地面点发出的光线到镜头透视中心的通视情况来判断是否存在遮挡，实现光线跟踪的关键是Amhar 提出的Z-buffer 算法Z-buffer 算法的基本思想是同一光线上离镜头最近的地面点遮挡其他地面点，因此，当计算出哪些点位于一条光线上以后，通过计算各点到镜头的距离，即可判断遮挡情况。

4遮蔽填充

真正射纠正的最后一个步骤就是对检测出的遮挡区域进行填充。填充时选定接近垂直摄影的影像作为主影像，其余的相邻影像作为辅影像。对主影像进行遮挡区域检测，检测出的区域需要由辅影像真正射纠正的结果进行填充。填充过程需要考虑几何和辐射两方面的因素。

4.1 辐射校正

从相邻辅影像获取主影像缺失的灰度信息进行填充，

可以使主影图3-3 纠正后图3-4 被遮挡

区域

像的内容完整，但由于几张相片的辐射信息差异会导致这些相片在明度和饱和度上不一致，这样几张存在辐射差异的相片相互填充后，会使填充部分的接合线非常明显，影响视觉效果。解决办法就是在进行填充之前以主影像为基准，对辅影像进行辐射矫正，从而使得各个相片的明度和饱和度一致，这样就可以避免因为辐射差异造成的问题。

4.2 遮挡区域的填充方法

从辅影像上获得主影像上遮蔽区域的灰度，并赋给主影像，即完成填充。为保证覆盖区100%的可视，一般情况下真正射纠正都会有多个辅影像可供遮蔽区域的填充，此时挑选辅影像就需要一定的理论依据。

Sheng提出了基于成像角度的真正射影像合成方法，即挑选成像角度最小的像元合成最终的真正射影像。

Schickler等采用的方法是以每个真正射影像的质量测度为依据

生成权重影像，在影像合成时选择权重最大的像元作为目标像元。4.3 航摄注意事项

当原始影像具有60% 的航向重叠和旁向重叠时，会对后期的遮挡区域填充比较有利，因为这样的摄影条件可以保证在主影像上缺失的灰度信息能够在至少一张辅影像上找到。然而在一些特殊情况下，比如航摄区域高层建筑非常密集，可能会造成一些遮挡区域不能在任何一张相片上成像，这样就会使这些区域的灰度缺失而无法补救。解决这一问题的办法是在制定航摄方案时先考察航摄区域的地形情况。如果高层建筑较多，应该选用长焦镜头进行拍摄。

5 总结

随着地球空间信息技术的迅速发展，诸如数字纽约、数字汉堡、数字北京等大规模三维城市建模工程不断出现，三维表示日益成为地球空间信息的主要表示方式，三维城市模型越来越广泛地应用于城市数据处理与管理中，城市逼真的三维数字表示由于其在城市基础设施管理、城市开发决策支持等众多领域显现出的巨大应用潜力，成为当今城市信息化普遍关注的热点问题之一。

利用DSM或DBM经过遮挡区(和阴影区)检测和补偿后生成的真正射影像，理论上可完全解决传统正射影像存在的问题，是进行变化检测、地物采集、三维景观制作和数字城市建设的理想选择，其优势是显而易见的。

一方面，相对于常规的影像正射纠正的简单处理过程，真正射纠正的显著特点就是数据运算量十分巨大。如果要投入实际生产，数据处理的效率问题应该作为重点来考虑，这也在某种程度上促使真正射纠正方法不断改进完善。

另一方面，作为真正射纠正的最基本数据源———DBM／DSM，其获取更繁琐、耗时。虽然很多学者利用影像匹配技术和激光扫描技术获取点云的方法，提出了一些自动或半自动获取DBM／DSM的方法，但并未达到实用化的程度，人机交互在所难免。这就决定了DBM／DSM 获取的难度和成本依然很高，其使用范围只能局限在城区。