東英測繪——無人機(jī)正射影像的概念與制作原理

1、遮蔽的概念

指由于地面上有一定高度的目標(biāo)物體遮擋，使地面上局部區(qū)域在影像上不可見。航空遙感影像上的遮蔽主要有兩種情況，一種是絕對遮蔽的情況，例如高大的樹木將低矮的建筑物遮擋了，使被遮擋的建筑物在航空遙感影像上不可見。另一種則是相對遮蔽的情況，如下圖，對于地面上的△ABC區(qū)域，它在右像片上不可見，即被遮擋了，但在左像片上是可見的；而對于地面上的△DEF區(qū)域，則正好相反。

說明對于相對遮蔽而言，影像上的丟失信息能夠通過相鄰影響進(jìn)行補(bǔ)償，而絕對遮蔽則做不到這一點(diǎn)。

航空遙感影像上遮蔽的產(chǎn)生與投影的方式有關(guān)。對于地物的正射投影，由于它是垂直平行投影成像，是不會(huì)產(chǎn)生遮蔽現(xiàn)象的(樹冠等的遮擋除外)，如下圖(a)所示。而傳統(tǒng)的航空遙感影像，它是根據(jù)中心投影的原理攝影成像的，對地面上有一定高度的目標(biāo)物體，其遮蔽是不可避免的。對于中心投影所產(chǎn)生的遮蔽現(xiàn)象，其實(shí)質(zhì)就是投影差，如下圖(a)所示：

傳統(tǒng)的正射影像制作方法主要是利用中心投影影像通過數(shù)字糾正的方法得到。在糾正過程中，對原始影像上由一定高度的地面目標(biāo)物體所產(chǎn)生的遮蔽現(xiàn)象在糾正后依然存在，這使正射影像失去了“正射投影”的意義，使得正射影像在與其他空間信息數(shù)據(jù)進(jìn)行套合時(shí)發(fā)生困難，使傳統(tǒng)正射影像的應(yīng)用受到一定的限制。

2、正射影像上遮蔽的傳統(tǒng)對策

為了有效地削弱或盡可能地消除正射影像上的遮蔽的產(chǎn)生的影響，使正射影像產(chǎn)品滿足相應(yīng)比例尺地圖的幾何精度要求，人們提出了許多有效地限制中心投影影像(包括所生產(chǎn)的正射影像)上遮蔽現(xiàn)象的辦法或措施，主要策略包括下面幾種：

（1）影像獲取時(shí)的策略：通過在攝影時(shí)采用長焦距攝影、來提高攝影飛行高度、縮短攝影基線等方法以增加像片的重疊度，以及在航空攝影航飛線路設(shè)計(jì)時(shí)盡量避免使高層建筑物落在像片的邊緣等手段，減少因地面有一定高度目標(biāo)物體所引起的投影差(遮蔽)，也即縮小像片上遮蔽的范圍。

（2）糾正過程中的策略：盡量利用攝影像片的中間部位制作正射影像，因?yàn)橹行耐队跋衿闹虚g部位其投影差較小甚至沒有投影差，換句話說就是此處的遮蔽范圍較小或根本無遮蔽。

（3）傳感器選擇的策略：隨著線陣列掃描式成像傳感器的應(yīng)用越來越廣泛，人們希望利用線陣列掃描式傳感器影像來制作正射影像。因?yàn)閷τ诖怪毕乱暰€陣列掃描影像而言，地面有一定高度的目標(biāo)只會(huì)在垂直于傳感器平臺(tái)飛行的方向上產(chǎn)生投影差(遮蔽)，而在沿飛行方向則無投影差(遮蔽)，如下圖所示：

傳統(tǒng)的正射影像雖然被冠以“正射“兩字，但卻不是真正意義上的正射影像。因?yàn)閭鹘y(tǒng)正射影像的制作是以2.5維的數(shù)字高程模型(DEM)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)字糾正計(jì)算的。

然而DEM是地表面的高程，即它并沒有顧及地面上目標(biāo)物體高度的情況，因此，微分糾正所得到的影像雖然被叫作正射影像，但地面上3維目標(biāo)的頂部并沒有被糾正到應(yīng)有的平面位置，而是存在投影差。

伴隨G1S重要性的增強(qiáng)，我們常把正射影像特別是城區(qū)大比例尺的正射影像作為G1S數(shù)據(jù)庫底圖來使用，以更新G1S數(shù)據(jù)庫或是用于城市規(guī)劃等目的，此時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)正射影像與其他類型圖件進(jìn)行套合時(shí)發(fā)生困難，正因?yàn)槿绱耍溆跋窬筒贿m合作為底圖對其他圖件進(jìn)行精度檢查或進(jìn)行變化檢測。所以人們提出了需要制作“真正射影像”的要求。

所謂真正射影像，簡單來說就是在數(shù)字微分糾正的過程中，要以數(shù)字表面模型(DSM)為基礎(chǔ)，進(jìn)行數(shù)字微分糾正。對于空曠地區(qū)而言，其DSM和DEM是一致的，此時(shí)只要知道了影像的內(nèi)、外方位元素和所覆蓋地區(qū)的DEM，就可以按共線方程進(jìn)行數(shù)字微分糾正了，而且糾正后的影像上不會(huì)有投影差。

實(shí)際上，需要制作真正射影像的情況一般是那些地表有人工建筑或樹木等覆蓋的地區(qū)才需要，對這樣一些地區(qū)，其DSM和DEM的差別就體現(xiàn)在人工建筑或樹木等的高度上，換句話說，為了制作這些地區(qū)的真正射影像，就要求在該地區(qū)的DEM基礎(chǔ)上采集所有高出地表面的目標(biāo)物體高度信息，或直接得到該地區(qū)的DEM，以供制作真正射影像所用。

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