毕业设计基于erdas imagine的数字正射影像的制作.docx
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毕业设计基于erdasimagine的数字正射影像的制作
目 录
摘要I
ABSTRACTII
１绪论1
1.1数字正射影像的发展1
1.2数字正射影像的特点2
1.3数字正射影像的研究意义3
2数字地图的简介3
2.1数字地图的背景3
2.2数字地图的分类4
3正射影像图的制作原理5
3.1正射影像制作的制作原理5
3.2正射影像制作的制作要求6
4数字正射影像的制作6
4.1ERDASIMAGINE软件的介绍7
4.2正射影像图制作流程8
4.3正射影像的制作步骤9
4.3.1准备工作9
4.3.2校正相片9
4.3.3图幅整饰14
4.3.4精度检测15
5DOM成图质量控制及特点16
5.1影响数字正射影像图质量的因素16
5.2对DOM进行质量控制17
5.3生产过程中的问题探讨19
6结束语20
致谢21
参考文献22
基于ERDASIMAGINE的数字正射影像的制作
摘要
随着遥感技术和计算机技术的快速发展，数字正射影像在人们的生活中扮演者越来越重要的角色，为城市规划建设和经济长远发展快速提供基础数据资源。
它在各种地形图制作、资源环境调查、城市规划建设、土地调查利用、自然环境保护等方面发挥着重要作用。
特别是在经济快速发展的今天，对地形图的要求也越来越高。
速度更新要快，数量生产要多，这些对传统的制作技术完全是一个个挑战。
遥感数字影像图具有分辨率高、影像质量好的特点，在较短的时间内大批量地制作影像图，已经取得了较好的应用效果。
因此制作数字正射影像地图（DigitalOrthophotoMap，缩写DOM）现实性意义重大。
本章简要介绍了数字正射影像的发展现状、研究内容及意义，主要影像的制作方法进行了总结和分析，对精度控制进行了深入探究。
同时提出了现阶段生产DOM过程中所存在的问题及解决办法，为今后的数字影像应用的发长远发展提供参考。
关键词 数字正射影像；制作方法；质量控制；研究意义
BASEDONERDASIMAGINEDIGITALORTHOPHOTOMAPSPRODUCTION
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofremotesensingtechnologyandcomputertechnology,thedigitalorthophototheactorincreasinglyimportantroleinpeople'slivestoquicklyprovidethebasicdataresourcesforurbanplanning,constructionandlong-termeconomicdevelopment.Invarioustopographicmapproduction,resourcesandtheenvironmentsurvey,naturaldisastermonitoring,urbanplanningandconstruction,theuseoflandsurvey,andprotectionofthenaturalenvironmentplaysanimportantrole.Especiallyintoday'srapideconomicdevelopment,thespeedandquantityoftraditionaltopographicmapupdateshavebeenbehindthetimesthespeedofdevelopment.Remotesensingsatelliteimageswithhighresolution,goodimagequality,largequantitiesofproductionwithinashortperiodoftimeimagery,hasbeenmadeabettereffect.Theproductionofdigitalortho-imagemaps（DigitalOrthophotoMapabbreviationDOM）realitysignificant.Thischapterintroducesthedigitalorthophotodevelopmentstatus，andthesignificanceofdigitalorthophotomapproductionmethodsaresummarizedandanalyzedin-depthexploration,precisioncontrol.AtthesametimetheproblemsintheprocessofthisstageproductionDOMandsolutions,provideareferenceforthefuturehairlong-termdevelopmentofthedigitalimagingapplications.
KEYWORDS DOM；ProductionMethods；QualityControl；ResearchSignificance
１绪论
随着科技的进步，人们的思想观念也慢慢发生着变化，人们对各个行业新技术的接触和研究也越来越广泛，当然对测绘行业也是如此。
人们在计算机方面和信息管理方面的科技化和数字化的成果也给测绘事业的发展增加了新鲜的血液。
传统的测绘工作内容也在不知不觉中发生着改变，测绘成果内容也逐渐丰富起来，生产的速度也不断改进，但是发展空间仍然存在，比如说尽快建立基础地理信息库，不断满足国民经济建设和社会发展要求。
在现代信息化的环境中，城市发展变化迅速，紧贴城市发展的需要数字影像信息产业迅速壮大，3S技术（遥感技术（Remotesensing，RS）、地理信息系统（Geographyinformationsystems，GIS）、全球定位系统（GlobalPositioningSystems，GPS））及4D产品（DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型）、DRG（数字栅格地图）、DLG（数字线划地图）不断发展和完善[1]，逐渐渗入到广大用户的生活和生产中。
使用ERDASIMAGINE的主题模块，对遥感影像进行几何校正和图像增强，图像融合等处理，最后生成带有空间地理位置信息的遥感影像，作为影像数据层输入GIS系统中，服务于人们的各种需要。
1.1数字正射影像的发展
早期数字正射影像的生产包括一下几个主要方面：
控制点的外业测量、空中三角加密测量、航空摄影、以及后期的DEM的生成和数字镶嵌。
在这些处理环节中，占用时间多、制作成本比较高的主要是外业控制测量和DEM的生成。
因此整体制作周期变长、难度加大。
这些都不能充分满足制作精度高、生产成本低，需求量大的用图需要。
并且，我国的一些地区，地理信息更新较快的，它的前期的测绘成果比较接近与当前建设用途的测绘工作。
因此研究如何提高生产效率，如何把前期的测绘成果应用到目前的数字正射影像的生产中去，是一个很有价值的研究方向。
目前国内已经普遍使用数码航摄，这样以来影像扫描的步骤大大减少，对原始影像的利用效率也会大大提高，同时也提高了影像的空间数学精度。
并且人们已经着手来提高数字正射影像的成图效率，所以在卫星遥感获取原始影像数据以后，就能够较快的制作出图，供社会经济建设使用，彻底改变以往的人工拼接方法。
由于国内外遥感卫星事业的快速发展，摄影测量和遥感成果也慢慢的应用到人们的生活中去，促使数字地图技术也有了大踏步前进。
尤其是高分辨率遥感卫星的发射，极大推动了遥感图像数据的利用，给批量生产高精度正射影像图带来了新的希望。
目前在首次的操作实验中，以部分省区为例，在较短的时间里批量制作出1：
50000、1：
100000分辨率高、影像质量好的系列影像图已经取得了圆满成功[2]，并且较好的应用到了城市规划建设中去。
通过首次使用，人们已经积累和掌握了一些高效制图技术。
所以利用不同的影像处理软件和不同的遥感数据源、快速制作数字正射影像的方法很快被应用。
现阶段快速制作数字正射影像的方法越来越多。
例如ERMapper或者ERDASIMAGINE等软件技术已经投入使用。
在生产作业中比较常用的数字摄影测量系统也有较大发展。
目前出现：
美国的DAMCS（DigitalAutomaticMapCompilationSystem），Helava的DPW（DigitalPhotogrammetryWorkstation），原德国Zeiss厂的PHODIS，我国原武汉测绘科技大学的VirtuoZo，中国测绘科学研究院的JX4等[3]。
随着生产数字正射影像制作方法的日臻成熟，正射影像图的应用已经深入到了生活的方方面面。
城市及区域规划、土覆盖制图、土地利用、地质和土壤制图、水资源、湿地制图、测绘（地形图的修补测及专题地图的制作）、农业、牧地、林业、自然环境评价和地类地形分析、生态学、城市虚拟景观的制作等方面都有所涵盖[4]。
1.2数字正射影像的特点
在遥感影像的成图过程中，由于受到多方面环境因素的局限和影响，影像与实际地物有一定的偏差，产生量一定的变形，严重的甚至影像失真。
根据专业测绘制图和地图制图的软件，对数字正射影像进行处理。
经过基本的几何和辐射方面的校正后，在进行图像融合和色调处理，最终消除来自各各方面的图形变形、距离误差等。
通过这些基本技术操作，得到包含有各种地理信息的数字正射影像地图。
因为是正射投影，所以能够很好地解决中心投影引起的各种变形问题，而且直观形象，所包含的信息量也大大增加，是各类遥感影像应用的可靠参考依据。
数字正射影像图的优点特点当然显而易见人们研究的目的当然是应用了。
较为充分的应用才能发挥数字正射影像图的最大价值，这样的研究工作才有意义。
首先，DOM与传统地形图相比的表层优势在于它的直观逼真。
由于采用摄影和遥感技术，消除了很多人为的误差，弥补了人们手工无法达到的精度和制作水准，并且信息量也大大增加，并且数据结构也美那么复杂，这就方便了人们利用过程中在较短时间内的判读与量测，数字正射影像的质量就提高了，且应用价值可观。
其次，DOM信息量丰富。
数字正射影像由于其制作特点，包含的信息丰富，人们可通过专业人士对航片的解读与分析，可分析出拍摄景观的实地地形信息和自然人文信息，方便人们对地形险要和遥远偏僻地区的研究和信息更新，为人们做好自然灾害的预防工作和城市规划建设提供可靠依据，这也是它吸引人们的原因之一。
1.3数字正射影像的研究意义
DOM最突出的特点就是集几何精度和影像特征与一身。
作为新一代的数字摄影测量产品，它拥有信息量大，内容丰富，直观真实，资料来源丰富等明显优势。
其中卫星遥感包括气象卫星、陆地卫星、海洋卫星和雷达卫星等对地观测，本身使用价值十分可观。
在日常工作中，快速获取的单幅或多幅影像数据都是卫星数字正射影像制作的可靠图像数据源。
随着科技日新月异的变化发展，“3S”技术也被注入了鲜活的血液，逐步进入到人们的生活中。
“3S”（GPS、GIS、RS）的集成应用技术以DOM为基础，发展前景十分广阔，卫星正射影像大规模的制作与应用，将会越来越多的进入人们生活，因此已经成为加快人们现代化信息建设必不可少的一员。
所以说利用卫星遥感资料制作卫星数字正射影像图（DOM）有着重要的利用价值。
简单的了解正射影像图的制作，进一步掌握数字正射影像的制作流程是本专业人员应该掌握一项基本技能。
随着测绘事业的发展，地理信息数据样式也越来越多，卫星数字正射影像就是其中最具潜力的一种。
既符合生产技术规范又满足建库标准，是对数字正射影像图最基本的要求。
由于生产中存在着多种不确定的影响，最终成图往往差强人意，所以人们还需要对其制作过程作深入详细了解，以应对各种突发状况的发生，尽量提高其影像质量，增强其最终使用性能。
数字正射影像图本身的质量如何将直接影响到最终的使用效果，因此，做好质量控制也很必要。
在制图过程中，影响出图质量的因素有很多。
其中最主要的是对影像的精度和色调质量两个方面的影响。
实地的测量方法、几何校正、数字高程模型点的精度，数据源的质量，图像的处理过程等都会对影像成果的整体质量产生影响。
这些影响因素密切相关。
因此要对制作过程严格把关，对制作成果的质量负责，所以研究意义重大。
2数字地图的简介
2.1数字地图的背景
在科学技术现代化和电子信息技术数字化的潮流中，传统的信息渠道如纸制的地图和一些零散的数字地图等已经不能满足人们日益剧增的应用要求。
在海、陆、空部队信息化和自动化的今天，高效能便捷的数字地图产品研究迫在眉睫。
各种范围的数字地图及各种各样的地图数据库和地理信息系统的建立也就随之而产生。
数字地图具有传统地图无法比拟的优势，在现在生活中地位无可替代。
首先，它信息更新技术方便了。
基于其数字形式的特点，对于图像地理信息的更改和增添处理能够在几秒钟内完成，技术手段易于掌握，大大缩短了地图制图的周期，避免了传统的制图修图的打印浪费。
通过与遥感影象、摄影像片等多种影像数据源的结合，增加地图的信息承载量，扩大使用范围。
最后，人们可以利用数字地图记录的信息，制作出其它地形图，如利用图中的等高线信息，通过测量和制作处理生成DEM，将地表起伏表现出来，直观立体地以数字形式表示出地形地貌。
这些功能和效果普通地图都是永远无法代替的。
我们知道，作为航空摄影测量的基础资料，航摄像片的质量对航空摄影测量准确度和精确度以及工作效率都有很大直接关系。
为了提高测量质量，卫星遥感影像被广泛应用于测绘生产中，并显示出了传统影像不具备的直观、可靠、信息丰富、可读性强等特点。
随着人们对生活的要求越来越高，产生了新的想法和追求，国际上出现了“数字地球”的概念和说法，信息化的浪潮使得信息化产品就成了人们追求的香饽饽，数字化地形图的孕育背景也就形成了。
2.2数字地图的分类
数字地图的分类方式较多，国际上惯用的分类方法有以下三种。
第一，按基准面来分。
在对地球的各种属性和特点的研究过程中，由于条件有限，人们默认采用一个与大地相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来最大限度的逼近地球的形状来满足人们的研究，人们称之为基准面。
它在测量测绘和地图制图中发挥着巨大作用。
参考椭球是指与地球上某一地区的大地水准面符合得最好的、方便人们进行地形划分和研究的旋转椭球。
例如我国常见的“北京54”坐标系、“西安80”坐标系以及WGS1984坐标系。
目前使用过程中的资料多以WGS1984坐标系为准[5]。
第二，按投影方式来分可以分。
高斯-克吕格投影（Gauss-Kruger）、通用横轴墨卡托投影（UniversalTransverseMercator）是按这种方法分的。
高斯-克吕格投影的分带形式有两种：
6度和3度。
其中，每一个分带都是一个独立的平面直角坐标网，在人们的地球研究和坐标换算中带来了方便。
将投中央经线和赤道投影后产生的的直线命名为X轴、Y轴。
因为计算中经度方向的坐标有可能出现负值的情形，人们默认从每个分带的中央经线向西500公里。
这两种投影可以进行坐标转换。
第三，按地图包含信息来分。
有数字线划地图（DLG）、数字栅格地图（DRG）、数字正射影像图（DOM）、数字高程模型图（DEM）和各种数字专题（专业或非专业）地图等。
DLG是对每幅经几何处理、图像校正等处理后的影像图，对其要素进行各种处理而形成的一种矢量化数据文件。
DRG是各种比例尺的纸质地形图和专业彩图的数字化产品。
DOM数据源精度较高，是取航空像片和高分辨率卫星遥感图像，以此进行相应的图像处理而得到的数据。
DEM是在特定投影平面上规则的空间水平间隔的高程值矩阵。
3正射影像图的制作原理
3.1正射影像制作的制作原理
经过扫描处理的数字化航空像片或遥感影像（单色或彩色），通过逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌等处理，按规定地图制图要求和图幅规范范围裁剪，加上公路里格网、图廓（内、外）修饰、标注，就形成了数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap，缩写DOM）。
数字正射影像图和我们通常所接触的地图不同，它是正射投影图，是对地面上的信息在影像图上真实客观的反映，并且所包含的信息丰富，可读性强。
航空摄影所得到的像片都是中心投影的，即所有的投射线均汇聚于相机的摄影中心。
由于航片不一定平行于地面，拍摄方向不断的发生变化，而且与地面之间存在一定的高差，航片与普通的地图不同也就表现出来了。
只要对航片进行几何纠正，也就和普通地图差别减小了。
在传统技术中，人们通过研究，制造一种叫作纠正仪的模拟仪器，来纠正存在几何变形和误差的航片。
在当今信息化有一定的发展，人们又有了最好的纠正工具：
基于DEM的影像纠正。
通过全数字摄影测量系统纠正所得到的影像便是正射影像图。
数字微分纠正与光学微分纠正一样，目的都是实现二维影像之间的几何转换。
在明确原始图像源和纠正后目标图像之间的几何关系后，开始进行数字徽分纠正。
徽分纠正可以分为两类点元素纠正和线元素纠正两类。
有时也有面元素纠正。
其中线元素微分纠正较为普遍。
它的最小纠正单元是很窄的缝隙。
这与数字影像不同，它的最基本的单元是像素，排列矩阵属于像元素排列。
因此，点元素微分纠正是数字影像的校正的首选方法。
能否真实地测定每个像元的物方坐标X、Y、Z的关键在于能否真正做到点元素微分纠正。
像元的物方坐标在生产中一般采用线性内插，此时数字纠正采用线元素纠正或面元素纠正。
3.2正射影像制作的制作要求
DOM本身是地图的一种，它具有所有地图的特点，包含几何精度和影像特征，含信息量丰富，常被用于背景控制信息，或从中提取自然资源和社会经济发展信息，为防灾治害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据等。
基于上述原因，有必要研究高精度高质量数字正射影像生产过程中的方法和技术特点，对生产出高质量数字正射影像图的生产技术与质量控制方法进行探讨。
就一般而言，制作过程的质量控制方面一般需要满足：
（1）影像中植被信息必须齐全，直方图（0-255个灰阶）没有灰阶信息缺失情况。
（2）色调要柔和，纹理要清楚，细节要明显。
（3）整体色调应基本一致，反差适中，植被信息的色调能够真实辨别。
（4）影像采用无缝镶嵌，避免影像的错位和色彩突变。
（5）对影像进行图像融合处理。
融合过程用主成分变换方法，对分辨率低的多波段上数字影像（含红、绿、蓝或近红外波段）与高分辨率的全色波段数字影像进行处理。
突出植被信息[7]。
为确保制图成果的使用性，数字正射影像精度和质量两方面都要加以控制。
首先，可以采用对空三加密成果及纠正用DEM的精度进行控制，以保证位置精度满足要求。
而对于最终的DOM位置精度检测，要根据不同的精度要求，用实测或叠图的方法来检查。
影像质量方面，从原始影像扫描到得到DOM，质量控制需要贯穿制图整个过程。
最终通过建立客观的量化标准，客观地对影像质量的检查。
所以，随着计算机技术的进一步发展，DOM必将更加深入、更加广泛的运用到各行各业。
而各个行业对DOM的运用方式有所不同，从而对DOM质量的关注焦点也会有差异，因此，应在总体原则控制下不断探索出不同应用领域的质量控制细则以及生产数字正射影像图的新技术、新方法。
4数字正射影像的制作
数字正射影像一般是利用航摄或卫星遥感获取的，本身具有较高分辨率，有全色影像和多光谱影像两种。
一般情况下经过航摄相片的几何纠正及相应的图像处理后，传感器倾斜、地球曲率、地形起伏等引起的畸变得到处理，最终影像就能成为质量合格的影像数据供人们使用。
所以概括它的基本制作内容主要有数字栅格地图的制作、遥感影像的几何精纠正与配准、影像融合、影像镶嵌、附加信息整饰、质量检查等。
在制作方法上，数字正射影像图的纠正方法有两种：
非基于DEM的纠正方法和基于DEM的纠正方法。
前者与光学纠正仪的原理一样，只是操作的过程移植到计算机上，所处理的对象变成了数字影像而已，用这种方法进行生产，操作简单、速度快，但精度不高，而且只能用来做平地的正射影像图，不能满足有起伏的地区的需要[13]。
而基于DEM的纠正又分为两种方法，一是单片数字微分纠正，一是全数字摄影测量系统[8]。
二者在应用中有差别：
（1）单片数字微分纠正的操作简单、制作速度快且成本不高。
它能在充分利用已有的数据的基础上，充分利用已有成果，能够大大提高了作业效率。
因此DOM的生产作业方法在某地区范围的DEM生产完成后会被化简，只进行影像数据更新即可。
（2）全数字摄影测量系统集影像数据的获取存贮处理成果输出等为一体，自动化程度好生产效率高、功能齐全、成果满足多样信息数字化的要求、成果可视性良好。
尤其是能够达到直线较高精度的全自动化一体匹配的效果，受到人们的广泛青睐。
（3）前者由系统自身生成DEM，通过进行相应几何纠正得到数字正射影像图。
而后者是根据外部资料查询获得DEM，进行纠正得到DOM。
使用过程中，根据不同项目的需求仔细斟酌，考虑应用范围成本要求等因素生成DOM。
如果地形图已经满足高精度用户的需要，就不必为了更高精度而是成本增加。
这个过程应满足接边和出图质量的要求，通过合适的制作方法最快制作出图，及时反映地表现状。
了解了它们各自的这些特点，再制作过程中的就减少了基于不同情况的制作方法选择和最终的使用的盲目性，有利于提高正射影像的制作效率和应用价值。
就目前来看，DEM还没有覆盖大部分区域，因此很多生产单位都使用全数字摄影测量方法。
如果某个测区已经有DEM数据，即可以使用单片纠正的方法。
现在国际上有很多种制作正射影像图的软件，ERDAS软件制作正射影像图是其中常见的一种，今天我们主要介绍用这种方法来制作正射影像图，并详细研究它的质量控制方面的主要技术以，以增大成果的使用性。
4.1ERDASIMAGINE软件的介绍
ERDASIMAGINE是美国研发的一款测绘工程行业中比较成熟的专业遥感处理与地理信息系统图像处理软件。
它最突出的模块化，分块化的优点使它在制作正射影像的众多软件中脱颖而出。
它根据不同的处理功能自身模块化，可最大限度地满足用户的专业应用要求，也使制作过程便捷了不少。
详细来说，这款软件是基于Windows的综合测量软件包。
它的主要图像处理模块是OrthoBASE。
人们可以使用它处理源自不同型号的相机及测量传感器的图像数据，实现高精度的三角测量和正射影像的几何校正等技术型操作方便了不少。
与传统的三角测量正射校正相比有明显的优势。
本文就是采用该模块进行数字正射影像的制作。
4.2正射影像图制作流程
数字正射影像图的控制资料主要有数字栅格地形图高精度外业控制点。
通过对卫星数据的处理和合乎标准规格的图幅整饰，形成满足要求的数字正射影像。
制作流程如图4-1：
图4-1数字正射影像制作的流程图
4.3正射影像的制作步骤
4.3.1准备工作
数字正射影像图制作的准备内容涉及制作的全过程，包括参考源的准备、卫星影像的收集、卫星参数的获取。
对研究区域的地形、地貌的调查，用来确定纠正模型的选择、保证纠正控制点的选择有较高的精度，满足最终影像的精度。
4.3.1.1纠正参考源的准备
收集研究区域的各种相关的控制点坐标、地形图，同时还要对研究区域进行实地踏勘，获取当地的地理、文化、交通、气象等对遥感影像获取有影响的的信息，这些信息都是影响正射影像图质量的最原始的因素，是正射影像图制作过程中
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