文件VirtuoZo七步教学手册.docx
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文件VirtuoZo七步教学手册
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全数字摄影测量系统（VirtuoZo）
七步教学手册
全数字摄影测量系统（VirtuoZo）是适普软件有限公司与武汉大学遥感学院共同研制的全数字摄影测量系统，属世界同类产品的五大名牌之一。
全数字摄影测量系统是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。
全数字摄影测量系统（VirtuoZo）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。
我们在对全数字摄影测量系统（VirtuoZo）的使用中，摸索和总结出一套基本使用的作业流程，效果较好。
该作业流程包括：
数据准备、参数设置、定向、核线采集与匹配、DEM与DOM以及等高线生成、数字化测图、拼接与出图等七个步骤。
一、数字摄影测量数据准备
数字摄影测量所需资料
相机参数：
应该提供相机主点理论坐标X0、Y0，相机焦距f0，框标距或框标点标
控制资料：
外业控制点成果及相对应的控制点位图
航片扫描数据：
符合VirtuoZo图像格式及成图要求扫描分辨率的扫描影像数据。
VirtuoZo可接受多种图像格式：
如TIFF、BMP、JPG等。
一般选TIFF格式。
数据准备工作具体过程如下图所示：
具体操作如下：
（以光盘中的hammer数据为例）
检查原始数据，我们可以看到数据包括6张影像文件（tiff文件）、控制点文件（ctl文件）、相机检校文件（cmr文件）、各个控制点点位图以及一个数据说明文件，里面给出了数据处理所必须的测区信息。
我们分析得到，测区有两条航带，每条航带3张影像，示意图如下：
图2航带1
图3航带2
二、建立测区与模型的参数设置
要建立测区与模型，VirtuoZo系统要设置很多参数，这些参数需要在参数设置界面上逐一设置。
如测区（Block）参数、模型参数、影像参数、相机参数、控制点参数、地面高程模型（DEM）参数、正射影像参数和等高线参数等。
其中有些参数在VirtuoZo系统中有其固有的数据格式，需要按照VirtuoZo规定的格式进行填写，如相机参数、控制点参数等。
建立测区与模型、设置参数的简易过程如图4所示
具体操作如下：
数据准备完善后，加入VIrtuoZo主界面，首先要新建一个测区，通过文件－打开测区，我们可以新建一个名为hammer的测区，系统默认后缀名为blk，默认保存在系统盘下的Virlog文件夹里。
这个blk文件其实只是个索引文件，它最终指向的是测区设置里面的测区主目录文件夹。
建立好blk文件之后，系统会自动弹出设置测区的对话框，我们按照原始数据提供的信息，相应填写该对话框，填写好之后保存退出。
如图所示：
图5设置相机检校文件、控制点文件
加入设置－相机文件，找到刚才在设置测区对话框中新建的相机检校文件，双击加入参数设置界面，相机参数可以直接通过输入按钮，输入原始数据里面已有的cmr文件。
编辑界面如图所示：
图6相机检校参数设置界面
加入设置－地面控制点，可以逐点输入控制点文件，或者直接通过输入按钮，直接读取一个控制点文件，如图所示：
图7地面控制点设置窗口
参数设置完成之后，还需要对影像文件进行转换，将各种影像文件转换成VirtuoZo支持的VZ格式的影像。
加入文件－引入－影像文件，加入输入影像对话框，通过增加按钮，将所要处理的原始影像引入对话框，由于飞机是循环飞行进行拍摄的，第二条航带的影像的相机文件需要进行旋转。
具体操作：
选中第二条航带的3张影像，点选项按钮，在弹出的对话框中将相机旋转后面的选项选择是，确认之后即可看到需要进行相机旋转的影像前有一个红色旋转的符号。
然后我们填写正确的像素大小，该像素大小需要在原始数据里面给出，如果没有提供该数据，可以输入－1，系统会自动读取原始影像的头文件，然后给出一个像素大小。
参数设置完成之后点处理，影像开始进行转换，转换成的VZ影像将放在测区主目录下的images文件夹里面，每生成一个VZ影像，程序还会为该影像对应一个影像参数文件，后缀名为*.spt。
如下图所示：
图8影像转换对话框
影像转换完成之后，开始进行模型的设置，现以157和156两张影像为例，介绍模型的创建过程：
通过文件－打开模型，可以建立一个新模型，命名为157-156，默认后缀名为mdl，建立好157-156模型后，程序自动弹出模型参数设置对话框，按照该模型的基本情况设置该对话框，主要设置左、右影像，其它可按程序默认参数设置，之后保存退出。
如图所示：
图9设置模型参数对话框
同样的操作，可以把156-155、164-165、165-166这三个模型都创建好，完成所有模型的参数设置。
三、航片的内定向、相对定向与绝对定向
图10定向示意图
内定向：
建立影像扫描坐标与像点坐标的转换关系，求取转换参数；VirtuoZo可自动识别框标点，自动完成扫描坐标系与相片坐标系间变换参数的计算，自动完成相片内定向，并提供人机交互处理功能，方便人工调整光标切准框标。
相对定向：
通过量取模型的同名像点，解算两相邻影像的相对位置关系；VituoZo利用二维相关，自动识别左、右像片上的同名点，一般可匹配数十至数百个同名点，自动进行相对定向。
并可利用人机交互功能，人工对误差大的定向点进行删除或调整同名点点位，使之符合精度要求。
绝对定向：
通过量取地面控制点或内业加密点对应的像点坐标，解算模型的外方位元素，将模型纳入到大地坐标系中；①人工定位控制点进行绝对定向。
相对定向完成后（即自动匹配完成后），由人工在左、右像片上确定控制点点位，并用微调按钮进行精确定位，输入相应控制点点名。
每个像对至少需要三个控制点，一般为六个。
定位完本像对所有的控制点后，即可进行绝对定向。
②利用加密成果进行绝对定向。
VirtuoZo可利用加密成果直接进行绝对定向，将加密成果中控制点的像点坐标按照相对定向像点坐标的坐标格式拷贝到相对定向的坐标文件（*.pcf）中,执行绝对定向命令，完成绝对定向，恢复空间立体模型。
定向过程如图11所示。
注：
以上虚线框内容表示为可选操作，若用户在做完上步操作时已达到要求时，则可跳过不做虚线框中的操作，直接加入到下步操作。
具体操作：
1．内定向作业流程：
a）调用内定向程序（处理－定向－内定向），建立框标模板（若模板已建立，则加入左影像的内定向）；
图12建立框标模版界面
不同型号的相机有着不同的框标模板。
一般一个测区使用同一相机摄影，所以只需在测区内选择一个模型建立框标模板并进行内定向，其他模型不再需要重新建立框标模板，即可直接进行内定向处理。
若一个测区中存在着使用多个相机的情况，则需要在当前测区目录中建立多个相机参数文件，在做内定向处理时，系统会自动建立多个框标模板。
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。
b）左影像内定向；
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。
图13内定向窗口
c）右影像内定向；
与左影像内定向相似，进行右影像的内定向
d）退出内定向程序模块；
注意：
对于已做过内定向处理的模型，当在VirtuoZo标准版界面上单击处理→模型定向→内定向菜单项时，系统会弹出上次的内定向处理结果并询问是否重新进行内定向处理，如下图所示：
图14
若对此结果满意，则单击否按钮退出内定向。
如果对结果不满意，则单击是按钮重新进行内定向处理。
这种情况很常见，比如我们进行模型157-156内定向的时候，完成了影像157和156的内定向工作，当进行156-155模型内定向的时候，156影像将会弹出类似的对话框询问是否重新量侧。
2．相对定向作业流程：
a）调用相对定程序（处理－定向－相对定向）
图15相对定向界面
b）量测同名点（一般在对非量测相机获取的影像进行相对定向时进行此项操作）。
对于非量测相机获取的影像对，由于左右影像重叠区域的投影变形较大，在自动相对定向之前一般要量测1对同名点（点位应选在左、右影像重叠部分左上角位置的附近）。
若当前模型的影像质量比较差，则需量测3～5对同名点（点位均匀分布），以保证可靠地完成自动相对定向。
对于航空影像，一般不需要这一操作，可直接进行自动相对定向。
手工量测同名点：
首先确认鼠标右键菜单选项菜单项下的子菜单项全都处于未选中状态，然后分别量测同名点的左、右像点坐标。
分别在左右两张影像上找到同名点，先点取左影像的同名点，在同名点位置点击鼠标左键，此时系统弹出像点量测窗，放大显示该点点位及其周边的原始影像。
然后精确调整点位，也可以通过右边的微调按钮进行调节。
同样，右影像的操作也这样进行。
当在左右影像上找到一对同名点时，程序弹出输入点号对话框，输入点号并确认，完成量侧一对同名点的操作。
c）进行自动相对定向：
如上图所示，在相对定向界面点鼠标右键，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）。
d）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。
我们可以根据实际情况进行调整或者删除，对于点位有偏差的点，我们可以同右边的微调按钮进行响应的调整，而对于一些匹配错误的点，比如某些点匹配到地物的影子上，这些点是需要进行删除的。
3．绝对定向作业流程：
a）在相对定向界面里面量侧控制点，方法与量侧同名点类似，只是在输入点号的时候，需要输入与控制点文件相对应的点号，在影像上，控制点是显示为黄色的大十字丝。
当量测三个控制点后（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。
b）进入普通方式的绝对定向（在相对定向界面点击鼠标右键，选择绝对定向－普通方式），程序进行绝对定向计算，我们可以得到如下图所示的界面：
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，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16绝对定向
c）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：
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。
立体影像微调（必须在支持立体显示的计算机上才可以用此功能）
选中另一个需调整的点，进行微调。
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
4．同名核线影像的采集与匹配
非水平核线：
非水平核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
水平核线：
水平核重采样使用了绝对定向结果，将核线置平
两种核线的区别：
非水平核重采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，因此当原始影像发生倾斜时，核线影像也会发生同样的倾斜，而水平核线避免这个倾斜情况。
两种不同的核线形式匹配结果是迥然不同的，在实际作业时，一定要保证每个作业步骤使用都是同一种核线影像。
（建议一个测区都使用一种采样方式）
影像匹配：
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。
生成核线影像。
完成了模型的相对定向后就可生成非水平核线影像，但是要生成水平核线影像必须先完成模型的绝对定向。
核线影像的范围可由人工确定，也可由系统自动生成最大作业区。
影像按同名核线影像进行重新排列，形成按核线方向排列的核线影像。
以后的处理，如影像匹配、等高线编辑等，都将在核线影像上进行。
影像匹配。
按照参数设置确定的匹配窗口大小和匹配间隔，沿核线进行影像匹配,确定同名点。
计算机进行自动匹配的过程中，有些特殊地物或地形匹配可能会出现错误，比如：
影像中大片纹理不清晰的区域或没有明显特征的区域。
如：
湖泊、沙漠和雪山等区域可能会出现大片匹配不好的点，需要对其进行手工编辑；由于影像被遮盖和阴影等原因，使得匹配点不在正确的位置上，需要对其进行手工编辑；城市中的人工建筑物，山区中的树林等影像，它们的匹配点不是地面上的点，而是地物表面上的点，需要对其进行手工编辑；大面积平地、沟渠和比较破碎的地貌等区域的影像，需要对其进行手工编辑。
匹配结果会影响以后生成的DEM的质量，所以进行匹配结果编辑是很有必要的，实习过程如图17所示。
具体操作：
A生成核线影像
a）定义一个作业区
在相对定向界面点击鼠标右键，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，然后用鼠标在影像上拖出一个作业区域，作业区用绿色的线条显示其边框。
（注意保证自定义区域内都有影像，即不超过最大作业区）
也可以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。
b）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。
c）退出
单击鼠标右键弹出菜单，进行保存，选择退出
B影像匹配
a）匹配预处理
（1）点击处理－匹配预处理，进入匹配预处理模块，利用该模块，用户可以打开有待自动匹配的模型，并在模型中加测一些特征点、特征线和特征面以辅助系统进行自动匹配，从而获得更好的匹配结果，大大减少对匹配结果编辑的工作量。
（2）在匹配预处理窗口中单击文件－打开模型菜单项，在系统弹出的打开模型对话框中选择需要进行匹配预处理的立体模型文件（*.mdl或*.ste），然后单击打开按钮打开一个模型；
通过立体显示按钮
，我们可以通过立体眼镜观察立体显示，从而使测标切准地面，进行（3）我们根据地物的不同，选择不同的特征表现方式
从左导右分别为特征点、特征线、特征面。
对于一些特殊地形的数据，如：
山脊、沟谷、黑影遮盖区、大片居民区或水域等地区的影像，仅仅依靠系统的自动匹配，可能得到的匹配结果很差，会大大增加匹配结果编辑的工作量。
这就需要在匹配预处理里面利用特征点、线、面，切准地形，绘制相应的特征文件，在程序进行自动影像匹配的过程中，参与影像匹配并干预匹配结果。
（4）保存匹配预处理结果，退出
图18匹配预处理界面
b）影像匹配
影像匹配的过程是全自动的，点击处理－影像匹配，程序自动完成该操作
c）匹配结果编辑
（1）单击处理－匹配结果编辑，进入匹配结果编辑界面。
（2）对一些容易出现匹配错误的地物，选择相应的编辑方式进行编辑，使匹配点切准地面。
我们在编辑窗口点鼠标右键，可以看到很多设置，为了方便观察匹配有问题的区域，我们可以利用等高线的分布去检查，我们选择等高线设置，设置一个合适的等高距和等高线的颜色，这样我们就可以根据等高线的走向来检查匹配点是否正确。
当发现有匹配错误的时候，我们首先要选择这个区域，选择的方式有很多，可以用鼠标拖动一个矩形框进行矩形选取，也可以点鼠标右键的开始定义作业区（或点空格键），然后依次点击鼠标左键，待选择完成后，点鼠标右键的结束定义作业区（或点空格键），选取完成。
区域选好之后，该区域的匹配点处于选中状态，我们就可以运用左边的编辑工具进行相应的编辑工作了。
（3）一般需要编辑的情况有以下几种：
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。
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。
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。
大面积平地、沟渠及比较破碎的地貌需要进行编辑。
图19匹配结果编辑界面
五、DEM、DOM与等高线等数字产品的生成
数字地面高程模型（DEM）：
数字地面（高程）模型（DigitalElevationModel）；
数字正射影像（DOM）：
数字正射影像模型（DigitalOrtho-ImageModel）；
VirtuoZo系统根据影像匹配后产生的视差数据、定向处理后得到的结果参数以及用户为建立DEM所定义的参数等，自动建立DEM。
VirtuoZo提供两种生成数字地面高程模型的方法。
（1）直接利用编辑好的匹配结果生成地面高程模型，如图20所示。
（2）进入DEMMaker模块，利用特征点、线、面构成三角网，内插生成DEM，如图21所示。
数字地面高程模型（DEM）是制作正射影像的基础。
当DEM建立后，既可自动内插生成相应的等高线影像。
也可以进行正射影像（DOM）的生成，利用上面生成的单模型的DEM生成该模型的正射影像。
具体操作：
1.生成DEM
在系统主菜单中，选择产品-生成DEM-DEM生成项，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。
2.查看DEM
单模型透视景观：
建立数字地面模型后，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数字地面模型，如图所示：
图22DEM显示
3.生成单模型的正射影像
在系统主菜单中，选择产品-生成正射影像项，自动制作当前模型的正射影像，屏幕显示计算提示界面，计算完毕后，自动生成当前模型的正射影像。
可以通过显示-正射影像，查看生成的正射影像
4．生成等高线
在系统主菜单中，选择产品-生成等高线项，自动制作当前模型的等高线。
可以通过显示-等高线影像，查看生成的等高线。
上面操作生成的DEM，正射影像，等高线文件均保存在相应模型的模型文件夹的product文件夹下。
格式如下表所示：
产品
对应的后缀名
DEM
*.dem
正射影像
*.orl
等高线
*.cnt
5．使用DEMMaker生成DEM
a）数据准备，调用DEMMaker，运行主界面下的产品－生成DEM－DEM制作，调用DEMMaker界面，如下图所示：
图23DEMMaker界面
b）装在立体模型，运行菜单装载－立体模型，选择相应的模型装载到DEMMaker里。
c）量测地物，编辑特征文件。
d）引入第三方DEM（即由非DEMMaker模块生成的DEM文件）或利用自动匹配的结果所生成的DEM。
e）自动匹配效果不好时，可加测部分特征地物，进行局部匹配。
f）其他区域可用三角网直接内插DEM格网。
g）编辑DEM格网点。
h）生成该区域的DEM。
i）退出DEMMaker模块。
六、基于立体影像的数字化测图（IGS数字测图）
交互式数字影像测图系统（InteractiveGraphicsSystem，IGS）是利用计算机代替解析测图仪、用数字影像代替模拟像片、用数字光标代替光学光标，直接在计算机上进行数字化测图的作业方法。
在立体或正射影像上进行地物数据采集和编辑，生成数字测图文件（*.xyz），在匹配预处理中被叠加到了立体影像上，然后参与影像匹配，设置作业环境，就可进行地物量测和图素编辑等。
测图方式如图24所示。
图25IGS测图的基本流程
在VirtuoZo的IGS数字化测图系统中，通过在立体模型影像上的矢量测图和坐标范围设定等操作，可生成数字线化图（DLG）。
在其图廓整饰环境中，载入相应的矢量文件、正射影像，设定相应的图廓参数，即可生成数字栅格图（DRG）。
具体操作如下：
1．进入IGS测图界面
单击测图－IGS数字化测图，进入IGS界面，如下图所示：
图26IGS主程序界面
2．新建一个矢量文件（*.xyz文件）。
点击文件－新建XYZ文件，设置相应的参数和坐标范围，如下图所示：
图27参数设置界面
3．装载相应的立体模型：
建立好矢量文件之后，点击装载－立体模型，现在在ＩＧＳ打开了矢量窗口和立体模型窗口两个窗口，我们通过窗口－横向排列，可以得到下图所示的界面：
图28立体窗口和矢量窗口横向排列显示
4．选择相应的地物符号，进行地物的绘制。
七、多个模型的拼接、成果图输出
一个测区不只有一个模型，它可能是有很多模型组成的，前六部分的处理均是单模型处理，我们可以得到每个模型的DEM、DOM、等高线等成果。
要得到整个测区的成果数据，还需要进行拼接操作。
（如图29）。
具体操作如下：
1．设置拼接区域及参数
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，如下图所示：
图30拼接设置窗口
在拼接选项栏里面选择要拼接的产品，现在需要进行拼接的模型以及拼接的范围，最后确定生成拼接成果的名称和存放路径。
参数设置完成后确定，关闭对话框。
2．拼接区域的多模型DEM拼接
参数设置好之后，我们就可以进行DEM的拼接以及正射影像等产品的拼接，选择菜单镶嵌－DEM拼接项，完成DEM的拼接，并生成拼接报告，如图所示：
图31DEM拼接精度报告
3．检查DEM的拼接误差
我们通过上图所示的DEM拼接精度可以很直观的看出来哪些地方拼接出现了问题，从而可以返回到匹配编辑对这部分进行处理。
4．拼接区域内的正射影像镶嵌
选择菜单镶嵌－自动镶嵌，程序将完成在镶嵌设置拼接选项里面勾选的产品，均放到拼接设置的产品目录里。
5．显示全区域的正射影像，检查是否有拼接缝隙等误差。
进入主程序显示－显示影像，打开刚才生成的多模型的正射影像进行查看。
6．矢量数据接边
通过以上介绍的七步操作，基本完成VirtuoZo系统的操作生产过程
全数字摄影测量系统（VirtuoZo）是一套较成熟的软件系统，目前已在各个领域广泛应用，以上介绍的七步教学法能使初学者更容易理解和学习，快速掌握本系统的基本功能以及4D数据等主要产品的制作过程。
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