无人机管家推出传统正射制作必备工具

真正射（TDOM）是基于数字表面模型（DSM），采用数字微分纠正技术，将中心投影获取的影像转换为正射投影影像，从而保证影像上每点都是完全垂直视角的影像处理技术，但鉴于当前真正射的技术限制，其建筑物边缘常存在纹理不够完整的现象，因此，传统正射技术依旧是正射影像（DOM）生产主流技术手段。为了满足用户此类作业方式需要，无人机管家测量版于2019年1月25日发布的最新版本新增了传统正射的解决方案，提供了DEM滤波提取、单片正射纠正、镶嵌成图、DEM编辑、镶嵌线编辑等传统正射制作必备工具，至此，飞马无人机管家专业版已具备全自动的快拼、空三、控制点量测、DOM、TDOM、DSM、2.5D及3D模型成果输出功能，可以满足用户全方位的数据获取及生产需求。

传统正射处理界面

一、飞马传统正射解决方案特点

1、良好的数据兼容性，既支持飞马无人机的影像处理，也支持第三方获取的影像数据处理。

2、一键式自动空三算法，支持高精度GPS联合平差和相机自检校，适应各种地形的影像处理。

3、快速稳健的密集匹配算法，密集匹配模块采用了基于影像金字塔技术的改进半全局匹配算法，一方面通过匹配结果的逐层传递，保证了匹配的稳定性，另一方面，GPU并行计算的引入极大地提高了算法的运行效率。

4、DEM提取的高效性，基于DSM成果直接进行DEM滤波提取，相较于点云滤波提取，迭代次数少，效率更高。

5、DEM编辑工具的多样性，提供多种DEM编辑工具，如DEM平滑，DEM内插，DEM整体升降，满足DEM编辑不同需求。支持DOM、等高线为参考的DEM编辑模式，可实时更新DOM，查看DEM编辑效果。

6、智能化镶嵌线提取技术，采用了改进的“动态规划”镶嵌线寻址算法，使得提取的镶嵌线能够自动识别相邻影像重叠区域的弱纹理区、阴影区，可以有效绕过建筑物，大幅减少由于投影差引起的错位现象。

二、作业方案

基于无人机管家进行传统正射的作业流程如下：

传统正射作业流程

1、空三处理

无人机管家支持基于高精度GPS的免像控模式，PPK+控制点及仅控制点的三种空三模式，可满足各种数据的处理需求。空三满足精度后，则可进入下一步操作。此次案例数据为D200正射飞行数据，基于差分解算的高精度GPS，按照免像控模式进行空三处理。

无人机管家空三模式

免像控空三处理

2、DSM生成

空三完成后，经密集匹配、点云栅格化生成DSM成果。具体步骤如下：

（1）DSM的输出设置

由于无人机管家的DOM和DSM的成果输出路径为同一界面设置，因此首先设置DOM的输出分辨率及成果输出路径，则DSM默认分辨率为DOM分辨率的2倍，输出路径为DOM设置路径。

DOM/DSM分辨率设置界面

（2）一键生成DSM

选择“传统正射”→“DSM生成”，软件一键式输出DSM成果。

DSM生成工具

DSM成果

3、DEM提取

基于DSM成果直接进行DEM的滤波提取，去除建筑物、树木等非地形数据，步骤如下：

（1）点击“DEM提取”，设置DSM路径和提取出来的DEM成果存放路径。

（2）输入建筑最大长度和高度，具体建筑尺寸可在DSM中量取获得；也可以根据现场实际预估建筑物尺寸。点击“确定”开始DEM提取。

提取DEM参数设置

处理完成后，DSM中的大部分地物会被自动过滤，获得真实地形数据。而对于算法自动滤除不掉的地物，则可进入DEM编辑工具直接进行编辑处理。

提取的DEM文件

DEM成果与DSM成果对比

4、正射纠正

基于DEM进行单片正射纠正，软件同时进行镶嵌线计算，自动避让建筑物，寻找最佳镶嵌线位置。具体步骤如下：

（1）点击“正射纠正”，镶嵌线算法默认为“镶嵌线避让”，指定提取的DEM文件。点击“确定”，进行单片正射纠正和镶嵌线生成。

正射纠正

（2）在成果输出的工作路径下会自动生成一个fm_tmp文件夹，该文件夹下包含生成的单幅正射影像以及镶嵌线等附属文件。

单幅正射影像及镶嵌线

生成文件说明：

.bdr影像有效矢量边界飞马内部格式

.dxf 影像有效矢量边界文件 

.jpg单片正射纠正影像

.jpw单片正射纠正影像地理坐标

.msk和_.msk.tif是有效边界的栅格格式

.sem是镶嵌线信息文件

.tif和.tfw是镶嵌模板文件

.tmp是用于影像加速的相关文件

5、DEM编辑

传统正射数据处理中，建筑物、道路等变形、扭曲、错位是常遇到的问题，一般通过以下方式解决：①通过编辑DEM解决建筑变形、扭曲问题；②编辑镶嵌线解决建筑等错位问题，如果这些仍然不能解决，则需要通过PS等图像处理工具解决。

飞马无人机管家的DEM_DOM编辑模块具备DEM编辑、镶嵌线编辑、镶嵌成果输出三个功能，可同时进行DEM编辑和镶嵌线编辑，软件提供各种交互编辑工具，并支持快捷键操作（快捷键可通过光标长时间停留在功能键上显示），可快速完成交互编辑，提高传统正射生成效率。

DEM编辑和镶嵌线编辑没有一定的编辑顺序要求，一般可先解决DEM导致的问题，再进行镶嵌线编辑，也可先镶嵌线编辑再DEM编辑，还可二者同时进行。这里首先讲述DEM编辑的作业流程。

DEM编辑流程

（1）发现问题区域

DEM问题区域的发现可通过以下几种方式：

1）DOM参考

显示基于DEM的纠正影像，浏览检查由DEM问题导致的DOM扭曲变形区域。

显示设置：视图→分块显示影像→单击所要选择影像的区域→框选矩形→勾选显示.

显示DOM设置

DEM问题区域

2）DEM渲染显示

设置DEM不同渲染方式，检查易产生DOM扭曲的区域，一般建筑物区域，道路区域可重点关注，或者DEM高程起伏较大区域。

DEM渲染设置：视图→DEM默认情况下会显示彩色DEM；视图→DEM→关闭彩色DEM，则会显示灰度DEM。

彩色DEM

灰度DEM

3）等高线参考

可将等高线与DOM叠加显示，对于等高线穿建筑物的区域可重点检查是否有扭曲变形问题。

等高线参考

（2）DEM编辑

对于有问题的区域，采用DEM编辑工具进行交互处理，且编辑的同时可实时查看编辑后DOM效果。

注意：在DEM编辑时，所有的操作将会覆盖原有的DEM。因此在作业前，务必备份原始DEM。备份方法：文件→备份DEM→选择一个单独文件夹备份。

备份DEM

1）滤除地物工具

根据DEM选择边界的高程内插DEM，适用于大范围DEM编辑，如密集建筑区域或较大地物。

点击“滤除地物”，在DEM中找到需要清除的地物，左键多边形选择该地物，双击结束绘制多边形绘制，软件进行自动内插生成新的DEM信息。

滤除地物范围

滤除地物效果

2）橡皮擦工具

局部DEM平滑工具，适用于小范围DEM编辑，如接近真实地形，但是有微小起伏的区域或者微小地物去除。

点击“橡皮擦”，鼠标左键进行清除地物，可迭代使用。

DEM问题区域

橡皮擦清除效果

另橡皮擦大小可设置，设置→滤波参数→橡皮擦大小。

橡皮擦设置

3）DEM编辑效果查看

DEM编辑时，可快速查看DOM纠正效果，由DOM纠正效果评判DEM编辑是否合适。

A、自动刷新影像

完成DEM的同时，完成该区域DOM的实时更新。在DEM编辑时，在“设置”里面将“自动刷新影像”设置为启动状态（软件默认为启动状态）即可。且刷新后的DEM编辑范围将以蓝框显示。

自动刷新影像开启设置

DEM编辑前DOM

DEM编辑后DOM

B、刷新影像

而对于橡皮擦工具来说。由于存在迭代使用的情况，若实时刷新影像，则会出现刷新迟钝或者卡死的现象。因此橡皮擦工具使用时，实时刷新工具建议设置为关闭状态。此时DEM编辑范围的显示状态为红框，即已做过编辑，但未更新影像。

DEM编辑（未刷新影像）

若编辑完成后，需要查看DOM编辑效果时，则可通过“刷新影像”，软件即会针对当前视图中编辑过的DEM区域进行纠正更新DOM显示，此时DEM的编辑状态将显示为蓝框。

DEM编辑状态（刷新影像）

（3）纠正更新

DEM编辑完成后，须使用纠正更新，将DEM编辑过的区域重新进行单片纠正，保证最后镶嵌成图使用编辑后的正射影像进行。点击编辑→纠正更新即可。

纠正更新处理

6、镶嵌线编辑

镶嵌成图是将多个单片正射纠正影像拼接成一个整体图的过程，镶嵌线即为单张影像在成图中所选用的影像范围。一般来说，镶嵌线应避免穿过建筑物等带有投影差的地物，以免其拼接产生错位变形等问题。无人机管家的镶嵌线避让算法可以绕开大部分带有投影差的地物，但依然存在镶嵌线穿过建筑物、围墙等导致错位的现象，因此需要编辑镶嵌线，使其尽可能落在弱纹理区域。其作业流程如下：

（1）分块显示数据

在数据量很大时，加载全部影像，会影响操作的流畅度，因此为了快速浏览，管家采用分块显示的策略：先显示局部区域影像进行编辑，完成后再切换另一块区域的影像进行编辑。显示方式:视图→分块显示影像→单击所要选择影像的区域→框选矩形→勾选显示。

分块显示数据

（2）发现问题区域

检查DOM图像上是否存在扭曲变形等问题，对于有问题的区域检查是否因镶嵌线穿过导致变形，若是，则进行镶嵌线编辑，若无，则需要判断是否有DEM等其他原因导致。而有些区域虽然镶嵌线穿过，若未导致图面问题，也可不进行编辑。

镶嵌线绕过房屋

镶嵌线穿过房屋

（3）镶嵌线编辑

对于镶嵌线穿过建筑物导致错位的问题需要进行编辑，无人机管家的镶嵌线为一系列的闭合多边形组成，每个多边形隶属于一个影像，也就是镶嵌成图时所使用的影像部分。无人机管家的相邻多边形一定隶属于不同的影像，但可能会存在多个多边形属于同一张影像。因此编辑的时候，需要判断建筑物主体部分落在那个影像上，再修改镶嵌线路径使其该建筑物整体都被包含在该影像的多边形内，编辑的同时需要参考该影像的有效区域（影像的实际图像部分，不包括背景），超出则不能使用，则应再切换其他影像编辑。具体步骤如下：

1）从下图可以看出黄色矩形框内的蓝色建筑物被镶嵌线穿过，镶嵌线两边分别是影像1和影像2的部分，蓝色建筑物的主体大部分都落在影像1范围内，一般应该修改镶嵌线让成图取影像1部分。激活“镶嵌线编辑”，单击所在影像区域内部，可查看影像的有效区域，发现影像1不能全覆盖该建筑，而影像2能够覆盖选择建筑，则此次编辑只能选择影像2作为成图部分。

问题区域

影像1有效区域

影像2有效区域

2）确定所要选择的影像，则开始镶嵌线编辑。左键单击开始多边形绘制，起始点必须落在成图选择的影像区域内，如下图，起始点必须点击在影像2范围内，然后绕过建筑物，双击结束多边形绘制。

镶嵌线编辑

3）镶嵌线结束绘制后，视图实时刷新，显示镶嵌线编辑后的成图效果，如示例中问题区域则会显示影像2的图像部分，建筑物不再错位，即完成了该区域的镶嵌线编辑。

注意:由于镶嵌编辑的刷新显示不进行色彩羽化，可能会存在色差，而软件在镶嵌成图时会进行色彩均衡处理，因此编辑时遇到的色差问题可暂不处理。

镶嵌线编辑后效果

对于无法判断影像如何选取，可尝试选择编辑不同影像范围，查看效果，如不满意，则可进行镶嵌撤销，恢复原来状态。

镶嵌撤销

7、镶嵌处理

根据更新后的正射影像及镶嵌线进行镶嵌，输出最终的DOM成果。

镶嵌成图包括两种方式：

（1）在DEM_DOM编辑模块中，点击“镶嵌处理”，可输出最终DOM成果。

镶嵌处理界面1

（2）退出DEM_DOM编辑模块，选择“传统正射”→“镶嵌处理”，即输出最终DOM成果。

镶嵌处理界面2

输出DOM保存在工程路径下，名字为1=dom.tif，可采用view工具打开浏览。

DOM输出位置

DOM成果