正射映射是指根据一组遥感影像生成正射产品的过程，例如影像镶嵌、数字地形模型 (DTM) 以及数字表面模型 (DSM)。
如果需要多个影像来完全覆盖您的研究区域，则需要将这些影像镶嵌到正射镶嵌数据集中。由于系统和非系统因素，这些卫星和航空影像存在几何错误，并且相邻影像场景之间存在偏差。要提高几何准确度并减小偏差，需要对这些影像执行光束法区域网平差，也称为影像三角测量。
影像正射校正中使用的数字高程模型 (DEM) 在最终影像镶嵌的几何精度方面发挥着非常重要的作用，尤其是对于地形变化多样的区域。如果需要具有高几何精度的输出影像镶嵌，应该从立体像对中获取高分辨率 DSM 和 DTM。
ArcGIS Desktop 支持卫星和航空影像的光束法区域网平差。该软件可以根据包区域网平差生成正射映射产品，例如正射镶嵌、DTM 和 DSM。以下是用于生成正射映射产品的高级工作流示意图。
正射映射工作流中包含六项任务：
- 创作镶嵌数据集。
- 执行光束法区域网平差。
- 根据镶嵌数据集生成点云。
- 生成 DTM 和 DSM。
- 平衡色彩并减少接缝。
- 生成正射映射产品。
创作镶嵌数据集
镶嵌数据集是 ArcGIS 中的数据模型，用于管理和处理一组影像，例如卫星影像、航空影像、扫描的航空照片以及 UAS 和 UAV 影像。正射映射工作流的第一步是根据研究区域的影像创作镶嵌数据集。
- 使用创建镶嵌数据集工具创建镶嵌数据集。
- 为数据选择合适的栅格类型，使用添加栅格至镶嵌数据集工具添加数据。有关栅格类型的详细信息，请参阅什么是栅格类型。
以下是从 UAV 影像中创建的镶嵌数据集的轮廓线视图。
创作镶嵌数据集后，下一步是执行光束法区域网平差。
执行光束法区域网平差
光束法区域网平差是通过求解根据一组控制点建立的数学模型来优化影像方向和几何参数的过程。然后，将使用计算的几何参数来更正影像方向，并利用高程模型来正射校正影像。此过程中使用的控制点包括三种类型：
- 连接点
是出现在多个重叠影像中的相同点位置。多个点没有已知地面坐标，但是每个点具有自己的影像坐标。连接点可以为双线连接点，其在两个重叠影像中具有两个对应的点，也可以为多线连接点，具体取决于所使用重叠影像的数量。 - 地面控制点 (GCP)
是具有已知地面坐标的点。 - 检测点
与 GCP 相似，但用于检查校正精度。
光束法区域网平差可根据这些控制点建立共线方程，并使用最小二乘算法通过在这些控制点之间最小化和分布错误来计算变换。因此，将更正或最小化影像几何错误，并解决不匹配的问题。
ArcGIS Desktop 光束法区域网平差解决方案包括一组正射映射工具集中的地理处理工具：
- 用于自动生成连接点
- 用于根据参考影像或影像芯片自动计算地面控制点
- 用于生成 DTM 和 DSM
- 用于卫星影像、航空影像和无人机影像的严格区域网平差，以及无法通过帧照相机或有理多项式系数 (RPC) 进行描述的遥感影像的多项式校正
以下是 ArcGIS Desktop 中镶嵌数据集的光束法区域网平差工作流。
- 使用计算连接点工具在镶嵌数据集内根据重叠影像自动生成匹配点。
此外，可以使用“区域网平差”窗口手动编辑连接点。
- 为您的镶嵌数据集添加 GCP。ArcGIS 提供多种方法来添加 GCP：
- 使用与创建 GCP 相同的方法创建检测点。创建这些检测点后，使用“区域网平差”窗口将类型从 GCP 更改为 CHK。
检测点类似于 GCP，但是用于帮助检查校正精度。
- 通过运行分析控制点工具来创建控制点覆盖和重叠表。
精确和平衡的控制点在光束法区域网平差过程中非常重要。要查看和评估控制点覆盖范围，可以使用区域网平差窗口中的两个表。
- 控制点表准备就绪后，可使用计算区域网平差工具计算平差，以得到解决方案表和解决方案点表。
RPC
适用于具有 RPC 模型的卫星影像。
框
适用于航空影像。
Polyorder
在地图空间中计算变换的非严格校正算法，无需调整照相机方向。适用于没有 RPC 或帧照相机模型的影像。主要目标是在不强调地面控制精度的情况下减少重叠影像间的偏差。
解决方案表可以存储每个影像的计算变换。解决方案点表包含所有由光束法区域网计算得到的点，例如 3D 地面坐标中的点。有关输出表的详细信息，请参阅区域网平差表方案.
对于照相机方向相关信息较少的 UAS 和 UAV 影像，计算照相机模型工具用于自动计算照相机方向参数。首先使用一个递减影像分辨率级别运行该工具。然后，在所有区域网平差步骤已合并到单个地理处理工具中的情况下，以全分辨率再次计算照相机模型。
- 使用区域网平差窗口分析区域网平差计算并进一步提高精度。
- 分析每个影像的均方根 (RMS) 误差。
- 检查控制点的残差，例如通过排序查找具有较大 RMS 值的影像。
- 查找具有残差的点。
- 查找存在粗差点的位置。
- 编辑、删除或添加更多连接点。
- 完成控制点的优化后，使用计算区域网平差工具重新计算平差。
- 如果平差精度可接受，请运行应用区域网平差工具将该平差应用到镶嵌数据集和影像。生成的镶嵌数据集将具有正确且经过改进的地理配准。
针对校正解决方案创建高分辨率高程数据后，可以进一步提高镶嵌数据集的几何精度。可以根据校正过的镶嵌数据集生成高分辨率高程数据，例如以下“生成 DTM 和 DSM”部分所示。
根据镶嵌数据集生成点云
一个立体像对包含相同区域的两个影像，但两个影像拍摄自不同角度。通过对这些匹配点进行三角测量，可以根据立体像对计算 3D 点。用于生成点云的镶嵌数据集必须满足两个要求：该镶嵌数据集已经过几何校正，并且该镶嵌数据集应具有使用构建立体模型工具建立的立体像对。
如果镶嵌数据集未经过几何校正，则需要执行光束法区域网平差。要创建良好的立体像对，两个影像应具有较大的重叠区域和中等大小的交叉角度。如果重叠区域不足或者交叉角度太小或太大，则该像对并非良好的立体像对，在构建立体模型时应将其消除。
镶嵌数据集准备就绪后，请运行生成点云工具以创建点云的输出。结果将另存为包含 LAS 文件的文件夹。然后，可以使用 LAS 文件作为输入来生成 DSM 或 DTM，或者创建 LAS 数据集。
ArcGIS Desktop 提供以下三个算法来生成点云：
- 增强型地形匹配 (ETM) - 通过提取较少的要素点实现快速计算，适用于快速生成 DTM
- 半全局匹配 (SGM) - 生成具有较高细节程度的相对密集的点，适用于包含建筑物的城市区域
- 增强型 SGM (ESGM) - 通过提高计算能力来生成清晰的建筑物边缘
以下是生成点云的两个产品。左图是经过校正的镶嵌数据集。右图是 LAS 数据集模型，它是根据由镶嵌数据集生成的 LAS 点创建的。
生成 DTM 和 DSM
生成点云工具以 LAS 文件格式根据镶嵌数据集输出 3D 点。此工具可用于创建表面：可以通过插入地面上的点来创建 DTM；或者通过插入所有的点来创建 DSM。
解决方案点表是区域网平差计算的输出，也可以用于插入 DTM。由于解决方案点的密集程度小于从生成点云工具得到的 LAS 点云的密集程度，因此应使用三角测量或自然邻域方法以避免生成包含缺失信息的像素。
以下左侧是 DTM 输出，右侧是山体阴影 DSM。
平衡色彩并减少接缝
完成镶嵌数据集的几何校正后，可以使用其他两种方法来改进镶嵌数据集的外观：平衡影像的色彩以及计算镶嵌数据集中的接缝线。
卫星影像通常需要平衡色彩，因为不同的日期通常会拍摄到跨色带的影像。执行色彩平衡之前，首先需要使用构建金字塔和统计数据工具计算镶嵌数据集中每个影像的统计数据和直方图。构建统计数据和直方图后，即可运行平衡镶嵌数据集色彩工具来平衡影像色彩。通常，匀光方法配合第二个停靠点颜色表面可以产生较好的结果。
接缝线是用于定义镶嵌边界和解决图像重叠的面。构建接缝线工具提供了一些常用算法来自动计算接缝线。
- 辐射度 - 使用成本表面上的最佳路径算法，基于像素值来生成接缝线
- Vorono - 基于区域 Voronoi 图对影像轮廓线进行分割
- 差异 - 充分利用立体像对的差异影像来确定接缝线，适用于镶嵌区域包含建筑物的大规模镶嵌
要降低计算复杂性并选择最合适的影像，应在接缝线生成和色彩平衡操作之前运行计算镶嵌候选项工具。
以下是基于 UAV 影像使用差异法构建的接缝线生成的示例。
生成正射映射产品
最后一个步骤是生成正射产品。ArcGIS Desktop 提供多种工具以根据您的要求生成各种形式的正射镶嵌产品。
- 如果要求将镶嵌数据集共享为影像服务，可以将其发布为影像服务。
- 如果要求将其共享为 ArcGIS Online 切片服务，可以生成切片缓存并使用此工作流进行发布。
- 如果要求生成文件格式的镶嵌，可以使用复制栅格工具生成 .tif 或 .crf 文件格式的输出。
- 如果要求基于用户定义的切片大小生成影像切片，可以使用分割栅格工具根据正射镶嵌数据集创建一系列切片。
- 如果要求生成正射影像场景，可以使用导出镶嵌数据集项目工具导出镶嵌数据集内的各个影像。
以下是最终的正射映射结果，即存储为 TIFF 影像的正射镶嵌。
