無控制點(diǎn)的無人機(jī)影像在MAP－AT中快速拼接的作業(yè)流程研究

常燕敏 秦 軍

(西南交通大學(xué)，四川成都 610031)

隨著信息科學(xué)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，各國對(duì)空間數(shù)據(jù)的需求急劇增長。無人機(jī)低空遙感是迅速發(fā)展起來的地理信息數(shù)據(jù)快速獲取技術(shù)，具有續(xù)航時(shí)間長、高危地區(qū)探測(cè)、高分辨率、高靈活性、高效率以及低成本等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)偵察、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估和城市規(guī)劃與市政管理等方面。然而無人機(jī)遙感圖像像幅小、重疊度高、數(shù)據(jù)量大、傾斜無規(guī)律、缺乏地面控制點(diǎn)，難以完成無人機(jī)低空遙感影像的快速處理。因此，能否快速處理無人機(jī)低空遙感影像是應(yīng)用無人機(jī)遙感的關(guān)鍵。

MAP－AT是由原中國測(cè)繪科學(xué)研究院無人飛行器課題組開發(fā)的航測(cè)全自動(dòng)空三軟件，能夠處理現(xiàn)有市場(chǎng)上所有面陣相機(jī)的數(shù)據(jù)且處理效率高，可以自動(dòng)構(gòu)建自由空三網(wǎng)，自動(dòng)生成DEM及DOM，尤其適合處理無人飛行器低空影像。

針對(duì)因無人機(jī)圖像的特點(diǎn)而造成的拼接工作量大、效率低等問題，結(jié)合本人實(shí)際完成無人機(jī)影像處理項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)基于MAP－AT處理無人機(jī)影像流程中存在的一些問題，提出一些簡(jiǎn)便的方法，進(jìn)一步了提高內(nèi)業(yè)加密速度和加密精度，使其生成的航片及其副產(chǎn)品應(yīng)用于更多領(lǐng)域。

1 無人機(jī)航空影像空三加密流程

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

原始影像數(shù)據(jù):對(duì)起飛和降落期間的數(shù)據(jù)、拐角數(shù)據(jù)、翻滾角俯仰角較大及較模糊的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除;相機(jī)檢校參數(shù):像主點(diǎn)坐標(biāo)、焦距、徑向畸變差系數(shù)、切向畸變差系數(shù)、CCD非正方形比例系數(shù)及畸變系數(shù);建立POS．ori文件，其文件格式如下:

POS_Normal

20121223(航片拍攝日期)o(文件頭，不能隨便改變)

影像名稱序號(hào)序號(hào)XYZ omga phi kappa

注意:①X，Y，Z 是攝站坐標(biāo)(高斯坐標(biāo));②Ori格式文件規(guī)定X方向朝東，即數(shù)學(xué)坐標(biāo)系;③kappa角，Ori文件規(guī)定:根據(jù)POS數(shù)據(jù)加或減去一個(gè)數(shù)值，使其接近一定的度數(shù)，從西往東飛行，接近0°;從南往北飛行，接近90°;從東往西飛行，接近180°;從北往南飛行，接近 270°。

1.2 制作工程文件

建立好準(zhǔn)備文件，修改影像參數(shù):影像分辨率，地面分辨率，相機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，點(diǎn)擊“Open POS File”選擇POS．ori，選擇控制點(diǎn)文件時(shí)，點(diǎn)擊“取消”，選擇 POS．ori和 Imagelist．txt，點(diǎn)擊“Create Prj”，選擇 Camera．cam文件，保存工程文件名稱。

1.3 特征點(diǎn)提取

(1)航線間連接

影像質(zhì)量較好，航線間模型自動(dòng)連接;影像質(zhì)量較差，航線間模型手工處理。處理完成后，檢查定向點(diǎn)分布，對(duì)顯示六個(gè)－1的模型，手工連接該模型。

(2)航線內(nèi)自動(dòng)空三

打開存放航線內(nèi)模型的文件，把該文件第一行復(fù)制到軟件中，手工選擇1～2個(gè)同名點(diǎn)，選擇“單/多航線全自動(dòng)空三(AAT)”功能，處理完成后，檢查定向點(diǎn)分布，對(duì)顯示六個(gè)－1的模型，手工連接該模型。

1.4 粗差點(diǎn)的剔除

本次處理是在無控制點(diǎn)的情況下，首先建立Nopoint．gcp空白文本文件。

(1)單航線自由網(wǎng)計(jì)算

對(duì)單航線進(jìn)行UAV計(jì)算，其中UAV Step4時(shí)第7個(gè)參數(shù)修改為500，UAV Step5時(shí)初始參數(shù)前六個(gè)默認(rèn)，根據(jù)剔除點(diǎn)的多少，依次修改第七個(gè)參數(shù)，一般第七個(gè)參數(shù)依次修改為 100，20，10，8，5，3，2 等，計(jì)算后Sigma值一般在0.5～1之間即可。

(2)航線間坐標(biāo)系歸一化

用航線間連接的點(diǎn)當(dāng)成控制點(diǎn)做空三計(jì)算:選中標(biāo)準(zhǔn)航線的控制點(diǎn)文件，根據(jù)對(duì)話框提示，完成所有航線的計(jì)算。

(3)整體自由網(wǎng)空三

做UAV計(jì)算，航線文件選擇整個(gè)測(cè)區(qū)的lst文件，控制點(diǎn)選擇Nopoint．gcp文件，參數(shù)的調(diào)整與單航線空三計(jì)算一樣，計(jì)算后Sigma的值一般在0.5～1之間即可。

做完上述步驟，要進(jìn)行定向點(diǎn)分布檢查，對(duì)出現(xiàn)3個(gè)以上的－1模型，手動(dòng)連接，反復(fù)進(jìn)行UAV計(jì)算，直到精度滿足要求為止。

1.5 DEM、DOM生成及鑲嵌勻色

在UAV計(jì)算結(jié)果下，可以自動(dòng)生成DEM及DOM，將生成的DOM利用ERDASMosaicPro進(jìn)行顏色匹配、顏色平衡、顏色過渡、接邊線的編輯等功能，完成DOM的無縫拼接。

2 流程中出現(xiàn)的問題及解決方法

(1)制作工程文件時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示，排除參數(shù)輸入錯(cuò)誤的因素外，最大可能是POS．ori文件出錯(cuò)，導(dǎo)致模型連接錯(cuò)誤，在建立ori文件前，最好通過ARCGIS將“照片數(shù)據(jù)．txt”進(jìn)行展點(diǎn)，將不合格的影像去除。

(2)航線間模型自動(dòng)連接后，有很多自動(dòng)匹配失敗的模型，出現(xiàn)這種情況的原因大多是在一些特殊情況的地形，如建筑物密集區(qū)、水域、沙漠地區(qū)、森林、冰雪覆蓋區(qū)以及山區(qū)等，由于影像上地物遮擋，陰影、反光、模糊等客觀原因的存在，航線間模型需手動(dòng)連接。尋找特征點(diǎn)時(shí)，一般沿山脊線、山谷線尋找。

(3)單航線自由網(wǎng)計(jì)算，如果放大第七個(gè)參數(shù)后，剔除點(diǎn)仍然很多，可以查看每個(gè)航線生成的*．rst文件，如果omiga、phi的值變化較大，且不均勻，要?jiǎng)h除該航線的第一個(gè)*fmpt文件，然后重新對(duì)該航線做AAT和單航線空三計(jì)算。

(4)在單航線自由網(wǎng)或整體自由網(wǎng)計(jì)算時(shí)，在UAV Step5后發(fā)現(xiàn)sigma較大，而DeltaMax較小，應(yīng)該在UAV Step5計(jì)算時(shí)，把前六個(gè)參數(shù)均除以10，降低精度要求，先把粗差大的點(diǎn)剔除，繼續(xù)調(diào)第七個(gè)參數(shù)，調(diào)到50/40后停止，然后再運(yùn)行UAV Step4，看收斂的好壞;如果收斂不好，繼續(xù)把前六個(gè)參數(shù)均除以10，直到恢復(fù)正常收斂，把前六個(gè)參數(shù)再乘10，正常運(yùn)行UAV Step5計(jì)算。

3 影像處理關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)

(1)影像預(yù)先檢查及分析

無人機(jī)在空中飛行時(shí)受氣流和風(fēng)向的影響，姿態(tài)角和航向會(huì)產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致影像旋偏角和傾斜角過大，因此處理前要結(jié)合飛控?cái)?shù)據(jù)對(duì)影像進(jìn)行檢查分析，去掉POS突變影像，重疊度小于50%時(shí)分航線處理，以保證空三加密網(wǎng)的精度。

(2)影像數(shù)據(jù)預(yù)處理

按照飛行方向?qū)⒂跋襁M(jìn)行適當(dāng)旋轉(zhuǎn)和格式的轉(zhuǎn)換，為了保持影像信息不丟失，最好是用photoshop軟件來處理。為了提高效率，可以采用批處理功能，檢查影像是否旋轉(zhuǎn)正確的判斷標(biāo)準(zhǔn)是:①航線內(nèi)的模型重疊區(qū)是否在屏幕的中間，而不是兩邊;②航線間連接模型的重疊區(qū)是否在屏幕的中間，而不是兩邊，如果這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都符合，說明影像旋轉(zhuǎn)方向正確。

(3)空三加密

空三加密是無人機(jī)影像處理的關(guān)鍵，也是整個(gè)處理流程中的難點(diǎn)，對(duì)后續(xù)成果的精度有直接影響。選取標(biāo)準(zhǔn)航線時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)航線盡量位于測(cè)區(qū)中間;飛行姿態(tài)要好，航高變化盡量的小，外方位元素omiga、phi在5°以內(nèi)。在UAV計(jì)算時(shí)，步步都要檢查定向點(diǎn)分布，對(duì)不符合要求的模型一一改正，并把相對(duì)定向和空三平差的fmpt坐標(biāo)文件數(shù)據(jù)步步備份，以便出錯(cuò)時(shí)不再返工，提高生產(chǎn)效率?？杖倪^程就是反復(fù)進(jìn)行UAV計(jì)算，直到滿足精度要求。

4 結(jié)束語

MAP－AT軟件處理無人機(jī)數(shù)據(jù)，在保證一定的精度下，以較少的人工干預(yù)，能夠較快的完成整個(gè)測(cè)區(qū)的處理過程，滿足了無人機(jī)數(shù)據(jù)在應(yīng)急快速處理方面的需要，為無人機(jī)數(shù)據(jù)處理提供了新的解決方案，具有極大的實(shí)用價(jià)值與推廣意義。

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