基于Inpho的空三加密及正射影像制作方法研究

胡海友

(中鐵二院測繪工程設(shè)計研究院，四川成都　610031)

近年來，隨著航測數(shù)據(jù)獲取新技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是帶有POS系統(tǒng)的高分辨率、高精度數(shù)字航攝系統(tǒng)的不斷成熟，以及無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，可為航測內(nèi)業(yè)數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)提供高精度的POS數(shù)據(jù)及高質(zhì)量的影像數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)字正射影像(DOM)及數(shù)字高程模型(DEM)的生產(chǎn)以空三加密為基礎(chǔ)，利用Inpho的MATCH-AT空三加密模塊、MATCH-T DSM自動提取DTM/DSM模塊、OrthoMaster正射糾正模塊及OrthoVista鑲嵌勻色等模塊，可為數(shù)字?jǐn)z影測量內(nèi)業(yè)提供高精度、高效率，高度自動化的解決方案。

以成貴線某隧道數(shù)字高程模型及正射影像生產(chǎn)項目為例，闡述使用MATCH-AT空三加密、OrthoMaster正射糾正及OrthoVista鑲嵌勻色處理的技術(shù)流程，并探討處理過程中遇到的問題及解決方案。

1　生產(chǎn)項目及數(shù)據(jù)介紹

項目名稱：成貴線某隧道DEM、DOM制作。正射影像(DOM)：精度 1∶2 000，地面分辨率0.2 m；數(shù)字高程模型(DEM)：精度1∶2 000，格網(wǎng)尺寸2 m×2 m。

地形級別：本測區(qū)航攝資料于2013年6月完成航空攝影，使用DMC航測彩色數(shù)碼片，共182張。航攝資料情況及地形等級、困難類別的劃分見表1。

表1　測區(qū)航攝資料

2　Inpho Match-at空三加密技術(shù)流程

Match-at是專業(yè)的空三加密軟件，自動匹配有效連接點的功能強(qiáng)大，在沙漠、森林等紋理比較弱的區(qū)域也可以很好地進(jìn)行匹配，可減少人工參與度，提高工作效率。其空三加密流程見圖1。

圖1　inpho空三加密流程

2.1　工程設(shè)置

包括：相機(jī)文件設(shè)置；影像引入；GPS/IMU數(shù)據(jù)引入；像控點引入；設(shè)置航線；單位設(shè)置等。

注意事項：①相機(jī)參數(shù)嚴(yán)格按照相機(jī)檢校報告填寫，尤其注意影像像素大小、相機(jī)焦距、主點偏移、及相機(jī)畸變糾正參數(shù)的正確性。②引入GPS/IMU數(shù)據(jù)及控制點數(shù)時注意GPS數(shù)據(jù)和IMU數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)要一致，數(shù)據(jù)ID和影像ID一致，并設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)差。

2.2　自動生成航線

可根據(jù)實際飛行手動設(shè)置航線，也可使用程序根據(jù)GPS/IMU數(shù)據(jù)自動計算航線。

2.3　生成金字塔影像

影像必須做金字塔影像處理，以便后續(xù)顯示及連接點匹配，一般建議建立內(nèi)部金字塔。

2.4　內(nèi)定向

框幅式影像需進(jìn)行內(nèi)定向，數(shù)碼影像可不做內(nèi)定向。

2.5　檢查航線拼接

主要是檢查影像是否拼接正確，平均高程是否設(shè)置合理等。

注意事項：像方坐標(biāo)系的正確設(shè)置是保證正確拼接的基礎(chǔ)，平均高程的準(zhǔn)確性在航線拼接質(zhì)量及后續(xù)自動連接點的查找過程中起重要作用。

容易出現(xiàn)的問題及解決方案：①航線內(nèi)有斷點，檢查工程設(shè)置過程中自動或者手工生成航線時是否有漏片。②影像不顯示，檢查是否做金字塔影像或PhotoMeasurementTool工具中Preference-Display aerial image in window是否勾選。③航線內(nèi)影像排列反向，檢查相機(jī)文件坐標(biāo)系XY方向設(shè)置。④影像拼接質(zhì)量差，檢查平均地面高程設(shè)置。

2.6　連接點自動生成

在此過程中，使用DTM初始化可提高運算速度，提高效率。在此之前要設(shè)置匹配策略、DTM數(shù)據(jù)源、像方物方標(biāo)準(zhǔn)差等。

容易出現(xiàn)的錯誤及解決方案：①收斂值很大，檢查航線影像排列是否正確，或重新選擇匹配策略。②個別影像GPS/IMU數(shù)據(jù)殘差很大，檢查該影像上是否有連接點或者連接點是否正確，沒有點要人工加點，有錯誤的點首先要刪除錯誤點，再人工加點后重新平差計算。

2.7　檢查連接點

在PhotoMeasurementTool工具中檢查連接點質(zhì)量。遵循先整體后局部的思路，先在整個區(qū)域網(wǎng)查看連接點是否分布均勻，航線是否扭曲變形，是否有區(qū)域沒有點或者點很少的情況，如果有，要檢查原因。其次查看統(tǒng)計表格，對于誤差較大的點予以刪除。

2.8　控制點量測

先在PhotoMeasurementTool工具中粗量測，后在 Stereo-Comparator Measurement立體觀測下精確量測，以此獲得項目控制點。

2.9　檢查連接點

平差，查看statistics，修改或者刪除誤差較大的連接點。

2.10　平差

再次平差，查看日志文件及統(tǒng)計報告。

實際生產(chǎn)過程中，使用傳統(tǒng)加密軟件和match-at同時進(jìn)行加密工作，在同樣滿足精度要求的前提下，所需時間對比見表2。

表2　不同加密軟件用時統(tǒng)計

3　Orthovista正射影像生產(chǎn)流程及問題解決

制作正射影像需先獲取該區(qū)域的dem，dem的獲取有兩種途徑：①由加密成果自動匹配生成DTM后，在JX4或者航天遠(yuǎn)景等測圖軟件中編輯點云。②人工采集等高線、高程點及特征點生成dem。綜合考慮精度及工作效率，建議采用第二種。

3.1　人工采集DEM

使用JX4或航天遠(yuǎn)景測圖軟件及Inpho導(dǎo)出的加密資料，在立體下采集等高線、高程點、特征線、特征點、陡坎、路、水涯線等描述地形變化的點線。

3.2　單張正射影像生成

單張正射馬賽克影像在OrthoMaster里生成，首先要將DEM數(shù)據(jù)引入工程，并設(shè)置數(shù)據(jù)格式及分辨率。

3.3　正射區(qū)域自動生成

使用Automatic Generation of Ortho-Areas自動生成單張影像正射區(qū)域，在此過程總要設(shè)置相鄰影像正射區(qū)域重疊度及裁剪百分比等，并檢查是否存在漏洞、是否旋轉(zhuǎn)影像等設(shè)置。

3.4　正射影像生成

設(shè)置影像分辨率、輸出數(shù)據(jù)格式、輸出路徑，定義輸出整張影像或者是正射區(qū)域影像等?？梢暂敵隹焖僬溆跋窕蛘吒哔|(zhì)量影像，輸出影像要選擇重采樣算法，一般選擇Bilinear雙線性內(nèi)插法。

3.5　單張DOM檢查

檢查生成的單張DOM，有沒有變形“拉花”現(xiàn)象，整體影像有沒有漏洞扭曲等。

3.6　影像鑲嵌

影像鑲嵌在OrthoVista工具中完成[1]。由于受到航空攝影儀器光學(xué)誤差、不良天氣影像、光照影響等，航片存在反射強(qiáng)度差、光照強(qiáng)度差等，拍攝時間的不同，會使同一測區(qū)航帶間存在顏色、光照方面的差異，需要對航片進(jìn)行勻光勻色處理。

水面反射強(qiáng)度差：使用The reflection removal function 工具消除(見圖2)。

航線內(nèi)存在色差，航帶間存在色差：使用Global Tilting Adjustment 工具予以消除(見圖3)。

圖2　處理前后結(jié)果對比(一)

圖3　處理前后結(jié)果對比(二)

除使用軟件整合工具之外，還可以使用Radiometrix Editor進(jìn)行人工干預(yù)調(diào)節(jié)，以達(dá)到滿意的效果。

編輯拼接線：由于航片投影差問題，在房屋、道路等地物處，使用自動拼接會產(chǎn)生如圖地物接邊問題，需要在Seam Editor中修復(fù)(見圖4)。

橋梁處理：由于DEM(見圖5)沒有采集橋梁，使用該DEM生成的DOM會產(chǎn)生“拉花”和扭曲，解決方案是采集特征線時采集橋梁輪廓，并整理橋梁處的等高線，重新生成DEM(見圖6)。將含有橋梁的單片重新生成正射影像，并重新鑲嵌。

圖4　編輯前后結(jié)果對比

正射影像嵌套數(shù)字線畫圖檢查(見圖7)[2]：影像要清晰、反差適中、色彩及色調(diào)均勻，影像無模糊、錯位、變形、“拉花”等現(xiàn)象，必須消除投影差帶來的影像疊置和地物丟失現(xiàn)象。

圖5　處理前DOM及處理前DEM

圖6　處理后DEM及處理后DOM

圖7　DOM嵌套DLG

4　生產(chǎn)過程中的若干技術(shù)要點總結(jié)

(1)相機(jī)文件一定要按照相機(jī)檢校報告正確設(shè)置，尤其要注意像方坐標(biāo)系的設(shè)置。

(2)引入影像時一定注意平均高程的準(zhǔn)確性，平均高程的準(zhǔn)確與否直接影響自動點匹配效率和準(zhǔn)確性。

(3)引入GPS/IMU數(shù)據(jù)時，注意GPS數(shù)據(jù)ID與影像ID保持一致。

(4)可以手動生成航線，也可程序自動生成航線，沒有角元素數(shù)據(jù)可以使用程序自動計算的航偏角。

(5)可以將區(qū)域網(wǎng)劃區(qū)塊處理，通過小的區(qū)塊可方便檢查航線設(shè)置及影像拼接是否正確。

(6)自動點生成過程中，使用DTM進(jìn)行輔助，可以提高效率和準(zhǔn)確性。

(7)自動生成連接點后，檢查連接的質(zhì)量，尤其在山谷、河流、水庫、陰影中的匹配點質(zhì)量差的點應(yīng)予以刪除，如果有個別影像上沒有連接點或者自動點不正確，要刪除錯點，人工加點重新進(jìn)行平差計算。

(8)生成單張正射影像時，使用的DEM數(shù)據(jù)一定要準(zhǔn)確，DEM的質(zhì)量直接影像DOM質(zhì)量。

(9)做正射鑲嵌勻光勻色時，水域要單獨處理，采集水邊線，做反射去除。

橋梁處DEM要特殊處理，做DEM的線畫圖要畫出三維橋梁輪廓線并整理等高線。

(10)DOM要滿幅檢查，查找問題，并逐一修改，保證影像數(shù)據(jù)的連續(xù)、無縫和視覺一致性。

[1]孫冬梅.基于Inpho在建庫影像勻光勻色中的應(yīng)用[J] 測繪技術(shù)裝備，2010(4)：22-23

[2]TB 10050—2010鐵路工程攝影測量規(guī)范[S]

[3]徐亞明，等.攝影測量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005

[4]張祖勛，張劍清.數(shù)字?jǐn)z影測量學(xué)[M].武漢大學(xué)出版社，1997