利用UASMaster對無人機航空影像數據進行正射影像制作方法的研究

饒帥雄

(江門市勘測院，廣東 江門529000)

一、引 言

數字正射影像圖(DOM)是地理信息系統的重要組成部分。衛星遙感和常規航攝由于周期長、費用高，無法及時有效地滿足應急測繪、小面積高分辨率地理信息數據更新的需求。無人機低空攝影是近年來較熱門的一個領域，具有機動靈活、高效快速、精細準確、作業成本低、適用范圍廣、無須申請空域等特點，在小區域和高風險區域高分辨率影像快速獲取方面具有明顯的優勢。無人機將在環境保護、農林作業、公共安全、海上監測、國土資源勘查、電力巡線、生物保護、科學研究等關鍵領域的應用越來越廣泛。

二、基于UASMaster軟件數字正射影像圖的制作

無人機大師(UASMaster)是Trimble公司開發的無人機數據處理系統，可以對不同類型量測相機的影像進行快速區域空中三角測量、影像匹配和影像糾正，集成了空三加密、DTM/DSM提取和編輯、正射校正和鑲嵌勻色等功能。UASMaster含有“黑匣子”處理模式，在建立工程后可一鍵式獲取空三加密成果、DEM和DOM成果。USAMaster的生產流程如圖1所示。

1．生產項目及數據介紹

項目名稱:江門某地正射影像DOM制作。

正射影像(DOM):精度1∶2000，地面分辨率0．05 m。

本測區航攝資料于2015年4月獲取，為無人機拍攝，共280張相片，為3．57 GB。

圖1 UASMaster生產流程

2．工程設置

主要包括:工程名稱、坐標系統設置、相機參數及畸變系數設置、影像坐標系設置、影像導入、GNSS/IMU數據導入、像控點導入等。

注意事項如下:

1)相機參數按照相機檢校報告進行設置，尤其注意相機焦距、傳感器大小、像元大小及相機畸變糾正參數的設置。

2)影像導入需要設置合理的平均高程。

3)影像路徑不能有中文字符。

4)導入數據之前需要仔細檢查確認，保證影像ID和GNSS/IMU數據ID相同，GNSS/IMU數據坐標正確，并設置標準差。

3．航線生成

根據GNSS/IMU數據，設置好方位角限差和距離限差，程序會自動計算航線。當然也可根據實際飛行手動設置航線，進行分塊處理，處理界面如圖2所示。

圖2 生成航線

4．檢查航線拼接

檢查航線拼接的界面如圖3所示。

圖3 檢查航線拼接

航線拼接中容易出現的問題及更正措施如下:

1)影像旁向或航向重疊度不夠，應保證航向重疊率75%以上，旁向重疊率50%以上。

2)航線內有斷點，應檢查工程設置過程中生成航線時是否出現漏片。

3)航線內影像排列錯亂，需要重新設置相機參數更改影像坐標系。

4)影像拼接質量差，檢查平均地面高程設置是否合理。

5)如果更改了影像坐標系需要重新進行航條的生成，并重復以上步驟。

5．連接點自動生成及檢查

空三加密是對具有重疊的航空影像進行自動匹配連接點，從而獲取每張影像的相對姿態位置。在UASMeasurement工具中，設置好參數程序會自動提取，如圖4所示。軟件具有強大的同名點匹配功能，經測試，在林地、山地、水田等弱紋理地區自動進行連接點提取效果也比較好。在UAS Measurement工具中檢查連接點質量，查看連接點是否分布均勻，航線是否扭曲變形，還需要檢查航線影像排列是否正確，若不正確則要重新選擇匹配策略。

圖4 連接點自動生成

6．像控點量測及檢查

在UASMeasurement工具中進行，在MultiAerial立體觀測下進行手動精確量測，給航線加控制點。完成控制點刺點后檢查各控制點屬性，修改或刪除誤差較大的點。

7．生成數字地面模型和數字地表模型

在UASEdit工具中進行，根據地表特征和標準設置好參數，自動生成數字地面模型(DTM)和數字地表模型(DSM)。如果DEM和DOM精度要求高，則需要先對DTM進行精編，如通過濾波或人工修改的方式，修改建筑和植被，獲得地面真實模型，并利用精編后的DEM進行DOM鑲嵌。

8．生成正射影像和鑲嵌

UASEdit工具具有全自動的正射影像和鑲嵌功能，通過設置像素尺寸，會自動生成全區域完整的正射影像圖(DOM)，如圖5和圖6所示。

三、制作過程中若干技術要點總結

最終生成正射影像圖如圖6所示，數據大小為2 GB，精度為1∶2000，地面分辨率為0．05 m，最終符合項目要求。制作過程中若干技術要點總結如下:

圖5 生成正射影像

圖6 最終生成的正射影像圖

1)UASMaster軟件處理之前作好所有的前期準備工作，檢查所有文件的完整性和正確性。

2)相機參數按照相機檢校報告設置，尤其要注意像方坐標系的設置。

3)導入GNSS/IMU數據時要避免中文路徑，注意GNSS/IMU數據的ID與影像的ID保持一致。

4)導入影像時設置好測區平均高程，平均高程設置是否正確會影響后續自動點匹配的準確性。

5)在區域網較大時，通過將區域網分塊處理，在配置有限的設備上能夠提高工作效率。

6)自動解算出連接點后，檢查連接點的質量和數量，要保證每幅影像上的連接點不少于50個，如果有個別影像上沒有連接點或者自動點不正確，需要人工修改，直至符合要求。

7)最后生成的DOM要仔細檢查，查找到問題后可適度返回修改DEM來提高DOM的精度。

8)若勻光勻色自動處理效果不夠好，可以用圖像處理軟件Photoshop處理，以保證影像的連續性及視覺上一致性。

四、結束語

UASMaster無人機數據航測處理系統集快速DEM、DOM獲取與基礎測繪生產于一體，較好地滿足了無人機航測內業數據產品生產和應急測繪中由無人機快速獲取DEM/DSM和DOM的需求。

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