基于天寶UASMaster正射影像圖制作

王紅偉，肖躍軍，高偉，戴龍，楊志軍

（咸寧市勘察測繪院，湖北咸寧 437000）

基于天寶UASMaster正射影像圖制作

王紅偉*，肖躍軍，高偉，戴龍，楊志軍

（咸寧市勘察測繪院，湖北咸寧 437000）

介紹了UASMaster正射影像圖制作流程，對流程中關鍵的步驟原理進行了簡要分析，并對實際生產(chǎn)過程中可能存在的問題進行了探討，最后結合具體工程項目，對成果的精度進行了分析。結果表明：UASMaster可滿足大比例尺正射影像圖制作的精度要求。

UASMaster；空中三角測量；正射影像圖

1　引 言

無人機航空攝影測量是綜合利用無人飛行器技術、GPS定位技術、攝影測量技術的現(xiàn)代測繪應用技術，具有機動靈活、快速高效、作業(yè)成本低、作業(yè)范圍廣等特點，在獲取小范圍高分辨率影像方面具有明顯優(yōu)勢，如今已經(jīng)廣泛應用于傳統(tǒng)測繪、應急救災、智慧城市與新農(nóng)村建設等方面［1］。

無人機航空攝影測量方法相對于傳統(tǒng)航空攝影測量方法存在著較大的差異，無人機多采用非量測型數(shù)碼相機，存在像幅較小、像片較多、基線短、重疊度不均勻、傾角過大等問題［2，3］。采用常規(guī)的數(shù)字攝影測量方法很難達到相應的精度要求，并且處理困難。UASMaster是專門的無人機航測數(shù)據(jù)處理軟件，具有高效快速等特點。

2　UASMaster軟件簡介

UASMaster是天寶公司基于INPHO推出的無人機數(shù)據(jù)處理軟件，并專門針對無人機影像數(shù)據(jù)進行了算法改進。軟件最多可處理2 000張像片，最高可處理達4 000萬像素級的無人機影像數(shù)據(jù)，軟件支持市場各種主流無人機系統(tǒng)，包括固定翼、旋翼和無人飛艇等，甚至可以處理熱氣球航測數(shù)據(jù)［4］。

UASMaster提供了一個擁有質量分析與質量控制的批處理過程，可自動實現(xiàn)空中三角測量、點云與正射影像生成的全自動化處理，精度穩(wěn)定可靠。軟件中提供各種各樣的編輯工具來獲取可能的最佳結果，特別是在DEM、DOM等制作方面具有較強的優(yōu)勢［5］。

3　UASMaster正射影像制作

UASMaster正射影像制作主要分為三個模塊進行實現(xiàn)，主要為工程管理編輯模塊、空中三角測量模塊以及點云編輯與輸出模塊。首先將外業(yè)航飛所得的像片、pos數(shù)據(jù)、控制點與檢查點等數(shù)據(jù)導入到工程中，設置相應的相機參數(shù)與坐標系等信息，并自動生成相應的航帶信息；在空中三角測量模塊中進行連接點提取，控制點量測、相機的檢校與平差等過程；最后利用點云編輯模塊對點云進行編輯與輸出。具體的流程圖如圖1所示。

圖1　空中三角測量流程

3.1空中三角測量

空中三角測量是正射影像制作的關鍵，將直接影響成果精度的高低。UASMaster空中三角測量的主要過程為連接點提取，控制點量測與相機檢校與平差。

連接點提取是一個基于特征點的最小二乘匹配過程，UASMaster 6.1中提供了三種方法，即全分辨率（Full Resolution），半分辨率（Half Resolution）與低分辨率（Low Resolution）。其中，全分辨率是在像素尺寸進行連接點的提取，并進行粗差探測與平差等過程；半分辨率是在兩倍像素尺寸進行連接點提取，而低分辨率則是在四倍像素尺寸進行，后續(xù)的過程與全分辨率相同［6］。為了確定各方法的實用性，隨機選取了三組數(shù)據(jù)進行了試驗，其中相機像素尺寸為3.92 μm，匹配時間與匹配點數(shù)如表1所示［4］。

匹配時間與點數(shù)對比　表1

從表1中可以看出，隨著匹配格網(wǎng)尺寸的增大，匹配時間成倍下降，全分辨率的匹配時間最長，低分辨率的匹配時間最短，具體與像素尺寸、地面分辨率等因素有關。利用以上成果進行正射影像制作，結果表明全分辨率與半分辨率成圖精度相當，可以滿足常規(guī)1∶1 000、1∶2 000測圖與DOM精度要求；低分辨率成圖精度較低，適合進行快拼處理過程。但是在相機像素尺寸大于4 μm時，全分辨率在成圖精度上有較大的提高。

UASMaster中像控點量測是基于平面進行刺點，平面刺點降低了立體刺點的各種要求，但是平面刺點也將會對高程造成較大的影響，因此在像控點布設過程中不要將像控點布設在高程起伏較大的點位，如陡坎轉折點、房角等。軟件中提供三種刺點方法，即手動（Manual），半自動（Semi-automatic）與全自動（Fullautomatic）。自動模式基于金字塔分解的最小二乘進行匹配，總體匹配效果不佳。試驗表明，在特征較為明顯的點位時，第一個點量測可以采用全自動或是半自動模式，然后采用手動模式進行調整，可以得到較好的效果，地面控制點量測后效果圖如圖2所示。

圖2　地面控制點量測效果圖

相機檢校與平差也提供了三種方法，即Extensive，F(xiàn)irst Approximate與Refine方法，F(xiàn)irst Approxmate方法屬于相機檢校過程，可以得到相機的初始畸變模型，沒有內置相機參數(shù)的相機必須首先進行該步驟；Extensive方法是針對進行過校正的相機進行的；而Refine則是Extensive后，針對添加的控制點進行相機檢校。平差完成后，可以查看空中三角測量精度信息。

針對空中三角測量成果的精度信息，對空中三角測量成果進行分析，如果不滿足相應的精度要求，可重新對連接點和地面控制點進行檢查，針對誤差較大的點位進行編輯，重新量測，在不影響加密成果精度的前提下，可以刪除某些點，再進行空中三角測量過程，直至成果滿足相應的精度要求。

3.2點云編輯

空中三角測量完成后，由加密的成果自動生成DTM，軟件中提供了多種生成DTM的方法，以平滑（Smooth）方法最佳，生成點云時間較短，變形較小，并且可以滿足后續(xù)正射影像的精度要求［7］。點云的編輯主要是針對航片的局部變形造成生成的正射影像與實際不符，常見的有線狀物錯位、變形等，直接生成正射影像如圖3與圖4中第一張圖所示。

軟件中提供了補丁工具，可以針對局部點云進行編輯，在選定的范圍內，進行連接點手動量測（圖3），或者對變形的點云測量斷線與壓低點云等方法（圖4），在補丁范圍重新生成點云，可以很好地糾正點云中的變形；針對由點云生成正射影像中側面遮蔽過于嚴重的，可以刪除部分有關可見側面紋理像片，降低側面紋理在點云生成過程中的權重，再進行有關點云的生成，可以較好的糾正點云中的遮蔽問題。

圖3　錯位點云編輯前后生成正射影像對比圖

圖4　變形點云編輯前后生成正射影像對比圖

3.3輸出正射影像

點云編輯完成后即輸出DOM，軟件可自動進行正射影像的勻光勻色，如果在生成DOM后，正射影像勻光勻色處理、相鄰圖幅接邊處理還不是很理想的，可以針對相應的像片在Photoshop中進行色彩與光照處理，保證DOM影像清晰，片與片之間影像盡量保持色調均勻、反差適中，圖面要有良好的視覺效果，不得有圖像處理留下的缺陷，接邊重疊帶不允許出現(xiàn)明顯的模糊或是重影［8，9］。

4　實例分析

為了更好地驗證UASMaster成圖精度與效果，采用某城鎮(zhèn)規(guī)劃設計航飛數(shù)據(jù)進行試驗。測區(qū)范圍約為4 km2，地勢起伏100 m左右，屬丘陵地帶，航測飛機為天寶UX5，相機像素2 400萬，像素尺寸為3.92 μm，測圖比例尺為1∶2 000，航攝像片航向重疊度為68%～75%，旁向重疊度達到65%～70%，飛行高度350 m，軟件版本為UASMaster 6.1。為了更好地進行像控點量測，在數(shù)據(jù)處理前，首先利用本地七參數(shù)將pos數(shù)據(jù)轉換到當?shù)刈鴺讼担D換后的pos數(shù)據(jù)將會與像控點更加吻合，點位偏差2 m左右，可以大大節(jié)省控制點量測時間。采用半分辨率進行連接點提取以及編輯可以得到連接點如圖5所示。

圖5　連接點分布圖

圖中連接點經(jīng)編輯后總共35 419個，城鎮(zhèn)規(guī)劃設計邊緣地帶存在著較大面積的山體、農(nóng)田、水域等弱紋理區(qū)域，UASMaster具有很好的連接點匹配效果，可大量減少點云編輯處理，且點位分布較為均勻。經(jīng)過相機自檢校與平差過程，得到有關空中三角測量精度信息如表2所示。

空中三角測量中誤差　表2

從表中可以看出，實例空中三角測量成果單位權中誤差為1.92 μ，小于實際像素尺寸1/2；定位點的平面與高程中誤差分別為0.087 m與 0.061 m，遠小于低空航空攝影測量規(guī)范規(guī)定精度要求，另外，定向點平面與高程中誤差最大值均小于相應方向3倍中誤差，該空中三角測量成果可用。為了更好地檢驗正射影像圖的精度，在生成的DEM點云進行特征點量測，并采用CORS系統(tǒng)實地對量測的特征點進行采集，兩者相比較，得到的差值如表3所示。

表3可以看出，地物檢查點平面精度均小于1.2 m，滿足1∶2 000正射影像圖精度要求。利用上述空中三角測量成果生成DTM，并進行點云編輯，點云編輯在立體模式下可將影像、DTM和等高線等進行疊加編輯，實時顯示編輯結果，可針對城鎮(zhèn)規(guī)劃設計中需要展現(xiàn)的要素重點處理。糾正點云中的變形，輸出正射影像圖如圖6所示。

檢查點實測值與點云量測值差值　表3

圖6　正射影像圖

5　結 語

采用UASMaster進行正射影像圖制作，相對于傳統(tǒng)軟件，自動化程度高、成果精度穩(wěn)定可靠，可滿足大比例尺正射影像圖制作要求。另外，UASMaster具有較強的影像匹配能力，對弱紋理與稀少控制點區(qū)域仍可以得到精度可靠的正射影像圖。隨著差分無人機技術的興起，UASMaster正射影像圖的制作將會更加高效便捷，將會對智慧城市建設，應急搶險救災等產(chǎn)生深遠的影響。

［1］薛阿亮，胡海洋.無人機航測技術生產(chǎn)應用型研究及分析［J］.礦山測量，2014（5）：22～24.

［2］許彤麗.利用MapMatrix制作雞西市城市正射影像圖［J］.測繪與空間地理信息，2007（3）：198～199.

［3］劉淑慧.無人機正射影像圖的制作［D］.南昌：東華理工大學，2013.

［4］Trimble Germany，Tutorial UASMaster（English）［M］.Trimble Germany，2013.

［5］張利劍.淺談正射影像圖的制作［J］.測繪與空間地理信息，2012（4）：193～194.

［6］Gülch E.Photogrammetric measurements in fixed wing UAV imagery［J］.ISPRS-International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences，2012，XXXIX-B1：381～386.

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［8］劉小明，李悅麗，郭福生等.基于全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的數(shù)字正射影像圖的制作［J］.測繪科學，2010（S1）：198～199.

［9］陳姣.無人機航攝系統(tǒng)測繪大比例尺地形圖應用研究［D］.昆明：昆明理工大學，2013.

Orthophoto Map Generation Based on Trimble UASMaster

Wang Hongwei，Xiao Yuejun，Gao Wei，Dai Long，Yang Zhijun
（Xianning Institute of Investigation and Surveying，Xianning 437000，China）

This paper introduces the process of UASMaster orthophoto map generation，analyzes the principle of the key steps in the process，and discusses the possible problems in the actual production process，finally，the precision of the results is analyzed，combining with the specific project.The results show that:UASMaster can meet the accuracy requirements of large scale orthophoto map generation.

UASMaster；aerial triangulation；orthophoto map

1672-8262（2016）04-83-04

P231

B

2016—03—06

王紅偉（1986—），男，工程師，主要從事數(shù)字城市建設與無人機航測方面的工作。