淺談像素工廠下空三加密文件sigma和group

徐娜

（遼寧省基礎(chǔ)測(cè)繪院，遼寧錦州 121003）

像素工廠對(duì)市面所有的傳感器數(shù)據(jù)都能夠支持，但不同傳感器的數(shù)據(jù)原理特征完全不一樣，而就算是相同傳感器不同數(shù)據(jù)之間也存在差別[1]。sigma和group文件就是像素工廠針對(duì)這種差別所設(shè)計(jì)的，因此被稱之為像素工廠空三加密的靈魂文件[2]。

一、sigma和group文件

sigma是像素工廠的空三模型文件，每一個(gè)類型的傳感器有一個(gè)對(duì)應(yīng)格式的sigma文件。sigma是對(duì)飛行過(guò)程的模擬，分解了外方位元素和內(nèi)方位元素的誤差分布（RPC除外）[3]。sigma是每一次用點(diǎn)文件優(yōu)化時(shí)，與group文件配合使用，sigma給出了每張影像由初始姿態(tài)優(yōu)化到優(yōu)化后姿態(tài)的優(yōu)化參數(shù)權(quán)重建議值[4]。因此根據(jù)每個(gè)數(shù)據(jù)其參數(shù)值也會(huì)有所不同（圖1）。步調(diào)整sigma文件，使自動(dòng)匹配的初始點(diǎn)點(diǎn)文件進(jìn)行反復(fù)迭代優(yōu)化直至滿足空三加密成果要求[5]。因此像素工廠下的空三加密歸納為幾個(gè)階段[6]。

第一階段：獲取分布和維度合適的初始連接點(diǎn)。一個(gè)分布均勻，維度合適的初始連接點(diǎn)是非常重要的，它是后面整個(gè)空三過(guò)程的基礎(chǔ)。在做項(xiàng)目時(shí)，空三加密的點(diǎn)也不是越多越好，特別是對(duì)于遙感衛(wèi)星影像和推掃式ADS影像，類似這種非常穩(wěn)定的傳感器模型，只要保證點(diǎn)數(shù)量夠用，分布合理，且維度足夠就可以了。點(diǎn)過(guò)多的話不但增加了優(yōu)化時(shí)間，也提高了隱藏錯(cuò)點(diǎn)的可能性。

第二階段：反復(fù)迭代濾除錯(cuò)點(diǎn)，并保證點(diǎn)的數(shù)量維度分布符合要求。新版本的像素工廠已不再采取手動(dòng)濾點(diǎn)的方式，可以利用新的pf_at_utility工具能夠更科學(xué)地根據(jù)每次優(yōu)化殘差的正態(tài)分布來(lái)濾除錯(cuò)點(diǎn)，自動(dòng)反復(fù)迭代直到達(dá)到設(shè)定的殘差閾值。因此在做項(xiàng)目時(shí)，只需要根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，在不同階段設(shè)定合適的sigma值，配合group文件使用直到把錯(cuò)點(diǎn)都濾除，使最終點(diǎn)文件的殘差報(bào)告和點(diǎn)維度分

二、像素工廠空三加密

像素工廠的空三加密過(guò)程可以理解為：首先得到所有影像正確的姿態(tài)opt，然后基于符合本數(shù)據(jù)特征的sigma和group文件對(duì)沒有錯(cuò)點(diǎn)的點(diǎn)文件進(jìn)行優(yōu)化，最終濾除所有錯(cuò)點(diǎn)，逐析都能符合標(biāo)準(zhǔn)要求即可。

圖1 sigma模擬飛行過(guò)程圖

第三階段：得到最終的濾除錯(cuò)點(diǎn)的點(diǎn)文件，用合適的符合數(shù)據(jù)特征的sigma和group文件進(jìn)行最后一次空三，也就是得到最終一次優(yōu)化的所有影像姿態(tài)的opt文件。

值得注意的是：第二和第三階段的sigma和group文件是最重要的，只有給定一個(gè)合適的sigma和group文件，才能順利地完成濾點(diǎn)過(guò)程，才能通過(guò)最終的點(diǎn)文件優(yōu)化得到正確的opt文件。因此如何調(diào)整sigma和group文件是關(guān)鍵，建議如下：

第二濾點(diǎn)階段的初始階段：最開始的時(shí)候sigma只放開外方位元素，需要針對(duì)數(shù)據(jù)情況分析，選擇只放開初始POS精度，或者一起放開航線之間的系統(tǒng)性偏差切比雪夫多項(xiàng)式。

這個(gè)階段是濾除偏差較大的錯(cuò)點(diǎn)的階段，只放開外方位元素來(lái)優(yōu)化調(diào)點(diǎn)比較合適。

第二濾點(diǎn)階段的后面階段：在放開外方位元素的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步放開內(nèi)方位元素。這個(gè)階段是在前面過(guò)程基礎(chǔ)上的精細(xì)調(diào)點(diǎn)，需要逐步放開能夠代表數(shù)據(jù)誤差所在的所有參數(shù)。放開sigma的原則是：由小到大，由多到少，先外方位后內(nèi)方位，一定要根據(jù)數(shù)據(jù)誤差特點(diǎn)來(lái)給定合適的sigma值。

第三階段最后一次優(yōu)化：需要將sigma調(diào)整放開能夠代表數(shù)據(jù)誤差分布的所有參數(shù)，此時(shí)需要特別注意的是：整個(gè)過(guò)程只要sigma放開了需要綁定的參數(shù)，就需要配合group文件進(jìn)行優(yōu)化。

三、不同傳感器影像的sigma和group

像素工廠能支持的常見幾種傳感器影像數(shù)據(jù)：無(wú)人機(jī)影像、ADS推掃式影像、RPC衛(wèi)星影像和Frame框幅式影像[7]。下面對(duì)這幾種傳感器的sigma和group文件進(jìn)行分析和研究：

1.無(wú)人機(jī)影像

無(wú)人機(jī)sigma是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的，共采用共計(jì)22個(gè)內(nèi)方位元素和37個(gè)外方位元素，能夠?qū)ο鄼C(jī)內(nèi)部幾何進(jìn)行完全建模，能對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)誤差，相機(jī)相對(duì)平臺(tái)位置方位誤差，時(shí)間相關(guān)的POS數(shù)據(jù)多項(xiàng)式誤差逐條行帶等等進(jìn)行完全糾正。這些參數(shù)按照特征可以分為以下三組：

（1） 外方位元素 (GPS/IMU)的初始精度：xn,yn,zn單位為米，rxn,ryn,rzn單位為弧度。

（2）內(nèi)方位元素：xc,yc,zc &rxc,ryc,rzc為相機(jī)與POS平臺(tái)之間的偏差，xppa,yppa,xpps,ypps為像主點(diǎn)，pd(f)為 焦 距 ， k1,k2,k3p1,p2為 畸 變差，x2col ,y2col,x2col,y2col為框標(biāo)坐標(biāo)，colc，nrow,rowc,nrow為掃描分辨率。

（3）切比雪夫多項(xiàng)式參數(shù)：x0,yo,z0,rx0,ryo,rz0,x1,y1,z1,rx1,ry1,rz1…..用于優(yōu)化航線之間的系統(tǒng)性偏差。

值得注意的是：a類參數(shù)，不需要使用group組文件進(jìn)行綁定，每張相片上的優(yōu)化值是不一樣的。b類參數(shù)，需要使用group組文件進(jìn)行綁定，每張相片上的優(yōu)化值必須是一樣的。c類參數(shù)，需要使用group組文件進(jìn)行綁定，同航線上的相片優(yōu)化值必須是一樣的。

建議無(wú)人機(jī)影像調(diào)整sigma過(guò)程如下：第一步，放開a類和c類參數(shù)進(jìn)行迭代優(yōu)化調(diào)點(diǎn)，按給定的sigma1參數(shù)即可；第二步，在sigma1的基礎(chǔ)上，繼續(xù)放b類參數(shù)，就是給定的sigma2參數(shù)；第三步，當(dāng)用sigma2調(diào)點(diǎn)到?jīng)]有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)點(diǎn)而std和max降不下去的時(shí)候，就可以在優(yōu)化的時(shí)候生 成 trace_clbc，根 據(jù)trace_clbc的優(yōu)化幅度去調(diào)整sigma2的數(shù)值。

2.ADS推掃式影像

ADS推掃式相機(jī)的sigma文件如圖2。系統(tǒng)默認(rèn)的sigma是直接放開x0,y0, z0, rxc, ryc, rzc這六個(gè)參數(shù)，但是一般情況下，只放開rxc, ryc, rzc就可以完成整個(gè)相對(duì)定向的過(guò)程。而且為了最大程度地保證POS的原始精度，不建議放開線元素x0,y0,z0，建議ADS推掃式影像調(diào)整sigma過(guò)程如下：

第一步，在用連接點(diǎn)進(jìn)行第一次優(yōu)化之前，一定要關(guān)掉sigma文件中所有的參數(shù)(都設(shè)為0)，僅僅放開rxc,ryc,rzc這三個(gè)參數(shù)，建議值為0.01,0.01,0.01(一般情況下，僅僅用這幾個(gè)參數(shù)就可以完成ADS空三的過(guò)程)。

第二步，如果用第一步的參數(shù)調(diào)整空三，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)點(diǎn)已經(jīng)基本沒有的情況下，但是殘差值降不下去，就可以放開rx0,ry0,rz0或者x0,y0,z0，建議值為0.01,0.01,0.01及1，1，1(這種情況一般不會(huì)遇到)。

第三步，前面兩步都是在相對(duì)定向的階段，但是如果加入控制點(diǎn)文件進(jìn)行空三優(yōu)化，就需要在前面的基礎(chǔ)上進(jìn)一步放開x0,y0,z0,建議值為1,1,1。

3.RPC衛(wèi)星影像

圖2 ADS推掃式影像sigma

圖3 RPC衛(wèi)星影像sigma

圖4 Frame框幅式影像sigma

衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的sigma文件如圖3，大多數(shù)情況只要rpc模型沒有問題，調(diào)整過(guò)程也非常簡(jiǎn)單，遵循以下幾個(gè)原則即可：一般默認(rèn)參數(shù)即可，不需要組文件綁定；少數(shù)情況需要在默認(rèn)值基礎(chǔ)上繼續(xù)放開xn1,yn1(0.002)；若調(diào)整后的sigma仍然不能解決問題，則此數(shù)據(jù)RPC精度有問題，不符合RPC優(yōu)化的條件，只能通過(guò)多項(xiàng)式的方式依靠大量的控制點(diǎn)來(lái)完成糾正。

4.Frame框幅式影像

框幅式影像數(shù)據(jù)由于飛行穩(wěn)定，相機(jī)質(zhì)量高，POS精度高[8]，影像畸變小，因此sigma構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單，sigma的調(diào)整過(guò)程也簡(jiǎn)單（圖4）。

建議調(diào)整框幅式影像sigma流程如下：

第一步：一般按照默認(rèn)參數(shù)只放開Omega, Phi, Kappa，建議值為0.01,0.01, 0.01。在少數(shù)情況下需要進(jìn)一步放開Ox, Oy, Oz，切記單位是千米，建議值為0.001, 0.001, 0.001。

第二步：少數(shù)情況若遇到相機(jī)檢校不佳，則可能需要進(jìn)一步放開f, k1,k2, 此時(shí)需要用group組文件綁定進(jìn)行優(yōu)化。

四、創(chuàng)建group組文件的命令

像素工廠創(chuàng)建組文件的命令：

cli_generate_grp [options] outfile grpfile geom geomdir

其中，grp1,綁定同一天也就是同一次飛行架次的所有影像，適用于xc,yc,zc,rxc,ryc,rzc；grp2, 綁定同一個(gè)波段的所有影像，一般不用；grp3，綁定同一條航線的所有影像，一般適用于切比雪夫多項(xiàng)式參數(shù)如x0,y0,z0,rx0,ry0,rz0,x1,y1,z1,rx1,ry1,rz1……；grp4，綁定所有影像，一般適用于相機(jī)參數(shù)如f,k1,k2……；xn,yn,zn,rxn,ryn,rzn不需要進(jìn)行綁定。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文分析了sigma和group文件在像素工廠空三加密過(guò)程中的重要作用，并介紹幾種常見的傳感器影像的sigma和group文件，并對(duì)如何調(diào)整提出解決方案，為后續(xù)生產(chǎn)提供有利的技術(shù)支撐。