淺談像素工廠下空三加密文件sigma和group

徐娜

（遼寧省基礎測繪院，遼寧錦州 121003）

像素工廠對市面所有的傳感器數據都能夠支持，但不同傳感器的數據原理特征完全不一樣，而就算是相同傳感器不同數據之間也存在差別[1]。sigma和group文件就是像素工廠針對這種差別所設計的，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，每一個類型的傳感器有一個對應格式的sigma文件。sigma是對飛行過程的模擬，分解了外方位元素和內方位元素的誤差分布（RPC除外）[3]。sigma是每一次用點文件優化時，與group文件配合使用，sigma給出了每張影像由初始姿態優化到優化后姿態的優化參數權重建議值[4]。因此根據每個數據其參數值也會有所不同（圖1）。步調整sigma文件，使自動匹配的初始點點文件進行反復迭代優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階段[6]。

第一階段：獲取分布和維度合適的初始連接點。一個分布均勻，維度合適的初始連接點是非常重要的，它是后面整個空三過程的基礎。在做項目時，空三加密的點也不是越多越好，特別是對于遙感衛星影像和推掃式ADS影像，類似這種非常穩定的傳感器模型，只要保證點數量夠用，分布合理，且維度足夠就可以了。點過多的話不但增加了優化時間，也提高了隱藏錯點的可能性。

第二階段：反復迭代濾除錯點，并保證點的數量維度分布符合要求。新版本的像素工廠已不再采取手動濾點的方式，可以利用新的pf_at_utility工具能夠更科學地根據每次優化殘差的正態分布來濾除錯點，自動反復迭代直到達到設定的殘差閾值。因此在做項目時，只需要根據數據特點，在不同階段設定合適的sigma值，配合group文件使用直到把錯點都濾除，使最終點文件的殘差報告和點維度分

二、像素工廠空三加密

像素工廠的空三加密過程可以理解為：首先得到所有影像正確的姿態opt，然后基于符合本數據特征的sigma和group文件對沒有錯點的點文件進行優化，最終濾除所有錯點，逐析都能符合標準要求即可。

圖1 sigma模擬飛行過程圖

第三階段：得到最終的濾除錯點的點文件，用合適的符合數據特征的sigma和group文件進行最后一次空三，也就是得到最終一次優化的所有影像姿態的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，只有給定一個合適的sigma和group文件，才能順利地完成濾點過程，才能通過最終的點文件優化得到正確的opt文件。因此如何調整sigma和group文件是關鍵，建議如下：

第二濾點階段的初始階段：最開始的時候sigma只放開外方位元素，需要針對數據情況分析，選擇只放開初始POS精度，或者一起放開航線之間的系統性偏差切比雪夫多項式。

這個階段是濾除偏差較大的錯點的階段，只放開外方位元素來優化調點比較合適。

第二濾點階段的后面階段：在放開外方位元素的基礎上，進一步放開內方位元素。這個階段是在前面過程基礎上的精細調點，需要逐步放開能夠代表數據誤差所在的所有參數。放開sigma的原則是：由小到大，由多到少，先外方位后內方位，一定要根據數據誤差特點來給定合適的sigma值。

第三階段最后一次優化：需要將sigma調整放開能夠代表數據誤差分布的所有參數，此時需要特別注意的是：整個過程只要sigma放開了需要綁定的參數，就需要配合group文件進行優化。

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據：無人機影像、ADS推掃式影像、RPC衛星影像和Frame框幅式影像[7]。下面對這幾種傳感器的sigma和group文件進行分析和研究：

1.無人機影像

無人機sigma是結構最復雜的，共采用共計22個內方位元素和37個外方位元素，能夠對相機內部幾何進行完全建模，能對導航系統誤差，相機相對平臺位置方位誤差，時間相關的POS數據多項式誤差逐條行帶等等進行完全糾正。這些參數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）內方位元素：xc,yc,zc &rxc,ryc,rzc為相機與POS平臺之間的偏差，xppa,yppa,xpps,ypps為像主點，pd(f)為 焦 距 ， k1,k2,k3p1,p2為 畸 變差，x2col ,y2col,x2col,y2col為框標坐標，colc，nrow,rowc,nrow為掃描分辨率。

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

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

建議無人機影像調整sigma過程如下：第一步，放開a類和c類參數進行迭代優化調點，按給定的sigma1參數即可；第二步，在sigma1的基礎上，繼續放b類參數，就是給定的sigma2參數；第三步，當用sigma2調點到沒有發現錯點而std和max降不下去的時候，就可以在優化的時候生 成 trace_clbc，根 據trace_clbc的優化幅度去調整sigma2的數值。

2.ADS推掃式影像

ADS推掃式相機的sigma文件如圖2。系統默認的sigma是直接放開x0,y0, z0, rxc, ryc, rzc這六個參數，但是一般情況下，只放開rxc, ryc, rzc就可以完成整個相對定向的過程。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推掃式影像調整sigma過程如下：

第一步，在用連接點進行第一次優化之前，一定要關掉sigma文件中所有的參數(都設為0)，僅僅放開rxc,ryc,rzc這三個參數，建議值為0.01,0.01,0.01(一般情況下，僅僅用這幾個參數就可以完成ADS空三的過程)。

第二步，如果用第一步的參數調整空三，發現錯點已經基本沒有的情況下，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(這種情況一般不會遇到)。

第三步，前面兩步都是在相對定向的階段，但是如果加入控制點文件進行空三優化，就需要在前面的基礎上進一步放開x0,y0,z0,建議值為1,1,1。

3.RPC衛星影像

圖2 ADS推掃式影像sigma

圖3 RPC衛星影像sigma

圖4 Frame框幅式影像sigma

衛星影像數據的sigma文件如圖3，大多數情況只要rpc模型沒有問題，調整過程也非常簡單，遵循以下幾個原則即可：一般默認參數即可，不需要組文件綁定；少數情況需要在默認值基礎上繼續放開xn1,yn1(0.002)；若調整后的sigma仍然不能解決問題，則此數據RPC精度有問題，不符合RPC優化的條件，只能通過多項式的方式依靠大量的控制點來完成糾正。

4.Frame框幅式影像

框幅式影像數據由于飛行穩定，相機質量高，POS精度高[8]，影像畸變小，因此sigma構成相對簡單，sigma的調整過程也簡單（圖4）。

建議調整框幅式影像sigma流程如下：

第一步：一般按照默認參數只放開Omega, Phi, Kappa，建議值為0.01,0.01, 0.01。在少數情況下需要進一步放開Ox, Oy, Oz，切記單位是千米，建議值為0.001, 0.001, 0.001。

第二步：少數情況若遇到相機檢校不佳，則可能需要進一步放開f, k1,k2, 此時需要用group組文件綁定進行優化。

四、創建group組文件的命令

像素工廠創建組文件的命令：

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式參數如x0,y0,z0,rx0,ry0,rz0,x1,y1,z1,rx1,ry1,rz1……；grp4，綁定所有影像，一般適用于相機參數如f,k1,k2……；xn,yn,zn,rxn,ryn,rzn不需要進行綁定。

五、結束語

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