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        基于INPHO軟件的快速空三加密方法

        2016-12-28 06:13:13張小朋
        地理空間信息 2016年10期
        關(guān)鍵詞:空三連接點(diǎn)測(cè)區(qū)

        張小朋,余 娜

        (1.武漢中測(cè)晟圖遙感技術(shù)有限公司,湖北 武漢 430223;2.湖北省地圖院,湖北 武漢 430071)

        基于INPHO軟件的快速空三加密方法

        張小朋1,余 娜2

        (1.武漢中測(cè)晟圖遙感技術(shù)有限公司,湖北 武漢 430223;2.湖北省地圖院,湖北 武漢 430071)

        對(duì)INPHO軟件的空三加密流程和方法進(jìn)行了探討,從控制點(diǎn)量測(cè)、測(cè)區(qū)分區(qū)匹配、空三精度檢查等方面進(jìn)行空三加密實(shí)驗(yàn),總結(jié)了快速高效完成空三加密工作的方法。

        數(shù)碼影像;INPHO軟件;空三加密;方法技巧

        空三加密是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵工序,影響著航測(cè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與質(zhì)量[1,2]。其核心內(nèi)容是依據(jù)相片上的像點(diǎn)坐標(biāo),用攝影測(cè)量的方法解求測(cè)區(qū)中所有影像的外方位元素,并基于攝影過程的幾何反轉(zhuǎn),重建可量測(cè)的幾何立體模型,然后解求出地面點(diǎn)的空間坐標(biāo)[3]。

        傳統(tǒng)的空三加密,對(duì)控制點(diǎn)的數(shù)量和分布要求嚴(yán)格,需要大量的人工操作,生產(chǎn)效率低[4]。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展,利用GPS/IMU輔助空三加密能在滿足加密精度要求的基礎(chǔ)上,最大程度地減少或不使用地面控制點(diǎn),大大提高了空三加密效率[5]。目前,國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)不同軟件采用GPS/IMU輔助空三加密進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在數(shù)據(jù)預(yù)處理、空三匹配、人工干涉消除點(diǎn)位相關(guān)粗差以及精度檢查等生產(chǎn)環(huán)節(jié)上仍需較長(zhǎng)時(shí)間[6,7]。

        INPHO是歐洲著名的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng),由德國(guó)Ackermann教授研發(fā),用于空三加密處理的模塊為MATCH-AT[8,9],具有較強(qiáng)的自動(dòng)點(diǎn)匹配能力和高精度的點(diǎn)位預(yù)測(cè)能力[10]。

        本文以我國(guó)南方某縣為研究區(qū)域,探討和研究了應(yīng)用INPHO軟件進(jìn)行空三加密時(shí)提高效率的方法和技巧。

        1 INPHO空三加密流程

        1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

        需要準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)包括多光譜數(shù)碼影像、相機(jī)文件、POS數(shù)據(jù)(X、Y、Z、Omega、Phi、Kappa等影像初始外方位元素,坐標(biāo)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程擬合后轉(zhuǎn)為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系)、外控成果(包括電子檔和紙質(zhì)版的點(diǎn)之記、控制點(diǎn)點(diǎn)號(hào)與坐標(biāo)對(duì)照表)。

        1.2 空三加密流程

        空三加密流程包含如下步驟:

        影像預(yù)處理:在Application Master下的Image Commander模塊中生成影像金字塔。

        創(chuàng)建工程:主要包括相機(jī)文件參數(shù)輸入、影像導(dǎo)入、POS數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、測(cè)區(qū)航帶建立等。

        空三匹配:在MATCH-AT中選擇“Automatic tie point extraction with adjustment of block”設(shè)置好Edit中的各項(xiàng)參數(shù),點(diǎn)擊Run即可進(jìn)行連接點(diǎn)的匹配工作。

        控制點(diǎn)量測(cè):該步驟可根據(jù)實(shí)際作業(yè)的需要進(jìn)行安排,主要有左右片量測(cè)同名像點(diǎn)和立體量測(cè)兩種方式。

        空三平差:根據(jù)設(shè)置的平差參數(shù)對(duì)全區(qū)進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)平差解算。

        精度檢查:平差完成后,首先通過平差結(jié)果文件查看模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)的精度,然后在立體環(huán)境下進(jìn)一步檢查二者精度,對(duì)不滿足精度要求的模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整,直至滿足精度要求,最后導(dǎo)出平差結(jié)果統(tǒng)計(jì)報(bào)告。

        控制點(diǎn)量測(cè)、空三平差和精度檢查這3個(gè)步驟要循環(huán)進(jìn)行,直至模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)精度滿足要求。

        INPHO軟件空三加密流程如圖1所示。

        圖1 INPHO軟件空三加密流程

        2 INPHO空三加密作業(yè)效率提高方法探討

        2.1 控制點(diǎn)量測(cè)

        INPHO軟件空三加密有兩種控制點(diǎn)量測(cè)方案(見圖2):方案一是在模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配前,人工量測(cè)所有控制點(diǎn),然后進(jìn)行測(cè)區(qū)模型連接點(diǎn)的自動(dòng)匹配;方案二是在模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配前,在測(cè)區(qū)邊緣及中部均勻地加入少量控制點(diǎn),待測(cè)區(qū)模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配完成后作一次區(qū)域網(wǎng)平差,再根據(jù)軟件自動(dòng)預(yù)測(cè)點(diǎn)位的方式添加剩余控制點(diǎn)。本文針對(duì)上述兩種方案在攝區(qū)中選取加密分區(qū)1(圖2)進(jìn)行對(duì)比研究,該區(qū)域包括影像1 069張,控制點(diǎn)91個(gè)。

        從表1可知,兩種方案中的模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)的精度都符合作業(yè)要求,且平均誤差、最大誤差、最小誤差基本相同。但第二種方案中有1/2以上的控制點(diǎn)是根據(jù)軟件自動(dòng)預(yù)測(cè)點(diǎn)位添加的,與第一種方案相比,減少了根據(jù)點(diǎn)之記逐個(gè)查找點(diǎn)位并添加控制點(diǎn)的人工作業(yè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,在同樣數(shù)據(jù)條件下,采用第二種方案將大大提高INPHO空三加密作業(yè)效率。

        圖2 不同控制點(diǎn)量測(cè)方案

        表1 不同控制點(diǎn)加點(diǎn)方案空三加密結(jié)果

        2.2 分區(qū)二次匹配

        利用INPHO軟件進(jìn)行空三加密時(shí),針對(duì)匹配空洞有兩種解決方法:一是將空洞區(qū)域劃出作為加密區(qū)的子區(qū)進(jìn)行二次匹配,并將二次匹配的結(jié)果疊加到整區(qū)空三匹配結(jié)果中去;二是將空洞區(qū)域劃出作為獨(dú)立加密區(qū)進(jìn)行二次匹配。本次選取攝區(qū)中加密分區(qū)2(圖3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

        圖3 測(cè)區(qū)中匹配空洞區(qū)域

        如圖3所示,橢圓形標(biāo)記區(qū)域存在匹配空洞。經(jīng)分析,其原因是空洞區(qū)域POS精度不高且地形復(fù)雜。針對(duì)上述情況,將空洞區(qū)域從加密分區(qū)2中劃出作為一個(gè)子區(qū)(見圖3),刪除子區(qū)內(nèi)POS數(shù)據(jù),在區(qū)域內(nèi)影像的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位添加同名像點(diǎn),然后進(jìn)行二次匹配。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn),二次匹配后點(diǎn)密度大大增加,不再有匹配空洞,而且點(diǎn)位分布均勻(見圖4)。將分區(qū)匹配結(jié)果疊加到整個(gè)加密分區(qū)匹配結(jié)果中,對(duì)全區(qū)進(jìn)行空三精度檢查,控制點(diǎn)和模型連接點(diǎn)精度均達(dá)到要求。此方法較方法二省去了接邊工作和后期航測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的重復(fù)性編輯工作,減少了數(shù)據(jù)運(yùn)算量和人工作業(yè)量,提高了在匹配空洞情況下的空三加密效率。

        圖4 分區(qū)二次匹配

        2.3 空三精度檢查

        自動(dòng)匹配處理完成后,可通過空三平差結(jié)果文件查看模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)的精度。但空三平差結(jié)果會(huì)受到平差參數(shù)設(shè)置的影響,因此還需在立體環(huán)境下檢查空三精度。

        國(guó)內(nèi)普遍使用的空三軟件有MapMarix、Geolord-AT、PixelGrid、Jx4等,其中部分軟件空三加密功能較強(qiáng),但缺少立體查看功能,需將空三結(jié)果轉(zhuǎn)入到其他軟件中才能實(shí)現(xiàn)空三精度的立體檢查;部分空三軟件帶有立體查看功能,但需要經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的立體恢復(fù)過程[6,7]。INPHO軟件下的DTMaster模塊具有強(qiáng)大的立體查看功能,無需空三加密成果格式轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入和立體恢復(fù)就能進(jìn)行立體查看和人工標(biāo)記,同時(shí)還能將檢查結(jié)果進(jìn)行多種格式的輸出,便于后期數(shù)據(jù)分析。

        以加密分區(qū)2(圖3)自動(dòng)匹配結(jié)果為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),本文提出了一種比較高效的空三精度立體檢查方法,即按照測(cè)區(qū)模型連接點(diǎn)是否存在整體性上浮或下沉、立體模型是否存在視差、控制點(diǎn)是否在準(zhǔn)確的點(diǎn)位上、相鄰測(cè)區(qū)空三接邊精度是否超限的順序進(jìn)行立體檢查,如前一項(xiàng)不符合精度要求,則表明空三加密精度超限,無需進(jìn)行后續(xù)檢查,直至所有檢查項(xiàng)全部滿足空三加密精度要求。

        具體檢查內(nèi)容為:①模型連接點(diǎn)是否存在整體性上浮或下沉。②立體模型是否存在視差。以上兩項(xiàng)重點(diǎn)檢查加密分區(qū)外圍、模型連接點(diǎn)分布較少地區(qū),如房區(qū)、大片水域分布區(qū)等。③控制點(diǎn)是否在準(zhǔn)確的點(diǎn)位上??稍贒TMaster模塊中新建矢量圖層,對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行標(biāo)記,輸出標(biāo)記結(jié)果并與控制點(diǎn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。④相鄰測(cè)區(qū)空三接邊精度是否超限。INPHO中沒有區(qū)域網(wǎng)接邊功能,通常的做法是在區(qū)域網(wǎng)中人工選一些點(diǎn)并記住這些點(diǎn)的位置,然后在相鄰區(qū)域網(wǎng)中找到這些點(diǎn)的位置并一一添加,使之成為同名點(diǎn),然后分別對(duì)兩區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行平差,結(jié)果合格后再人工比較這些同名點(diǎn)的大地坐標(biāo),同名點(diǎn)之間的差值即為兩相鄰區(qū)域網(wǎng)加密精度值[11,12]。對(duì)此,本文提出一種更為簡(jiǎn)單的方法,即將測(cè)區(qū)區(qū)域網(wǎng)的模型連接點(diǎn)作為檢查點(diǎn)引入到相鄰測(cè)區(qū)中,通過兩個(gè)測(cè)區(qū)相同連接點(diǎn)點(diǎn)位對(duì)比量測(cè)即可獲得接邊差值。

        綜上可知,在INPHO軟件的DTMaster模塊中進(jìn)行空三精度立體檢查能減少檢查時(shí)間,提高空三加密效率。

        3 結(jié) 語

        以數(shù)碼影像為數(shù)據(jù)源,采用INPHO軟件進(jìn)行空三加密處理,探討和總結(jié)出INPHO軟件提高空三加密作業(yè)效率的3點(diǎn)方法:

        1)控制點(diǎn)量測(cè)。在進(jìn)行模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配前先量測(cè)部分控制點(diǎn),待匹配完成后根據(jù)軟件預(yù)測(cè)加入剩余控制點(diǎn),這種作業(yè)方法較匹配前人工添加完所有控制點(diǎn)所花費(fèi)的人工作業(yè)時(shí)間少,而兩者的空三加密精度基本相同。

        2)測(cè)區(qū)分區(qū)匹配。模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配完成后,針對(duì)匹配空洞,需檢查空洞區(qū)域POS精度、控制點(diǎn)精度以及地形情況,然后對(duì)空洞區(qū)域進(jìn)行重新分區(qū)匹配,并將匹配結(jié)果疊加到整區(qū)空三加密結(jié)果中去,無需作為單獨(dú)加密區(qū),避免了不同加密區(qū)間的接邊工作。

        3)空三精度檢查。在INPHO軟件中進(jìn)行空三精度的立體檢查,按照全區(qū)模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)是否有整體上浮和下沉、立體模型是否存在視差、控制點(diǎn)是否在準(zhǔn)確的點(diǎn)位、不同測(cè)區(qū)是否存在模型接邊差的檢查順序,可大大提高空三加密精度檢查效率。

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        P231

        B

        1672-4623(2016)10-0075-03

        10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.022

        張小朋,碩士,主要從事攝影測(cè)量方面的工作。

        2016-02-01。

        項(xiàng)目來源:武漢市科學(xué)技術(shù)局資助項(xiàng)目(關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目)。

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