王 薇，康 荔，2，蔡 磊，2，陳閩龍

(1.陜西省煤田物探測(cè)繪有限公司，陜西 西安 710054；2.國(guó)土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

0 引言

近年來，地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，為了在災(zāi)害發(fā)生后最大程度地降低災(zāi)害損失，準(zhǔn)確迅速地制定救災(zāi)決策、提高災(zāi)害應(yīng)急救援效率，首要任務(wù)就是獲取災(zāi)區(qū)的位置、類型、規(guī)模、分布等信息，快速做出救援方針。但往往受到通信中斷、道路破壞等因素影響使得人員無法第一時(shí)間進(jìn)入災(zāi)區(qū)，此時(shí)無人機(jī)航空攝影測(cè)量應(yīng)運(yùn)而生。它通過對(duì)航拍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成災(zāi)區(qū)的高分辨率正射影像，為相關(guān)部門的災(zāi)害決策工作提供重要依據(jù)。

和傳統(tǒng)的航空攝影所展現(xiàn)出來的受外界環(huán)境影響強(qiáng)烈、作業(yè)耗時(shí)長(zhǎng)、機(jī)動(dòng)性差等相比，無人機(jī)低空遙感更適合進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域的圖像實(shí)時(shí)獲取、土地變化監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、應(yīng)急指揮需求等方面應(yīng)用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。無人機(jī)攝影測(cè)量具有如下優(yōu)勢(shì)：影像獲取便捷、成本低、具有機(jī)動(dòng)性和靈活性，安全性較高、受氣候條件影響較小，任務(wù)周期短、時(shí)效性強(qiáng)。同時(shí)，也有著一些劣勢(shì)存在，如拍攝姿態(tài)穩(wěn)定性差、像片像幅小、像片傾角大、影像畸變較大等等一些不利因素，這些因素也給無人機(jī)數(shù)據(jù)處理帶了了許多難點(diǎn)[1-3]?；贗npho的無人機(jī)影像應(yīng)急測(cè)繪處理方法解決了快速成像、快速處理和無人機(jī)攝影姿態(tài)穩(wěn)定性差的問題。

1 Inpho系統(tǒng)介紹

Inpho是國(guó)內(nèi)外知名的航空攝影測(cè)量軟件之一，它可以為多數(shù)航空攝影測(cè)量項(xiàng)目提供一套完整的作業(yè)方案，包括空中三角測(cè)量，數(shù)字高程模型DEM的生產(chǎn)、數(shù)字正射影像DOM的生產(chǎn)和三維地物地貌特征的提取。

Inpho是集MATCH-AT空三加密模塊、MATCH-T DSM點(diǎn)云提取模塊、OrthoMaster正射糾正模塊、OrthoVista鑲嵌勻色模塊等于一體的航攝數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。作為主流的航空攝影測(cè)量軟件之一，它可以為所有的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量提供處理方案，應(yīng)用于眾多航測(cè)項(xiàng)目中，取得了良好的效果，并得到各單位的一致認(rèn)可。

在Inpho下進(jìn)行無人機(jī)應(yīng)急測(cè)繪數(shù)據(jù)處理，一般流程是在飛機(jī)作業(yè)結(jié)束之后，使用機(jī)載POS數(shù)據(jù)，原始航空影像，相機(jī)參數(shù)等新建工程，輸入相關(guān)參數(shù)、空三解算、點(diǎn)云提取、正射影像生成并鑲嵌勻色，最終成果輸出[4-5]。

2 數(shù)據(jù)處理流程

Inpho攝影測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 Inpho攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理流程

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及數(shù)據(jù)預(yù)處理

文中以某項(xiàng)目為例，探討基于Inpho的無人機(jī)應(yīng)急測(cè)繪數(shù)據(jù)處理方法。準(zhǔn)備數(shù)據(jù)有：原始像片、相機(jī)參數(shù)以及POS數(shù)據(jù)。由于無人機(jī)低空航空攝影測(cè)量系統(tǒng)采用的是普通的非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)，原始像片的邊緣都存在一定的畸變，所以在進(jìn)行空三前需要對(duì)測(cè)區(qū)所有像片進(jìn)行預(yù)處理，即通過對(duì)數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行相機(jī)檢校獲得相應(yīng)的畸變參數(shù)，然后對(duì)每張像片進(jìn)行畸變校正，經(jīng)過畸變校正后的像片才能用于空中三角測(cè)量。

2.2 工程創(chuàng)建

設(shè)置相機(jī)參數(shù)，包括掃描分辨率、相機(jī)焦距f、像片行列號(hào)及像主點(diǎn)坐標(biāo)(X0，Y0)，注意由于預(yù)處理已經(jīng)對(duì)像片進(jìn)行了畸變校正，所以此處的像主點(diǎn)坐標(biāo)應(yīng)設(shè)置為0。接下來導(dǎo)入畸變校正后的像片，導(dǎo)入POS數(shù)據(jù)，生成航帶信息，空三項(xiàng)目創(chuàng)建成功。打開影像命令器，設(shè)置彩色RGB通道，建立影像金字塔。進(jìn)入地理參考模塊進(jìn)行影像檢查，逐條檢查像片的排列順序，若發(fā)現(xiàn)有排列錯(cuò)誤的則要在工程編輯中對(duì)該條航帶影像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

2.3 空中三角測(cè)量

空中三角測(cè)量是利用地面控制點(diǎn)坐標(biāo)及其在遙感影像中測(cè)定出的相應(yīng)坐標(biāo)，通過數(shù)學(xué)算法最小二乘法解算出未知點(diǎn)的平面坐標(biāo)及高程，還原飛機(jī)在拍攝時(shí)的空中姿態(tài)，建立地形地貌的立體模型。Inpho中空中三角測(cè)量主要工作是進(jìn)行影像連接點(diǎn)匹配和平差。連接點(diǎn)匹配是在旁向和航向不同的像片上匹配同名點(diǎn)，MATCH-AT空三加密模塊處理過程自動(dòng)、高效、便捷，自動(dòng)匹配有效連接點(diǎn)的功能非常強(qiáng)大，若采用GPS/IMU輔助全自動(dòng)連接點(diǎn)匹配功能，匹配出來的點(diǎn)更均勻準(zhǔn)確，且對(duì)于紋理較差的水域，沙漠和森林等地方也都可以匹配到足夠的連接點(diǎn)，有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。在自由網(wǎng)構(gòu)建完成后則可進(jìn)行自由網(wǎng)平差，并剔除粗差。

接著進(jìn)行控制點(diǎn)轉(zhuǎn)刺，自由網(wǎng)平差后Infho中便可以粗略判斷控制點(diǎn)的位置，給出預(yù)測(cè)點(diǎn)位，結(jié)合外業(yè)提供的控制點(diǎn)標(biāo)記，在控制點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的每張像片上都對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)刺?？刂泣c(diǎn)轉(zhuǎn)刺需注意，首先在測(cè)區(qū)四角各刺一個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行約束平差，平差后的控制點(diǎn)預(yù)測(cè)會(huì)更精確，接著再均勻在測(cè)區(qū)內(nèi)刺點(diǎn)，邊刺點(diǎn)邊平差，直至所有控制點(diǎn)都轉(zhuǎn)刺完畢并通過約束平差。

但對(duì)于應(yīng)急測(cè)繪，由于條件限制可能無法進(jìn)入測(cè)區(qū)獲取控制數(shù)據(jù)，快速獲得測(cè)區(qū)的相對(duì)位置關(guān)系顯得更為重要，則不需要轉(zhuǎn)刺控制點(diǎn)[6]。

2.4 提取DSM點(diǎn)云數(shù)據(jù)

MATCH-T DSM點(diǎn)云提取模塊是通過在恢復(fù)的立體模型中提取高密度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，生成數(shù)字地面模型DSM。DSM中包括自然地形地貌，人工建筑等相關(guān)信息。根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)可知，如果不進(jìn)行DSM處理直接進(jìn)行正射糾正則生成的影像會(huì)有變形和拉花，特別是在較高建筑物上表現(xiàn)得更為明顯。為了后期不出現(xiàn)這種情況，在DSM生成后需要選擇合適的濾波算法進(jìn)行濾波平滑處理，濾除人工建筑物等信息，對(duì)于結(jié)果精度要求較高時(shí)則有必要進(jìn)行人工編輯DSM。圖2和圖3分別是濾波平滑處理前后的DSM。

圖2 濾波前生成的DSM

圖3 濾波后生成的DSM

2.5 影像正射校正

數(shù)字正射影像DOM是利用數(shù)字高程模型對(duì)無人機(jī)像片經(jīng)過逐個(gè)像元的投影差改正生成的具有一定幾何精度的平面影像圖。DOM具有精度高、信息量豐富、直觀逼真、獲取快捷等優(yōu)點(diǎn)。

在Inpho中使用OrthoMaster模塊對(duì)無人機(jī)航攝像片進(jìn)行正射糾正。在濾波處理后的高精度DSM基礎(chǔ)上通過批量對(duì)單張像片進(jìn)行正射校正，得到測(cè)區(qū)內(nèi)正射影像單片。圖4、圖5對(duì)比了濾波前后生成的正射影像圖。通過對(duì)比明顯發(fā)現(xiàn)，在平滑濾波處理后的DSM′基礎(chǔ)上生成的正射影像中房屋變形明顯變小，精度更高。

圖4 DSM濾波前生成的DOM

圖5 DSM濾波后生成的DOM

2.6 影像鑲嵌

OrthoVista模塊是通過先進(jìn)的影像處理技術(shù)及全自動(dòng)拼接線查找算法對(duì)不同來源的正射影像進(jìn)行處理，生成整幅顏色均衡、銜接緊密的鑲嵌圖。在Inpho中，利用OrthoVista模塊對(duì)上面生成的單片正射影像進(jìn)行鑲嵌，在進(jìn)行鑲嵌時(shí)軟件內(nèi)部會(huì)利用算法自動(dòng)對(duì)單片正射影像進(jìn)行勻光勻色，拼接出來的影像不會(huì)產(chǎn)生航帶間明顯的拼接痕跡。拼接后的正射影像如果有拼接錯(cuò)位的情況可以在軟件里進(jìn)行拼接線的調(diào)整，也可以利用單片正射影像在AdobePhotoshop下進(jìn)行修補(bǔ)，最終生成該區(qū)域的一整幅高精度正射影像圖。

3 結(jié)論

(1)根據(jù)災(zāi)害應(yīng)急及無人機(jī)遙感影像的特點(diǎn)，對(duì)Inpho軟件下無人機(jī)航空攝影數(shù)據(jù)快速處理流程進(jìn)行了方法改進(jìn)，在保證無人機(jī)DOM精度前提下，提高影像處理效率。

(2)Inpho具有強(qiáng)大的連接點(diǎn)匹配功能，匹配點(diǎn)精度高且分布均勻，對(duì)于紋理相對(duì)較弱的區(qū)域也能匹配出充足的連接點(diǎn)。

(3)Inpho在處理無人機(jī)應(yīng)急測(cè)繪數(shù)據(jù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。在Inpho中，整個(gè)處理過程批量處理較多，人工干預(yù)極少，大大提高應(yīng)急測(cè)繪成果生產(chǎn)的效率。

(4)優(yōu)化后的DSM極大地提高了DOM質(zhì)量。對(duì)DSM經(jīng)過濾波和平滑處理后，生成的DOM建筑物變形明顯減小，大大提升了DOM的質(zhì)量和精度。