李勝才,李 禺,李 旭
(四川中水成勘院測繪工程有限責(zé)任公司,四川 成都 610072)
無人機(jī)航空攝影測量具有優(yōu)越的機(jī)動性和靈活性,該方法已被大規(guī)模應(yīng)用在大比例尺地形圖的生產(chǎn)中,可是無人機(jī)航空攝影使用數(shù)碼相機(jī)幾乎都是非量測相機(jī),因此數(shù)碼相機(jī)的參數(shù)檢定就成為決定成圖精度的關(guān)鍵。雖然現(xiàn)在很多空三加密軟件都具有帶任務(wù)檢校功能,但是眾所周知像控點(diǎn)的數(shù)量以及分布情況都不能與專用檢校場相比,因此要做高精度的大比例尺地形圖,如1 ∶500、1 ∶1 000和1 ∶2 000地形圖,應(yīng)到專門的控制場進(jìn)行檢校,最好是室外三維控制場。
非量測相機(jī)需要檢校的參數(shù)包括相機(jī)主距fx、fy,像主點(diǎn)x0、y0,徑向畸變參數(shù)k1、k2,切向畸變參數(shù)p1、p2。解求相機(jī)參數(shù)需拍攝照片,而照片的外方位元素有三個(gè)線元素,即攝站坐標(biāo)XS、YS、ZS和三個(gè)角元素,即姿態(tài)參數(shù)φ、ω、κ,所以相機(jī)參數(shù)檢校時(shí)需要解求的參數(shù)共有14個(gè)。
關(guān)于非量測數(shù)碼相機(jī)檢校的論文有很多,采用直接線性變換法DLT的很多,直接線性變換數(shù)學(xué)模型為:
(1)
其中:
hΔx= (x-x0)(k1r2+k2r4)+
p1[r2+2(x-x0)2]+2p2(x-x0)(y-y0)
Δy= (y-y0)(k1r2+k2r4)+
2p1(x-x0)(y-y0)+p2[r2+2(y-y0)2]
(2)
式中X、Y、Z——像控點(diǎn)物方坐標(biāo);
Δx、Δy——相機(jī)畸變差;
x、y——像控點(diǎn)像方坐標(biāo);
r——像點(diǎn)到像主點(diǎn)的距離(向徑);
li——直接線性變換系數(shù)。
從直接線性變化模型可知,直接線性變換系數(shù)有11個(gè),而需要解算參數(shù)只有內(nèi)外方位元素共9個(gè),因此直接線性變換系數(shù)之間存在一定的相關(guān)性,并非完全獨(dú)立,所以按直接線性變換模型解算的參數(shù)精度不會很高。
而本文是采用攝影測量的最基本公式共線方程作為檢校使用的數(shù)學(xué)模型。
式中ai、bi、ci——為三個(gè)角元素的方向余弦。
從式(2)和式(3)可知,數(shù)碼相機(jī)檢??砂刺├占墧?shù)展開式(2)和式(3),保留一次項(xiàng),將共線方程線性化,按每個(gè)像控點(diǎn)的像方坐標(biāo)和物方坐標(biāo)組成誤差方程式。
(4)
則:
(5)
(6)
按式(5)和式(6)列出各點(diǎn)的誤差方程,各項(xiàng)系數(shù)和常數(shù)項(xiàng)按各參數(shù)的初始值計(jì)算得到,按最小二乘法解算出各參數(shù)的改正值,采用迭代計(jì)算的方法求出各參數(shù)的最終值,因此計(jì)算的參數(shù)均為獨(dú)立參數(shù),所以只要檢校場的精度滿足檢校參數(shù)精度要求,檢定得到的相機(jī)參數(shù)均能滿足相應(yīng)比例尺空三加密的要求。
數(shù)碼相機(jī)檢校完成后,可按式(4)計(jì)算各點(diǎn)的像方坐標(biāo)改正數(shù)Vx、Vy,按式(7)計(jì)算單位權(quán)中誤差。
(7)
式中Vx、Vy——像控點(diǎn)像方坐標(biāo)改正數(shù);
n——像控點(diǎn)個(gè)數(shù)。
2017年4月,我公司委托一家無人機(jī)公司采集某項(xiàng)目丘陵地區(qū)5 cm分辨率的影像數(shù)據(jù)用于1 ∶500地形圖測繪,無人機(jī)公司提供的檢校參數(shù)見表1。
內(nèi)業(yè)空三加密時(shí)基本定向點(diǎn)殘差平面中誤差為1.2 m,高程中誤差為1.9 m,根本達(dá)不到1 ∶500空三加密的精度要求。由于我公司今年3月底前已建立了高精度室外控制場,所以請無人機(jī)公司把數(shù)碼相機(jī)拿到我公司的檢校場拍照,進(jìn)行檢驗(yàn),參數(shù)檢驗(yàn)采用的像控點(diǎn)有78個(gè),使用公司自己開發(fā)的檢校軟件計(jì)算成果見表2。
采用我公司自己檢定的參數(shù)對像片糾正后,空三加密精度為基本定向點(diǎn)殘差平面中誤差為0.112 m,高程中誤差為0.089 m,能夠滿足規(guī)范《數(shù)字航空攝影測量空中三角測量規(guī)范》(GB/T 23236- 2009)規(guī)定的1 ∶500地形圖基本定向點(diǎn)平面中誤差平地0.13 m,高程中誤差平地0.11 m的要求。
表1 數(shù)碼相機(jī)檢定參數(shù)
表2 數(shù)碼相機(jī)檢定成果及精度情況
(1)無人機(jī)航空攝影測量用于1 ∶500、1 ∶1 000、1 ∶2 000測圖是可行的,但數(shù)碼相機(jī)必須通過精確檢定。
(2)用于相機(jī)檢校的三維控制場按實(shí)際攝影航高放大后的像控點(diǎn)中誤差不應(yīng)大于相應(yīng)比例尺像控點(diǎn)中誤差的1/3。
(3)檢校軟件采用的數(shù)學(xué)模型最好是共線方程。