徐娜

（遼寧省基礎(chǔ)測(cè)繪院，遼寧錦州 121003）

利用像素工廠制作多源數(shù)據(jù)的正射影像產(chǎn)品時(shí)，空三加密處理是最為關(guān)鍵的一步，它直接影響到正射影像的整體精度，因此空三加密處理在整個(gè)正射影像過(guò)程中占有至關(guān)重要的地位[1]。本文對(duì)像素工廠空三加密過(guò)程中常遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和分析，并提供解決方案，為后續(xù)生產(chǎn)提供有利的技術(shù)依據(jù)。

一、像素工廠空三加密

空三加密通過(guò)連接點(diǎn)和控制點(diǎn)來(lái)確定平面和高程的位置，點(diǎn)的數(shù)量和分布直接決定空三加密的精度[2]。像素工廠下進(jìn)行空三加密，首先是進(jìn)行連接點(diǎn)的匹配和優(yōu)化，然后匹配控制點(diǎn)，最后做連接點(diǎn)和控制點(diǎn)的聯(lián)合優(yōu)化，直至最終成果符合要求[3]。

二、空三加密常見(jiàn)問(wèn)題分析

1.空三加密前的數(shù)據(jù)檢查

像素工廠導(dǎo)入影像后一般就開(kāi)始空三加密處理，在開(kāi)始空三加密之前要做好空三前的數(shù)據(jù)檢查[4]。

問(wèn)題一：如何對(duì)空三加密前的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查？

解決辦法：首先通過(guò)cli_calib_init命令創(chuàng)建一個(gè)空三文件夾是最簡(jiǎn)單最直接的檢查方式。

要點(diǎn)一：利用specif_chantier查看影像數(shù)量是否有出入。

要點(diǎn)二：查看POS初始精度(多相機(jī)平臺(tái)只需要查看下視影像)。一般需導(dǎo)入一個(gè)外部的DEM作為空三的參考，比如免費(fèi)的srtm或gdem，兩個(gè)數(shù)據(jù)精度差不多，在地形平坦起伏不大的區(qū)域建議用srtm，地形復(fù)雜的丘陵山區(qū)地帶建議用gdem?；蛘呤亲约阂延懈呔鹊膁em，總之dem精度越高越好。Bundleview打開(kāi)所有影像，加載外部dem，選擇地形平坦的區(qū)域，點(diǎn)擊左上角的TIE綠色小圓圈，投一個(gè)點(diǎn)下去。觀察在pointview在各個(gè)影像上的位置相差多少，就能估算POS的初始精度。

問(wèn)題二：如果在bundleview里面發(fā)現(xiàn)同一條航線內(nèi)或不同航線間的影像連接不上，該如何處理？

解決辦法：這種情況一般是kappa角出了問(wèn)題。

1. 轉(zhuǎn)角系統(tǒng)需要統(tǒng)一。像素工廠默認(rèn)的旋轉(zhuǎn)角系統(tǒng)為Omega-phikappa轉(zhuǎn)角系統(tǒng)，國(guó)產(chǎn)有些軟件輸出的為zyx轉(zhuǎn)角系統(tǒng)。

2. 一個(gè)正常的初始影像數(shù)據(jù)需要做到同一條航線內(nèi)或不同航線間的影像能連接上。

3.在bundleview選取一個(gè)明顯地物點(diǎn)，右鍵復(fù)制經(jīng)緯度，然后粘貼到googleearth中，觀察googleearth中地物的方向是否跟bundleview中顯示的方向是否一致。如果不一致，可以對(duì)比觀察導(dǎo)入前的原始tif影像需要旋轉(zhuǎn)多少角度才能跟googleearth上一致，對(duì)比這個(gè)旋轉(zhuǎn)角跟EO中的kappa角相差多少，然后再根據(jù)具體情況分析如何調(diào)整kappa角。

2.連接點(diǎn)匹配

像素工廠現(xiàn)有的連接點(diǎn)匹配方法分為兩大類(lèi)[5]：基于物方的連接點(diǎn)匹配和SIFT特征點(diǎn)匹配（表1）。

像素工廠匹配連接點(diǎn)過(guò)程分為三個(gè)步驟[6]：每張影像打初始點(diǎn)(getgcp)、 將初始點(diǎn)投影到specif_chantier的所有影像上去（gcpi） 、 對(duì)投影點(diǎn)結(jié)果里進(jìn)行連接點(diǎn)匹配（matchgcp），如圖1。

問(wèn)題一：對(duì)于不同數(shù)據(jù)源應(yīng)如何選擇連接點(diǎn)匹配方法？

解決辦法：對(duì)不同傳感器模型，對(duì)于連接點(diǎn)的匹配方法有以下建議：

UAV無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)：初始POS姿態(tài)較差，影像畸變大，可以SIFT為主匹配連接點(diǎn)，少數(shù)情況下點(diǎn)不夠可用point_repartition或matchgcp補(bǔ)點(diǎn)。

表1 像素工廠匹配方法

圖1 像素工廠連接點(diǎn)匹配過(guò)程示意圖

框幅Frame數(shù)據(jù)：POS精度高，影像畸變小，以matchgcp為主。

遙感衛(wèi)星影像RPC數(shù)據(jù)和退掃式ADS數(shù)據(jù)：POS精度很高，影像無(wú)畸變，只能用matchgcp或point_repartition來(lái)匹配連接點(diǎn)。

問(wèn)題二：困難地區(qū)匹配不上連接點(diǎn)該如何處理？

解決辦法：對(duì)于困難區(qū)域例如大面積的山地，林地或者時(shí)相不佳的數(shù)據(jù)，存在難以匹配到連接點(diǎn)的問(wèn)題，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題有如下建議：

UAV無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)：已經(jīng)基本不存在缺點(diǎn)的情況；

框幅Frame數(shù)據(jù)：可用SIFT補(bǔ)點(diǎn)；

遙感衛(wèi)星影像RPC數(shù)據(jù)和退掃式ADS數(shù)據(jù)：

（1）getgcp 適當(dāng)加大困難區(qū)域打點(diǎn)密度，可用-ix iy x y定義搜索范圍；

（2）gcpi 推薦使用srtm或者更高精度的dem作為參考輔助；

（3）針對(duì)地形起伏較大的數(shù)據(jù)，matchgcp給定合適的-zmin zmax范圍；

（4）降低matchgcp的參數(shù)-s 改成0.7或者0.65(注意不要低于0.6)，-t改小(默認(rèn)值為4，最小可改到1)；

（5）根據(jù)影像原始姿態(tài)精度適當(dāng)調(diào)整 xmax ymax(匹配搜索范圍)；

（6）使用point_repartion, 調(diào)整-min_overlap_points或者-min_overlap_density參數(shù)增大打點(diǎn)密度。

3.如何檢查連接點(diǎn)分布和數(shù)量

像素工廠得到足夠且分布合理的連接點(diǎn)，如何檢測(cè)連接點(diǎn)分布是否足夠也非常關(guān)鍵。

問(wèn)題一：如何檢查連接點(diǎn)分布和數(shù)量？

解決辦法：像素工廠提供兩個(gè)工具可以對(duì)連接點(diǎn)的分布和數(shù)量進(jìn)行檢查：

工具一： blkprocess

blkprocess trace_calib -tracknum 9-sortby

這個(gè)工具可查看航帶間和航帶內(nèi)的點(diǎn)數(shù)量，還能看到每張影像上所有連接點(diǎn)的中誤差。

工具二：QA工具檢查點(diǎn)的連通性

/home/pfuser/QA/qa_general_analy sis.sh -s specif_chantier -t tie.gcp -n 50-i 3

“-n 50 i 3 ”是決定輸出結(jié)果的參數(shù)，代表的意思是一張影像跟其他任意一張影像之間有至少50個(gè)點(diǎn)可以連起來(lái)，而且與其他影像之間貫通性不少于3個(gè)連接才能放到ConnectedComponent里面(可根據(jù)具體情況適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)，最小建議值為-n 20 -i 1)[7]。

該工具輸出結(jié)果：生成QUALITY文件夾，及相應(yīng)的5個(gè)文本文件，分別為PointNumPerImage；PointMultiplicity；SortedPairs；ConnectedComponent；CriticalPairs。該 工具主要查看ConnectedComponent，看是否最大的一個(gè)Component是否包含了所有的影像：

a.如果是，則可以說(shuō)明點(diǎn)的數(shù)量足夠；

b.如果不是，則需要檢查在最大的Component里漏掉的影像，并針對(duì)這些影像進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)。圖2和圖3兩張影像中分別是兩個(gè)項(xiàng)目的component情況。

可以看到，圖2影像斷成兩個(gè)connectedcomponent，這種情況下說(shuō)明連接點(diǎn)分布不佳，需要用命令重新匹配加點(diǎn)。圖3幾乎所有影像連接成為一個(gè)完整的connected component，只有少量影像游離于這個(gè)component之外，可以檢查這些少量影像的分布是否重要，手動(dòng)加一些點(diǎn)即可。如果這些影像在區(qū)域邊緣或其他不重要的地方，在不影響最終成果的基礎(chǔ)上，可以去掉這些影像。

4.如何快速高效地調(diào)連接點(diǎn)

空三加密的大部分時(shí)間都花在了調(diào)連接點(diǎn)上，所以如何快速高效地調(diào)連接點(diǎn)是空三最關(guān)鍵的一部分[8]。

問(wèn)題一：如何快速高效地調(diào)連接點(diǎn)？

解決辦法：因?yàn)橄袼毓S連接點(diǎn)是全自動(dòng)獲取的，所以不可避免地會(huì)存在一部分錯(cuò)點(diǎn)，調(diào)連接點(diǎn)的過(guò)程實(shí)際上就是一個(gè)去掉錯(cuò)點(diǎn)的過(guò)程。

第一步：全自動(dòng)匹配獲取連接點(diǎn)，需要注意的是這個(gè)連接點(diǎn)必須符合以下要求：

均勻分布，維度合適，整個(gè)空三網(wǎng)結(jié)構(gòu)才夠穩(wěn)定；絕大部分是對(duì)的點(diǎn)，少量錯(cuò)點(diǎn)，這樣才能保證殘差大的點(diǎn)為錯(cuò)點(diǎn)。

第二步：優(yōu)化，給定合適的sigma參數(shù)，clbc會(huì)根據(jù)絕大部分對(duì)的點(diǎn)整體運(yùn)算返回一個(gè)殘差報(bào)告。

如果點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和sigma參數(shù)合理，我們可以判斷殘差大的點(diǎn)是錯(cuò)點(diǎn)，其中會(huì)有少部分對(duì)點(diǎn)受到附近錯(cuò)點(diǎn)的影像也會(huì)有一個(gè)大的殘差，但是總的基礎(chǔ)不影響。

第三步，根據(jù)殘差報(bào)告，設(shè)定一個(gè)閾值，濾除部分殘差大的點(diǎn)。需要注意的是，一次刪點(diǎn)不能過(guò)多，循序漸進(jìn)。

圖2 斷開(kāi)的component

圖3 滿足條件的component

第四步, 對(duì)上一步的點(diǎn)結(jié)果優(yōu)化，根據(jù)上一步得到的殘差報(bào)告，設(shè)定合適的閾值，濾除部分錯(cuò)點(diǎn), 就這樣反復(fù)優(yōu)化并濾點(diǎn)，直到最終的殘差報(bào)告符合要求。

因此，快速高效得到最終連接點(diǎn)結(jié)果最重要的幾點(diǎn)如下：

（1）分布均勻，維度足夠，也就是能夠把所有影像能夠緊密連接起來(lái)的初始連接點(diǎn)。這個(gè)連接點(diǎn)還必須是絕大部分是對(duì)的點(diǎn)，少量錯(cuò)點(diǎn)，因此在一些困難區(qū)域想不建議把相似度-s降到0.6以下。

（2）在不同的階段根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)的特點(diǎn)，給定合適的sigma參數(shù)。sigma設(shè)置遵照由少到多，由小到大循序漸進(jìn)的原則。

（3）在調(diào)點(diǎn)過(guò)程中，需要注意不時(shí)檢查點(diǎn)數(shù)量和component，如果最開(kāi)始的點(diǎn)很好，但是調(diào)點(diǎn)過(guò)程中，點(diǎn)都被刪沒(méi)了，那就需要注意檢查一下使用的sigma和group文件參數(shù)是否有問(wèn)題。

5.精度控制及接邊

問(wèn)題一：如何對(duì)空三加密進(jìn)行精度控制？

解決辦法：空三加密的精度直接決定后期影像的精度，因此有如下建議：

（1）連接點(diǎn)數(shù)量與分布：QA和blkprocess工具在優(yōu)化迭代過(guò)程中要反復(fù)使用，以保證整個(gè)空三調(diào)點(diǎn)過(guò)程中點(diǎn)數(shù)量足夠。

（2）控制點(diǎn)分布是否合理：控制點(diǎn)要均勻分布測(cè)區(qū)內(nèi)部，對(duì)控制點(diǎn)需求視原始POS精度而定，連接點(diǎn)連接弱的區(qū)域，如水體，山區(qū)或者單獨(dú)凸出的航線分支需要適當(dāng)加一些控制點(diǎn)。

（3）控制點(diǎn)權(quán)重設(shè)置 ：關(guān)于控制點(diǎn)的權(quán)重設(shè)置一般都建議給影像分辨率大小，或者如果控制點(diǎn)可信度高，可根據(jù)其本身精度來(lái)設(shè)置權(quán)重。

問(wèn)題二：如何進(jìn)行空三加密接邊？

解決方法：如A區(qū)的數(shù)據(jù)已經(jīng)導(dǎo)入做完空三，而與其接邊的B區(qū)數(shù)據(jù)還未做空三，那么在B區(qū)數(shù)據(jù)完成空三加密后，需要對(duì)A區(qū)和B區(qū)進(jìn)行空三加密接邊來(lái)保證后期兩區(qū)數(shù)據(jù)能做到無(wú)縫拼接。

對(duì)于這種情況，建議流程如下：第一步，完成A區(qū)空三，提取A區(qū)最后一次優(yōu)化輸出的點(diǎn)opt.gcp；第二步，提取A區(qū)opt.gcp中公共區(qū)的點(diǎn)文件，另外A區(qū)提取的公共點(diǎn)需要給出一定的控制權(quán)重，然后與B區(qū)的連接點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。這樣從理論上來(lái)兩個(gè)區(qū)域就可以實(shí)現(xiàn)空三加密的無(wú)縫拼接了。

三、結(jié)束語(yǔ)

利用像素工廠制作正射影像，無(wú)論是衛(wèi)星影像、ADS推掃影像還是無(wú)人機(jī)以及框幅影像，空三加密處理是處理多源數(shù)據(jù)制作DOM流程中最為重要也是最難的一步。本文主要對(duì)空三加密處理過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，并提出了相應(yīng)的解決方案，為后續(xù)生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支撐。