結(jié)合機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的航攝數(shù)碼相機(jī)檢校分析應(yīng)用研究

楊 莉

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

普通數(shù)碼相機(jī)以其廉價(jià)、靈活、快速地特點(diǎn)在工程中得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。近些年，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)設(shè)備同時(shí)攜帶相機(jī)獲取對(duì)應(yīng)地區(qū)影像的應(yīng)用也越來(lái)越多。但由于數(shù)碼相機(jī)屬非量測(cè)型相機(jī)，通常其內(nèi)方位元素?zé)o法直接測(cè)定，并且存在較大的光學(xué)畸變差，因此數(shù)碼相機(jī)的檢驗(yàn)是近景攝影測(cè)量中經(jīng)常碰到的問(wèn)題，是數(shù)碼航空攝影測(cè)量的一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。

1 檢校原理及重要性

數(shù)碼相機(jī)的誤差主要有鏡頭引起的誤差和CCD引起的誤差。鏡頭引起的誤差是由相機(jī)物鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作和裝配誤差引起的像點(diǎn)偏離其正確位置的誤差，主要是指光學(xué)畸變差，具體包括徑向畸變差和偏心畸變差。CCD引起的誤差主要有CCD安置、CCD陣面不平整和CCD面陣內(nèi)變形引起的誤差，通常情況下經(jīng)出場(chǎng)檢驗(yàn)合格后，這個(gè)值影響很小，可忽略不計(jì)。

結(jié)合相機(jī)出場(chǎng)配套的相機(jī)文件，可采用基于攝影測(cè)量原理的試驗(yàn)場(chǎng)檢校法來(lái)完成相機(jī)的檢校。其原理是用相機(jī)拍攝檢校場(chǎng)，而檢校場(chǎng)標(biāo)志點(diǎn)其空間坐標(biāo)可量測(cè)獲得，依據(jù)單片后方交會(huì)或多片后方交會(huì)，可解求相機(jī)內(nèi)方位元素和畸變參數(shù)。

2 檢校場(chǎng)準(zhǔn)備工作

(1)飛行之前做好完善的飛行計(jì)劃。

飛行參數(shù)及計(jì)劃：飛行航高、測(cè)區(qū)覆蓋范圍(大約3 km×2 km)、選擇航向和旁向覆蓋率、飛行航線(垂直/反向飛行四條航線，每天航線至少12張影像)、航向重疊度、航線之間旁向重疊度(航向80%)。具體參數(shù)可參看航飛設(shè)計(jì)。

(2)地面控制點(diǎn)(建議15～20個(gè))，分布規(guī)律如下：測(cè)區(qū)的四個(gè)角的區(qū)域布設(shè)1～3個(gè)控制點(diǎn)，中心點(diǎn)布設(shè)1-3個(gè)控制點(diǎn)，此控制點(diǎn)作為精度檢查的檢查點(diǎn)使用。

3 相機(jī)檢校流程

航飛完成后開始相機(jī)檢校，相機(jī)數(shù)據(jù)檢校在收集好相關(guān)資料后，即可進(jìn)行。

(1)相關(guān)資料收集

采用經(jīng)審批通過(guò)后的相機(jī)檢校場(chǎng)數(shù)據(jù)，其中包括檢校場(chǎng)原始影像、初始影像外方位元素?cái)?shù)據(jù)、航跡文件、像控點(diǎn)坐標(biāo)以及點(diǎn)志記等等相關(guān)文件。

依據(jù)儀器要求及相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，相機(jī)檢校工作推薦在WGS84坐標(biāo)系下進(jìn)行。

(2)相機(jī)檢校作業(yè)過(guò)程

結(jié)合工程生產(chǎn)，相機(jī)檢校使用徠卡公司的相關(guān)軟件，主要工作流程可描述如下：

①利用相機(jī)事件文件(Event)和.SOL文件生成影像的初始外方位元素。

②建立影像工程，并利用相機(jī)檢校文件，進(jìn)行內(nèi)定向和外定向。

③在對(duì)應(yīng)的加密模塊下進(jìn)行空三加密處理。

④利用空三加密結(jié)果，生成相機(jī)的視準(zhǔn)軸檢校值，并重新生成檢校后的外方位元素(如圖1所示)。

圖1 獲取Misalignment(視準(zhǔn)軸)檢校值

⑤重新建立工程采用檢校值，對(duì)檢校結(jié)果進(jìn)行精度檢查和分析。

4 相機(jī)檢校成果

完成相機(jī)檢校后，即可得到Misalignment(視準(zhǔn)軸)檢校值，按照數(shù)據(jù)生成流程，可將該檢校值應(yīng)用于測(cè)區(qū)影像數(shù)據(jù)，此時(shí)可針對(duì)測(cè)區(qū)需要選擇相應(yīng)的坐標(biāo)系，生成影像必需的外方位元素。

5 成果質(zhì)量檢查

關(guān)于相機(jī)檢校的成果數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查，可從軟件和檢查點(diǎn)兩個(gè)方面進(jìn)行。

(1)完成相機(jī)檢校后，將得到的Misalignment(視準(zhǔn)軸)檢校值應(yīng)用于影像數(shù)據(jù)，此時(shí)再建立工程，檢查數(shù)據(jù)看是否起到檢校作用(如圖2、圖3所示)。

圖2 檢校前LPS立體像對(duì)左右片上同名地物點(diǎn)十字叉位置

圖3 檢校后LPS立體像對(duì)左右片上同名地物點(diǎn)十字叉位置

(2)在相機(jī)檢校區(qū)，可采用外業(yè)采集的多個(gè)地面控制點(diǎn)做檢查。均勻分布在測(cè)區(qū)的四個(gè)邊角和中心區(qū)域，經(jīng)過(guò)后處理檢校之后，檢查計(jì)算控制點(diǎn)中誤(如圖4、表1所示)。

圖4 相機(jī)檢校地面控制點(diǎn)分布圖

RMS-X0.161mRMS-Y0.347mRMS-Z0.150m

檢校后的平面誤差在1～2個(gè)像元，高程誤差在1個(gè)像元左右，檢校結(jié)果符合相機(jī)檢校規(guī)范，相機(jī)經(jīng)過(guò)檢校之后所能達(dá)到的精度可以滿足常規(guī)正射影像產(chǎn)品的精度要求。計(jì)算得到的視準(zhǔn)軸偏差值可作為后續(xù)數(shù)據(jù)處理采用。

(3)類似檢校場(chǎng)數(shù)據(jù)，可采用控制點(diǎn)或者檢查點(diǎn)等相關(guān)信息，做中誤差統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)還可以結(jié)合點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將影像和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行疊合，檢查影像質(zhì)量。根據(jù)相機(jī)檢校成果進(jìn)行正射影像制作，套合檢校場(chǎng)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)(如圖5圖6所示)。

圖5 影像與點(diǎn)云數(shù)據(jù)疊合效果圖(一)

圖6 影像與點(diǎn)云數(shù)據(jù)疊合效果圖(二)

[1] 張小紅.機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)理論與方法[M].武漢:武漢大學(xué)出版社，2007

[2] 鄭炎兵，區(qū)意金.數(shù)碼相機(jī)檢驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法[J].地理空間信息，2009(3)

[3] 基于DLT模型的一種數(shù)碼相機(jī)檢校方法[EB/OL]，http://wenku.baidu.comview5b27e1dcd15abe23482f4dae.html．

[4] 邱志成.現(xiàn)代科技發(fā)展對(duì)攝影測(cè)量與遙感技術(shù)的影響[J].測(cè)繪科學(xué)，1999(3)

[5] 李藝，林宗堅(jiān)，李佶，等.非量測(cè)數(shù)碼相機(jī)單像空間后方交會(huì)的輔助分步像主距與像主點(diǎn)的簡(jiǎn)單測(cè)定[J].測(cè)繪科學(xué)，2009(2)

[6] 何敏，全斌.幾種相機(jī)檢校方法的探討[J].測(cè)繪與空間地理信息，2011(6)

[7] 高帥華，張繼斌.數(shù)碼相機(jī)檢校方法總結(jié)[J].城市建設(shè)理論研究，2012(24)

[8] 郭學(xué)林.普通數(shù)碼相機(jī)檢校方法的研究[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，13(19)

[9] 張祖勛，等.數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，1997

[10] 鄒勇平.POS輔助航空攝影測(cè)量應(yīng)用方法研究與誤差分析[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2010