航測(cè)空三成果交互使用問(wèn)題的探討

江峻毅，高興國(guó)

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250013)

自動(dòng)空中三角測(cè)量(空三加密)是根據(jù)少量的地面控制點(diǎn)來(lái)計(jì)算一個(gè)測(cè)區(qū)中所有影像的外方位元素和所有加密點(diǎn)的地面坐標(biāo)。從空三處理成果數(shù)據(jù)流程而言，涉及航測(cè)數(shù)據(jù)處理的坐標(biāo)系統(tǒng)主要有像平面坐標(biāo)系、像空間坐標(biāo)系、像空間輔助坐標(biāo)系、物方空間坐標(biāo)系和地面坐標(biāo)系等多個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)成果包含像片內(nèi)方位元素、外方位元素及加密點(diǎn)的像點(diǎn)坐標(biāo)和物方坐標(biāo)?？杖龜?shù)據(jù)成果的標(biāo)準(zhǔn)性、統(tǒng)一性，也是空三成果數(shù)據(jù)可以進(jìn)行交互使用的前提條件。

2 不同像平面坐標(biāo)系引起的空三成果交互使用問(wèn)題的出現(xiàn)

攝影測(cè)量中，涵蓋內(nèi)方位元素的像平面坐標(biāo)系定義為：一般以像主點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，采用右手坐標(biāo)系，和相對(duì)框標(biāo)的連線作為x、y軸，其中x軸一般是接近航線方向的，相垂直的框標(biāo)連線為y軸，用o－xy表示，所有像點(diǎn)坐標(biāo)x、y數(shù)據(jù)都應(yīng)歸算到o－xy系統(tǒng)中。

當(dāng)前普及速度越來(lái)越快的inpho軟件，可便捷的設(shè)置和原始影像像素坐標(biāo)系不同指向的像平面坐標(biāo)系，導(dǎo)致空三數(shù)據(jù)成果與其他軟件不通用，只有對(duì)空三加密成果進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)換處理，才能實(shí)現(xiàn)與其他軟件的交互使用。

3 工程實(shí)例分析

3.1 空三加密工程情況

現(xiàn)以inpho軟件和VirtuoZo軟件交互使用為例進(jìn)行討論，處理數(shù)據(jù)為山東菏澤某區(qū)域無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)，原始影像像素大小為5616 pixel X3744 pixel，像素大小6.41um，飛行方向?yàn)闁|西方向。原始影像見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)區(qū)原始影像圖

依照航飛方向，山東菏澤無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)實(shí)際影像疊加效果和單像片像平面坐標(biāo)系見(jiàn)圖2。

圖2 測(cè)區(qū)內(nèi)像平面坐標(biāo)系

根據(jù)原始影像的尺寸大小，在VirtuoZo軟件中，完成這個(gè)數(shù)據(jù)處理，需將無(wú)人機(jī)原始影像進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，建立的像平面坐標(biāo)系為：以像主點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，航線方向?yàn)閤軸，y軸與x軸相垂直，在本文中簡(jiǎn)稱(chēng)豎直方向像平面坐標(biāo)系，即原始影像由水平方向的5616 pixel X3744 pixel尺寸，90°順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為豎直方向的5616 pixel X3744 pixel尺寸，完成航帶影像東西方向的疊加，疊加結(jié)果與實(shí)際保持一致。

依據(jù)上述作業(yè)流程，航測(cè)空三數(shù)據(jù)處理有關(guān)的五個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)保持一致，VirtuoZo可以方便的導(dǎo)入inpho空三成果，自動(dòng)創(chuàng)建立體模型，批量自動(dòng)完成模型定向、核線重采樣等工作，以及進(jìn)行后續(xù)4d產(chǎn)品生產(chǎn)。

3.2 空三加密處理的像平面坐標(biāo)設(shè)置

上述提及的影像旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，inpho軟件可以只通過(guò)其便捷的相機(jī)參數(shù)設(shè)置功能，通過(guò)設(shè)置不同指向的像平面坐標(biāo)系，而不進(jìn)行實(shí)際的旋轉(zhuǎn)影像，實(shí)現(xiàn)航帶影像間的疊加，并使其結(jié)果與實(shí)際保持一致，設(shè)置情況：

Image coordinate system.

The orientation of the image coordinate system is set to:

在inpho軟件橫線選項(xiàng)處，可選擇四個(gè)不同指向的像平面坐標(biāo)系，實(shí)現(xiàn)航帶影像間的正確疊加。

在本工程中，inpho指定的影像像平面坐標(biāo)系：坐標(biāo)原點(diǎn)同樣是像主點(diǎn)，而x軸和y軸的指向正好與VirtuoZo定義的豎直方向像平面坐標(biāo)系差90°，y軸指向航線方向，x軸與航線方向垂直，本文簡(jiǎn)稱(chēng)水平方向像平面坐標(biāo)系?？衫斫鉃樵趇npho中，可以設(shè)置像平面坐標(biāo)系與原始影像像素坐標(biāo)系之間的多種旋轉(zhuǎn)關(guān)系，對(duì)影像進(jìn)行了虛擬映射旋轉(zhuǎn)(即原始影像保持水平不變)，但同樣完成了正確的航帶影像疊加，結(jié)果與實(shí)際保持一致。

3.3 像平面坐標(biāo)系差異引起的錯(cuò)誤結(jié)果

在完成inpho空三處理結(jié)果后，將左右像對(duì)的加密點(diǎn)數(shù)據(jù)引入結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 側(cè)區(qū)內(nèi)像對(duì)加密點(diǎn)

各加密點(diǎn)匹配正確，數(shù)據(jù)導(dǎo)入無(wú)誤，但存在的問(wèn)題為：影像為inpho指定的水平方向像平面坐標(biāo)系，與VirtuoZo使用的豎直方向像平面坐標(biāo)系不一致，無(wú)法進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)處理；如果此時(shí)僅對(duì)影像進(jìn)行90°旋轉(zhuǎn)處理，不對(duì)加密點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，導(dǎo)入VirtuoZo軟件后，對(duì)應(yīng)的影像正確，但加密點(diǎn)數(shù)據(jù)明顯錯(cuò)誤，也無(wú)法進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)處理，見(jiàn)圖4。

4 上述問(wèn)題的原因分析和解決方案

4.1 原因分析

從對(duì)上述實(shí)例的分析，我們基本可以清楚，由于加密處理中，相機(jī)參數(shù)設(shè)置引起的空三數(shù)據(jù)交互使用問(wèn)題實(shí)質(zhì)是使用不同指向的像平面坐標(biāo)系引起的交互問(wèn)題。當(dāng)空三加密過(guò)程是使用水平方向像平面坐標(biāo)系(水平影像)處理，而交互到數(shù)據(jù)使用端立體采集中卻使用豎直方向像平面坐標(biāo)系(豎直影像)成果時(shí)，空三數(shù)據(jù)加密成果如不經(jīng)處理，將導(dǎo)致引入數(shù)據(jù)和豎直影像不匹配。

只有保持航測(cè)空三數(shù)據(jù)處理中，相對(duì)應(yīng)的五個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)一致，才能滿足兩個(gè)軟件間空三加密成果交互使用，如坐標(biāo)系統(tǒng)不一致，將產(chǎn)生交互問(wèn)題，只有進(jìn)行正確的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)的一致，才能實(shí)現(xiàn)空三成果的交互使用。

4.2 解決方案

根據(jù)上述分析，我們將水平影像順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°為豎直影像后，應(yīng)根據(jù)像平面坐標(biāo)系的實(shí)際情況對(duì)空三加密點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，才能確保前后數(shù)據(jù)的一致。

本文中，加密點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，才能滿足引入數(shù)據(jù)和豎直影像的相匹配，根據(jù)90°旋轉(zhuǎn)的換算公式計(jì)算，轉(zhuǎn)換前與轉(zhuǎn)換后加密點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)值對(duì)比見(jiàn)表1。

圖4 導(dǎo)入VirtuoZo軟件后的像對(duì)加密點(diǎn)

表1 轉(zhuǎn)換前與轉(zhuǎn)換后加密點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)值對(duì)比

將處理后加密點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入至VirtuoZo軟件，匹配結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 加密點(diǎn)數(shù)據(jù)處理后導(dǎo)入VirtuoZo軟件匹配結(jié)果圖

各加密點(diǎn)匹配正確，數(shù)據(jù)引用無(wú)誤，對(duì)應(yīng)像平面坐標(biāo)系正確，且影像為豎直方向的3744×5616大小，能建立好每一個(gè)立體像對(duì)的立體模型，滿足VirtuoZo軟件的處理要求，可以順利的進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)處理。

4.3 編制相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件

根據(jù)旋轉(zhuǎn)的計(jì)算特點(diǎn)，編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的處理軟件，實(shí)現(xiàn)快速便捷的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互使用。

軟件可對(duì)旋轉(zhuǎn)的度數(shù)、導(dǎo)入的像對(duì)數(shù)選擇性的設(shè)置，以滿足不同需要，徹底解決由于像平面坐標(biāo)系引起的空三數(shù)據(jù)的交互使用問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

空三加密成果的交互使用很好的促進(jìn)各種航測(cè)軟件發(fā)展。在交互使用過(guò)程中，應(yīng)保持兩者間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和一致性，當(dāng)出現(xiàn)不一致問(wèn)題時(shí)，應(yīng)從數(shù)據(jù)處理流程著手，分析問(wèn)題的根本所在，找出數(shù)據(jù)差異的原因，經(jīng)過(guò)正確的坐標(biāo)變換，使交互使用的空三加密成果一致起來(lái)，確保交互使用的正確性。

[1]王佩軍，徐亞明．?dāng)z影測(cè)量學(xué)(第二版)[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2010．

[2]張祖勛，張劍清．?dāng)?shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)(第二版)[M]．武漢：武漢大學(xué)出版社，2013．

[3]方詩(shī)明，姬海莉．?dāng)?shù)字?jǐn)z影測(cè)量空三加密精度控制實(shí)踐與探討[J]．測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)化，2006，22(3)．