航空攝影測量影像定向的若干解析

侯小風(fēng) 徐靈

摘要：隨著我國航空攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展，對于獲取影像的質(zhì)量提出了更高的要求，不僅需要在航空攝影器材中安裝控制系統(tǒng)，而且還需要將攝影器材與定位系統(tǒng)連接在一起，特別是在GPS航空攝影測量中，更得將航空攝影器材和GPS定位技術(shù)進(jìn)行固定的連接，以保證拍攝的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：航空攝影 測量 影像定向

中圖分類號：P2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

引言：航空攝影是在飛機(jī)上安裝航空攝影儀，對地面進(jìn)行垂直攝影，獲取航攝像片或數(shù)字影像。航空攝影測量是利用航攝像片測制地形圖的一種方法，與白紙測圖相比，它不僅可使絕大部分外業(yè)測量工作在室內(nèi)完成，還具有成圖速度快、精度均勻、成本低、不受氣候季節(jié)限制等優(yōu)點。

一、航空攝影測量定向問題

航攝測量影像定向就是運用遙感影像來確定地面目標(biāo)點的空間位置，從而進(jìn)一步實現(xiàn)目標(biāo)定位的原理，其重點就是能迅速的獲取空間方位。攝影測量就是利用攝影光束相交確定地面點位的一種方法。這種方法需要外方位元素:為三個線元素和三個角元素。近幾年來,經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會建設(shè)發(fā)展較為迅速,在城鎮(zhèn)和土地調(diào)查的成果資料與實際利用現(xiàn)狀存在較大差異,對土地進(jìn)行科學(xué)有效利用則產(chǎn)生較深影響。如果靠控制點并通過空三加密反求光束的外方位因素的傳統(tǒng)攝影成圖技術(shù)則不能滿足生產(chǎn)發(fā)展和城市測繪的需求。

目前，航空攝影測量主要有常規(guī)航空攝影測量、GPS航空攝影測量DGPS/IMU航空攝影測量3種模式。航空影像的獲取和影像定向方法的不同是這三種測量技術(shù)最主要的區(qū)別。航空攝影測量影像定向技術(shù)是借助大量地面控制點加密技術(shù)獲取模型定向點來實現(xiàn)的?，F(xiàn)代的航空攝影測量在作業(yè)上一般在航空攝影、地面控制和內(nèi)業(yè)測繪上有一定的要求。在采用GPS航空攝影測量時一般會將動態(tài)GPS接收機(jī)與航攝儀固聯(lián)以提高影像獲取的質(zhì)量。

航攝像片由于像點坐標(biāo)誤差的影響使像片邊緣產(chǎn)生的像點位移和影像變形比中心部分要嚴(yán)重。為了提高外業(yè)判讀刺點和內(nèi)業(yè)點位量測精度，像片所選像控點的位置距像片邊緣要大于1cm或1.5cm。另外，考慮到內(nèi)業(yè)立體觀察的效果，減少外業(yè)像控點的布設(shè)數(shù)量以及提高內(nèi)業(yè)的定向精度，像片上像控點要距離各類標(biāo)志，如壓平線、框標(biāo)標(biāo)志、片號等不應(yīng)小于1cm。像控點應(yīng)分布在航向三度重疊和旁向重疊中線附近，距離方位線要大于3 cm或4.5 cm。

選擇像控點除了要考慮各種成圖方法對像控點的布點要求外，像控點必須是影像位置可以明確辨認(rèn)的目標(biāo)點，并且能滿足地形測量通視良好，交會圖形理想等要求。

無論是平面點、高程點或平高點均要選擇在明顯目標(biāo)點上，明顯目標(biāo)點是指野外的實地位置和像片的影像位置都可以明確辨認(rèn)的點。一般地區(qū)較理想的明顯目標(biāo)是近于直角而且又近于水平的線狀地物的交點和地物拐角上，特別是固定的田角和道路交叉經(jīng)常作為優(yōu)先選點的理想目標(biāo)。

在采用GPS航空攝影測量時一般會將動態(tài)GPS接收機(jī)與航攝儀固聯(lián)以提高影像獲取的質(zhì)量。一般在采用DGPS/IMU航空攝影測量時,都會在航攝儀上安裝POS系統(tǒng)。根據(jù)不同的情況要選擇不同的地面控制方案，以獲得最佳的加密點坐標(biāo)和像片外方位元素。內(nèi)業(yè)測繪采用影像匹配技術(shù)識別同名像點,以完成地形和地物的自動測繪現(xiàn)行的4D產(chǎn)品生產(chǎn)中,一般按照單片內(nèi)定向y像對相對定向y單模型絕對定向y立體模型測繪的流程進(jìn)行作業(yè),僅僅是在DGPS/IMU航空攝影測量之直接對地目標(biāo)定位方法中探討如何利用POS系統(tǒng)獲取的影像定向參數(shù)進(jìn)行模型恢復(fù)的有關(guān)理論和方法。航空攝影測量幾何定位有攝影測量加密和直接對地目標(biāo)定位兩種方式。其中，攝影測量加密是將所獲取影像坐標(biāo)與地面控制點和/或影像的外方位元素作為帶權(quán)觀測值進(jìn)行整體光束法區(qū)域網(wǎng)平差,以解求影像的定向參數(shù)和目標(biāo)點的空間坐標(biāo),主要是為立體模型測圖提供定向控制點和進(jìn)行高精度的對地目標(biāo)定位?，F(xiàn)行航空攝影測量內(nèi)業(yè)規(guī)范對不同比例尺、不同類別地形的攝影測量加密規(guī)定了具體的加密方法、地面控制方案,并對加密點精度給出了定量指標(biāo),已作為一種成熟技術(shù)被廣泛使用。直接對地目標(biāo)定位是在獲得高精度影像外方位元素的前提下,利用立體像對上同名像點的像平面坐標(biāo)按照空間前方交會理論計算出相應(yīng)地面點的物方空間坐標(biāo),以直接確定物點的空間位置,從而實現(xiàn)4D產(chǎn)品的生產(chǎn)?，F(xiàn)行的4D產(chǎn)品生產(chǎn)都是利用攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差所獲得的加密點作為模型定向點用的,不會直接使用影像外方位元素來恢復(fù)立體模型。所以,現(xiàn)行規(guī)范中并沒有規(guī)定影像外方位元素的精度。一般說來,只要加密時在單個模型上量測了足夠多的加密點,且加密點精度符合限差要求,據(jù)其進(jìn)行單個模型的絕對定向就能建立可量測的幾何模型,進(jìn)而可提取符合要求的三維空間信息。

攝影測量中的基本問題是航片的定向問題，只有知道了航片的內(nèi)、外方位元素才能進(jìn)行量測工作，長期以來內(nèi)方位元素通過實驗室采用物理方法檢定得到，外方位元素（Xs,Ys,Zs,,,）則主要依靠空中三角測量和大量地面控制點來間接解求，這樣就要耗費大量的時間和工作。為解決外方位元素的問題，POS系統(tǒng)被引入航空攝影測量領(lǐng)域，并與光學(xué)相機(jī)獲取影像相結(jié)合，提供了航片曝光時刻的外方位元素。這種結(jié)合方式已逐漸改變了傳統(tǒng)攝影測量的作業(yè)方式，取得了很大的成功。

對于同一地區(qū)利用已知定向參數(shù)的影像進(jìn)行新影像的定向的理論和方法，通過模擬和實際試驗證實了方法可行性，純粹利用兩期影像進(jìn)行聯(lián)合光束法區(qū)域網(wǎng)平差所確定地面點的精度可滿足規(guī)范要求，可真正實現(xiàn)無需地面控制點的航空攝影測量作業(yè)，這對于減少攝影測量外業(yè)控制測量、地形圖修測、地理信息數(shù)據(jù)庫快速更新、多時相遙感影像的自動變化檢測等具有十分重要的意義。符合規(guī)范精度要求的攝影測量加密方法獲取的影像外方位元素可以直接用于影像的定向以構(gòu)建立體模型進(jìn)行4D產(chǎn)品的生產(chǎn)，而由POS系統(tǒng)提供的影像外方位元素帶有較大的誤差，目前還難以直接用于攝影測量中提取三維空間信息。當(dāng)前數(shù)字?jǐn)z影測量時代可以讓 3種攝影測量模式共同存在，航攝影像的定向手段也變得豐富多彩，從而使得攝影測量作業(yè)也越來越輕松。

二、航空攝影測量作業(yè)的注意事項

1.航空攝影

隨著我國航空攝影測量技術(shù)的不斷發(fā)展，對于獲取影像的質(zhì)量提出了更高的要求，不僅需要在航空攝影器材中安裝控制系統(tǒng)，而且還需要將攝影器材與定位系統(tǒng)連接在一起，特別是在GPS航空攝影測量中，更得將航空攝影器材和GPS定位技術(shù)進(jìn)行固定的連接，以保證拍攝的順利進(jìn)行。如果使用DGPS/MU航空攝影測量技術(shù)進(jìn)行拍攝的話，就需要將POS系統(tǒng)安裝在攝影器材中，以保證獲取影像的質(zhì)量。

2.地面控制

在對航空攝影測量進(jìn)行加密處理時，是通過光束法區(qū)域網(wǎng)平差來實現(xiàn)的，但是不同的航空攝影測量模式有不同的地面控制方案存在，都是針對各個航空攝影測量模式的特點制定的，以保證各航空攝影測量模式的順利實施，確保獲取影像的質(zhì)量。

3.內(nèi)業(yè)測量

在航空攝影測量模式在獲取了外方位元素之后，且外方位元素的準(zhǔn)確性得到了保證，就可以將外方位元素作為依據(jù)來建立與影像有關(guān)的立體模型，并通過匹配技術(shù)將立體模型與影像進(jìn)行匹配和識別，從而完成立體模型中地形特點和地面建筑物的繪制和測量。但是在我國現(xiàn)有的4D產(chǎn)品中，都是按照固定的作業(yè)流程開展生產(chǎn)活動的，例如單片內(nèi)定向—與影像匹配進(jìn)行定位—單模型絕對定向—立體模型測繪。但是在DGPS/MU航空攝影測量的使用過程中，卻需要使用到POS系統(tǒng)的定向參數(shù)，以保證模型恢復(fù)的順利進(jìn)行。

總結(jié)：隨著航空攝影的工程化和規(guī)?；瘧?yīng)用，航空攝影成果越來越多。航攝質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到航測工作中的影像匹配、像點坐標(biāo)量算，影響數(shù)字線劃圖、數(shù)字高程模型等測繪成果的精度，影響正射影像圖等后期成果的影像質(zhì)量和效果，因此對如何進(jìn)行航空攝影成果質(zhì)量檢查提出了挑戰(zhàn)。

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