基于INPHO軟件的快速空三加密方法

張小朋，余 娜

（1.武漢中測(cè)晟圖遙感技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223；2.湖北省地圖院，湖北 武漢 430071）

基于INPHO軟件的快速空三加密方法

張小朋1，余 娜2

（1.武漢中測(cè)晟圖遙感技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430223；2.湖北省地圖院，湖北 武漢 430071）

對(duì)INPHO軟件的空三加密流程和方法進(jìn)行了探討，從控制點(diǎn)量測(cè)、測(cè)區(qū)分區(qū)匹配、空三精度檢查等方面進(jìn)行空三加密實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了快速高效完成空三加密工作的方法。

數(shù)碼影像；INPHO軟件；空三加密；方法技巧

空三加密是數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，影響著航測(cè)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與質(zhì)量[1,2]。其核心內(nèi)容是依據(jù)相片上的像點(diǎn)坐標(biāo)，用攝影測(cè)量的方法解求測(cè)區(qū)中所有影像的外方位元素，并基于攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)，重建可量測(cè)的幾何立體模型，然后解求出地面點(diǎn)的空間坐標(biāo)[3]。

傳統(tǒng)的空三加密，對(duì)控制點(diǎn)的數(shù)量和分布要求嚴(yán)格，需要大量的人工操作，生產(chǎn)效率低[4]。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，利用GPS/IMU輔助空三加密能在滿足加密精度要求的基礎(chǔ)上，最大程度地減少或不使用地面控制點(diǎn)，大大提高了空三加密效率[5]。目前，國內(nèi)學(xué)者對(duì)不同軟件采用GPS/IMU輔助空三加密進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在數(shù)據(jù)預(yù)處理、空三匹配、人工干涉消除點(diǎn)位相關(guān)粗差以及精度檢查等生產(chǎn)環(huán)節(jié)上仍需較長時(shí)間[6,7]。

INPHO是歐洲著名的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量系統(tǒng)，由德國Ackermann教授研發(fā)，用于空三加密處理的模塊為MATCH-AT[8,9]，具有較強(qiáng)的自動(dòng)點(diǎn)匹配能力和高精度的點(diǎn)位預(yù)測(cè)能力[10]。

本文以我國南方某縣為研究區(qū)域，探討和研究了應(yīng)用INPHO軟件進(jìn)行空三加密時(shí)提高效率的方法和技巧。

1 INPHO空三加密流程

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

需要準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)包括多光譜數(shù)碼影像、相機(jī)文件、POS數(shù)據(jù)（X、Y、Z、Omega、Phi、Kappa等影像初始外方位元素，坐標(biāo)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和高程擬合后轉(zhuǎn)為2000國家大地坐標(biāo)系）、外控成果（包括電子檔和紙質(zhì)版的點(diǎn)之記、控制點(diǎn)點(diǎn)號(hào)與坐標(biāo)對(duì)照表）。

1.2 空三加密流程

空三加密流程包含如下步驟：

影像預(yù)處理：在Application Master下的Image Commander模塊中生成影像金字塔。

創(chuàng)建工程：主要包括相機(jī)文件參數(shù)輸入、影像導(dǎo)入、POS數(shù)據(jù)和控制點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入、測(cè)區(qū)航帶建立等。

空三匹配：在MATCH-AT中選擇“Automatic tie point extraction with adjustment of block”設(shè)置好Edit中的各項(xiàng)參數(shù)，點(diǎn)擊Run即可進(jìn)行連接點(diǎn)的匹配工作。

控制點(diǎn)量測(cè)：該步驟可根據(jù)實(shí)際作業(yè)的需要進(jìn)行安排，主要有左右片量測(cè)同名像點(diǎn)和立體量測(cè)兩種方式。

空三平差：根據(jù)設(shè)置的平差參數(shù)對(duì)全區(qū)進(jìn)行光束法區(qū)域網(wǎng)平差解算。

精度檢查：平差完成后，首先通過平差結(jié)果文件查看模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)的精度，然后在立體環(huán)境下進(jìn)一步檢查二者精度，對(duì)不滿足精度要求的模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，直至滿足精度要求，最后導(dǎo)出平差結(jié)果統(tǒng)計(jì)報(bào)告。

控制點(diǎn)量測(cè)、空三平差和精度檢查這3個(gè)步驟要循環(huán)進(jìn)行，直至模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)精度滿足要求。

INPHO軟件空三加密流程如圖1所示。

圖1 INPHO軟件空三加密流程

2 INPHO空三加密作業(yè)效率提高方法探討

2.1 控制點(diǎn)量測(cè)

INPHO軟件空三加密有兩種控制點(diǎn)量測(cè)方案（見圖2）：方案一是在模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配前，人工量測(cè)所有控制點(diǎn)，然后進(jìn)行測(cè)區(qū)模型連接點(diǎn)的自動(dòng)匹配；方案二是在模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配前，在測(cè)區(qū)邊緣及中部均勻地加入少量控制點(diǎn)，待測(cè)區(qū)模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配完成后作一次區(qū)域網(wǎng)平差，再根據(jù)軟件自動(dòng)預(yù)測(cè)點(diǎn)位的方式添加剩余控制點(diǎn)。本文針對(duì)上述兩種方案在攝區(qū)中選取加密分區(qū)1（圖2）進(jìn)行對(duì)比研究，該區(qū)域包括影像1 069張，控制點(diǎn)91個(gè)。

從表1可知，兩種方案中的模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)的精度都符合作業(yè)要求，且平均誤差、最大誤差、最小誤差基本相同。但第二種方案中有1/2以上的控制點(diǎn)是根據(jù)軟件自動(dòng)預(yù)測(cè)點(diǎn)位添加的，與第一種方案相比，減少了根據(jù)點(diǎn)之記逐個(gè)查找點(diǎn)位并添加控制點(diǎn)的人工作業(yè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，在同樣數(shù)據(jù)條件下，采用第二種方案將大大提高INPHO空三加密作業(yè)效率。

圖2 不同控制點(diǎn)量測(cè)方案

表1 不同控制點(diǎn)加點(diǎn)方案空三加密結(jié)果

2.2 分區(qū)二次匹配

利用INPHO軟件進(jìn)行空三加密時(shí)，針對(duì)匹配空洞有兩種解決方法：一是將空洞區(qū)域劃出作為加密區(qū)的子區(qū)進(jìn)行二次匹配，并將二次匹配的結(jié)果疊加到整區(qū)空三匹配結(jié)果中去；二是將空洞區(qū)域劃出作為獨(dú)立加密區(qū)進(jìn)行二次匹配。本次選取攝區(qū)中加密分區(qū)2（圖3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖3 測(cè)區(qū)中匹配空洞區(qū)域

如圖3所示，橢圓形標(biāo)記區(qū)域存在匹配空洞。經(jīng)分析，其原因是空洞區(qū)域POS精度不高且地形復(fù)雜。針對(duì)上述情況，將空洞區(qū)域從加密分區(qū)2中劃出作為一個(gè)子區(qū)（見圖3），刪除子區(qū)內(nèi)POS數(shù)據(jù)，在區(qū)域內(nèi)影像的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)位添加同名像點(diǎn)，然后進(jìn)行二次匹配。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，二次匹配后點(diǎn)密度大大增加，不再有匹配空洞，而且點(diǎn)位分布均勻（見圖4）。將分區(qū)匹配結(jié)果疊加到整個(gè)加密分區(qū)匹配結(jié)果中，對(duì)全區(qū)進(jìn)行空三精度檢查，控制點(diǎn)和模型連接點(diǎn)精度均達(dá)到要求。此方法較方法二省去了接邊工作和后期航測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的重復(fù)性編輯工作，減少了數(shù)據(jù)運(yùn)算量和人工作業(yè)量，提高了在匹配空洞情況下的空三加密效率。

圖4 分區(qū)二次匹配

2.3 空三精度檢查

自動(dòng)匹配處理完成后，可通過空三平差結(jié)果文件查看模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)的精度。但空三平差結(jié)果會(huì)受到平差參數(shù)設(shè)置的影響，因此還需在立體環(huán)境下檢查空三精度。

國內(nèi)普遍使用的空三軟件有MapMarix、Geolord-AT、PixelGrid、Jx4等，其中部分軟件空三加密功能較強(qiáng)，但缺少立體查看功能，需將空三結(jié)果轉(zhuǎn)入到其他軟件中才能實(shí)現(xiàn)空三精度的立體檢查；部分空三軟件帶有立體查看功能，但需要經(jīng)過較長時(shí)間的立體恢復(fù)過程[6,7]。INPHO軟件下的DTMaster模塊具有強(qiáng)大的立體查看功能，無需空三加密成果格式轉(zhuǎn)換、導(dǎo)入和立體恢復(fù)就能進(jìn)行立體查看和人工標(biāo)記，同時(shí)還能將檢查結(jié)果進(jìn)行多種格式的輸出，便于后期數(shù)據(jù)分析。

以加密分區(qū)2（圖3）自動(dòng)匹配結(jié)果為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本文提出了一種比較高效的空三精度立體檢查方法，即按照測(cè)區(qū)模型連接點(diǎn)是否存在整體性上浮或下沉、立體模型是否存在視差、控制點(diǎn)是否在準(zhǔn)確的點(diǎn)位上、相鄰測(cè)區(qū)空三接邊精度是否超限的順序進(jìn)行立體檢查，如前一項(xiàng)不符合精度要求，則表明空三加密精度超限，無需進(jìn)行后續(xù)檢查，直至所有檢查項(xiàng)全部滿足空三加密精度要求。

具體檢查內(nèi)容為：①模型連接點(diǎn)是否存在整體性上浮或下沉。②立體模型是否存在視差。以上兩項(xiàng)重點(diǎn)檢查加密分區(qū)外圍、模型連接點(diǎn)分布較少地區(qū)，如房區(qū)、大片水域分布區(qū)等。③控制點(diǎn)是否在準(zhǔn)確的點(diǎn)位上?？稍贒TMaster模塊中新建矢量圖層，對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行標(biāo)記，輸出標(biāo)記結(jié)果并與控制點(diǎn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。④相鄰測(cè)區(qū)空三接邊精度是否超限。INPHO中沒有區(qū)域網(wǎng)接邊功能，通常的做法是在區(qū)域網(wǎng)中人工選一些點(diǎn)并記住這些點(diǎn)的位置，然后在相鄰區(qū)域網(wǎng)中找到這些點(diǎn)的位置并一一添加，使之成為同名點(diǎn)，然后分別對(duì)兩區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行平差，結(jié)果合格后再人工比較這些同名點(diǎn)的大地坐標(biāo)，同名點(diǎn)之間的差值即為兩相鄰區(qū)域網(wǎng)加密精度值[11,12]。對(duì)此，本文提出一種更為簡單的方法，即將測(cè)區(qū)區(qū)域網(wǎng)的模型連接點(diǎn)作為檢查點(diǎn)引入到相鄰測(cè)區(qū)中，通過兩個(gè)測(cè)區(qū)相同連接點(diǎn)點(diǎn)位對(duì)比量測(cè)即可獲得接邊差值。

綜上可知，在INPHO軟件的DTMaster模塊中進(jìn)行空三精度立體檢查能減少檢查時(shí)間，提高空三加密效率。

3 結(jié) 語

以數(shù)碼影像為數(shù)據(jù)源，采用INPHO軟件進(jìn)行空三加密處理，探討和總結(jié)出INPHO軟件提高空三加密作業(yè)效率的3點(diǎn)方法：

1）控制點(diǎn)量測(cè)。在進(jìn)行模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配前先量測(cè)部分控制點(diǎn)，待匹配完成后根據(jù)軟件預(yù)測(cè)加入剩余控制點(diǎn)，這種作業(yè)方法較匹配前人工添加完所有控制點(diǎn)所花費(fèi)的人工作業(yè)時(shí)間少，而兩者的空三加密精度基本相同。

2）測(cè)區(qū)分區(qū)匹配。模型連接點(diǎn)自動(dòng)匹配完成后，針對(duì)匹配空洞，需檢查空洞區(qū)域POS精度、控制點(diǎn)精度以及地形情況，然后對(duì)空洞區(qū)域進(jìn)行重新分區(qū)匹配，并將匹配結(jié)果疊加到整區(qū)空三加密結(jié)果中去，無需作為單獨(dú)加密區(qū)，避免了不同加密區(qū)間的接邊工作。

3）空三精度檢查。在INPHO軟件中進(jìn)行空三精度的立體檢查，按照全區(qū)模型連接點(diǎn)和控制點(diǎn)是否有整體上浮和下沉、立體模型是否存在視差、控制點(diǎn)是否在準(zhǔn)確的點(diǎn)位、不同測(cè)區(qū)是否存在模型接邊差的檢查順序，可大大提高空三加密精度檢查效率。

[1] 楊莉.POS輔助下Inpho軟件空三加密研究及精度分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013(11):25-26

[2] 高文革,范永杰,宋倩,等.空三加密在數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中的精度分析[J].山東國土資源,2010,26(12):26-33

[3] 張劍清,潘勵(lì),王樹根.攝影測(cè)量學(xué)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003

[4] 李偉,張鵬.GPS輔助空中三角測(cè)量原理及其應(yīng)用[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào),2007,13(14):74-75

[5] 王國民.淺析航測(cè)內(nèi)業(yè)自動(dòng)空中三角測(cè)量應(yīng)用技術(shù)[J].城市地理,2015,16:280

[6] 謝蘇寧,胡慶偉.Geolord-AT空三加密成果導(dǎo)入VirtuoZo的方法與技巧[J].城市勘測(cè),2009(4):65-68

[7] 嚴(yán)麗,王曉華.淺談航空攝影測(cè)量Mapmatrix軟件與JX-4C軟件的對(duì)比分析[C].第十五屆華東六省一市測(cè)繪學(xué)術(shù)交流會(huì),日照,2012.13-14

[8] 胡海友.基于Inpho的空三加密及正射影像制作方法研究[J].鐵道勘察,2013,6(6):12-15

[9] 曾文波.利用Inpho軟件制作數(shù)字正射影像圖[J].地理空間信息,2014,12(4):158-159

[10] 杜明良.INPHO的MATCH-AT模塊在大比例尺加密中的應(yīng)用[J].浙江測(cè)繪,2011,4(4):48-50

[11] 徐曉峰,鄒學(xué)忠. MATCH-AT與Geolord-AT空三加密的深度對(duì)比分析[C].第十五屆華東六省一市測(cè)繪學(xué)術(shù)交流會(huì),日照,2012.17-18

[12] 徐曉峰,朱海霞,黃健.淺析Inpho空三加密在新一輪基礎(chǔ)測(cè)繪中的應(yīng)用[C].江蘇省測(cè)繪地理信息學(xué)會(huì)2014年學(xué)術(shù)年會(huì), 南京,2014.12-16

P231

B

1672-4623（2016）10-0075-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.10.022

張小朋，碩士，主要從事攝影測(cè)量方面的工作。

2016-02-01。

項(xiàng)目來源：武漢市科學(xué)技術(shù)局資助項(xiàng)目（關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目）。