基于PixelGrid的無人機影像DOM制作存在問題及對策*

杜金莉

(安徽省第一測繪院，安徽 合肥 230031)

0 引言

國內(nèi)進行航測內(nèi)業(yè)作業(yè)的軟件很多，比較成熟且使用時間較長的軟件有原武漢測繪科技大學張祖勛團隊開發(fā)的全數(shù)字化攝影測量系統(tǒng)VirtuoZo和數(shù)字攝影測量網(wǎng)格(DPGrid)、北京四維遠見公司研發(fā)的JX4(目前已有升級版JX5)、武漢航天遠景科技股份有限公司研發(fā)的MapMatrix等，國外軟件如像素工廠、inpho等發(fā)展也很成熟。這些軟件開發(fā)時都是適用于航空攝影測量的專業(yè)可量測相機航攝的影像?？闪繙y相機經(jīng)過嚴格的相機檢校，有精準的相機參數(shù)，像片畸變差小。隨著低空攝影測量的發(fā)展，無人機航攝影像因獲取的便利、快速，被很多生產(chǎn)單位大量應(yīng)用。無人機因為自重較輕，一般都是搭載民用短焦距的非量測相機，其拍攝的影像畸變差大，邊緣變形較大，空三加密經(jīng)常不合格，直接導(dǎo)致用無人機影像生產(chǎn)的DOM精度不高，需要專門的軟件對其進行處理。

PixelGrid-AEO數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是中國測繪科學研究院研發(fā)的一款針對多種航空影像進行攝影測量處理的軟件，包括無人機航空影像、ADS40/80/100影像[1]。該軟件采用基于RFM通用成像模型的遙感影像稀少控制區(qū)域網(wǎng)平差、基于多基線多重匹配特征的高精度數(shù)字高程模型自動匹配、高精度影像地圖制作與拼接等技術(shù)開發(fā)的新一代遙感影像處理軟件，構(gòu)建集群分布式網(wǎng)絡(luò)，采用計算機多核并行處理，自動化和人工編輯相結(jié)合的作業(yè)方式，可以進行多種航空影像的空三加密、DEM、DOM等產(chǎn)品的生產(chǎn)[2]。

1 基于PixelGrid軟件的DOM制作方法

利用PixelGrid軟件制作DOM的流程，見圖1。

圖1 基于PixelGrid的DOM制作流程圖Fig.1 DOM production flow based on PixelGrid

1.1 數(shù)據(jù)準備及畸變糾正

作業(yè)前需要準備相機的檢校文件、原始TIFF影像，控制點成果數(shù)據(jù)等資料。注意：在該程序里*cam文件默認坐標原點在左上角，如果飛行提供的坐標原點是左下角的話，則需要對y0進行轉(zhuǎn)換。左下角轉(zhuǎn)為左上角的轉(zhuǎn)換公式為:

y0左上角=行數(shù)-1-y0左下角

(1)

因無人機搭載的非量測相機拍攝的影像邊緣存在畸變，需對影像進行畸變差校正，才能進行空中三角測量[3]。這里需要輸入測區(qū)的航攝信息和參數(shù)文件，進行大起折光差改正、地球曲率改正。平差允許迭代最大次數(shù)可以設(shè)為20，平差迭代停止時變化量給0.05；設(shè)置相機檢校參數(shù)文件*.cmr：主點坐標、相機焦距、像素大小、影像行列數(shù)等，導(dǎo)入控制點數(shù)據(jù)。參數(shù)輸入完畢即可進行畸變糾正。

1.2 空中三角測量

空中三角測量主要是連接點量測及區(qū)域網(wǎng)平差。具體步驟：預(yù)先生成金字塔及索引影像→影像自動內(nèi)定向→航帶間初始偏移量確定→自動相對定向及模型連接→連接點編輯及量測→自由網(wǎng)平差→加控制點平差，計算合格后輸出空三成果。

在進行自動相對定向及模型連接時如果中途出錯或退出，再次作業(yè)時可以從上次出錯斷點開始運行自動相對定向及模型連接，如果模型連接有失敗的，則在“連接點編輯及量測”內(nèi)修改。自由網(wǎng)平差計算時需要人工刪除粗差大的點，需要刪除直至剩余的粗差都在2-3個像素以內(nèi)，剩余粗差需要調(diào)出影像人工修測至正確點位，多次解算直至滿足規(guī)范要求。

1.3 DEM的制作

DEM制作前需要進行影像格式轉(zhuǎn)換及增強處理，生成黑白影像。注意此時應(yīng)該選擇經(jīng)畸變差糾正后的影像。生成后做分布式數(shù)據(jù)處理，自動影像匹配及DEM生成，完成后進行DEM拼接。生成DEM后需要對DEM進行編輯、濾波，建議全局濾波時坡度閾值給40-50度，后做局部濾波時閾值給10-30度。編輯DEM時也可以選擇高程重置，此時高程是按所選區(qū)域的平均高程重置，一般只適合地形平坦地區(qū)，故選擇高程重置時所選區(qū)域不能太大，否則容易導(dǎo)致高程失真。

1.4 DOM制作及影像處理

DOM生成前需要進行影像勻光處理，注意勻光時應(yīng)添加畸變糾正后的原始影像，再進行影像格式轉(zhuǎn)換及增強處理，此時選擇勻光后的TIFF。后進行正射影像生成及拼接，添加影像后會生成拼接線，如自動生成的拼接線沒有避開建筑物，可以手工編輯修改拼接線，為了避免DOM錯位、重影、模糊，便于影像后期的色彩處理，編輯拼接線時需要避開未糾正的地物，如建筑物、路燈等，拼接線盡量沿線狀地物一側(cè)或塊狀地物邊緣分布，拼接時輸入羽化寬度。因無人機航攝航高低，投影差大，邊緣變形較大，外加無人機航攝影像一般重疊度都較大，為了提高精度、保證DOM影像效果，編輯拼接線時盡量避開邊緣區(qū)域。最后進行DOM分幅裁切，可以根據(jù)設(shè)計要求裁切成標準分幅或任意大小的DOM。

2 應(yīng)用實例

本項目為數(shù)字明光1∶1 000DOM的制作，面積為200 km2，測區(qū)地形為丘陵地。

2.1 項目概況及作業(yè)情況

項目技術(shù)設(shè)計要求DOM的精度如表1規(guī)定，最大誤差不大于兩倍中誤差。

表1 DOM平面位置中誤差

項目利用縱橫固定翼無人機搭載索尼A7R2相機進行低空攝影，共飛行9個架次，獲得航片6 604張，影像地面分辨率0.1 m，像幅大小為7 952*5 304像素，成果比例尺為1∶1 000。DOM生產(chǎn)投入人員3人，利用PixelGrid軟件，從空三加密到DOM成果耗時約30 d。本項目已有DEM成果，可以直接用來生成DOM，在DEM匹配及修測上沒有花費時間，時間花費較多的主要是空三加密的控制點量測及DOM影像按像對拼接的后續(xù)處理。

2.2 質(zhì)量檢查

本項目利用網(wǎng)絡(luò)RTK實測的高精度外業(yè)點作為檢查點與DOM上的同名點進行精度檢測，共檢查點數(shù)51個，其中小于1倍中誤差0.6 m(實地)的有31個點，占60.8%；大于1倍小于2倍中誤差1.2 m(實地)的有20個點，占39.2%。同精度檢測圖幅點位中誤差計算為0.59 m(實地)，圖幅最大點位誤差為0.86 m(實地)。由此可以看出，DOM成果滿足精度要求。

3 該軟件制作DOM的優(yōu)缺點

利用該軟件對無人機影像進行DOM制作的顯著優(yōu)勢是有影像畸變差糾正功能，可以解決非量測相機航攝影像的邊緣變形，經(jīng)過糾正的影像再匹配模型連接點及區(qū)域網(wǎng)平差計算時能獲得合格的成果，能有效保證空三加密成果和DOM成果的精度。另外，軟件可以多核并行計算、分布式并行處理，能有效提升數(shù)據(jù)生產(chǎn)的效率。

同時該軟件在作業(yè)中也存在不足之處，具體如下：

1)PixelGrid軟件在生產(chǎn)時，每一步都會生成核線影像這個過渡文件，且每一步驟生成的過渡文件的數(shù)據(jù)量都較大，會造成兩個問題。一是占用計算機內(nèi)存，二是需要人工點擊生成核線影像造成作業(yè)步驟繁瑣。

2)PixelGrid軟件進行DEM匹配時間較長，DEM匹配成功后需要人工對DEM進行編輯處理，該軟件DEM匹配的精度僅能滿足生產(chǎn)DOM使用，精度不高。如果需要高精度的DEM數(shù)據(jù)，需要對DEM進行立體修測，工作量大。

4 存在問題的解決方法

針對該軟件在DOM生產(chǎn)過程中存在的問題，筆者根據(jù)實際經(jīng)驗提出了一些對應(yīng)的解決方法：

1)區(qū)域網(wǎng)平差時如果精度超限，則應(yīng)在進行空三加密最后一遍帶控制點的平差計算時，不要選中粗差剔除工具，否則平差計算時會把粗差平均賦值到整個區(qū)域網(wǎng)內(nèi)，造成粗差點無法準確顯示，由此造成精度損失。

2)模型連接生成的文件在放在測區(qū)目錄下的connectBackupDir的文件夾內(nèi)，如果模型連接提示有失敗的，則整條航帶模型間的公共點都不生成，需要人工修改錯誤后再次做“相對定向及模型連接”。

3)自由網(wǎng)平差后需要刪除錯誤點和計算殘差大的點再進行自由網(wǎng)平差，需要反復(fù)6-10次，根據(jù)自動點匹配結(jié)果，若測區(qū)影像質(zhì)量差、紋理不豐富，則自動點匹配效果差，需要重復(fù)該步驟多次；若自動點匹配結(jié)果好，則可以減少重復(fù)操作次數(shù)。注意刪除大粗差點時有時會誤刪除標準點位點，最后需要檢查標準點位點，如缺失則人工選取。

4)因軟件存在過渡文件多占用內(nèi)存的情況，建議在作業(yè)前特別是大測區(qū)作業(yè)前檢查機器內(nèi)存，給機器配置大容量硬盤，一般需要配置比原始影像大5倍左右的內(nèi)存空間，否則等作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不夠時再去更換硬盤會費時費力。

5)存在DEM自動匹配精度不高的情況，如果需要高精度的DEM數(shù)據(jù)，建議對DEM進行立體修測，也可以將DEM導(dǎo)入到其他軟件中進行立體修測。此外，現(xiàn)在大部分省測繪地理信息局一萬基礎(chǔ)測繪的3D成品基本達到全覆蓋，每個省的市級數(shù)字城市建設(shè)也有精細化DEM成果，建議生產(chǎn)單位可以根據(jù)需求在生產(chǎn)DOM時選用現(xiàn)有DEM成果，將DEM與實際地形變化部分采取軟件自動匹配的方式，這樣可以大大減少工作量。

5 結(jié)束語

經(jīng)實際生產(chǎn)作業(yè)，驗證了PixelGrid軟件生產(chǎn)的DOM精度符合設(shè)計要求。本文總結(jié)了該軟件在DOM制作中的優(yōu)缺點及生產(chǎn)中常見的問題及其解決方法，生產(chǎn)單位既可根據(jù)自身軟件配置情況，選用PixelGrid軟件進行無人機影像的DOM生產(chǎn)，也可以根據(jù)該軟件的優(yōu)缺點僅利用該軟件進行部分工序的生產(chǎn)，同時結(jié)合其他航測軟件協(xié)同作業(yè)。