淺談像素工廠下空三加密常見問題分析

徐娜

（遼寧省基礎測繪院，遼寧錦州 121003）

利用像素工廠制作多源數(shù)據(jù)的正射影像產(chǎn)品時，空三加密處理是最為關鍵的一步，它直接影響到正射影像的整體精度，因此空三加密處理在整個正射影像過程中占有至關重要的地位[1]。本文對像素工廠空三加密過程中常遇到的問題進行總結和分析，并提供解決方案，為后續(xù)生產(chǎn)提供有利的技術依據(jù)。

一、像素工廠空三加密

空三加密通過連接點和控制點來確定平面和高程的位置，點的數(shù)量和分布直接決定空三加密的精度[2]。像素工廠下進行空三加密，首先是進行連接點的匹配和優(yōu)化，然后匹配控制點，最后做連接點和控制點的聯(lián)合優(yōu)化，直至最終成果符合要求[3]。

二、空三加密常見問題分析

1.空三加密前的數(shù)據(jù)檢查

像素工廠導入影像后一般就開始空三加密處理，在開始空三加密之前要做好空三前的數(shù)據(jù)檢查[4]。

問題一：如何對空三加密前的數(shù)據(jù)進行檢查？

解決辦法：首先通過cli_calib_init命令創(chuàng)建一個空三文件夾是最簡單最直接的檢查方式。

要點一：利用specif_chantier查看影像數(shù)量是否有出入。

要點二：查看POS初始精度(多相機平臺只需要查看下視影像)。一般需導入一個外部的DEM作為空三的參考，比如免費的srtm或gdem，兩個數(shù)據(jù)精度差不多，在地形平坦起伏不大的區(qū)域建議用srtm，地形復雜的丘陵山區(qū)地帶建議用gdem?；蛘呤亲约阂延懈呔鹊膁em，總之dem精度越高越好。Bundleview打開所有影像，加載外部dem，選擇地形平坦的區(qū)域，點擊左上角的TIE綠色小圓圈，投一個點下去。觀察在pointview在各個影像上的位置相差多少，就能估算POS的初始精度。

問題二：如果在bundleview里面發(fā)現(xiàn)同一條航線內(nèi)或不同航線間的影像連接不上，該如何處理？

解決辦法：這種情況一般是kappa角出了問題。

1. 轉角系統(tǒng)需要統(tǒng)一。像素工廠默認的旋轉角系統(tǒng)為Omega-phikappa轉角系統(tǒng)，國產(chǎn)有些軟件輸出的為zyx轉角系統(tǒng)。

2. 一個正常的初始影像數(shù)據(jù)需要做到同一條航線內(nèi)或不同航線間的影像能連接上。

3.在bundleview選取一個明顯地物點，右鍵復制經(jīng)緯度，然后粘貼到googleearth中，觀察googleearth中地物的方向是否跟bundleview中顯示的方向是否一致。如果不一致，可以對比觀察導入前的原始tif影像需要旋轉多少角度才能跟googleearth上一致，對比這個旋轉角跟EO中的kappa角相差多少，然后再根據(jù)具體情況分析如何調整kappa角。

2.連接點匹配

像素工廠現(xiàn)有的連接點匹配方法分為兩大類[5]：基于物方的連接點匹配和SIFT特征點匹配（表1）。

像素工廠匹配連接點過程分為三個步驟[6]：每張影像打初始點(getgcp)、 將初始點投影到specif_chantier的所有影像上去（gcpi） 、 對投影點結果里進行連接點匹配（matchgcp），如圖1。

問題一：對于不同數(shù)據(jù)源應如何選擇連接點匹配方法？

解決辦法：對不同傳感器模型，對于連接點的匹配方法有以下建議：

UAV無人機數(shù)據(jù)：初始POS姿態(tài)較差，影像畸變大，可以SIFT為主匹配連接點，少數(shù)情況下點不夠可用point_repartition或matchgcp補點。

表1 像素工廠匹配方法

圖1 像素工廠連接點匹配過程示意圖

框幅Frame數(shù)據(jù)：POS精度高，影像畸變小，以matchgcp為主。

遙感衛(wèi)星影像RPC數(shù)據(jù)和退掃式ADS數(shù)據(jù)：POS精度很高，影像無畸變，只能用matchgcp或point_repartition來匹配連接點。

問題二：困難地區(qū)匹配不上連接點該如何處理？

解決辦法：對于困難區(qū)域例如大面積的山地，林地或者時相不佳的數(shù)據(jù)，存在難以匹配到連接點的問題，針對這個問題有如下建議：

UAV無人機數(shù)據(jù)：已經(jīng)基本不存在缺點的情況；

框幅Frame數(shù)據(jù)：可用SIFT補點；

遙感衛(wèi)星影像RPC數(shù)據(jù)和退掃式ADS數(shù)據(jù)：

（1）getgcp 適當加大困難區(qū)域打點密度，可用-ix iy x y定義搜索范圍；

（2）gcpi 推薦使用srtm或者更高精度的dem作為參考輔助；

（3）針對地形起伏較大的數(shù)據(jù)，matchgcp給定合適的-zmin zmax范圍；

（4）降低matchgcp的參數(shù)-s 改成0.7或者0.65(注意不要低于0.6)，-t改小(默認值為4，最小可改到1)；

（5）根據(jù)影像原始姿態(tài)精度適當調整 xmax ymax(匹配搜索范圍)；

（6）使用point_repartion, 調整-min_overlap_points或者-min_overlap_density參數(shù)增大打點密度。

3.如何檢查連接點分布和數(shù)量

像素工廠得到足夠且分布合理的連接點，如何檢測連接點分布是否足夠也非常關鍵。

問題一：如何檢查連接點分布和數(shù)量？

解決辦法：像素工廠提供兩個工具可以對連接點的分布和數(shù)量進行檢查：

工具一： blkprocess

blkprocess trace_calib -tracknum 9-sortby

這個工具可查看航帶間和航帶內(nèi)的點數(shù)量，還能看到每張影像上所有連接點的中誤差。

工具二：QA工具檢查點的連通性

/home/pfuser/QA/qa_general_analy sis.sh -s specif_chantier -t tie.gcp -n 50-i 3

“-n 50 i 3 ”是決定輸出結果的參數(shù)，代表的意思是一張影像跟其他任意一張影像之間有至少50個點可以連起來，而且與其他影像之間貫通性不少于3個連接才能放到ConnectedComponent里面(可根據(jù)具體情況適當降低標準，最小建議值為-n 20 -i 1)[7]。

該工具輸出結果：生成QUALITY文件夾，及相應的5個文本文件，分別為PointNumPerImage；PointMultiplicity；SortedPairs；ConnectedComponent；CriticalPairs。該 工具主要查看ConnectedComponent，看是否最大的一個Component是否包含了所有的影像：

a.如果是，則可以說明點的數(shù)量足夠；

b.如果不是，則需要檢查在最大的Component里漏掉的影像，并針對這些影像進行補點。圖2和圖3兩張影像中分別是兩個項目的component情況。

可以看到，圖2影像斷成兩個connectedcomponent，這種情況下說明連接點分布不佳，需要用命令重新匹配加點。圖3幾乎所有影像連接成為一個完整的connected component，只有少量影像游離于這個component之外，可以檢查這些少量影像的分布是否重要，手動加一些點即可。如果這些影像在區(qū)域邊緣或其他不重要的地方，在不影響最終成果的基礎上，可以去掉這些影像。

4.如何快速高效地調連接點

空三加密的大部分時間都花在了調連接點上，所以如何快速高效地調連接點是空三最關鍵的一部分[8]。

問題一：如何快速高效地調連接點？

解決辦法：因為像素工廠連接點是全自動獲取的，所以不可避免地會存在一部分錯點，調連接點的過程實際上就是一個去掉錯點的過程。

第一步：全自動匹配獲取連接點，需要注意的是這個連接點必須符合以下要求：

均勻分布，維度合適，整個空三網(wǎng)結構才夠穩(wěn)定；絕大部分是對的點，少量錯點，這樣才能保證殘差大的點為錯點。

第二步：優(yōu)化，給定合適的sigma參數(shù)，clbc會根據(jù)絕大部分對的點整體運算返回一個殘差報告。

如果點的結構和sigma參數(shù)合理，我們可以判斷殘差大的點是錯點，其中會有少部分對點受到附近錯點的影像也會有一個大的殘差，但是總的基礎不影響。

第三步，根據(jù)殘差報告，設定一個閾值，濾除部分殘差大的點。需要注意的是，一次刪點不能過多，循序漸進。

圖2 斷開的component

圖3 滿足條件的component

第四步, 對上一步的點結果優(yōu)化，根據(jù)上一步得到的殘差報告，設定合適的閾值，濾除部分錯點, 就這樣反復優(yōu)化并濾點，直到最終的殘差報告符合要求。

因此，快速高效得到最終連接點結果最重要的幾點如下：

（1）分布均勻，維度足夠，也就是能夠把所有影像能夠緊密連接起來的初始連接點。這個連接點還必須是絕大部分是對的點，少量錯點，因此在一些困難區(qū)域想不建議把相似度-s降到0.6以下。

（2）在不同的階段根據(jù)數(shù)據(jù)點的特點，給定合適的sigma參數(shù)。sigma設置遵照由少到多，由小到大循序漸進的原則。

（3）在調點過程中，需要注意不時檢查點數(shù)量和component，如果最開始的點很好，但是調點過程中，點都被刪沒了，那就需要注意檢查一下使用的sigma和group文件參數(shù)是否有問題。

5.精度控制及接邊

問題一：如何對空三加密進行精度控制？

解決辦法：空三加密的精度直接決定后期影像的精度，因此有如下建議：

（1）連接點數(shù)量與分布：QA和blkprocess工具在優(yōu)化迭代過程中要反復使用，以保證整個空三調點過程中點數(shù)量足夠。

（2）控制點分布是否合理：控制點要均勻分布測區(qū)內(nèi)部，對控制點需求視原始POS精度而定，連接點連接弱的區(qū)域，如水體，山區(qū)或者單獨凸出的航線分支需要適當加一些控制點。

（3）控制點權重設置 ：關于控制點的權重設置一般都建議給影像分辨率大小，或者如果控制點可信度高，可根據(jù)其本身精度來設置權重。

問題二：如何進行空三加密接邊？

解決方法：如A區(qū)的數(shù)據(jù)已經(jīng)導入做完空三，而與其接邊的B區(qū)數(shù)據(jù)還未做空三，那么在B區(qū)數(shù)據(jù)完成空三加密后，需要對A區(qū)和B區(qū)進行空三加密接邊來保證后期兩區(qū)數(shù)據(jù)能做到無縫拼接。

對于這種情況，建議流程如下：第一步，完成A區(qū)空三，提取A區(qū)最后一次優(yōu)化輸出的點opt.gcp；第二步，提取A區(qū)opt.gcp中公共區(qū)的點文件，另外A區(qū)提取的公共點需要給出一定的控制權重，然后與B區(qū)的連接點進行聯(lián)合優(yōu)化。這樣從理論上來兩個區(qū)域就可以實現(xiàn)空三加密的無縫拼接了。

三、結束語

利用像素工廠制作正射影像，無論是衛(wèi)星影像、ADS推掃影像還是無人機以及框幅影像，空三加密處理是處理多源數(shù)據(jù)制作DOM流程中最為重要也是最難的一步。本文主要對空三加密處理過程中經(jīng)常遇到的問題進行總結，并提出了相應的解決方案，為后續(xù)生產(chǎn)提供了有力的技術支撐。