LPS在無人機數據處理中的應用

北京望神州科技有限公司 宗秀影

LPS在無人機數據處理中的應用

北京望神州科技有限公司 宗秀影

一、引 言

無人機 (unmanned aerial vehicle,UAV)遙感是航空遙感的一種重要方式,并且日益成為一種空間數據獲取的重要手段,具有續航時間長、影像實時傳輸、高危地區探測、成本低、機動靈活等優點,是衛星遙感與有人機航空遙感的有力補充。近年來,無人機在軍事和民用方面都得到了快速的發展,引起了諸多科研單位的重視,無人機遙感成為航空遙感發展的一種趨勢。

但是,由于無人機飛行環境的復雜性以及飛行的不穩定性,導致了無人機數據的 POS信息不夠精確、數據量大等缺點,所以如何處理無人機數據成為亟待解決的問題。

本文提出了利用 LPS軟件來處理無人機數據,得到正射校正鑲嵌結果,為無人機數據處理提供了新的解決方案,滿足了無人機在測繪方面 (如正射影像、鑲嵌影像、DTM等系列測繪產品)以及災害應急快速處理方面 (如鑲嵌影像)的需要。

二、LPS概述

徠卡遙感及攝影測量系統 (Leica photogrammetry suite,LPS)是 ERDAS公司推出的數字攝影測量及遙感處理軟件系列。LPS為遙感影像處理及攝影測量提供了高精度、高效能的生產工具。它可以處理各種航天 (最常用的衛星影像如 World View1/2、Quick-Buid、IKONOS、SPOT 5、ALOS、OrbView、FOMOSAT、KOMPSAT、RapidEye、GeoEye、Landsat等 )及航空 (如掃描航片、框幅式數字影像、ADS40/80、ALS60等數字影像)的各類傳感器影像定向及空三加密,處理各種數字影像格式,(如黑 /白、彩色、多光譜及高光譜等各類數字影像)。LPS的應用還包括矢量數據采集、數字地模生成、正射影像鑲嵌及遙感處理,它是第一套集攝影測量與遙感在同一工作平臺的軟件系列。LPS產品結構如圖 1所示。

本文在無人機數據處理中利用的 LPS模塊包括 LPS Core和 ATE(或者 eATE)。

三、LPS處理無人機數據流程

1.數據描述

本文所用的測試數據是由 Canon EOS 5D Mark II數碼相機拍攝的 473幅無人機數據。此外,還利用了焦距長 (f0為 24 mm)、像元分辨率 (CCD尺寸為 6.4 um)、航高以及 POS數據等信息。

圖 1 LPS產品結構圖

2.數據處理流程

LPS處理無人機數據操作流程如圖 2所示。

圖 2 LPS處理無人機數據操作流程

(1)創建工程和數據導入

1)創建工程。LPS處理數據首先需要創建測區文件,即 Block文件。選擇相應的幾何校正模型。本文選擇的模型是數碼相機 (digital camera)。并且定義測區的屬性,包括投影坐標系統、航高等。

2)數據導入。工程文件創建好之后,導入影像、相機參數 (像主點坐標、焦距長、CCD尺寸等)及POS數據。

(2)自動生成同名點

根據初始的 POS數據,自動生成同名點。并根據需要,采用可修改生成同名點的策略,使產生的同名點均勻地分布在整個測區。

(3)空三計算

根據生成的大量同名點及初始的內外方位信息,進行空三運算,空三結果可以通過 RMSE來體現,并可以預覽每個同名點的坐標和精度,內附詳細的精度報告。通過預覽每個點的 RMSE,剔除誤差較大的同名點,重新進行空三計算,直至滿足要求。接受空三結果,更新內外方位信息。

(4)生成 DTM

LPS提取數字地面模型 (digital terrian model,DTM)是全自動處理過程,內附詳細的 DTM提取報告。用戶可以根據需要選擇生成單個 DTM,或者直接生成鑲嵌的DTM。其精度適合于制作正射影像。若需要得到高精度的 DTM,仍需要一些人工編輯(比如通過 TE模塊)以及很好的質量控制。

(5)影像正射校正

效率一直是遙感影像處理用戶最關心的問題之一,ERDAS通過多個處理或者多個計算機實現并行計算技術和分布式處理,使得用戶在數據處理過程中可以充分利用硬件的投資,提高數據生產的效率。LPS在影像重采樣的過程中支持批處理的并行計算和分布式處理。

(6)正射校正結果鑲嵌

LPS 2010的鑲嵌充分利用操作系統資源,使得鑲嵌的速度提高了 10倍以上,并能支持海量影像的輸入和輸出,自動生成拼接線并可編輯,多種勻色算法可供選擇。

3.結 果

由一名操作人員利用一臺普通工作站處理 473幅無人機數據,經過 26 h的處理,其中自動運算時間為 22 h,最后空三的精度可以達到 3個像素。本文處理數據的結果如圖 3所示。

4.LPS處理無人機數據的建議

1)所提供的無人機數據,如果存在部分影像比較模糊,這可能會對后續的影像連接點匹配造成一定影響,所以須去除影像質量不好的數據。

圖 3 LPS處理無人機數據鑲嵌結果

2)提供的無人機數據包括部分航線拐角數據,該數據對應的慣導數據信息不夠準確,因此在實際作業中,須將拐角數據去除,以保證整個測區空三計算的精度。

3)提供的無人機數據中,去除 POS信息 (特別是角度信息)突變的數據,這樣才能保證連接點匹配的精度和最終結果的精度。

4)確保像片與其 POS數據完全對應,避免可能由于 POS錄入,導致相片的 POS信息和相片不對應的問題。

5)為了提高結果的精度,建議采用二級優化策略。首先根據原始的 POS信息,自動產生連接點,進行空三運算,接受優化內外方位信息;然后根據第一次優化的結果,再次自動生成連接點,進行空三運算。

四、結束語

本文通過對使用 LPS處理無人機數據方法的論述,表明了該方法的優勢在于:①采用嚴密的光束法區域網平差,在保證一定的精度下,以較少的人工干預,能夠以最快的速度完成整個測區的處理過程;②在影像重采樣過程中支持批處理的并行計算和分布式處理,提高了數據生產的效率,且對機器硬件要求不高,一般的工作站即可處理,滿足了無人機數據在測繪方面以及災害應急快速處理方面的需要,為無人機數據處理市場提供了新的解決方案。

(本專欄由徠卡測量系統和本刊編輯部共同主辦)