結合機載激光雷達技術的航攝數碼相機檢校分析應用研究

楊 莉

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430063)

普通數碼相機以其廉價、靈活、快速地特點在工程中得到愈來愈廣泛的應用。近些年，機載激光雷達技術設備同時攜帶相機獲取對應地區影像的應用也越來越多。但由于數碼相機屬非量測型相機，通常其內方位元素無法直接測定，并且存在較大的光學畸變差，因此數碼相機的檢驗是近景攝影測量中經常碰到的問題，是數碼航空攝影測量的一項基礎性工作。

1 檢校原理及重要性

數碼相機的誤差主要有鏡頭引起的誤差和CCD引起的誤差。鏡頭引起的誤差是由相機物鏡系統設計、制作和裝配誤差引起的像點偏離其正確位置的誤差，主要是指光學畸變差，具體包括徑向畸變差和偏心畸變差。CCD引起的誤差主要有CCD安置、CCD陣面不平整和CCD面陣內變形引起的誤差，通常情況下經出場檢驗合格后，這個值影響很小，可忽略不計。

結合相機出場配套的相機文件，可采用基于攝影測量原理的試驗場檢校法來完成相機的檢校。其原理是用相機拍攝檢校場，而檢校場標志點其空間坐標可量測獲得，依據單片后方交會或多片后方交會，可解求相機內方位元素和畸變參數。

2 檢校場準備工作

(1)飛行之前做好完善的飛行計劃。

飛行參數及計劃：飛行航高、測區覆蓋范圍(大約3 km×2 km)、選擇航向和旁向覆蓋率、飛行航線(垂直/反向飛行四條航線，每天航線至少12張影像)、航向重疊度、航線之間旁向重疊度(航向80%)。具體參數可參看航飛設計。

(2)地面控制點(建議15～20個)，分布規律如下：測區的四個角的區域布設1～3個控制點，中心點布設1-3個控制點，此控制點作為精度檢查的檢查點使用。

3 相機檢校流程

航飛完成后開始相機檢校，相機數據檢校在收集好相關資料后，即可進行。

(1)相關資料收集

采用經審批通過后的相機檢校場數據，其中包括檢校場原始影像、初始影像外方位元素數據、航跡文件、像控點坐標以及點志記等等相關文件。

依據儀器要求及相關工作經驗，相機檢校工作推薦在WGS84坐標系下進行。

(2)相機檢校作業過程

結合工程生產，相機檢校使用徠卡公司的相關軟件，主要工作流程可描述如下：

①利用相機事件文件(Event)和.SOL文件生成影像的初始外方位元素。

②建立影像工程，并利用相機檢校文件，進行內定向和外定向。

③在對應的加密模塊下進行空三加密處理。

④利用空三加密結果，生成相機的視準軸檢校值，并重新生成檢校后的外方位元素(如圖1所示)。

圖1 獲取Misalignment(視準軸)檢校值

⑤重新建立工程采用檢校值，對檢校結果進行精度檢查和分析。

4 相機檢校成果

完成相機檢校后，即可得到Misalignment(視準軸)檢校值，按照數據生成流程，可將該檢校值應用于測區影像數據，此時可針對測區需要選擇相應的坐標系，生成影像必需的外方位元素。

5 成果質量檢查

關于相機檢校的成果數據的質量檢查，可從軟件和檢查點兩個方面進行。

(1)完成相機檢校后，將得到的Misalignment(視準軸)檢校值應用于影像數據，此時再建立工程，檢查數據看是否起到檢校作用(如圖2、圖3所示)。

圖2 檢校前LPS立體像對左右片上同名地物點十字叉位置

圖3 檢校后LPS立體像對左右片上同名地物點十字叉位置

(2)在相機檢校區，可采用外業采集的多個地面控制點做檢查。均勻分布在測區的四個邊角和中心區域，經過后處理檢校之后，檢查計算控制點中誤(如圖4、表1所示)。

圖4 相機檢校地面控制點分布圖

RMS-X0.161mRMS-Y0.347mRMS-Z0.150m

檢校后的平面誤差在1～2個像元，高程誤差在1個像元左右，檢校結果符合相機檢校規范，相機經過檢校之后所能達到的精度可以滿足常規正射影像產品的精度要求。計算得到的視準軸偏差值可作為后續數據處理采用。

(3)類似檢校場數據，可采用控制點或者檢查點等相關信息，做中誤差統計分析。同時還可以結合點云數據，將影像和點云數據進行疊合，檢查影像質量。根據相機檢校成果進行正射影像制作，套合檢校場激光點云數據(如圖5圖6所示)。

圖5 影像與點云數據疊合效果圖(一)

圖6 影像與點云數據疊合效果圖(二)

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