基于PHOTOMOD軟件制作無人機航測正射影像圖

謝 鋒 珠

(山西煤炭職業技術學院，山西 太原 030031)

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基于PHOTOMOD軟件制作無人機航測正射影像圖

謝 鋒 珠

(山西煤炭職業技術學院，山西 太原 030031)

基于PHOTOMOD軟件在數據處理過程中的優異特點，探討了無人機航拍高質量、高精度DOM的制作流程，并從相機畸變參數、點云濾波、DEM優化方法、影像拼接等方面，論述了DOM制作中的關鍵技術，指出PHOTOMOD軟件為航測數據處理提供了新途徑。

無人機航攝，正射影像，PHOTOMOD，DEM

得益于無人機性能的快速提升，無人機低空航攝技術以其響應速度快、成本低廉、能滿足大比例尺成圖要求等特點在應急測繪、城鎮規劃、承包經營權發證等工作中得到了廣泛應用。但無人機航攝相對傳統航攝也存在飛行姿態變化快，影像傾角大，像幅數較多等特點，這給航攝數據處理平臺提出了新的要求[1]。綜合以上特點，無人機低空航攝系統在DOM生產中的主要問題如下[2，3]：

1)無人機航攝一般采用非量測相機，此類相機鏡頭畸變較大，且受飛行及降落條件影響鏡頭畸變不穩定，即使自動空三匹配的質量較好，也會由于上下視差的存在降低DSM點云精度及DEM精度，進而影響DOM精度及質量。2)傳統的方法利用立體像對匹配DSM點云，人工處理地表植被、構筑物等特征地物生成DEM，設計有效的濾波手段避免人工干預，可以極大的提高工作效率。3)受中心投影的影響，且航高較低，較高的構筑物在不同航片上的傾向差異較大，且不同航片上色彩各不相同，拼接線的走向應避開較高的構筑物，同時需要利用軟件的勻光勻色功能合理的調整航片的色彩。

通常情況下，數字正射影像圖的數學精度通過優化飛行方案，空三加密處理，容易滿足要求，但影像質量受到色調、色彩、拼接線兩側色差的影響較大，只有優化正射影像的生產過程，才能解決以上矛盾。

1 數字正射影像圖的制作流程

利用數字高程模型制作數字正射影像圖的過程其實質是利用微分糾正方法依據糾正單元的地面實際高程計算該單元的糾正元素，實現航攝像片由中心投影轉變為正射投影的過程。正射影像圖的制作流程如圖1所示。

2 DOM制作關鍵技術

2.1 相機畸變參數

在攝影測量中，最重要的設備是相機。傳統攝影測量都要求采用量測型相機，對于專業量測相機，各項指標都要求十分嚴格，尤其是對于相機鏡頭其誤差、分解力、畸變都有相應的規定和要求，且要具備定向和置平裝置。這也就導致了其價格昂貴，且體積笨重。

對于無人機攝影測量，由于其體積小，載重輕，通常選擇較高端的數字相機，在對其進行嚴密的畸變參數糾正后，結合自動拍照裝置，裝載在無人機上面，進行航攝。與專業量測相機相比，數字相機的缺點是內方位元素不穩定，無壓平、水準和定向裝置，畸變差較大等，需要對其執行嚴格的相機參數標定。由于無人機起飛、降落以及運輸過程中，都會對相機畸變參數產生一定的影響，理論上應在每次起飛前都要進行相機參數的檢校、標定，但在實際生產中不太現實。因此，需要軟件可根據聯合平差結果進行相機的自檢校。

在自動空三加密后，如果已經匹配到了足夠的連接點，且連接點殘差均方根和最大值都小于規范要求，但是在立體視圖下，仍存在視差，通常是由于相機畸變參數不準導致的，可利用軟件進行相機參數的自檢校。

PHOTOMOD軟件支持聯合平差，既可以支持無控制點工程的相機自檢校，也支持布控工程的相機自檢校。針對無人機的自動空三，PHOTOMOD軟件利用的特定算法，在連接點匹配完成后，可自動剔除錯誤以及超限的連接點，使得連接點數量少、精度高。PHOTOMOD軟件采用光束法平差，將外方位元素和匹配連接點置于同一共線方程式中，對由像平面坐標觀測值構成的非線性函數線性化，利用最小二乘原理，經過多次迭代計算后確定最優值。在自檢校時，軟件將該項目的系統誤差計算到相機參數中，從而可以得到針對該項目最優化的相機檢校值。

經過相機自檢校，可以有效消除立體像對間的上下視差，提高作為正射糾正基礎的點云的精度，一定程度上消除了由于點云質量較差導致的正射影像數學精度低、影像拉花、變形等影響。

2.2 點云濾波

無人機航攝的特點是像幅小影像數量巨大，手工編輯地面點的方法工作量較大，采用濾波的方式對DSM進行優化是較為適合無人機航攝的方法。

1)PHOTOMOD軟件基于LiDAR點云處理原理，采用基于坡度變化的濾波算法，根據地形坡度變化確定最優化濾波函數，對于給定的高差值，隨著兩點間距離的減小，高程值大的點屬于地面點的可能性就越小。2)PHOTOMOD軟件以建筑物的底座基準高度為準，刪除邊界內部的點，將底座邊界重新生成TIN加入到地形TIN中。3)PHOTOMOD軟件采用模型化的濾波方式，提供了Z值范圍、Z中值、表面目標、影像紋理、建筑物和植被濾波等多種方式，通過濾波方法極大的提高了DEM精度，減輕了工作量，能夠滿足DOM生產的要求。

2.3 DEM優化的其他方法

數字高程模型(DEM)的分辨率一般低于正射影像(DOM)的分辨率，所以需要在特定區域增加特征線，以提高DOM精度。通過采集特征線的方法可以提高正射影像圖的精度，但是采集大量的特征線費時費力，常用的方式是采用數字高程模型(DEM)為主，在道路、橋梁以及重要線狀地物上測量特征線參與構TIN的方法。

特征線采集與DEM獲取的注意事項：1)大型線狀人工構筑物的特征線采集。對一些線狀人工構筑物例如道路、橋梁采集必要的特征線，解決道路、橋梁等重要地物的影像變形問題。2)分層采集立交橋特征數據，兩次糾正，合成使用。在立交橋處，必須同時保證立交橋與道路的影像正確，采用兩次糾正，合成使用的方法可以很好的解決這個問題。第一次糾正只采集立交橋的特征線數據，保證立交橋的精度，第二次糾正只采集道路的特征線數據，保證道路的精度，兩次分別生成DEM，分別糾正影像，后期利用PhotoShop軟件合成正射影像。3)森林覆蓋區DEM優化。由于DEM一般緊貼地面生成，會導致森林覆蓋區影像出現模糊、拉花等現象，所以在此類區域適當拔高DEM，使其覆蓋于樹冠頂部，可以極大的提高影像清晰度。4)地形變化劇烈處的DEM優化。在地形變化劇烈的山脊、山谷處，通過降低山脊線，抬高山谷線的方法優化DEM，可以有效的提高影像的數學精度，減少地形變化帶來的影像變形。

在一些區域，通過DEM優化無法達到理想的效果時，還可以采用較低分辨率的DEM糾正正射影像，也能在一定程度上提高影像清晰度。

2.4 影像拼接

由于相機采取中心投影，造成房屋在不同航片上的倒向不同，在進行影像拼接的時候，拼接線需要避開房屋、高架橋等設施，因此拼接線的質量尤為關鍵。不同影像在接邊處顏色也會有所不同，軟件的勻光勻色的性能對于最終成圖質量影像至關重大。

2.4.1 勻色

PHOTOMOD軟件提供多種勻色方案：1)基于原始影像，局部調整。該方式最大程度上保持影像原始色彩，通過設置片區大小和色彩反差系數，對拼接線兩側影像進行色彩調整、并暈開亮度。2)基于影像平均亮度調整。使用影像平均亮度對整體影像進行勻光、勻色，并結合局部調整。3)基于模板勻色。選取一幅包含盡可能多的物的影像，調整色階曲線、對比度、亮度以及RGB色彩深度等，使之顏色最佳，之后使用該模板對影像進行勻色，也可以直接使用顏色較好的工程內影像對整體影像勻色。勻色效果圖見圖2。

2.4.2 拼接線

PHOTOMOD對海量數據自動生成拼接線，且絕大部分拼接線會自動避開房屋，極大的減少人工拼接的工作量。在拼接線編輯完成后，可即時預覽效果，如圖3所示。

2.4.3 影像裁切

針對無人機影像，影像邊緣裁切可有效去除畸變較大的影像邊緣區域。切除影像邊緣只利用最下方的影像進行拼接出圖，可有效減小投影差對數據質量的影像，也更接近真正色，成圖更美觀。

2.4.4 拼接線自動加密

由于DEM分辨率一般低于DOM分辨率，DEM就會導致拼接線在具備一定高度的路基、溝渠等處拼接會有少許錯位。PHOTOMOD軟件支持在生成拼接線后，在拼接線周圍搜索同名點，構成連接點，以提高拼接精度。 拼接線自動加密見圖4。

3 結語

數字高程模型(DEM)的獲取、影像拼接、色彩調整是正射影像制作過程中的重要步驟，本文利用PHOTOMOD軟件，結合其數據處理過程中的優異特點，探討了無人機航拍高質量、高精度DOM 的制作流程，并重點論述了DOM 制作中的關鍵技術。PHOTOMOD軟件為航測數據處理又提供了一套完整的整體解決方案。

[1] Habib Aziz Salim,陳曉玲,江萬壽,等.基于Photomod3.11制作數字正射影像[J].測繪信息與工程,2007,32(5):27-29.

[2] 何 敬，李永樹，魯 恒，等.無人機影像的質量評定及幾何處理研究[J].測繪通報，2010(4):22-24．

[3] 買小爭,楊 波,馮曉敏.無人機航攝像控點布設方法探討[J].測繪通報,2012(3):275-278.

On othoimage of unmanned aerial vehicle’s air survey based on PHOTOMOD software manufacturing

Xie Fengzhu

(ShanxiCoalVocationalPolytechnicCollege,Taiyuan030031,China)

Based on PHOTOMOD software, the paper indicates the advantages of the data processing, explores the manufacturing procedure for the unmanned aerial vehicle’s high-fidelity and high-accuracy images, indicates the key techniques for the DOM manufacturing from camera distortion parameter, point cloud filter, DEM optimal method, and image fusion, indicates the key technique in DOM manufacturing, and points out PHOTOMOD provides new channel for the navigation data process.

unmanned aerial vehicle, othoimage, PHOTOMOD, DEM

1009-6825(2016)31-0208-02

2016-08-25

謝鋒珠(1972- )，男，講師

TU198

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