服務于DMCⅢ航攝數據后處理的軟件研發

梁 嬌 尹 源 宋宏濤 張 杰

(1.山東華峰地理信息科技有限公司，山東 濟南 250102； 2.山東省國土測繪院，山東 濟南 250102)

0 引言

在當前日新月異的發展熱潮中，由穩定、成熟的航空攝影測量技術獲取的基礎地理信息數據對于城市建設、交通、水利、農林等各領域都發揮著重要的作用[1-4]。瑞士Leica公司生產的系列產品，特別是框幅式數碼航攝儀DMCⅢ(Digital Mapping Camera Ⅲ，DMCⅢ)因其大幅面、高質量、高精度的特點[5]，被業內如山東省國土測繪院、天津市測繪院、西安煤航等多家企事業單位引進并投入生產。然而在實際生產尤其是航攝數據后處理中，發現仍有部分問題制約著該設備朝更高自動化的方向發展，如何對其進行優化或完善是值得深入研究的課題。

1 DMCⅢ簡介

1.1 作業流程

DMCⅢ主要由能夠獲取全色、紅、綠、藍及近紅外多波段數據的多鏡頭，存儲單元MM30、自適應高精度陀螺儀穩定平臺PAV100，嵌入的緊耦合處理系統Novatel SPAN GNSS/IMU，操作員控制器OC60，導航屏PD60，電源分配盒PDB等部件組成。設備焦距為92 mm，像元大小3.9 μm，影像幅面達到26 112像元×15 000像元，具有影像質量高、產品豐富、作業效率高等特點。根據徠卡測量系統貿易(北京)有限公司的指導資料及多年生產經驗，概述其作業流程如圖1所示。

1.2 存在的問題

經過多年的航飛作業及相關數據的后處理經驗積淀，我們發現該設備的集成化程度相對較高，從航線的設計到航飛作業，再到POS解算、RGB及RGBN影像的生產，各工序之間銜接自如，人工參與較少、自動化程度高。但同時也發現，在實際作業中，一些相關的操作如飛行結束后航飛曝光點文件EOP的快速處理、布設像控點時導航點坐標的自動提取、數據整理時大量文件的規則命名以及多架次飛行中影像文件的整合及拆分等等，這些問題潛在地制約著DMCⅢ朝更高的自動化程度方向發展，產生不可避免的時間及人力上的成本。如何對其進行合理解決或提供更科學的優化方案，變得迫在眉睫。

2 軟件功能設計及實現

2.1 功能設計

經分析，最終確定該款DMCⅢ_Tools軟件主要服務于DMCⅢ航攝儀的數據后處理生產作業。具體地，主要包括EOP文件簡處理、像控點坐標識別、文件列表獲取、文件重命名、文件移動、二維圓擬合、三維圓擬合幾項功能，軟件的結構如圖2所示。在后續將對每個功能進行介紹。

2.2 關鍵核心技術

1)EOP文件簡處理。

DMCⅢ作業時，相機每一次的曝光都會將航線編號、瞬時的曝光點名及位置、設備三個方向姿態角、時間等信息記錄于特定文件，這對于航飛結束后從快速甄別是否漏片、計算航線偏移區間等方面來評價航攝數據質量具有重要價值。由于該文件包含數據繁多，后處理時常需人工摘取部分感興趣信息，多架次飛行時該工作具有重復性、不利于自動化。為此，設計的EOP文件簡處理功能主要用于自動從航攝結束后生成的包含曝光點信息等的文件中按需提取GPS時間、曝光點坐標以及自定義處理后的曝光點名字，直接供Arcgis展點分析以節省時間開銷。

2)像控點坐標識別。

DMCⅢ航攝數據獲取并經預處理后，像控點的布設一般均借助HxMap平臺進行，人工選定的像控點及其坐標(用于后續導航至實地采集)無法直接導出，常歷經“圖像—數字”的轉換且這一過程由人工肉眼識別并手動錄入來完成，效率低下(約3張/min)且精度無法保證。該像控點坐標識別功能就是利用圖像匹配及文字識別技術從包含像控點的圖像中提取出唯一坐標值并按固定格式輸出至相應文件，且該功能具備批處理的能力，流程如圖3所示。

3)文件列表獲取。

文件列表獲取主要服務于DMCⅢ航攝數據后期的整理工作，用于快速獲取指定文件夾下的文件列表，該功能結合實際，忽略指定路徑下存在的文件夾及輸出的文件本身。

4)文件移動。

按國家規范，航攝結束后的資料整理工作往往需按分區進行，而由于空中補飛等原因，各架次與分區的對應關系并不十分嚴格，且因航攝數據都較大，每一次移動前的備份操作都會造成較大的時間開銷和存儲空間開銷，所以在資料整理時常會不可避免的發生文件整理上的混淆。因此設計的文件移動功能主要用于以給定的參數文件來完成文件的移動操作，批量實現多架次數據的拆分整合，同時，該功能在日常文件的挑選中也可廣泛應用。重要的是該功能在運行時支持執行報告的輸出，移動的文件和未移動的文件都形成記錄，這就為后期數據誤操作溯源恢復提供了依據。

5)文件重命名。

和文件移動功能類似，文件重命名功能主要用于以參數文件的形式來重命名指定的文件，采用過程式、可逆式的方法，將每一次改名操作都形成記錄，這在海量文件名稱規則處理的時候尤其具備優勢。

6)圓擬合。

在工程測量中，尤其是在工業、基建工程中，規則的建筑物幾何參數常由圖像匹配、全站儀或三維激光掃描儀獲取的密集點云來反算求得。設計的二維圓擬合及三維圓擬合即用于實現空間點坐標(二維及三維)的最小二乘圓擬合，返回結果包含擬合的圓心坐標及圓半徑，以及擬合點位中誤差、各點到擬合圓偏差值等信息。同時，該功能支持擬合情況的實時顯示。

3 開發與測試

3.1 軟件界面

根據實際需求，最終利用MATLAB語言編寫完成了該DMCⅢ_Tools軟件，軟件界面如圖4所示。

其中，菜單欄主要實現軟件信息相關信息顯示以及工作日志的導出；要執行的功能通過功能選區的彈出式菜單來選擇，右側的灰色按鈕根據選定功能的有效性來判定激活；最下方的日志顯示窗口則實時的記錄用戶的每一次操作且支持隨時導出，依此增強交互體驗，這也為追溯由某些潛在的、不確定因素產生的問題提供了可能。

3.2 軟件核心代碼

為了更好的與業內技術人員交流分享，這里給出該款軟件的核心函數(代碼)，整理于表1中。

表1 軟件涉及核心函數

3.3 運行測試

在實際應用中發現，軟件結構緊湊，整體界面小巧且操作簡單，下方的日志顯示窗口帶來較佳的用戶體驗。設計并實現的EOP文件簡處理、文件列表獲取、文件移動、文件重命名幾項功能均運行穩定，完全滿足了實際需求；但軟件中的圓擬合功能由于算法的原因，整體抗差性不強，有待進一步改進；而具備的像控點坐標識別功能則表現亮眼，在近90張的像控圖像中，程序總耗時約74 s，而依靠人工則需約30 min，極大的提升了DMCⅢ航攝像控點的生產效率。總的來看，該軟件有較強的針對性，可以很好的服務于DMCⅢ航攝數據的后處理作業，益于推進相關流程的自動化。

4 結語

DMCⅢ航攝儀相對成熟穩定，其應用領域廣且擁有較多的用戶群體，在諸多框幅式相機中具有明顯優勢。針對其研發的該軟件系統，能夠服務于DMCⅢ航攝數據的后處理作業，具有較強的應用價值，同時對于相關的航攝工作也具有一定參考意義。下一步將繼續從航攝數據的后處理入手，深入研究瓶頸問題，以期獲得更加便捷、更加完善的處理方式。