朱閆霞 王立淑 陶晶

摘 ? 要：目前，由于消費(fèi)級(jí)相機(jī)和無人機(jī)UAV的出現(xiàn)，使得航測入門低，數(shù)據(jù)獲取極方便，當(dāng)然也帶來了一系列數(shù)據(jù)后處理的技術(shù)問題，其中空三精度的處理就是典型。本文針對(duì)低空無人機(jī)數(shù)據(jù)的空三加密流程進(jìn)行了探討，從只使用常規(guī)單一攝影測量軟件進(jìn)行空三處理與先使用Agisoft Metashape軟件進(jìn)行空中三角測量輸出畸變改正后像片再使用常規(guī)攝影測量軟件進(jìn)行空三處理的空三精度進(jìn)行了對(duì)比，總結(jié)出了提高低空無人機(jī)空三精度的方法。

關(guān)鍵詞：低空無人機(jī)UAV ?Agisoft Metashape軟件 ?GodWork天工軟件 ?空三加密 ?相機(jī)自檢校 ?方法技巧

中圖分類號(hào)：P627 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0076-02

由于低空無人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，對(duì)起降場地要求低，可以進(jìn)行低空云下飛行，對(duì)氣象條件要求不高的優(yōu)點(diǎn)，使它成為傳統(tǒng)航空攝影的有力補(bǔ)充，并且在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。但是低空無人機(jī)由于飛行平臺(tái)質(zhì)量輕，抗風(fēng)能力較大型運(yùn)輸飛機(jī)差，并且因受到飛機(jī)載重和飛行運(yùn)維成本的制約而常常不使用飛行云臺(tái)搭載相機(jī)，導(dǎo)致低空無人機(jī)獲取航拍影像時(shí)姿態(tài)不穩(wěn)定，航攝像片的旋偏角、仰俯角、橫滾角、像片航向和旁向重疊度、航線彎曲度等相關(guān)姿態(tài)參數(shù)較差。低空無人機(jī)所使用的相機(jī)均為民用消費(fèi)級(jí)單反相機(jī)不是專業(yè)的量測相機(jī)，導(dǎo)致獲取的像片畸變比較大并且畸變不穩(wěn)定。以上特點(diǎn)給后期空三加密保證精度提高帶來了很大難度。

目前國內(nèi)學(xué)者對(duì)低空無人機(jī)數(shù)據(jù)空三加密只使用一種攝影測量軟件進(jìn)行，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，空三精度需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，而結(jié)果有時(shí)還差強(qiáng)人意。本文在通過項(xiàng)目案例數(shù)據(jù)測驗(yàn)，尋求快速提高空三精度的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，要得到較高精度空三成果通常需要借由兩種方式：一是使用大量控制點(diǎn)提高精度，二是使用高精度像片POS數(shù)據(jù)和少量控制點(diǎn)共同提高精度。而借助于大量控制點(diǎn)這種方法來提高空三精度，需要增加野外的工作量，若是困難地區(qū)，更是提高了項(xiàng)目成本和難度，建議依據(jù)項(xiàng)目情況選擇性使用。而利用空三解算時(shí)加入高精度像片POS數(shù)據(jù)，僅是在內(nèi)業(yè)處理流程上，相對(duì)省時(shí)省力。而在內(nèi)業(yè)空三解算時(shí)，由于低空無人機(jī)是均為民用消費(fèi)級(jí)單反相機(jī)不是專業(yè)的量測相機(jī)，導(dǎo)致獲取的像片畸變比較大并且畸變不穩(wěn)定，給后期空三精度解算帶來看極大的影像。

本文以我國中部地區(qū)某縣為研究區(qū)域，從只使用常規(guī)單一攝影測量軟件進(jìn)行空三處理與先使用Agisoft Metashape軟件進(jìn)行空中三角測量輸出畸變改正后像片再使用常規(guī)攝影測量軟件進(jìn)行空三處理的空三精度進(jìn)行了對(duì)比，總結(jié)出了提高低空無人機(jī)空三精度的方法。

Agisoft Metashape軟件是由成立于2006年，位于俄羅斯圣彼得堡的Agisoft LLC公司研發(fā)的一款軟件，作為一家專注于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的創(chuàng)新研究公司，通過多年的密集研發(fā)工作，Agisoft LLC獲得了圖像處理算法方面的專業(yè)知識(shí)，為數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)為應(yīng)用工具的開發(fā)指明了新方向。該軟件具有較強(qiáng)的自動(dòng)點(diǎn)匹配能力、高精度的點(diǎn)位預(yù)測能力和非常全面的像片畸變校正能力，相機(jī)自檢校功能可對(duì)像片進(jìn)行相機(jī)校正估計(jì)矩陣和包含非線性失真系數(shù)的估計(jì)等多種估計(jì)校正。對(duì)像片姿態(tài)和像片畸變改正要求低非常適合無人機(jī)數(shù)據(jù)處理。但其空三結(jié)果目前不能支持多種格式靈活輸出到立體測圖和數(shù)字正射影像制作軟件中，給后續(xù)數(shù)據(jù)處理帶來了麻煩。

GodWork天工軟件是由武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室郭丙軒教授針對(duì)無人飛機(jī)像幅小、姿態(tài)不穩(wěn)定、重疊度大、非專業(yè)相機(jī)等特點(diǎn)，提出并研制成功的無人機(jī)攝影測量數(shù)據(jù)自動(dòng)處理系統(tǒng)。但其在像片畸變較正能力上較弱，只能根據(jù)工程內(nèi)相對(duì)匹配點(diǎn)較多且均勻的40張像片進(jìn)行常規(guī)相機(jī)參數(shù)估計(jì)，然后將估計(jì)參數(shù)應(yīng)用到整個(gè)工程。

GodWork天工的相機(jī)自檢校功能較Agisoft Metashape要差一些，尤其對(duì)于相機(jī)畸變不穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，天工自檢校效果比較差，導(dǎo)致空三精度控制成本升高，需要借由控制點(diǎn)或者高精度照片POS作為額外的控制約束條件。但是天工作為一款專業(yè)攝影測量軟件，自動(dòng)化水平非常高，同時(shí)支持多種格式空三成果導(dǎo)出供后續(xù)測繪產(chǎn)品生產(chǎn)。

鑒于上兩者系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)有互補(bǔ)性，嘗試使用兩者結(jié)合的方式，優(yōu)化空三作業(yè)流程，提高空三精度的效率，降低人工成本。利用Agisoft Metashape先解算一遍空三，得到其高精度的像片姿態(tài)和像片畸變改參數(shù)，然后利用自動(dòng)化程度較高的GodWork天工軟件，進(jìn)行后續(xù)完整空三解算，輸出符合項(xiàng)目精度要求的空三成果，為后續(xù)3D產(chǎn)品制作提供精度保障。

1 ?Agisoft Metashape和天工軟件空三加密流程

在進(jìn)行空三加密之前，需要先做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備包括：低空無人機(jī)獲取的原始數(shù)碼影像、相機(jī)文件、pos數(shù)據(jù)（X、Y、Z、Omega、Phi、Kappa等影像初始外方位元素）、外業(yè)像控測量成果（包括點(diǎn)之記和坐標(biāo)成果表）。

Agisoft Metashape空三加密包含如下步驟：

建立工程：導(dǎo)入像片、初始相機(jī)參數(shù)輸入、POS和像控點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

對(duì)齊照片匹配連接點(diǎn)：在“Align Photos”中選擇匹配連接點(diǎn)精度（DLG立體測圖空三精度選擇High），勾選“Generic preselection”和“Reference preselection”，高級(jí)設(shè)置勾選“Adaptive camera model fitting”，點(diǎn)擊OK即可開始空三連接點(diǎn)匹配工作。

控制點(diǎn)量測：首先在控制點(diǎn)列表選中一個(gè)控制點(diǎn)右鍵菜單選擇“Filter Photos by Markers”，程序會(huì)自動(dòng)篩選出有該控制點(diǎn)的所有像片，然后在“Photos”列表中依次雙擊每一張篩選預(yù)測出的照片進(jìn)行像控點(diǎn)的量測并保存。

空三平差：選擇“Optimize Camera Alignment”，在對(duì)話框中勾選所有相機(jī)自檢?；儏?shù)類型，進(jìn)行自檢校平差。

精度檢查：平差完成后，通過像控點(diǎn)列表查看控制點(diǎn)精度，對(duì)不滿足精度的控制點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整直至精度滿足要求為止。連接點(diǎn)精度通過匹配的連接點(diǎn)點(diǎn)云進(jìn)行三維立體查看對(duì)于匹配錯(cuò)的異常飛點(diǎn)進(jìn)行直接刪除，連接點(diǎn)較稀少區(qū)域可以直接局部重新匹配連接點(diǎn)。也可輸出整個(gè)工程的處理報(bào)告進(jìn)行精度判斷。

控制點(diǎn)量測、空三平差和精度檢查這3個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行，直至滿足精度要求。

輸出畸變改正后影像：精度合格后選擇“Undistort Photos”勾選“Correct distortions”、“Center principal point ”、“Square pixels”進(jìn)行即便改正片輸出工作。

2 ?Agisoft Metashape和天工軟件空三加密精度提高方法探討

低空無人機(jī)空三加密采用兩種方案：方案一是利用原始數(shù)據(jù)只使用天工軟件做空三加密;方案二是先使用Agisoft Metashape軟件做一次空三加密輸出畸變改正影像和相機(jī)自檢校參數(shù)作為原始數(shù)據(jù)再使用天工軟件進(jìn)行一次空三加密。

本文用于實(shí)驗(yàn)區(qū)域影像933張，控制點(diǎn)GCP共43個(gè)，主要地形為山地，實(shí)驗(yàn)區(qū)概況見圖1。從表1可知，方案二中的控制點(diǎn)平面和高程誤差的平均值、最大值明顯小于方案一，高程誤差明顯減小，兩種方案誤差的最小值幾乎不變。

3 ?結(jié)語

以低空無人機(jī)數(shù)碼影像為數(shù)據(jù)源，采用先使用Agisoft Metashape軟件進(jìn)行一次空三加密相機(jī)自檢校后輸出畸變改正后影像和相機(jī)自檢校文件作為天工軟件空三的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)天工空三加密工作的作業(yè)方式，能夠很大程度上提高空三加密精度。

參考文獻(xiàn)

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