基于Context Capture 和Inpho 軟件的真正射影像生產(chǎn)研究

王建

（四川省煤田地質(zhì)局一三五隊，四川 瀘州 646000）

數(shù)字真正射影像（True Digital Ortho Map， TDOM）是基礎(chǔ)測繪地理產(chǎn)品中重要的一部分，是基于高精度的數(shù)字表面模型（Digital Surface Map， DSM）生產(chǎn)而來，然而目前生產(chǎn)數(shù)字真正射影像工序繁瑣，成果質(zhì)量較差，不能滿足現(xiàn)實需求。傾斜攝影是近年來發(fā)展起來的一項測繪新技術(shù)，隨著無人機技術(shù)和相機集成技術(shù)的迅速發(fā)展，無人機傾斜攝影作業(yè)方式應(yīng)用越來越廣，比如：農(nóng)村房地一體項目、美麗鄉(xiāng)村項目、實景三維中國建設(shè)項目等。在實景三維中國建設(shè)項目中，需要生產(chǎn)TDOM成果，然而，直接基于建模成果得到的真正射成果，質(zhì)量不高、視覺效果差，不能滿足對高質(zhì)量成果的要求。利用傾斜攝影數(shù)據(jù)，更換軟件，重新進行空三加密，轉(zhuǎn)刺控制點平差，然后生產(chǎn)TDOM，效率低，而且兩次空三精度不一致，對后期成果套合可能會帶來影響。鑒于此，將傾斜攝影空三成果能夠直接使用，然后生產(chǎn)TDOM成果，不但可以減少人工干預(yù)工作，而且可以提高真正射影像成果質(zhì)量，保證精度的統(tǒng)一性，便于后期不同格式成果數(shù)據(jù)的套合。本文從這點出發(fā)，先采用Context Capture（簡稱CC）軟件對傾斜攝影數(shù)據(jù)進行空中三角測量解算，通過轉(zhuǎn)刺控制點與平差，得到符合精度要求的空三加密成果，然后基于空三成果完成實景三維模型的生產(chǎn)。分析導(dǎo)出的xml 空三結(jié)構(gòu)，利用C語言開發(fā)了空三轉(zhuǎn)換軟件，可以直接從xml 文件里提出參與運算影像的6 個外方位元素和相機參數(shù)，然后將該成果引入inpho軟件中，完成后續(xù)TDOM 的生產(chǎn)。通過對比兩種方式生產(chǎn)的TDOM，可以看出，采用本文的方法生產(chǎn)的TDOM 成果質(zhì)量好，可以和傾斜模型成果準確套合，為生產(chǎn)高質(zhì)量、高精度的TDOM提供了有效的方案。

1 數(shù)字真正射影像介紹

數(shù)字真正射影像是基于DSM 成果，利用數(shù)字微分糾正技術(shù)，通過對原始影像的幾何變形進行改正，從而得到的影像成果[1-3]。其中，決定其成果質(zhì)量的主要在于DSM的質(zhì)量，決定其成果精度的主要在于空三質(zhì)量。

2 傾斜攝影測量技術(shù)概述

傾斜攝影是指飛行器搭載多臺影像傳感器，同時從多個角度同步采集地表影像，獲取豐富的地表影像信息，用于測繪產(chǎn)品的生產(chǎn)[4]。常見的是搭載五鏡頭相機進行影像采集，其中1 個下視鏡頭，4 個側(cè)視鏡頭。下視鏡頭主要獲取建構(gòu)筑物頂部影像信息，側(cè)視鏡頭主要獲取建構(gòu)筑物側(cè)面紋理信息[5-6]。傾斜攝影較傳統(tǒng)垂直攝影，減少了視角盲區(qū)，提升了影像信息，可以更好地獲取地物信息。

3 真正射影像生產(chǎn)流程

采用傾斜攝影方式生產(chǎn)真正射影像，一般是生產(chǎn)完實景三維模型，緊接著基于模型獲取真正射影像。本文主要基于空三獲取影像的外方位元素，然后利用inpho 軟件恢復(fù)空三，然后完成真正射影像的生產(chǎn)，具體流程如圖1 所示。

圖1 基于傾斜攝影生產(chǎn)真正射影像流程

4 實例分析

本文以某地區(qū)實景三維中國項目為例，對整個作業(yè)流程進行詳細介紹，并對成果進行比對分析。數(shù)據(jù)處理主要包括兩種作業(yè)流程，一種是基于傾斜攝影生產(chǎn)真正射，主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、空三加密、控制點轉(zhuǎn)刺與平差、實景三維模型生產(chǎn)、真正射影像生產(chǎn)；另一種是基于傾斜空三，利用自主開發(fā)的軟件，進行外方位元素的提取，然后恢復(fù)空三到inpho 軟件中，利用inpho 進行真正射影像生產(chǎn)。

4.1 基于CC 軟件生產(chǎn)真正射影像

4.1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要是對影像數(shù)據(jù)、POS 數(shù)據(jù)和相機參數(shù)進行處理。影像數(shù)據(jù)處理，刪除地面試拍影像，對色差大、亮度暗的影像進行勻光勻色處理，提升影像質(zhì)量。對于POS 數(shù)據(jù)，結(jié)合平臺檢校參數(shù)，以下視鏡頭POS 為標準，對4 個側(cè)視鏡頭POS 進行解算，得到精度較高的POS 數(shù)據(jù)，使影像和POS 能夠?qū)?yīng)，確保每張影像POS 是唯一的。對于相機參數(shù)，本次采用的無人機，相機參數(shù)不精確，為了確保后續(xù)空三能夠準確解算，提升空三解算成功率，采用少量照片進行數(shù)據(jù)解算，得到精度較高的相機參數(shù)。

4.1.2 空三加密

空三解算是傾斜攝影測量的核心步驟，也是最容易出問題的環(huán)節(jié)。本次在傾斜攝影數(shù)據(jù)解算時，采用了CC 軟件，并使用數(shù)據(jù)預(yù)處理后的參數(shù)，采用集群作業(yè)方式進行空三解算?？杖馑阃瓿珊螅ㄟ^人機交互方式查看空三成果，無分層、無彎曲，空三報告中重投影中誤差為0.39 個像素，符合規(guī)范要求，空三成果可用。

4.1.3 控制點轉(zhuǎn)刺與平差

由于POS 精度無法滿足項目需求，因此需要通過控制點來對空三成果進行平差調(diào)整。首先整理外業(yè)提供的控制點成果，并將其引入軟件中，對四角和中心位置的控制點進行轉(zhuǎn)刺，然后進行平差。最后對剩余控制點進行轉(zhuǎn)刺并平差，待平差完成后，對平差報告進行查看。平差報告顯示，本次控制點平面中誤差為0.002 米，高程中誤差為0.001 米，成果精度滿足規(guī)范要求。為了確?？杖晒目煽啃裕瑢㈦S機獲取的檢查點引入空三中進行檢查空三精度，通過點位轉(zhuǎn)刺和設(shè)置檢查點類型，再次進行平差。平差報告顯示，所有檢查點精度均滿足規(guī)范要求，空三成果可靠。

4.1.4 實景三維模型生產(chǎn)

結(jié)合所有作業(yè)電腦的配置情況，本次在數(shù)據(jù)生產(chǎn)時，設(shè)置的瓦片大小為100 米，瓦片劃分按照X 方向和Y 方進行，由于要和其他作業(yè)單位進行數(shù)據(jù)匯總接邊，因此對瓦片分塊原點和模型原點均進行了設(shè)置，確保成果可用。

4.1.5 真正射影像生產(chǎn)

基于傾斜成果生產(chǎn)真正射影像的軟件目前有很多，比如超圖、SV365、TSD、模方等，本次是直接使用CC 軟件進行真正射影像的生產(chǎn)，設(shè)置成果分辨率為0.02 米，輸出多個分塊成果，然后使用易拼圖（EPT）軟件進行拼接，最后按照要求進行分幅處理。

4.2 基于inpho 軟件生產(chǎn)真正射影像

4.2.1 數(shù)據(jù)準備

數(shù)據(jù)準備主要包括下視鏡頭的畸變改正影像，平差后的相機參數(shù)和影像的外方位元素。

4.2.2 外方位元素提取

本次測試，使用C 語言開發(fā)的空三轉(zhuǎn)換軟件進行外方位元素的提取。首先在CC 軟件中，刪除側(cè)視鏡頭的影像，只留下下視鏡頭的影像，然后導(dǎo)出控制點對應(yīng)坐標系下的XML 文件，順帶導(dǎo)出畸變改正后的影像，其格式為JPG。最后利用空三轉(zhuǎn)換軟件進行外方位元素的提取，轉(zhuǎn)換界面如圖2 所示，提取出來的部分外方位元素如圖3 所示。

圖2 外方位元素提取示意圖

圖3 部分外方位元素示意圖

4.2.3 空三恢復(fù)

將提取出來的外方位元素和畸變改正影像加載到inpho 軟件中，進行影像金字塔創(chuàng)建。然后采用人機交互的方式檢查控制點點位，通過檢查可知，控制點點位在CC 和inpho 軟件中完全一致，說明空三恢復(fù)成功，精度無損失。如圖4 是控制點點位在CC 軟件中的點位，圖5 是在inpho 軟件中恢復(fù)后的點位。

圖4 CC 軟件中控制點點位

圖5 inpho 軟件中控制點點位

4.2.4 真正射影像生產(chǎn)

恢復(fù)并檢查完空三成果后，按照inpho 軟件操作流程，生產(chǎn)高精度的DSM成果，設(shè)置單張分辨率為0.02 米，自動完成單張影像的糾正和最終成果的鑲嵌。

4.3 真正射影像成果對比分析

本次對比主要從影像的質(zhì)量和精度方面入手，如圖6 所示，是基于實景三維模型生產(chǎn)的真正射影像成果，圖7 是基于inpho軟件生產(chǎn)的真正射影像成果。

圖6 基于實景三維模型得到的TDOM

圖7 基于inpho 軟件得到的TDOM

通過圖6 和圖7 對比可以看出：基于三維模型生產(chǎn)的真正射影像成果質(zhì)量一般，馬賽克嚴重，建構(gòu)筑物邊緣虛化嚴重，地面不同地物邊界模糊；基于inpho 軟件生產(chǎn)的真正射影像成果質(zhì)量高，建構(gòu)筑物邊緣合理，沒虛化現(xiàn)象。

使用EPT 對真正射影像成果進行精度檢測。首先打開EPT，新建圖幅修補工程，然后導(dǎo)入檢查點，通過雙擊定位的方式，對檢查點點位進行確定，然后進行精度檢測，檢測完成后，直接導(dǎo)出檢查報告。通過精度檢測可以得出：基于實景三維模型生產(chǎn)的真正射影像平面中誤差為0.051 米，通過inpho 生產(chǎn)的真正射影像平面中誤差為0.053 米，精度相差不大，均滿足1:500正射影像生產(chǎn)規(guī)范，成果可用。

通過在ArcGIS 里對兩種方式生產(chǎn)的成果進行卷簾對比分析，可以看到相差較大的位置主要位于建構(gòu)筑物邊緣和地物邊界，這主要是虛化問題引起的，其余部分套合情況良好。

5 結(jié)論

本文首先介紹了數(shù)字真正射影像和傾斜攝影技術(shù)，并對真正射影像生產(chǎn)流程進行了簡單介紹。以實際項目為例，對兩種方式生產(chǎn)真正射的詳細流程進行了說明，并對兩種方式得到的成果進行了對比分析，通過對比可知，采用CC 軟件的空三成果，利用空三轉(zhuǎn)換軟件提取影像外方位元素和相機參數(shù)，將其恢復(fù)到inpho 軟件中，可以得到質(zhì)量高、精度高的真正射影像成果，為生產(chǎn)真正射影像提供了一套切實可行的方案，有助于提升真正射影像的成果質(zhì)量。