LPS在无人机数据处理中的应用

北京望神州科技有限公司 宗秀影

LPS在无人机数据处理中的应用

北京望神州科技有限公司 宗秀影

一、引 言

无人机 (unmanned aerial vehicle,UAV)遥感是航空遥感的一种重要方式,并且日益成为一种空间数据获取的重要手段,具有续航时间长、影像实时传输、高危地区探测、成本低、机动灵活等优点,是卫星遥感与有人机航空遥感的有力补充。近年来,无人机在军事和民用方面都得到了快速的发展,引起了诸多科研单位的重视,无人机遥感成为航空遥感发展的一种趋势。

但是,由于无人机飞行环境的复杂性以及飞行的不稳定性,导致了无人机数据的 POS信息不够精确、数据量大等缺点,所以如何处理无人机数据成为亟待解决的问题。

本文提出了利用 LPS软件来处理无人机数据,得到正射校正镶嵌结果,为无人机数据处理提供了新的解决方案,满足了无人机在测绘方面 (如正射影像、镶嵌影像、DTM等系列测绘产品)以及灾害应急快速处理方面 (如镶嵌影像)的需要。

二、LPS概述

徕卡遥感及摄影测量系统 (Leica photogrammetry suite,LPS)是 ERDAS公司推出的数字摄影测量及遥感处理软件系列。LPS为遥感影像处理及摄影测量提供了高精度、高效能的生产工具。它可以处理各种航天 (最常用的卫星影像如 World View1/2、Quick-Buid、IKONOS、SPOT 5、ALOS、OrbView、FOMOSAT、KOMPSAT、RapidEye、GeoEye、Landsat等 )及航空 (如扫描航片、框幅式数字影像、ADS40/80、ALS60等数字影像)的各类传感器影像定向及空三加密,处理各种数字影像格式,(如黑 /白、彩色、多光谱及高光谱等各类数字影像)。LPS的应用还包括矢量数据采集、数字地模生成、正射影像镶嵌及遥感处理,它是第一套集摄影测量与遥感在同一工作平台的软件系列。LPS产品结构如图 1所示。

本文在无人机数据处理中利用的 LPS模块包括 LPS Core和 ATE(或者 eATE)。

三、LPS处理无人机数据流程

1.数据描述

本文所用的测试数据是由 Canon EOS 5D Mark II数码相机拍摄的 473幅无人机数据。此外,还利用了焦距长 (f0为 24 mm)、像元分辨率 (CCD尺寸为 6.4 um)、航高以及 POS数据等信息。

图 1 LPS产品结构图

2.数据处理流程

LPS处理无人机数据操作流程如图 2所示。

图 2 LPS处理无人机数据操作流程

(1)创建工程和数据导入

1)创建工程。LPS处理数据首先需要创建测区文件,即 Block文件。选择相应的几何校正模型。本文选择的模型是数码相机 (digital camera)。并且定义测区的属性,包括投影坐标系统、航高等。

2)数据导入。工程文件创建好之后,导入影像、相机参数 (像主点坐标、焦距长、CCD尺寸等)及POS数据。

(2)自动生成同名点

根据初始的 POS数据,自动生成同名点。并根据需要,采用可修改生成同名点的策略,使产生的同名点均匀地分布在整个测区。

(3)空三计算

根据生成的大量同名点及初始的内外方位信息,进行空三运算,空三结果可以通过 RMSE来体现,并可以预览每个同名点的坐标和精度,内附详细的精度报告。通过预览每个点的 RMSE,剔除误差较大的同名点,重新进行空三计算,直至满足要求。接受空三结果,更新内外方位信息。

(4)生成 DTM

LPS提取数字地面模型 (digital terrian model,DTM)是全自动处理过程,内附详细的 DTM提取报告。用户可以根据需要选择生成单个 DTM,或者直接生成镶嵌的DTM。其精度适合于制作正射影像。若需要得到高精度的 DTM,仍需要一些人工编辑(比如通过 TE模块)以及很好的质量控制。

(5)影像正射校正

效率一直是遥感影像处理用户最关心的问题之一,ERDAS通过多个处理或者多个计算机实现并行计算技术和分布式处理,使得用户在数据处理过程中可以充分利用硬件的投资,提高数据生产的效率。LPS在影像重采样的过程中支持批处理的并行计算和分布式处理。

(6)正射校正结果镶嵌

LPS 2010的镶嵌充分利用操作系统资源,使得镶嵌的速度提高了 10倍以上,并能支持海量影像的输入和输出,自动生成拼接线并可编辑,多种匀色算法可供选择。

3.结 果

由一名操作人员利用一台普通工作站处理 473幅无人机数据,经过 26 h的处理,其中自动运算时间为 22 h,最后空三的精度可以达到 3个像素。本文处理数据的结果如图 3所示。

4.LPS处理无人机数据的建议

1)所提供的无人机数据,如果存在部分影像比较模糊,这可能会对后续的影像连接点匹配造成一定影响,所以须去除影像质量不好的数据。

图 3 LPS处理无人机数据镶嵌结果

2)提供的无人机数据包括部分航线拐角数据,该数据对应的惯导数据信息不够准确,因此在实际作业中,须将拐角数据去除,以保证整个测区空三计算的精度。

3)提供的无人机数据中,去除 POS信息 (特别是角度信息)突变的数据,这样才能保证连接点匹配的精度和最终结果的精度。

4)确保像片与其 POS数据完全对应,避免可能由于 POS录入,导致相片的 POS信息和相片不对应的问题。

5)为了提高结果的精度,建议采用二级优化策略。首先根据原始的 POS信息,自动产生连接点,进行空三运算,接受优化内外方位信息;然后根据第一次优化的结果,再次自动生成连接点,进行空三运算。

四、结束语

本文通过对使用 LPS处理无人机数据方法的论述,表明了该方法的优势在于:①采用严密的光束法区域网平差,在保证一定的精度下,以较少的人工干预,能够以最快的速度完成整个测区的处理过程;②在影像重采样过程中支持批处理的并行计算和分布式处理,提高了数据生产的效率,且对机器硬件要求不高,一般的工作站即可处理,满足了无人机数据在测绘方面以及灾害应急快速处理方面的需要,为无人机数据处理市场提供了新的解决方案。

(本专栏由徕卡测量系统和本刊编辑部共同主办)