基于ERDAS LPS模块航空正射影像的制作

林小红

(甘肃省水利水电勘测设计研究院,兰州 730000)

文章编号：1006—2610(2015)03—0018—04

基于ERDAS LPS模块航空正射影像的制作

林小红

(甘肃省水利水电勘测设计研究院,兰州 730000)

目前制作数字正射影像的主要方法有全数字摄影测量工作站，以及ERDAS、DP Grid、PixelGrid、ARCGIS等遥感与地理信息系统软件制作。其中REDAS LPS模块采用流水式的制作过程，整个过程紧凑，连续性好，精度高。文章以甘谷风电场山区测图工作为例，介绍应用LPS模块在工程中进行快速数字正射影像制作的过程。相对PixelGrid软件在精度和效率方面都具有更好的表现。

ERDAS;LPS;正射影像;航空影像;DTM

0 前 言

通常在实地测绘工作中用线画图表示实际的地物地貌显示效果，单调且不十分直观，而航空影像或卫星影像能够真实、客观地反映地表面的一切景物，保留地表的原始状态，具有十分丰富的信息。然而航空影像或卫星影像通常并不是与地表面保持相似的、简单的缩小，而是中心投影或其他投影构像。因此，这样的影像存在由于影像倾斜和地形起伏等引起的变形[1-2]。数字正射影像图(Digital Orthophoto Map，DOM)是以航摄像片或遥感影像(单色/彩色)为基础，经扫描处理并经逐像元进行辐射改正、微分纠正和镶嵌，按地形图范围裁剪成的影像数据，并将地形要素的信息以符号、线画、注记、公里格网、图廓(内/外)整饰等形式添加到该影像平面上，形成以栅格数据形式存储的影像数据库。它具有地形图的几何精度和影像特征[3-4]。

1 ERDAS 2013 LPS简介

ERDAS LPS(Leica Photogrammetry Suite)是美国ERDAS公司开发的数字摄影测量系统，支持多种航天、航空几何传感器模型，支持数据输入、传感器模型设置、坐标系统定义、传感器内定向、影像自动匹配、区域网空三加密、数字地面模型(DTM)的自动提取和编辑、数字正射影像(DOM)生产、数字线划图(DLG)的采集、纹理提取、三维城市模型建立等数据生产。在高性能软硬件的支持下， LPS 以严密的数字摄影测量理论为基础，以流线型的数据生产流程为核心，以摄影测量的过程-流程为向导，以高扩展性的分布式处理为机制，是一种高效高精度空间数据生产的软件[5]。LPS处理影像数据的特点是：① 流程化的处理方式提高了系统的完整性;② 点的自动量测和地形自动提取;③ 子像素立体显示和点位分配;④ 公认并被证实的空中三角测量;⑤ 详尽的精度报告、优秀的数据精度检测方法等。

ERDAS公司于2001年并入瑞士徕卡测量系统。因其先进的影像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式。目前已经在国内农林业、水利水电行业、测绘行业、环保系统、气象系统、各大院校以及科研单位有着广泛的应用。

2 甘谷风电场正射影像图的制作过程

2.1 数据的准备

(1) 制作正射影像区域的数码航片；

(2) 摄影相机参数、测区的外方位元素；

(3) 测区投影参数以及测区属性。

本文使用LPS 在无控制点时高精度正射纠正影像的功能。因为提供了初始的GPS 信息，所以不需要量测控制点。此外，由于数码相机的图像没有内部基准点，因此内定向是自动完成的。所获得的影像数据由NIKON D800相机拍摄，像幅为7360×4912 pixel，像素4.88 μm。

我们将以无人机获取的甘谷北部山区的影像数据来制作整个工程前期服务的正射影像图[6]。为了给工程前期的设计提供更直观的资料，需要对所获得的影像数据进行快速的正射影像制作。给前期的设计和踏勘提供更好的支持。

2.2 正射影像图的制作过程

图1 数字相机数据处理流程图

数据处理流程见图1。下面对制作过程进行详细说明。

(1) 创建工程并设置相关参数

首先在LPS中创建工程文件，工程文件下有整个测区的所有影像、摄影机参数、地面控制点坐标以及其他相关信息。接着导入pos数据设置外方位元素，载入要纠正的图像并进行影像金字塔(Pyra- mid Layers)的计算。

(2) 定义数码相机的参数

本测区影像由NIKON D800数码相机拍摄，外方位元素信息已经自动加载，设置相机内方位参数如图2，设置相机外方位参数如图3。

图2 选择相机及内方位元素图

图3 外方位元素图

(3) 自动量测同名地物点

通常，在自动同名点匹配之前，要在测区范围内量测控制点来确定外定向参数，但是这个数据包含GPS和INS信息等初始外方位元素，因此不需要采集控制点就可以进行外定向。在这里选择二维窗口的量测(Classic Point Measurement Tool)如图4。

图4 同名点量测图

(4) 进行空中三角测量

完成以上各步骤后就可以进行空中三角测量，计算出点的三维坐标。在运行命令前要进行相关参数的设置，如图5空中三角测量精度设置所示，设置好后便可以执行航空三角测量，得到各地物点的三维坐标，运行后得到如图6空中三角测量残差所示的Triangulation Summary对话框，其中显示的Total Image Unit-Weight RMSE的值小于1(表明误差在1 mm左右，相当于1/4个像素的大小)便可以接受。

图5 空中三角测量精度设置图

图6 空中三角测量残差界面图

(5)自动提取DEM及正射重采样

在LPS中选择eATE模块进行提取，在提取的过程中同时进行分类拼接,如图7，在处理过程中或输出文件后移除其他类。分类提取出各个像对所构成的点云数据，由点云数据生成DEM,如图8。eATE模块所提取的DEM数据更加细致。

(6) 正射影像的镶嵌和拼接

采用ERDAS的专业镶嵌工具mosaic来完成，首先调入纠正后的影像，自动生成拼接线。接着进行色彩纠正处理。最后进行镶嵌预览，如果效果好，可以进行下一步，否则需要调整拼接线和颜色校正参数[7-8]。确定没有问题，选择输出路径和文件名称，运行镶嵌处理。最终效果DOM如图9。最终生成的正射影像可以导入到ArcGIS中进行初步的图上设计，在工程后期生成DLG后与DOM进行套合生成带有等高线的DOM图。为设计和施工阶段提供更好的服务。

图7 测区 DEM拼接图

图8 生成的DEM图

图9 最终生成的DOM图

3 制作过程中应该注意的问题

(1) 自动量测同名点时应该检查连接点的质量以及分布的情况。如果点位分布不均，可以再次生成更多的连接点，直到合格为止[4]。对于不能自动生成连接点的影像需要手工加点，在重叠区域选择道路交叉口、拐角处或田埂的拐角等明显的地物点。

(2) 拼接过程中拼接线要尽量选择次要地物多的地方，避开主要地物，如高大的建筑物等。

4 与 PixelGrid软件操作的特点对比

Pixel Grid软件是中国测绘科学研究院研制的一款多源航空航天遥感数据集群分布式处理系统。其低空无人机数据模块主要用于低空飞行器航空影像的摄影测量系统，能够完成低空航空摄影和无人机影像数据从预处理、影像畸变差改正、自动空中三角测量、DSM/DEM的生成、正摄影像的纠正、匀光匀色及自动拼接的整个航摄数据处理流程。

ERDAS LPS与Pixel Grid软件在为测区生成快速DOM的过程中，ERDAS LPS有如下特点。

(1) 快速高效

LPS的自动化数据处理流程，高效合理地进行数据生产，能够最大程度地节省人力。分布式的处理功能，充分利用整合硬件资源，极大地提高了数据的生产效率。

具体在使用Pixel Grid软件快速制作测区正摄影像的过程中，创建测区时相片顺序旋转方向一定要设置正确，否则将导致后续的相对定向、模型连接等无法顺利完成。在进行模型连接时可能由于影像质量问题或者地形因素导致模型连接失败，此时需要在失败的模型连接像片上标准点位处增加3个以上连接点，且每个连接点至少要在3张像片上都有同名像位。在使用ERDAS LPS处理时不会存在这样的问题，只要有测区的POS初始信息，软件会自动完成拍片的工作。

(2) 精 度

数据处理成果的精度决定了其在行业应用中能否发挥最大的作用，对数据应用有至关重要的影响。LPS有高精度的自动点量测、空三模型算法以及地形提取算法。具体操作中LPS的同名点的匹配工作会自动完成并剔除粗差点。最后在生成DTM和DOM的过程中，LPS中可以将不同类别的地物赋予不同的参数值，能够求得比较精确的DTM。Pixel Grid软件在自动提取DTM中存在分类提取算法不够精确，有较大偏差。ERDAS软件在匀光、匀色以及影像的最终镶嵌功能上也能够自动化完成，且处理速度高于Pixel Grid软件，在处理效果上色彩能够统一，镶嵌线选择合理。

总之在为测区生成快速正摄影像的过程中，ERDAS LPS在无控制点的情况下能够快速、自动生成最终正摄影像，并且可以保证精度。同等条件下其他软件在运行速度、自动匹配同名点、以及正摄影像的镶嵌等方面存在着需要过多的人工干预、色彩亮度不统一等问题。实践中使用ERDAS LPS能够高效、保证质量的完成测区快速正摄影像的生成。

5 结 语

由于数字正射影像具有精度高、信息丰富、直观逼真、现实性强等优点。并且可作为背景控制信息评价其他数据的精度、现实性和完整性；可以从中提取自然和人文信息，能够为地形图的修测和更新提供良好的数据和更新手段。所以我们在这次甘谷山区的地形图测图工作中使用LPS模块进行了快速的正射影像制作，为工程的设计提供了更加直观的影像，为下一步设计打好了基础。

[1] 王树根.摄影测量原理与应用[M].武汉：武汉大学出版社,2009.

[2] 秦国民,戴荣. 基于GIS和DEM的流域特征信息提取——以吉太曲流域为例[J].西北水电，2010，(03)：12-13，29.

[3] 李祖锋,贺丽娟,张成增,周涛. 高角度信号遮挡区域GPS测量控制网精度控制[J].西北水电，2014，(01)：27-31.

[4] 王佩军,徐亚明.摄影测量学[M].武汉：武汉大学出版社,2005.

[5] ERDAS LPS 使用指南[M].北京：Leica Geosystems,2009.

[6] 黄文钰,尚海兴,张成增,巨天力,贺丽娟. 航空摄影测量新方法在风电场大比例尺成图中的应用[J]. 西北水电，2014，(02)：21-24.

[7] 贾维花,吕宜平,张之武.基于ERDAS 8.7 LPS模块正射影像图的制作[J].测绘与空间地理信息,2007,(07)：39-05.

[8] 冯秀丽.基于ERDAS的遥感影像正射图的制作[J].遥感技术与应用，2003,18(3)：176-179.

Establishment of Aerial Orthoimage Based on ERDAS LPS Modules

LIN Xiao-hong

(Gansu Water Resources and Hydropower Investigation Design Research Institute, Lanzhou 730000,China)

The main methods for establishment of digital orthoimage currently include total digital photogrammetric station, ERDAS, DP Grid, PixelGrid, ARCGIS, etc. Among them, REDAS LPS modules establish image in a flow means. The whole course is compact, continuity is well and precision is high. With case of survey mapping of mountain area of Gangu wind farm, quick establishment of digital orthoimage processing by application of LPS modules is introduced. Compared with precision and efficiency of PixelGrid application, READAS LPS is with better performance.

ERDAS; LPS; orthoimage; aerial image; DTM

2015-01-20

林小红 (1964- ),女，甘肃省天水市人，工程师，从事工程测量工作.

P208

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.006