基于天宝UASMaster正射影像图制作

王红伟，肖跃军，高伟，戴龙，杨志军

（咸宁市勘察测绘院，湖北咸宁 437000）

基于天宝UASMaster正射影像图制作

王红伟*，肖跃军，高伟，戴龙，杨志军

（咸宁市勘察测绘院，湖北咸宁 437000）

介绍了UASMaster正射影像图制作流程，对流程中关键的步骤原理进行了简要分析，并对实际生产过程中可能存在的问题进行了探讨，最后结合具体工程项目，对成果的精度进行了分析。结果表明：UASMaster可满足大比例尺正射影像图制作的精度要求。

UASMaster；空中三角测量；正射影像图

1　引 言

无人机航空摄影测量是综合利用无人飞行器技术、GPS定位技术、摄影测量技术的现代测绘应用技术，具有机动灵活、快速高效、作业成本低、作业范围广等特点，在获取小范围高分辨率影像方面具有明显优势，如今已经广泛应用于传统测绘、应急救灾、智慧城市与新农村建设等方面［1］。

无人机航空摄影测量方法相对于传统航空摄影测量方法存在着较大的差异，无人机多采用非量测型数码相机，存在像幅较小、像片较多、基线短、重叠度不均匀、倾角过大等问题［2，3］。采用常规的数字摄影测量方法很难达到相应的精度要求，并且处理困难。UASMaster是专门的无人机航测数据处理软件，具有高效快速等特点。

2　UASMaster软件简介

UASMaster是天宝公司基于INPHO推出的无人机数据处理软件，并专门针对无人机影像数据进行了算法改进。软件最多可处理2 000张像片，最高可处理达4 000万像素级的无人机影像数据，软件支持市场各种主流无人机系统，包括固定翼、旋翼和无人飞艇等，甚至可以处理热气球航测数据［4］。

UASMaster提供了一个拥有质量分析与质量控制的批处理过程，可自动实现空中三角测量、点云与正射影像生成的全自动化处理，精度稳定可靠。软件中提供各种各样的编辑工具来获取可能的最佳结果，特别是在DEM、DOM等制作方面具有较强的优势［5］。

3　UASMaster正射影像制作

UASMaster正射影像制作主要分为三个模块进行实现，主要为工程管理编辑模块、空中三角测量模块以及点云编辑与输出模块。首先将外业航飞所得的像片、pos数据、控制点与检查点等数据导入到工程中，设置相应的相机参数与坐标系等信息，并自动生成相应的航带信息；在空中三角测量模块中进行连接点提取，控制点量测、相机的检校与平差等过程；最后利用点云编辑模块对点云进行编辑与输出。具体的流程图如图1所示。

图1　空中三角测量流程

3.1空中三角测量

空中三角测量是正射影像制作的关键，将直接影响成果精度的高低。UASMaster空中三角测量的主要过程为连接点提取，控制点量测与相机检校与平差。

连接点提取是一个基于特征点的最小二乘匹配过程，UASMaster 6.1中提供了三种方法，即全分辨率（Full Resolution），半分辨率（Half Resolution）与低分辨率（Low Resolution）。其中，全分辨率是在像素尺寸进行连接点的提取，并进行粗差探测与平差等过程；半分辨率是在两倍像素尺寸进行连接点提取，而低分辨率则是在四倍像素尺寸进行，后续的过程与全分辨率相同［6］。为了确定各方法的实用性，随机选取了三组数据进行了试验，其中相机像素尺寸为3.92 μm，匹配时间与匹配点数如表1所示［4］。

匹配时间与点数对比　表1

从表1中可以看出，随着匹配格网尺寸的增大，匹配时间成倍下降，全分辨率的匹配时间最长，低分辨率的匹配时间最短，具体与像素尺寸、地面分辨率等因素有关。利用以上成果进行正射影像制作，结果表明全分辨率与半分辨率成图精度相当，可以满足常规1∶1 000、1∶2 000测图与DOM精度要求；低分辨率成图精度较低，适合进行快拼处理过程。但是在相机像素尺寸大于4 μm时，全分辨率在成图精度上有较大的提高。

UASMaster中像控点量测是基于平面进行刺点，平面刺点降低了立体刺点的各种要求，但是平面刺点也将会对高程造成较大的影响，因此在像控点布设过程中不要将像控点布设在高程起伏较大的点位，如陡坎转折点、房角等。软件中提供三种刺点方法，即手动（Manual），半自动（Semi-automatic）与全自动（Fullautomatic）。自动模式基于金字塔分解的最小二乘进行匹配，总体匹配效果不佳。试验表明，在特征较为明显的点位时，第一个点量测可以采用全自动或是半自动模式，然后采用手动模式进行调整，可以得到较好的效果，地面控制点量测后效果图如图2所示。

图2　地面控制点量测效果图

相机检校与平差也提供了三种方法，即Extensive，First Approximate与Refine方法，First Approxmate方法属于相机检校过程，可以得到相机的初始畸变模型，没有内置相机参数的相机必须首先进行该步骤；Extensive方法是针对进行过校正的相机进行的；而Refine则是Extensive后，针对添加的控制点进行相机检校。平差完成后，可以查看空中三角测量精度信息。

针对空中三角测量成果的精度信息，对空中三角测量成果进行分析，如果不满足相应的精度要求，可重新对连接点和地面控制点进行检查，针对误差较大的点位进行编辑，重新量测，在不影响加密成果精度的前提下，可以删除某些点，再进行空中三角测量过程，直至成果满足相应的精度要求。

3.2点云编辑

空中三角测量完成后，由加密的成果自动生成DTM，软件中提供了多种生成DTM的方法，以平滑（Smooth）方法最佳，生成点云时间较短，变形较小，并且可以满足后续正射影像的精度要求［7］。点云的编辑主要是针对航片的局部变形造成生成的正射影像与实际不符，常见的有线状物错位、变形等，直接生成正射影像如图3与图4中第一张图所示。

软件中提供了补丁工具，可以针对局部点云进行编辑，在选定的范围内，进行连接点手动量测（图3），或者对变形的点云测量断线与压低点云等方法（图4），在补丁范围重新生成点云，可以很好地纠正点云中的变形；针对由点云生成正射影像中侧面遮蔽过于严重的，可以删除部分有关可见侧面纹理像片，降低侧面纹理在点云生成过程中的权重，再进行有关点云的生成，可以较好的纠正点云中的遮蔽问题。

图3　错位点云编辑前后生成正射影像对比图

图4　变形点云编辑前后生成正射影像对比图

3.3输出正射影像

点云编辑完成后即输出DOM，软件可自动进行正射影像的匀光匀色，如果在生成DOM后，正射影像匀光匀色处理、相邻图幅接边处理还不是很理想的，可以针对相应的像片在Photoshop中进行色彩与光照处理，保证DOM影像清晰，片与片之间影像尽量保持色调均匀、反差适中，图面要有良好的视觉效果，不得有图像处理留下的缺陷，接边重叠带不允许出现明显的模糊或是重影［8，9］。

4　实例分析

为了更好地验证UASMaster成图精度与效果，采用某城镇规划设计航飞数据进行试验。测区范围约为4 km2，地势起伏100 m左右，属丘陵地带，航测飞机为天宝UX5，相机像素2 400万，像素尺寸为3.92 μm，测图比例尺为1∶2 000，航摄像片航向重叠度为68%～75%，旁向重叠度达到65%～70%，飞行高度350 m，软件版本为UASMaster 6.1。为了更好地进行像控点量测，在数据处理前，首先利用本地七参数将pos数据转换到当地坐标系，转换后的pos数据将会与像控点更加吻合，点位偏差2 m左右，可以大大节省控制点量测时间。采用半分辨率进行连接点提取以及编辑可以得到连接点如图5所示。

图5　连接点分布图

图中连接点经编辑后总共35 419个，城镇规划设计边缘地带存在着较大面积的山体、农田、水域等弱纹理区域，UASMaster具有很好的连接点匹配效果，可大量减少点云编辑处理，且点位分布较为均匀。经过相机自检校与平差过程，得到有关空中三角测量精度信息如表2所示。

空中三角测量中误差　表2

从表中可以看出，实例空中三角测量成果单位权中误差为1.92 μ，小于实际像素尺寸1/2；定位点的平面与高程中误差分别为0.087 m与 0.061 m，远小于低空航空摄影测量规范规定精度要求，另外，定向点平面与高程中误差最大值均小于相应方向3倍中误差，该空中三角测量成果可用。为了更好地检验正射影像图的精度，在生成的DEM点云进行特征点量测，并采用CORS系统实地对量测的特征点进行采集，两者相比较，得到的差值如表3所示。

表3可以看出，地物检查点平面精度均小于1.2 m，满足1∶2 000正射影像图精度要求。利用上述空中三角测量成果生成DTM，并进行点云编辑，点云编辑在立体模式下可将影像、DTM和等高线等进行叠加编辑，实时显示编辑结果，可针对城镇规划设计中需要展现的要素重点处理。纠正点云中的变形，输出正射影像图如图6所示。

检查点实测值与点云量测值差值　表3

图6　正射影像图

5　结 语

采用UASMaster进行正射影像图制作，相对于传统软件，自动化程度高、成果精度稳定可靠，可满足大比例尺正射影像图制作要求。另外，UASMaster具有较强的影像匹配能力，对弱纹理与稀少控制点区域仍可以得到精度可靠的正射影像图。随着差分无人机技术的兴起，UASMaster正射影像图的制作将会更加高效便捷，将会对智慧城市建设，应急抢险救灾等产生深远的影响。

［1］薛阿亮，胡海洋.无人机航测技术生产应用型研究及分析［J］.矿山测量，2014（5）：22～24.

［2］许彤丽.利用MapMatrix制作鸡西市城市正射影像图［J］.测绘与空间地理信息，2007（3）：198～199.

［3］刘淑慧.无人机正射影像图的制作［D］.南昌：东华理工大学，2013.

［4］Trimble Germany，Tutorial UASMaster（English）［M］.Trimble Germany，2013.

［5］张利剑.浅谈正射影像图的制作［J］.测绘与空间地理信息，2012（4）：193～194.

［6］Gülch E.Photogrammetric measurements in fixed wing UAV imagery［J］.ISPRS-International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences，2012，XXXIX-B1：381～386.

［7］Wierzbicki D.，Kedzierski M.，Fryskowska A.Assesment of the Influence of Uav Image Quality on the Orthophoto Production［J］.ISPRS-International Archives of the Photogrammetry，Remote Sensing and Spatial Information Sciences，2015，XL-1/W4：1～8.

［8］刘小明，李悦丽，郭福生等.基于全数字摄影测量系统的数字正射影像图的制作［J］.测绘科学，2010（S1）：198～199.

［9］陈姣.无人机航摄系统测绘大比例尺地形图应用研究［D］.昆明：昆明理工大学，2013.

Orthophoto Map Generation Based on Trimble UASMaster

Wang Hongwei，Xiao Yuejun，Gao Wei，Dai Long，Yang Zhijun
（Xianning Institute of Investigation and Surveying，Xianning 437000，China）

This paper introduces the process of UASMaster orthophoto map generation，analyzes the principle of the key steps in the process，and discusses the possible problems in the actual production process，finally，the precision of the results is analyzed，combining with the specific project.The results show that:UASMaster can meet the accuracy requirements of large scale orthophoto map generation.

UASMaster；aerial triangulation；orthophoto map

1672-8262（2016）04-83-04

P231

B

2016—03—06

王红伟（1986—），男，工程师，主要从事数字城市建设与无人机航测方面的工作。