基于PixelGrid的无人机影像DOM制作存在问题及对策*

杜金莉

(安徽省第一测绘院，安徽 合肥 230031)

0 引言

国内进行航测内业作业的软件很多，比较成熟且使用时间较长的软件有原武汉测绘科技大学张祖勋团队开发的全数字化摄影测量系统VirtuoZo和数字摄影测量网格(DPGrid)、北京四维远见公司研发的JX4(目前已有升级版JX5)、武汉航天远景科技股份有限公司研发的MapMatrix等，国外软件如像素工厂、inpho等发展也很成熟。这些软件开发时都是适用于航空摄影测量的专业可量测相机航摄的影像。可量测相机经过严格的相机检校，有精准的相机参数，像片畸变差小。随着低空摄影测量的发展，无人机航摄影像因获取的便利、快速，被很多生产单位大量应用。无人机因为自重较轻，一般都是搭载民用短焦距的非量测相机，其拍摄的影像畸变差大，边缘变形较大，空三加密经常不合格，直接导致用无人机影像生产的DOM精度不高，需要专门的软件对其进行处理。

PixelGrid-AEO数据处理系统是中国测绘科学研究院研发的一款针对多种航空影像进行摄影测量处理的软件，包括无人机航空影像、ADS40/80/100影像[1]。该软件采用基于RFM通用成像模型的遥感影像稀少控制区域网平差、基于多基线多重匹配特征的高精度数字高程模型自动匹配、高精度影像地图制作与拼接等技术开发的新一代遥感影像处理软件，构建集群分布式网络，采用计算机多核并行处理，自动化和人工编辑相结合的作业方式，可以进行多种航空影像的空三加密、DEM、DOM等产品的生产[2]。

1 基于PixelGrid软件的DOM制作方法

利用PixelGrid软件制作DOM的流程，见图1。

图1 基于PixelGrid的DOM制作流程图Fig.1 DOM production flow based on PixelGrid

1.1 数据准备及畸变纠正

作业前需要准备相机的检校文件、原始TIFF影像，控制点成果数据等资料。注意：在该程序里*cam文件默认坐标原点在左上角，如果飞行提供的坐标原点是左下角的话，则需要对y0进行转换。左下角转为左上角的转换公式为:

y0左上角=行数-1-y0左下角

(1)

因无人机搭载的非量测相机拍摄的影像边缘存在畸变，需对影像进行畸变差校正，才能进行空中三角测量[3]。这里需要输入测区的航摄信息和参数文件，进行大起折光差改正、地球曲率改正。平差允许迭代最大次数可以设为20，平差迭代停止时变化量给0.05；设置相机检校参数文件*.cmr：主点坐标、相机焦距、像素大小、影像行列数等，导入控制点数据。参数输入完毕即可进行畸变纠正。

1.2 空中三角测量

空中三角测量主要是连接点量测及区域网平差。具体步骤：预先生成金字塔及索引影像→影像自动内定向→航带间初始偏移量确定→自动相对定向及模型连接→连接点编辑及量测→自由网平差→加控制点平差，计算合格后输出空三成果。

在进行自动相对定向及模型连接时如果中途出错或退出，再次作业时可以从上次出错断点开始运行自动相对定向及模型连接，如果模型连接有失败的，则在“连接点编辑及量测”内修改。自由网平差计算时需要人工删除粗差大的点，需要删除直至剩余的粗差都在2-3个像素以内，剩余粗差需要调出影像人工修测至正确点位，多次解算直至满足规范要求。

1.3 DEM的制作

DEM制作前需要进行影像格式转换及增强处理，生成黑白影像。注意此时应该选择经畸变差纠正后的影像。生成后做分布式数据处理，自动影像匹配及DEM生成，完成后进行DEM拼接。生成DEM后需要对DEM进行编辑、滤波，建议全局滤波时坡度阈值给40-50度，后做局部滤波时阈值给10-30度。编辑DEM时也可以选择高程重置，此时高程是按所选区域的平均高程重置，一般只适合地形平坦地区，故选择高程重置时所选区域不能太大，否则容易导致高程失真。

1.4 DOM制作及影像处理

DOM生成前需要进行影像匀光处理，注意匀光时应添加畸变纠正后的原始影像，再进行影像格式转换及增强处理，此时选择匀光后的TIFF。后进行正射影像生成及拼接，添加影像后会生成拼接线，如自动生成的拼接线没有避开建筑物，可以手工编辑修改拼接线，为了避免DOM错位、重影、模糊，便于影像后期的色彩处理，编辑拼接线时需要避开未纠正的地物，如建筑物、路灯等，拼接线尽量沿线状地物一侧或块状地物边缘分布，拼接时输入羽化宽度。因无人机航摄航高低，投影差大，边缘变形较大，外加无人机航摄影像一般重叠度都较大，为了提高精度、保证DOM影像效果，编辑拼接线时尽量避开边缘区域。最后进行DOM分幅裁切，可以根据设计要求裁切成标准分幅或任意大小的DOM。

2 应用实例

本项目为数字明光1∶1 000DOM的制作，面积为200 km2，测区地形为丘陵地。

2.1 项目概况及作业情况

项目技术设计要求DOM的精度如表1规定，最大误差不大于两倍中误差。

表1 DOM平面位置中误差

项目利用纵横固定翼无人机搭载索尼A7R2相机进行低空摄影，共飞行9个架次，获得航片6 604张，影像地面分辨率0.1 m，像幅大小为7 952*5 304像素，成果比例尺为1∶1 000。DOM生产投入人员3人，利用PixelGrid软件，从空三加密到DOM成果耗时约30 d。本项目已有DEM成果，可以直接用来生成DOM，在DEM匹配及修测上没有花费时间，时间花费较多的主要是空三加密的控制点量测及DOM影像按像对拼接的后续处理。

2.2 质量检查

本项目利用网络RTK实测的高精度外业点作为检查点与DOM上的同名点进行精度检测，共检查点数51个，其中小于1倍中误差0.6 m(实地)的有31个点，占60.8%；大于1倍小于2倍中误差1.2 m(实地)的有20个点，占39.2%。同精度检测图幅点位中误差计算为0.59 m(实地)，图幅最大点位误差为0.86 m(实地)。由此可以看出，DOM成果满足精度要求。

3 该软件制作DOM的优缺点

利用该软件对无人机影像进行DOM制作的显著优势是有影像畸变差纠正功能，可以解决非量测相机航摄影像的边缘变形，经过纠正的影像再匹配模型连接点及区域网平差计算时能获得合格的成果，能有效保证空三加密成果和DOM成果的精度。另外，软件可以多核并行计算、分布式并行处理，能有效提升数据生产的效率。

同时该软件在作业中也存在不足之处，具体如下：

1)PixelGrid软件在生产时，每一步都会生成核线影像这个过渡文件，且每一步骤生成的过渡文件的数据量都较大，会造成两个问题。一是占用计算机内存，二是需要人工点击生成核线影像造成作业步骤繁琐。

2)PixelGrid软件进行DEM匹配时间较长，DEM匹配成功后需要人工对DEM进行编辑处理，该软件DEM匹配的精度仅能满足生产DOM使用，精度不高。如果需要高精度的DEM数据，需要对DEM进行立体修测，工作量大。

4 存在问题的解决方法

针对该软件在DOM生产过程中存在的问题，笔者根据实际经验提出了一些对应的解决方法：

1)区域网平差时如果精度超限，则应在进行空三加密最后一遍带控制点的平差计算时，不要选中粗差剔除工具，否则平差计算时会把粗差平均赋值到整个区域网内，造成粗差点无法准确显示，由此造成精度损失。

2)模型连接生成的文件在放在测区目录下的connectBackupDir的文件夹内，如果模型连接提示有失败的，则整条航带模型间的公共点都不生成，需要人工修改错误后再次做“相对定向及模型连接”。

3)自由网平差后需要删除错误点和计算残差大的点再进行自由网平差，需要反复6-10次，根据自动点匹配结果，若测区影像质量差、纹理不丰富，则自动点匹配效果差，需要重复该步骤多次；若自动点匹配结果好，则可以减少重复操作次数。注意删除大粗差点时有时会误删除标准点位点，最后需要检查标准点位点，如缺失则人工选取。

4)因软件存在过渡文件多占用内存的情况，建议在作业前特别是大测区作业前检查机器内存，给机器配置大容量硬盘，一般需要配置比原始影像大5倍左右的内存空间，否则等作业过程中发现内存不够时再去更换硬盘会费时费力。

5)存在DEM自动匹配精度不高的情况，如果需要高精度的DEM数据，建议对DEM进行立体修测，也可以将DEM导入到其他软件中进行立体修测。此外，现在大部分省测绘地理信息局一万基础测绘的3D成品基本达到全覆盖，每个省的市级数字城市建设也有精细化DEM成果，建议生产单位可以根据需求在生产DOM时选用现有DEM成果，将DEM与实际地形变化部分采取软件自动匹配的方式，这样可以大大减少工作量。

5 结束语

经实际生产作业，验证了PixelGrid软件生产的DOM精度符合设计要求。本文总结了该软件在DOM制作中的优缺点及生产中常见的问题及其解决方法，生产单位既可根据自身软件配置情况，选用PixelGrid软件进行无人机影像的DOM生产，也可以根据该软件的优缺点仅利用该软件进行部分工序的生产，同时结合其他航测软件协同作业。