航空攝影測量影像定向的若干解析

侯小風 徐靈

摘要：隨著我國航空攝影測量技術的不斷發展，對于獲取影像的質量提出了更高的要求，不僅需要在航空攝影器材中安裝控制系統，而且還需要將攝影器材與定位系統連接在一起，特別是在GPS航空攝影測量中，更得將航空攝影器材和GPS定位技術進行固定的連接，以保證拍攝的順利進行。

關鍵詞：航空攝影 測量 影像定向

中圖分類號：P2文獻標識碼： A

引言：航空攝影是在飛機上安裝航空攝影儀，對地面進行垂直攝影，獲取航攝像片或數字影像。航空攝影測量是利用航攝像片測制地形圖的一種方法，與白紙測圖相比，它不僅可使絕大部分外業測量工作在室內完成，還具有成圖速度快、精度均勻、成本低、不受氣候季節限制等優點。

一、航空攝影測量定向問題

航攝測量影像定向就是運用遙感影像來確定地面目標點的空間位置，從而進一步實現目標定位的原理，其重點就是能迅速的獲取空間方位。攝影測量就是利用攝影光束相交確定地面點位的一種方法。這種方法需要外方位元素:為三個線元素和三個角元素。近幾年來,經濟建設、社會建設發展較為迅速,在城鎮和土地調查的成果資料與實際利用現狀存在較大差異,對土地進行科學有效利用則產生較深影響。如果靠控制點并通過空三加密反求光束的外方位因素的傳統攝影成圖技術則不能滿足生產發展和城市測繪的需求。

目前，航空攝影測量主要有常規航空攝影測量、GPS航空攝影測量DGPS/IMU航空攝影測量3種模式。航空影像的獲取和影像定向方法的不同是這三種測量技術最主要的區別。航空攝影測量影像定向技術是借助大量地面控制點加密技術獲取模型定向點來實現的?，F代的航空攝影測量在作業上一般在航空攝影、地面控制和內業測繪上有一定的要求。在采用GPS航空攝影測量時一般會將動態GPS接收機與航攝儀固聯以提高影像獲取的質量。

航攝像片由于像點坐標誤差的影響使像片邊緣產生的像點位移和影像變形比中心部分要嚴重。為了提高外業判讀刺點和內業點位量測精度，像片所選像控點的位置距像片邊緣要大于1cm或1.5cm。另外，考慮到內業立體觀察的效果，減少外業像控點的布設數量以及提高內業的定向精度，像片上像控點要距離各類標志，如壓平線、框標標志、片號等不應小于1cm。像控點應分布在航向三度重疊和旁向重疊中線附近，距離方位線要大于3 cm或4.5 cm。

選擇像控點除了要考慮各種成圖方法對像控點的布點要求外，像控點必須是影像位置可以明確辨認的目標點，并且能滿足地形測量通視良好，交會圖形理想等要求。

無論是平面點、高程點或平高點均要選擇在明顯目標點上，明顯目標點是指野外的實地位置和像片的影像位置都可以明確辨認的點。一般地區較理想的明顯目標是近于直角而且又近于水平的線狀地物的交點和地物拐角上，特別是固定的田角和道路交叉經常作為優先選點的理想目標。

在采用GPS航空攝影測量時一般會將動態GPS接收機與航攝儀固聯以提高影像獲取的質量。一般在采用DGPS/IMU航空攝影測量時,都會在航攝儀上安裝POS系統。根據不同的情況要選擇不同的地面控制方案，以獲得最佳的加密點坐標和像片外方位元素。內業測繪采用影像匹配技術識別同名像點,以完成地形和地物的自動測繪現行的4D產品生產中,一般按照單片內定向y像對相對定向y單模型絕對定向y立體模型測繪的流程進行作業,僅僅是在DGPS/IMU航空攝影測量之直接對地目標定位方法中探討如何利用POS系統獲取的影像定向參數進行模型恢復的有關理論和方法。航空攝影測量幾何定位有攝影測量加密和直接對地目標定位兩種方式。其中，攝影測量加密是將所獲取影像坐標與地面控制點和/或影像的外方位元素作為帶權觀測值進行整體光束法區域網平差,以解求影像的定向參數和目標點的空間坐標,主要是為立體模型測圖提供定向控制點和進行高精度的對地目標定位?，F行航空攝影測量內業規范對不同比例尺、不同類別地形的攝影測量加密規定了具體的加密方法、地面控制方案,并對加密點精度給出了定量指標,已作為一種成熟技術被廣泛使用。直接對地目標定位是在獲得高精度影像外方位元素的前提下,利用立體像對上同名像點的像平面坐標按照空間前方交會理論計算出相應地面點的物方空間坐標,以直接確定物點的空間位置,從而實現4D產品的生產?，F行的4D產品生產都是利用攝影測量區域網平差所獲得的加密點作為模型定向點用的,不會直接使用影像外方位元素來恢復立體模型。所以,現行規范中并沒有規定影像外方位元素的精度。一般說來,只要加密時在單個模型上量測了足夠多的加密點,且加密點精度符合限差要求,據其進行單個模型的絕對定向就能建立可量測的幾何模型,進而可提取符合要求的三維空間信息。

攝影測量中的基本問題是航片的定向問題，只有知道了航片的內、外方位元素才能進行量測工作，長期以來內方位元素通過實驗室采用物理方法檢定得到，外方位元素（Xs,Ys,Zs,,,）則主要依靠空中三角測量和大量地面控制點來間接解求，這樣就要耗費大量的時間和工作。為解決外方位元素的問題，POS系統被引入航空攝影測量領域，并與光學相機獲取影像相結合，提供了航片曝光時刻的外方位元素。這種結合方式已逐漸改變了傳統攝影測量的作業方式，取得了很大的成功。

對于同一地區利用已知定向參數的影像進行新影像的定向的理論和方法，通過模擬和實際試驗證實了方法可行性，純粹利用兩期影像進行聯合光束法區域網平差所確定地面點的精度可滿足規范要求，可真正實現無需地面控制點的航空攝影測量作業，這對于減少攝影測量外業控制測量、地形圖修測、地理信息數據庫快速更新、多時相遙感影像的自動變化檢測等具有十分重要的意義。符合規范精度要求的攝影測量加密方法獲取的影像外方位元素可以直接用于影像的定向以構建立體模型進行4D產品的生產，而由POS系統提供的影像外方位元素帶有較大的誤差，目前還難以直接用于攝影測量中提取三維空間信息。當前數字攝影測量時代可以讓 3種攝影測量模式共同存在，航攝影像的定向手段也變得豐富多彩，從而使得攝影測量作業也越來越輕松。

二、航空攝影測量作業的注意事項

1.航空攝影

隨著我國航空攝影測量技術的不斷發展，對于獲取影像的質量提出了更高的要求，不僅需要在航空攝影器材中安裝控制系統，而且還需要將攝影器材與定位系統連接在一起，特別是在GPS航空攝影測量中，更得將航空攝影器材和GPS定位技術進行固定的連接，以保證拍攝的順利進行。如果使用DGPS/MU航空攝影測量技術進行拍攝的話，就需要將POS系統安裝在攝影器材中，以保證獲取影像的質量。

2.地面控制

在對航空攝影測量進行加密處理時，是通過光束法區域網平差來實現的，但是不同的航空攝影測量模式有不同的地面控制方案存在，都是針對各個航空攝影測量模式的特點制定的，以保證各航空攝影測量模式的順利實施，確保獲取影像的質量。

3.內業測量

在航空攝影測量模式在獲取了外方位元素之后，且外方位元素的準確性得到了保證，就可以將外方位元素作為依據來建立與影像有關的立體模型，并通過匹配技術將立體模型與影像進行匹配和識別，從而完成立體模型中地形特點和地面建筑物的繪制和測量。但是在我國現有的4D產品中，都是按照固定的作業流程開展生產活動的，例如單片內定向—與影像匹配進行定位—單模型絕對定向—立體模型測繪。但是在DGPS/MU航空攝影測量的使用過程中，卻需要使用到POS系統的定向參數，以保證模型恢復的順利進行。

總結：隨著航空攝影的工程化和規?；瘧?，航空攝影成果越來越多。航攝質量的優劣直接影響到航測工作中的影像匹配、像點坐標量算，影響數字線劃圖、數字高程模型等測繪成果的精度，影響正射影像圖等后期成果的影像質量和效果，因此對如何進行航空攝影成果質量檢查提出了挑戰。

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