基于像素工厂的无人机遥感影像处理研究

周智勇

(重庆市勘测院，重庆 400020)

基于像素工厂的无人机遥感影像处理研究

周智勇∗

(重庆市勘测院，重庆 400020)

简要地介绍了像素工厂，探讨了在像素工厂中对无人机遥感影像进行空三测量方法。实现了像素工厂无人机空三成果与传统数字摄影测量工作站的无缝衔接，并对采集的要素进行实地精度检测分析，形成了利用无人机遥感影像进行3D产品生产的作业体系。

无人机遥感影像；像素工厂；空三测量；数字摄影测量工作站；3D产品

1 引 言

像素工厂(Pixel Factory，简称PF)是当今世界一流的遥感影像自动化处理系统，集自动化、并行处理、多种影像兼容性、远程管理等特点于一身，代表了当前遥感影像数据处理技术的发展方向，主要用于地形图测绘、城市规划、城市环境变化监测等[1]。

近年来随着无人驾驶低空飞行器及其辅助设备的发展，低空遥感迅速成为广泛关注的热点[2，3]。无人机遥感技术作为一项空间数据获取的重要手段，具有机动快速、使用成本低、维护操作简单等优点[4]。无人机系统由于其飞行平台的不稳定性，影像间旋偏角和比例尺差异较大[5]。目前无人机遥感数据后处理软件有PixelGrid-UAV、MAP-AT空三、DPGrid、Pixel Factory等。重庆市勘测院于2011年12月引进法国像素工厂，于2012年进行大量试验，经过多个无人机项目的测试，结果表明，利用像素工厂处理无人机遥感影像精度能满足低空数字航空摄影测量内业规范[6]。

本文针对航测生产的实际需要，简要介绍了基于像素工厂的无人机遥感影像处理流程，探讨了像素工厂处理无人机遥感影像的空三测量方法，研究了像素工厂无人机空三成果与传统数字摄影测量工作站的无缝衔接，并对空三成果及采集DLG要素进行精度检测，形成利用无人机遥感影像进行3D产品生产的作业体系。

2 试验区概况

试验区1位于重庆麻柳沿江开发区木洞片区，地貌为丘陵，摄影比例尺为1∶16 667，相对航高400 m，地面分辨率0.11 m，共使用554张影像，13条航带，航向重叠约80%，旁向重叠约50%，覆盖面积约13 km2，外业测量控制点21个。

试验区2位于重庆主城南岸区，地貌为丘陵，摄影比例尺为1∶18 750，相对航高450 m，地面分辨率0.12 m，共使用1 698张影像，22条航带，航向重叠约80%，旁向重叠约50%，覆盖面积约50 km2，外业测量控制点49个。

3 基于像素工厂的无人机遥感影像处理流程

像素工厂采用并行计算技术，大大提高了系统的处理能力，缩短了项目周期；该系统具有强大的自动化处理技术，在少量人工干预的情况下，能迅速生成正射影像等产品；该系统在数字产品生产过程中产生的海量中间数据及结果数据通过磁盘阵列进行存储并定期进行数据备份[7]，如图1所示为像素工厂处理无人机遥感影像作业流程。

图1 像素工厂处理无人机遥感影像作业流程

4 像素工厂空三测量

4.1 基于QGIS的自动排列航带

将无人机航摄平台上的惯导数据导出进行整理，在QGIS中依据初始外方位元素中的角元素KAPPA进行航带分类，剔除航摄起飞、航带转弯及飞机降落时的无效数据，并考虑航摄平台与后期像素工厂转角系统差异，进行角元素统一改化。同时依据自动排列的航带号对原始影像进行重命名，保证POS数据与影像数据的一致性，如图2、图3分别为原始POS数据与编辑后的POS数据。

图2 原始POS

图3 编辑后POS

4.2 数据导入与检查

在像素工厂中新建工程，定义项目椭球与投影，选择导入无人机影像模块，利用编辑后POS数据和重命名后影像，设置正确相机参数，进行影像数据预览，检查影像排列方向、航带内重叠及航带间重叠等要素，保证影像和POS正确后进行数据导入。

4.3 空三测量

依据影像像幅设置合适参数进行自动布点，进行航带内及航带间转点，同时依据初始POS数据投影偏差确定同名影像搜索范围、相似度、最大高差等参数，进行同名点自动影像匹配。在点匹配完成后，调整像素工厂提供的无人机影像纠正模型参数，在自由网阶段仅调整内方位元素，便于发现观测值中的粗差。反复调整参数及点位，使得每张影像上至少有3个航带间连接点，粗差全部排除，最大点位像方误差调整至2个像素内，且点位分布均匀，完成自由网平差。

外业像控点测量成果进行格式转换后投影到影像上，依据外业实刺点位进行调整。重新调整像素工厂无人机影像纠正模型参数，包括外方位元素、切向畸变参数、径向畸变参数、切比雪多夫多项式参数等，通过反复调整参数、微调控制点点位及残差较大的连接点点位，直至基本定向点、检查点达到规范要求，完成空三测量，如表1所示为像素工厂空三优化结果。

试验区1像素工厂空三优化结果 表1

4.4 空三成果与摄影测量工作站无缝衔接研究

像素工厂主要产品有DSM、DEM、DOM及一系列中间成果。但目前DSM应用不多，而得到高精度DEM编辑工作量较大，且在成片的森林及大范围的高楼区域从DSM编辑到DEM非常困难，而大部分项目需要高精度DEM成果进行分析及应用。因此，采用摄影测量工作站采集三维特征点线面数据就成为必然。

像素工厂空三成果支持导出所有连接点的像方坐标文件及物方坐标文件。而摄影测量工作站(以Virtuo-Zo为例)建立立体模型需要将影像旋转为竖直方向，且相邻航线旋转角度差180°，同时需要将加密点像方坐标按单个像对存放的PCF文件。首先在像素工厂中导出连接点旋转90°和270°的像方坐标，同时结合像素工厂像方坐标的起算点与摄影测量工作站起算点不同(VirtuoZo是以像片中心点为像平面直角坐标系的坐标原点，PF是以像片左上角点为坐标原点)、坐标轴不同(x轴方向一致，y轴方向相反)、像方坐标单位不同(Virtuo-Zo空三加密点的像方坐标单位为微米，PF空三加密点的像方坐标单位为像素)，将像素工厂导出的像方坐标文件转换成以单个模型为单位的像方坐标文件PCF，实现像素工厂空三成果与摄影测量工作站的无缝衔接。从而能够进行三维特征数据的采集，生成高精度的DEM成果，并能够在摄影测量工作站上进行DLG数据生产，弥补像素工厂不能生产DLG数据的不足。在像素工厂中引入高精度的DEM成果，利用像素工厂强大的并行计算能力及高自动化的处理技术，快速高效生成高质量的DOM成果，从而实现3D产品的生产。

PF和VirtuoZo空三加密点像方坐标 表2

5 精度分析

为充分验证像素工厂处理无人机遥感影像空三成果精度，分别选择郊区和城区两个试验区进行精度统计分析。

试验区1(郊区)检测情况:空三结果基本定向点平面位置差最大值0.80m，高程差最大值0.57m，检查点平面差最大值1.05m，高程差最大值0.68m。外业实地检测平面点31个，中误差0.46m，最大差0.95m；高程点227个，中误差0.26m，最大差0.94m。

平面精度统计 表3

高程精度统计 表4

试验区2(城区)检测情况:空三结果基本定向点平面位置差最大值1.02 m，高程差最大值0.66 m，检查点平面差最大值1.11 m，高程差最大值0.59 m。测区位于主城区，有采用常规工程测量方法绘制的1∶500地形图。通过制作的DOM成果套合1∶500地形图进行平面精度检测，套合精度良好。

图4 DOM成果套合1∶500地形图

6 结 语

无人机遥感系统具有机动快速的响应能力、高分辨率影像获取能力、操作简便及使用成本低等优势，因此无人机遥感系统应用将越来越广泛。但其海量原始数据快速、精确处理问题一直是限制其发展的瓶颈。本文研究利用具有若干计算能力强大的计算节点，集自动化、并行处理、远程管理等特点于一身的像素工厂来处理无人机遥感影像数据。对于像素工厂不能生产DLG的局限性，开发了程序对像素工厂空三成果进行转换，得到满足摄影测量工作站立体采集的相关数据文件，实现像素工厂与常规生产的无缝衔接，形成基于像素工厂处理无人机遥感数据及生产3D产品的作业体系。

[1] 曹敏，史照良.新一代海量影像自动处理系统“像素工厂”初探[J].测绘通报，2006(10):55～58.

[2] 范承啸，韩俊，熊志军等.无人机遥感技术现状与应用[J].测绘科学，2009(5):214～215.

[3] 崔红霞，林宗坚，孙杰.无人机遥感监测系统研究[J].测绘通报，2005(5):11～14.

[4] 刘庆元，刘有，邹磊等.无人机遥感影像拼接方法探讨[J].测绘通报，2012(5):53～55.

[5] 柯涛，张永军.SIFT特征算子在低空遥感影像全自动匹配中的应用[J].测绘科学，2009(4):23～26.

[6] CH/Z 3003-2010.低空数字航空摄影测量内业规范[S].

[7] 邢诚，刘冠兰.像素工厂的研究与探讨[J].计算机与数字工程，2008(9):132～134.

The Research of UVA Remote Sensing Image Processing Based on the Pixel Factory

Zhou Zhiyong
(Chongqing Survey Institute，Chongqing 400020，China)

This article briefly describes Pixel Factory，and discusses the aerial triangulation method of UAV remote sensing image using the Pixel Factory.It turns out that the result produced by Pixel Factory can be seamlessly linked to traditional digital photogrammetric workstation.Besides，combined with site accuracy analysis of collected elements，Finally it summarizes a operating system for 3D products using UAV remote sensing image with the software of Pixel Factory.

UAV remote sensing image；pixel factory；aerial triangulation；digital photogrammetric workstation；3D products

1672-8262(2013)05-53-03

P237

A

2013—01—18

周智勇(1979—)，男，工程师，主要从事摄影测量与地理信息系统的生产与管理工作。

国家科技支撑计划(2011BAH12B07-03)