2024年3月25日发(作者：)

第４０卷第ｌ２期　

２０１７年１２月　

测绘与空间地理信息　

ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ＆ＳＰＡＴＩＡＬ　ｉＮＦｏＲＭＡＴｆｏＮ　ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ　

Ｖ０１．４０．Ｎｏ．１２　

Ｄｅｃ．，２０１７　

ＵＣＸＰ—ｗａ相机影像的立体模型恢复技术探讨　

陈羽，许宁，魏伟　

（６１２０６部队，辽宁大连１１６０２３）　

摘要：针对ＵＣＸＰ—ｗａ相机影像的特点，本文介绍了利用外方位元素恢复立体模型的方法。分析影响空三加密　

成果质量的因素，并结合工作实际，总结作业中的注意事项，对常见错误进行解决分析。　

关键词：ＵＣＸＰ—ｗａ；航摄质量；空三加密；立体模型恢复；精度检测　

中图分类号：Ｐ２３１．５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—５８６７（２０１７）１２—０１８３—０３　

ＵＣＸＰ－・－ｗａ　Ｃａｍｅｒａ　Ｉｍａｇｅ　Ｒｅｃｏｖｅｒｙ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｔｏ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ　ｔｈｅ　

Ｔｈｒｅｅ－．．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　Ｍｏｄｅｌ　

ＣＨＥＮ　Ｙｕ，ＸＵ　Ｎｉｎｇ，ＷＥＩ　Ｗｅｉ　

（６１２０６　Ｔｒｏｏｐｓ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｕｓｉｎｇ　ｅｘｔｅｒｉｏｒ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｔｏ　ｒｅｃｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　

ｔｏ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＵＣＸＰ—ｗａ　ｃａｍｅｒａ　ｉｍａｇｅ，Ａｎａｌｙｓｅｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｃｏｍ・　

ｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｍａｔｔｅｒｓ　ｎｅｅｄｉｎｇ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｉｎ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｅｌＴｏｒｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＵＣＸＰ—ｗａ；ａｅｒｉａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ；ｔｈｒｅｅ　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ；ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｏｆ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ；ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｔｅｓｔｉｎｇ　

０　引　言　

目前，获取局部地区的高精度基础地理信息数据的　

最佳方式仍是航空摄影测量技术。ＵＣＸＰ—ｗａ相机是目　

前世界上影像幅面最大、效率最高、分辨率最高、基高比　

最高的主流专业数字航摄仪　，已经在国内外得到了广　

泛的使用。　

空中三角测量是摄影测量工作中的关键环节，决定　

了后期的立体测图、ＤＥＭ制作、ＤＯＭ制作和地形图出版　

等环节的数据质量。适普公司的ＶｉｒｔｕｏＺｏ软件和美国的　

Ｈｅｌａｖａ软件是国内的主流数字摄影测量软件，而Ｈｅｌａｖａ　

软件的空中三角测量模块精度高、效率快，ＶｉｒｔｕｏＺｏ软件　

立体测图功能强大，工作中经常将Ｈｅｌａｖａ软件的空三加　

模型恢复技术流程（如图１所示）。基于ＶｉｒｔｕｏＺｏＮＴ和　

ＶｉｒｔｕｏＺｏ　ＡＡＴ两种软件，包括软件的调试、影像的预处理、　

建立航线列表、内定向、建立模型、相对定向、生成核线影　

像、错误排查、成果上交等工序。　

臣　圃　

匝亟　

百　

圈　

臣　

匝　■　

密成果导人ＶｉｒｔｕｏＺｏ软件中，进行立体测图。由于软件之　

间的算法和数据兼容问题，经常出现导人失败或者精度　

损失等现象，无法使用。本文针对吉林西部某测区任务，　

图１立体模型恢复技术流程　

１　Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　

介绍了利用提供的外方位元素对ＵＣＸＰ—ｗａ相机影像的　

立体模型进行恢复，通过错误排查和精度检测，满足任务　

的实际生产需要。　

２作业中的注意事项　

２．１软件的调试准备　

任务开展前，要对ＶｉｒｔｕｏＺｏＮＴ和Ｖｉ￣ｕｏＺｏ　ＡＡＴ两种　

１作业流程　

根据测区的特点，制定了ＵＣＸＰ—ｗａ相机影像的立体　

收稿日期：２０１６～１１—１４　

作者简介：陈羽（１９７８一），男，吉林公主岭人，工程师，学士，主要从事遥感影像数据处理、航空摄影测量方面的应用研究工作。　

１８４　测绘与空间地理信息　

影响。　

２０１７年　

软件进行调试，及时更新许可文件和软件补丁。由于立　

体模型的恢复过程中要将影像格式由　．ｔｉｆ格式转换成　

．

３．２摄影时间的影响　

选择天气晴朗、光照度充足时段摄影，正确选择合适　

的摄影时间窗口。当有少量云时，云底高度不低于航摄　

高度。特殊情况下，云底高度可略低于航摄高度，但要求　

影像中云或云影遮挡不影响空三加密及ＤＯＭ、ＤＥＭ制　

作。选择测区最有利的航摄季节，应尽量避免云和云影　

等覆盖物对摄影和测图的不利影响，确保航摄像片能够　

真实地显现地表细部。航摄时段应选择在ＧＰＳ卫星数大　

ｖｚ格式，并且在后期影像处理时，还会生成大量金字　

塔影像文件，所以要在计算机上预留出足够大的硬盘空　

间，避免影响后期任务的开展。　

２．２影像的预处理　

影像的质量决定着后期立体采集成果质量。为了避　

免影响采集成果精度，建议使用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ软件对ＵＣＸＰ　

—

ｗａ相机影像的对比度进行调整，直至地物亮度和对比　

度达到最佳效果，使影像更加清晰。　

２．３科学划分测区　

由于测区面积较大，如果立体模型制作成１个测区，　

数据量会很大，不便于后期作业员采集使用，有时拷贝数　

据就需要十几个小时，并且大面积的测区恢复立体模型　

很容易出错。因此，通常要参考测区的地貌特点、摄区面　

积和航摄路线，将整个测区分为若干个小测区。测区划　

分的原则是保证单个测区数据量不超过１００　Ｇ，面积不超　

过１　０００　ｋｍ　，保证测区之间的立体模型是直线接边，不得　

有遗漏或者接边死角。　

２．４正确建立航线列表　

航线列表是在空三加密中对影像进行排序，对后期　

的制作至关重要。正常情况下，飞机拍摄的像片是连续　

不间断的，如果受到拍摄天气或云雾的干扰，需要进行补　

飞拍摄。建立航线列表时，原始拍摄影像和补飞影像要　

正确排序，否则相邻影像之间无重叠，无法生成立体模　

型。建议根据像片的主点坐标制作真实的航线略图，严　

格按照航线略图对像片进行排序　Ｊ，或者使用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ　

软件对相邻影像叠加，查看影像编号和影像拍摄次序的　

关系，再根据软件进行排序，建立正确的航线列表。　

２．５记录相对定向报告　

立体模型恢复中，相对定向失败的模型是无法正常　

使用的。一般情况下，测区内至少会有１００个以上的模　

型，人工逐一检查要耗费大量的时间和劳动力。在相对　

定向后，会弹出一个对话框，显示所有模型的相对定向情　

况，如果不拷贝另存，关闭后会自动消失。要求手动拷贝　

相对定向报告，查找失败模型，并及时记录，让我们能够　

快速掌握测区立体模型恢复情况，便于后期及时解决　

问题。　

３精度分析　

３．１　航摄质量的影响　

ＵＣＸＰ—ｗａ相机影像的分辨率、清晰度和摄影比例尺　

决定着空三加密成果质量。影像分辨率高、层次丰富、反　

差适中、色调柔和、不偏色、无色斑，会大幅度提高加密成　

果质量，也便于后期ＤＥＭ和ＤＯＭ的制作。影像瑕点连　

续出现的数量应不多于２个，并且在飞机快速飞行的过程　

中，曝光瞬间出现的像点最大位移不能对后续生产造成　

于等于５颗，且有较好的几何构型时段进行。　

３．３飞行质量的影响　

要按照测区范围、分辨率要求、分区划分情况和分区　

平均基准面高程进行航线设计，保证影像旁向重叠度不　

少于３５％，测区覆盖与图廓覆盖一致。为了保证ＩＭＵ的　

初始化和精度，要求飞机开始滑出前、飞行结束滑回停机　

坪后应做不少于５　ｍｉｎ的静态观测，飞机转弯时的坡度不　

应超过２０。，飞机俯仰、侧滚和旋偏角不应大于座架可调　

整角度的限定要求，每架次在进入和退出测区前均须进　

行ＩＭＵ／ＧＰＳ初始化飞行，即做绕“８”或者“ｓ”形飞行。　

３．４控制点测量精度的影响　

控制点是空中三角测量的基础，控制点的选取、刺　

点，以及刺点日志中的点位描述，都会给加密成果带来误　

差。控制点选在影像清晰、地物明显、易于判断的地方，　

例如草坪拐角、花坛拐角　Ｊ，能够提高加密成果的质量。　

３．５　内业加密时的人工误差　

加密人员在空三加密制作时，对控制点的点位判断　

和切准，都会出现不可避免的人工误差。人工误差不可　

消除，但可以减小。这与加密人员的加密经验、影像判读　

水平、人眼立体感都有直接的关系，所以任务开展前，强　

化加密人员的相关业务培训，对加密成果质量的提高有　

很大帮助。　

３．６外方位元素的使用说明　

提供的外方位元素和加密点坐标分别有大地高和正　

常高两套成果，大地高成果需应用高程异常文件，正常高　

成果可直接使用。为确保精度损失最小，建议使用大地　

高成果配合高程异常模型。　

４精度检测方法　

４．１　控制点的精度检测　

立体模型恢复后，为检测成果质量，需要对野外控制　

点进行精度检测　。将空三作业过程中使用的野外控制　

点作为定向点，其余野外控制点作为检查点　，分别进行　

精度监测。为便于作业，建议分别制作野外控制点坐标　

和所有像主点坐标的．ｗｙｐ文件，导入ＭａｐｐｉｎｇＳｔａｒ软件　

中，可以直接查看控制点所在的立体模型，大大提高了检　

测精度和效率。生成精度监测对比表后，通过分析比对　

精度报告，分析全测区的误差方向和大小，研究可能存在　

第１２期　

的系统性误差　。　

陈羽等：ＵＣＸＰ—ｗａ相机影像的立体模型恢复技术探讨　１８５　

中要对外方位元素进行编辑。外方位元素的编号要求至　

４．２模型接边检测　

模型接边检测是对模型之间、航带之间、测区之间的　

精度检测。通过分别采集相邻模型之间重叠部分的公共　

少是２位数，像片索引号１位数的情况下需在前加“Ｏ”。　

并且文件只允许有该测区相应的影像外方位元素，多一　

个或少一个，会导致外方位元素无法正常使用。　

点，生成精度比对报告，分析模型边界区域的误差规律，　

确定采集时误差适中的模型显示范围，对后期的数据采　

集效率和接边质量有较大提高（见表１）。　

表１　１：１０　０００比例尺成图空中三角测量限差要求　

Ｔａｂ．１　ｌ：１０　０００　ｓｃａｌｅ　ｍａｐｐｉｎｇ　ａｅｒｉａｌ　ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ　

ｔｏｌｅｒａｎｃｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　

１：１０　０００　

地形类别　点类型　

平面（ｍ）　高程（ｍ）　

定向点　３．ｏｏ　０．４　

平地　检查点　３．５０　０．７　

公共点较差　７．０ｏ　１．０　

定向点　３．ｏｏ　Ｏ．８　

丘陵地　检查点　３．５Ｏ　１．ｏ０　

公共点较差　７．０ｏ　２．ｏｏ　

定向点　４．ｏｏ　１．５　

山地　检查点　５．０ｏ　２．０ｏ　

公共点较差　ｌ０．ｏｏ　４．ｏ０　

定向点　４．ｏｏ　２．２０　

高山地　检查点　５．００　３．０ｏ　

公共点较差　ｌ０．００　６．０ｏ　

５作业中常见错误及分析　

在立体模型恢复中，空三中的错误排查是最重要的　

环节，是一项十分重要、极具挑战性的工作。　

５．１　相对定向的人工刺点　

相机倾角、地形起伏、大气折光差、云雾干扰等因素　

的影响，会造成相对定向的失败。当相对定向失败时，要　

通过人工建立连结点的方式，选择地物特征明显的位置　

刺点，然后自动相对定向　，再删除粗差大的点，直至　

ＲＭＳ值满足精度要求，相对定向才能通过。手工刺点时　

要注意，区域地势变化较小的，连结点不用过多，就能够　

满足需要；在地势变化较大时，连结点要密集一些，保证　

匹配效果。　

５．２相机参数文件的正确计算　

恢复立体模型，需要编写相机参数．ｃｍｒ文件，其相关　

参数需要自己查找。框标可根据像素大小和像元大小计　

算，例如，像素宽度３５　３３４．３３３　３，高度３５　３３３．６６６　６，像元　

０．００６　Ｉｘｍ．即：　

ＸＯ＝３５　３３４．３３３　３×０．００６Ｉ２＝１０６．００３．　

ＹＯ＝３５　３３３．６６６　６×０．００６ｆ２＝１０６．００１。　

５．３外方位元素格式错误　

提供的外方位元素是测区全部的外方位元素，使用　

５．４立体模型显示范围小　

ＵＣＸＰ—ｗａ相机影像的立体模型恢复后，由于是通过　

软件批量处理的，立体模型的作业区范围很小，不能直接　

使用，要通过人工调整作业区才能满足立体测图的需要。　

在ＶｉｒｔｕｏＺｏ软件下，首先选择即将使用的立体模型，通过　

“模型定向”打开该模型，选择“重新定义作业区”，画出最　

大影像重叠范围，然后依次选择相对定向和生成核线影　

像，就可以正常使用了。在确定作业范围时左影像和右　

影像是联动的，如果将作业区画到重叠区域外，相对定向　

无法通过。　

５．５立体模型高程异常　

在立体模型恢复过程中，使利用外方位元素进行逆　

向结算，会出现整条航带的立体模型高程值超过或低于　

实际高程几千、几万米的情况，这是由于相机旋转造成　

的，需要对外方位元素进行编辑。一般是进行Ｋａｐａ一盯　

（３．１４１　５９２　６）的加减运算　，计算完成后对高程异常的　

影像进行绝对定向，再重做核线采样，立体模型高程值与　

实际高程值一致。　

６结束语　

通过分析ＵＣＸＰ—ｗａ相机影像的特点，介绍了利用　

ＶｉｒｔｕｏＺｏ软件引入Ｈｅｌａｖａ软件的空三加密成果，成功恢复　

立体模型，并提出了常见问题的解决方法，保证了两者间　

数据的一致性，确保了空三加密数据在交互使用中的正　

确性，为航测生产提供了一种新的作业方法。　

参考文献：　

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［编辑：吴鹏］