傳統航(hang)(hang)空(kong)攝(she)影(ying)(ying)均是(shi)垂(chui)(chui)直(zhi)攝(she)影(ying)(ying),在拍(pai)攝(she)瞬間相(xiang)機主(zhu)光軸垂(chui)(chui)直(zhi)于目標物頂(ding)部(bu)(bu),以方(fang)便獲(huo)(huo)(huo)取(qu)(qu)地面目標物頂(ding)部(bu)(bu)的(de)(de)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)信息,航(hang)(hang)攝(she)成果多以制作正射影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)圖為(wei)主(zhu)要(yao)用途。但(dan)是(shi)因(yin)其(qi)不具(ju)備獲(huo)(huo)(huo)取(qu)(qu)建筑物側(ce)面紋理(li)的(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力,因(yin)此無法(fa)滿足實景三維影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)圖的(de)(de)生產(chan)需要(yao)。與傳統垂(chui)(chui)直(zhi)攝(she)影(ying)(ying)的(de)(de)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)相(xiang)比,傾(qing)斜(xie)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)相(xiang)機主(zhu)光軸與鉛垂(chui)(chui)線(xian)呈一定夾角,一次(ci)航(hang)(hang)空(kong)攝(she)影(ying)(ying)既能(neng)(neng)(neng)獲(huo)(huo)(huo)取(qu)(qu)目標物頂(ding)部(bu)(bu)的(de)(de)信息,也能(neng)(neng)(neng)獲(huo)(huo)(huo)取(qu)(qu)建筑物側(ce)面的(de)(de)紋理(li)信息,是(shi)制作高精度、高逼真、可量測(ce)三維實景影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)主(zhu)要(yao)技術手段,具(ju)有廣泛的(de)(de)應(ying)用前景。近(jin)年來,技術已(yi)經在國家(jia)基礎(chu)航(hang)(hang)空(kong)攝(she)影(ying)(ying)項目中成功應(ying)用,有關企業利用多款傾(qing)斜(xie)航(hang)(hang)空(kong)攝(she)影(ying)(ying)裝備獲(huo)(huo)(huo)取(qu)(qu)了多個城市地區的(de)(de)傾(qing)斜(xie)航(hang)(hang)空(kong)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)(xiang)。
現(xian)階段(duan),由于缺乏(fa)傾(qing)斜(xie)(xie)航(hang)空(kong)攝(she)(she)(she)(she)(she)影(ying)(ying)及成果質(zhi)量檢(jian)(jian)驗的(de)(de)(de)相關標(biao)準,傾(qing)斜(xie)(xie)航(hang)空(kong)攝(she)(she)(she)(she)(she)影(ying)(ying)技(ji)(ji)術(shu)設計、質(zhi)量檢(jian)(jian)驗主(zhu)要(yao)參考框(kuang)幅式航(hang)空(kong)攝(she)(she)(she)(she)(she)影(ying)(ying)的(de)(de)(de)相關規范(fan),不(bu)僅無法體(ti)現(xian)傾(qing)斜(xie)(xie)航(hang)空(kong)攝(she)(she)(she)(she)(she)影(ying)(ying)的(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)特(te)點,而且有(you)些重要(yao)的(de)(de)(de)技(ji)(ji)術(shu)指(zhi)標(biao)兩(liang)者有(you)著很大區(qu)別,不(bu)能替代。因此,如何開展傾(qing)斜(xie)(xie)航(hang)空(kong)攝(she)(she)(she)(she)(she)影(ying)(ying)技(ji)(ji)術(shu)設計,如何檢(jian)(jian)查傾(qing)斜(xie)(xie)航(hang)空(kong)攝(she)(she)(she)(she)(she)影(ying)(ying)影(ying)(ying)像(xiang)質(zhi)量,如何進(jin)行(xing)傾(qing)斜(xie)(xie)影(ying)(ying)像(xiang)的(de)(de)(de)資料(liao)整理(li),成為當前急(ji)需(xu)解決的(de)(de)(de)問題(ti)。
本(ben)文針(zhen)對傾斜航(hang)(hang)空(kong)攝(she)影的(de)技術特點(dian),以5鏡(jing)頭傾斜航(hang)(hang)空(kong)攝(she)影為例(li),深入分析傾斜航(hang)(hang)空(kong)攝(she)影數(shu)碼相機的(de)有關問(wen)題,闡述傾斜航(hang)(hang)空(kong)攝(she)影技術設計,重點(dian)分析傾斜航(hang)(hang)空(kong)影像(xiang)質量檢查的(de)內容與指標要求(qiu),并(bing)提出傾斜航(hang)(hang)空(kong)影像(xiang)資料整理的(de)建議。
傾斜(xie)航空攝影數碼相機的有關(guan)問題
1 數碼相(xiang)機相(xiang)對位(wei)置
傾斜航攝(she)儀集成一(yi)個(ge)(ge)下視相機(ji)和(he)多個(ge)(ge)傾斜相機(ji),中央(yang)一(yi)個(ge)(ge)垂(chui)(chui)直(zhi)對地觀測,獲取垂(chui)(chui)直(zhi)影像,于該相機(ji)4個(ge)(ge)正(zheng)交(jiao)方位分別以一(yi)定(ding)的傾角放(fang)置一(yi)個(ge)(ge)相機(ji)。
由(you)于(yu)傾斜航攝儀(yi)拍攝模式(shi)的特(te)殊性,相(xiang)機間(jian)的相(xiang)對(dui)關系(xi)對(dui)于(yu)地物(wu)覆蓋范(fan)(fan)圍、傾斜影像(xiang)(xiang)(xiang)分辨(bian)(bian)率(lv)變化范(fan)(fan)圍、相(xiang)鄰曝光點影像(xiang)(xiang)(xiang)重疊度、集成系(xi)統空間(jian)尺(chi)寸乃至(zhi)后(hou)續數據處理算(suan)法都會產生影響,因此確定相(xiang)機間(jian)排(pai)布(bu)模式(shi)是首要解決(jue)的問題之(zhi)一(yi)。針(zhen)對(dui)多種(zhong)排(pai)布(bu)可(ke)能,通過對(dui)地物(wu)覆蓋范(fan)(fan)圍、傾斜影像(xiang)(xiang)(xiang)分辨(bian)(bian)率(lv)等(deng)因素進行計算(suan)與仿真,確定較優的排(pai)布(bu)模式(shi)為下視(shi)(shi)(shi)(shi)影像(xiang)(xiang)(xiang)長(chang)邊(bian)跨航線、前視(shi)(shi)(shi)(shi)、后(hou)視(shi)(shi)(shi)(shi)影像(xiang)(xiang)(xiang)長(chang)邊(bian)跨航線、左(zuo)視(shi)(shi)(shi)(shi)、右視(shi)(shi)(shi)(shi)影像(xiang)(xiang)(xiang)短邊(bian)跨航線。5相(xiang)機觀測視(shi)(shi)(shi)(shi)野如(ru)圖1所示。
相(xiang)機傾(qing)角(jiao)(jiao)指傾(qing)斜放(fang)置相(xiang)機主光軸與垂直放(fang)置相(xiang)機主光軸在(zai)它們所確(que)定的平面(mian)內所形成(cheng)的夾角(jiao)(jiao)。根據經驗(yan)及模(mo)擬測試,當傾(qing)角(jiao)(jiao)在(zai)40°~50°之(zhi)間時,所獲(huo)得(de)的影(ying)像更接近(jin)人眼對立面(mian)紋(wen)理信息的真實視覺體驗(yan),此(ci)范圍角(jiao)(jiao)度一般為攝影(ying)測量大傾(qing)角(jiao)(jiao)范圍。
2 相機安裝傾角(jiao)、視場角(jiao)與分辨(bian)率的(de)關系
垂直和傾斜(xie)影(ying)像(xiang)的(de)(de)地面分(fen)(fen)辨率是傾斜(xie)航(hang)攝儀(yi)最為直觀與重(zhong)要(yao)的(de)(de)參數之一,也是直接決定后(hou)續三維(wei)建模(mo)質量的(de)(de)關鍵因(yin)素。傾斜(xie)影(ying)像(xiang)自動空三時(shi),為了保(bao)證(zheng)量測點的(de)(de)精度,應盡(jin)量保(bao)證(zheng)不同影(ying)像(xiang)的(de)(de)分(fen)(fen)辨率一致,從而(er)側視影(ying)像(xiang)需(xu)要(yao)裁掉(diao)遠端和近(jin)端分(fen)(fen)辨率差(cha)異過(guo)大(da)的(de)(de)部分(fen)(fen),但同時(shi)為了保(bao)證(zheng)影(ying)像(xiang)的(de)(de)重(zhong)疊度,航(hang)線設計時(shi)需(xu)要(yao)顧及側視影(ying)像(xiang)的(de)(de)分(fen)(fen)辨率。因(yin)此需(xu)對垂直與傾斜(xie)視角(jiao)的(de)(de)影(ying)像(xiang)分(fen)(fen)辨率進(jin)行(xing)組(zu)合分(fen)(fen)析。
根據垂直(zhi)影像GSD計(ji)算公式
結合傾(qing)斜(xie)(xie)相(xiang)機(ji)主光軸(zhou)旋轉角度,由(you)圖2可以(yi)得出傾(qing)斜(xie)(xie)影像中心(xin)點(dian)(dian)(dian)、近(jin)地點(dian)(dian)(dian)與(yu)遠地點(dian)(dian)(dian)的大致分辨率(lv)。設(she)傾(qing)斜(xie)(xie)影像中心(xin)點(dian)(dian)(dian)、近(jin)點(dian)(dian)(dian)和(he)遠點(dian)(dian)(dian)分辨率(lv)分別(bie)為(wei)GSDmid、GSDtop、GSDbotton,計算公式如下(xia)
式(shi)中(zhong),δ為(wei)CCD單像元(yuan)大(da)小;h為(wei)飛行(xing)高度;f為(wei)相機(ji)焦距;αy為(wei)傾(qing)角;βy=arctan (b/f) 為(wei)視場角的一(yi)半。傾(qing)斜影(ying)像的幾(ji)何關系(xi)如(ru)圖(tu)2所示(shi)。
以(yi)SWDC-5相(xiang)機為例,當傾(qing)角(jiao)為45°,視(shi)場(chang)角(jiao)為40°,βy=20°,f下視(shi)=50 mm,f側(ce)視(shi)=80 mm時(shi),按照下視(shi)相(xiang)機進(jin)行(xing)設計,當GSD=0.08 m時(shi),H=666 m。
則(ze)側視(shi)相機的分辨(bian)率(lv)概算(suan)為
由此可(ke)見(jian),除飛行高度、焦距(ju)、像(xiang)(xiang)素大小之外(wai),傾(qing)角(jiao)(jiao)也(ye)(ye)是影(ying)響傾(qing)斜影(ying)像(xiang)(xiang)GSD的一(yi)個(ge)重要(yao)因素。傾(qing)角(jiao)(jiao)越小,其遠點的分(fen)辨率(lv)(lv)越高,近點、遠點GSD差異也(ye)(ye)就越小,GSD指(zhi)標的控制也(ye)(ye)是影(ying)響傾(qing)角(jiao)(jiao)設計的一(yi)個(ge)關鍵因素。通(tong)常,獲取(qu)的傾(qing)斜影(ying)像(xiang)(xiang)與垂直(zhi)(zhi)影(ying)像(xiang)(xiang)中心(xin)點地面分(fen)辨率(lv)(lv)應相(xiang)當(dang),傾(qing)斜影(ying)像(xiang)(xiang)的最小分(fen)辨率(lv)(lv)不宜超過垂直(zhi)(zhi)影(ying)像(xiang)(xiang)分(fen)辨率(lv)(lv)的3倍。
3 傾(qing)斜航攝(she)相機的選擇
相(xiang)機選(xuan)擇是影像(xiang)獲取(qu)的(de)關鍵因素之一,決定了(le)所獲取(qu)影像(xiang)質量的(de)好壞(huai) (如影像(xiang)分辨率、成(cheng)像(xiang)的(de)幾何精(jing)度(du)等) 和攝(she)影交會角(jiao)的(de)大小 (與相(xiang)機視(shi)場角(jiao)和攝(she)影方式(shi)有(you)關),將直接影響最終的(de)量測精(jing)度(du)。
如何搭配下視相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)與傾斜(xie)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)的(de)焦(jiao)(jiao)距(ju)(ju),是影像(xiang)獲取的(de)另(ling)一個關鍵因素。目前,通常(chang)可選(xuan)(xuan)(xuan)用的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)焦(jiao)(jiao)距(ju)(ju)在(zai)50~120 mm之間(jian)。焦(jiao)(jiao)距(ju)(ju)較長的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji),視場角(jiao)小,可以(yi)獲取更多的(de)影像(xiang)紋理;焦(jiao)(jiao)距(ju)(ju)較短的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji),視場角(jiao)大,影像(xiang)變(bian)形也越厲害。選(xuan)(xuan)(xuan)擇組(zu)合(he)相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)焦(jiao)(jiao)距(ju)(ju)時,需要(yao)整體(ti)考慮下視相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)焦(jiao)(jiao)距(ju)(ju)和側視相(xiang)(xiang)(xiang)機(ji)焦(jiao)(jiao)距(ju)(ju)的(de)組(zu)合(he)選(xuan)(xuan)(xuan)擇。
一般(ban)情(qing)況下(xia),選(xuan)擇下(xia)視相(xiang)機的(de)GSD應(ying)與側視相(xiang)機的(de)GSDmid相(xiang)當
式中,α為傾(qing)角(jiao)(jiao)。當(dang)傾(qing)角(jiao)(jiao)設置為45°時,一(yi)般(ban)情況下(xia)側視(shi)相(xiang)(xiang)機的(de)焦(jiao)距宜為下(xia)視(shi)相(xiang)(xiang)機焦(jiao)距的(de)1.4倍。因此,傾(qing)斜攝影時一(yi)般(ban)選(xuan)用側視(shi)相(xiang)(xiang)機的(de)焦(jiao)距比下(xia)視(shi)相(xiang)(xiang)機的(de)焦(jiao)距要長。
4 平臺(tai)檢校
平臺(tai)檢校的(de)(de)過程是解算(suan)多視相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)關(guan)系的(de)(de)過程,是獲取側(ce)(ce)視相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)于下視相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機攝(she)影(ying)中心(xin)的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)位(wei)置(zhi)關(guan)系。由于現有空三軟件處理大傾角(jiao)影(ying)像(xiang)比較困(kun)難,實際作業時可(ke)預(yu)先解算(suan)下視相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機的(de)(de)外方位(wei)元素,通(tong)過獲知側(ce)(ce)視相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機與下視相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)關(guan)系,從而推算(suan)側(ce)(ce)視相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)機影(ying)像(xiang)的(de)(de)外方位(wei)元素。
以5鏡頭傾(qing)斜航攝儀為例,利用(yong)光束法(fa)區域網空中三角測量的原(yuan)理(li),從影像(xiang)所覆蓋范(fan)圍內若干控(kong)制點的已(yi)知地面坐標(biao)和(he)相應(ying)點的像(xiang)點坐標(biao)出發(fa),根據共線方程解求4個側視相機相對(dui)于下視相機的位(wei)置和(he)姿態(tai)參數(shu)。
5 傾(qing)斜影像有效像幅(fu)
傾(qing)斜影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)由于其大傾(qing)角特(te)性,導致影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)邊緣的分辨(bian)率較低,地物變形較大,不滿足使用要求,因此(ci)在實際處理過程中將(jiang)會對其進行裁減,裁減后(hou)可用的像(xiang)(xiang)幅(fu)(fu)(fu)稱為(wei)傾(qing)斜影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)有(you)(you)(you)效像(xiang)(xiang)幅(fu)(fu)(fu),有(you)(you)(you)效像(xiang)(xiang)幅(fu)(fu)(fu)界定標準為(wei)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)內GSD達(da)到指(zhi)標要求的影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)范圍,并(bing)且在滿足航線設(she)計要求下所有(you)(you)(you)傾(qing)斜影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)的有(you)(you)(you)效像(xiang)(xiang)幅(fu)(fu)(fu)聯合(he)起來能(neng)覆蓋到整個測區。有(you)(you)(you)效像(xiang)(xiang)幅(fu)(fu)(fu)占傾(qing)斜影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)原始像(xiang)(xiang)幅(fu)(fu)(fu)的比例(li)越(yue)大則相機參(can)數(shu)的設(she)計越(yue)合(he)理。
傾斜航(hang)空(kong)攝影技術設計
傾(qing)斜航(hang)(hang)(hang)空攝(she)影(ying)技術(shu)設計(ji)在(zai)地(di)面分(fen)辨率選(xuan)擇(ze)、航(hang)(hang)(hang)高計(ji)算等方面沿用了框幅式數碼(ma)相機(ji)航(hang)(hang)(hang)空攝(she)影(ying)的設計(ji)思(si)路和內(nei)容(rong);在(zai)航(hang)(hang)(hang)攝(she)時間(jian)選(xuan)擇(ze)、航(hang)(hang)(hang)攝(she)分(fen)區(qu)劃分(fen)、影(ying)像重疊度與航(hang)(hang)(hang)線敷設設計(ji)、分(fen)區(qu)覆蓋等方面,傾(qing)斜航(hang)(hang)(hang)空攝(she)影(ying)與框幅式數碼(ma)航(hang)(hang)(hang)空攝(she)影(ying)存在(zai)差異。
1 航(hang)攝時間(jian)選(xuan)擇設計
傾斜航空攝影(ying)的(de)(de)對象通常是高(gao)層建筑密(mi)集的(de)(de)城市地區(qu)和(he)高(gao)差較大(da)(da)的(de)(de)陡峭(qiao)山區(qu),因此(ci)航空攝影(ying)時需要特(te)別(bie)注(zhu)意太陽高(gao)度(du)角及出現陰(yin)影(ying),陰(yin)影(ying)太大(da)(da)會直接影(ying)響影(ying)像處理的(de)(de)效果(guo)。太陽高(gao)度(du)角推算攝區(qu)的(de)(de)攝影(ying)時間(jian)參考(kao)公式(shi)為(wei)
式中,tθ為(wei)(wei)太陽(yang)時角(jiao),單(dan)位(wei)為(wei)(wei) (°);hθ為(wei)(wei)太陽(yang)高(gao)度(du)角(jiao),單(dan)位(wei)為(wei)(wei) (°);δθ為(wei)(wei)攝影日期的(de)太陽(yang)赤緯(wei),單(dan)位(wei)為(wei)(wei) (°);φ為(wei)(wei)攝區的(de)平均(jun)地理緯(wei)度(du),單(dan)位(wei)為(wei)(wei) (°);Tφ為(wei)(wei)攝區地方時,單(dan)位(wei)為(wei)(wei)時。
為便于后期影像判讀與(yu)處(chu)理,建議高差特大的(de)陡(dou)峭(qiao)山區或高層建筑物(wu)密集的(de)大城市要(yao)求在正(zheng)午前后1 h內(nei)進行航空攝影,陰影倍數不大于1倍。
2 地面分(fen)辨率(lv)與航攝分(fen)區設計
傾斜航空攝(she)影(ying)為(wei)了體現真實紋(wen)理(li)的三維實景影(ying)像,多選擇建(jian)城(cheng)區(qu)(qu)(qu)(qu)或(huo)有較大高(gao)差的區(qu)(qu)(qu)(qu)域作為(wei)攝(she)區(qu)(qu)(qu)(qu),具(ju)有航攝(she)面積小、影(ying)像分辨(bian)率高(gao)的突出特點。一般情況下優于0.2 m,最高(gao)甚至可達0.03 m。在(zai)地面分辨(bian)率選擇、航高(gao)選擇與劃分航攝(she)分區(qu)(qu)(qu)(qu)時,應當重點注意以(yi)下幾點:
(1) 利用下視影(ying)(ying)像進(jin)行標準測(ce)繪(hui)產品生產時,地面分(fen)辨率(lv)選(xuan)擇需要(yao)嚴格遵循框(kuang)幅式數字航空攝(she)影(ying)(ying)規范(fan)的(de)要(yao)求(qiu),1:500比(bi)例(li)尺不超過(guo)8 cm,1:1000比(bi)例(li)尺在8~10 cm之間(jian),1:2000比(bi)例(li)尺在15~20 cm之間(jian);航攝(she)時需要(yao)顧(gu)及地表高(gao)差影(ying)(ying)響,高(gao)差 (包(bao)含建(jian)筑(zhu)物) 大于1/4相對航高(gao)時,建(jian)議分(fen)區(qu)進(jin)行航攝(she)。如能確保航線在直線性(xing)的(de)情況(kuang)下,分(fen)區(qu)的(de)跨度應(ying)盡(jin)量劃(hua)大。
(2) 僅生產實景(jing)三維(wei)影(ying)像數據(ju)時,可根據(ju)三維(wei)影(ying)像的(de)目視效果合(he)理設(she)置地面分(fen)辨(bian)率。由于高(gao)差影(ying)響,攝(she)(she)區內最高(gao)點(dian)(dian)和最低點(dian)(dian)的(de)分(fen)辨(bian)率、重疊度(du)有(you)較大變化。根據(ju)經驗(yan),在(zai)滿足最高(gao)點(dian)(dian)重疊度(du)的(de)前(qian)提下,最高(gao)點(dian)(dian)、最低點(dian)(dian)與基準面分(fen)辨(bian)率不超過1.5倍(bei)為宜。如果超過1.5倍(bei),建議(yi)分(fen)區進行(xing)航攝(she)(she)。
3 影像重疊(die)度(du)與航線敷設(she)(she)設(she)(she)計(ji)
在建(jian)筑(zhu)物密集(ji)的(de)(de)(de)城市地區(qu)傾斜(xie)攝(she)影獲取(qu)(qu)的(de)(de)(de)影像存在嚴重(zhong)的(de)(de)(de)地物遮擋現象,為了獲取(qu)(qu)全方(fang)位無信息盲點的(de)(de)(de)傾斜(xie)影像,同(tong)(tong)(tong)時也為了多(duo)視(shi)影像的(de)(de)(de)整(zheng)體平差(cha)效果,應采取(qu)(qu)大(da)重(zhong)疊(die)(die)的(de)(de)(de)影像獲取(qu)(qu)方(fang)式(shi)。影像重(zhong)疊(die)(die)度(du)以(yi)下(xia)視(shi)相機為基礎,與垂直(zhi)攝(she)影重(zhong)疊(die)(die)度(du)設計不同(tong)(tong)(tong),傾斜(xie)航攝(she)下(xia)視(shi)相機的(de)(de)(de)航向(xiang)重(zhong)疊(die)(die)度(du)一(yi)般不小(xiao)于70%,也不宜過大(da),以(yi)80%以(yi)內為宜;旁向(xiang)重(zhong)疊(die)(die)度(du)建(jian)議在50%~80%之間,可與航向(xiang)重(zhong)疊(die)(die)度(du)相同(tong)(tong)(tong)。
4 分區覆蓋(gai)設(she)計(ji)
根(gen)據側視(shi)(shi)相機傾斜角(jiao)(jiao)度和視(shi)(shi)場角(jiao)(jiao)的關系,航向和旁向覆蓋超區(qu)分區(qu)邊界線理論值計算公式為
式中,P為航向或(huo)旁(pang)向重疊度;θ為傾角;β為視場角。
在實(shi)際飛(fei)行中(zhong),由于大(da)氣(qi)等(deng)各因素的(de)影響,航向或旁向覆蓋(gai)超出邊界線(xian)的(de)實(shi)際值(zhi)一般(ban)按照基(ji)線(xian)數=理論值(zhi)+2、航線(xian)數=理論值(zhi)+1進行計算。
當傾(qing)斜角為(wei)45°,視場角為(wei)40°、52°,航(hang)(hang)向和旁向重疊度(du)均設計為(wei)70%時,超(chao)(chao)區(qu)分區(qu)邊界線的理論(lun)值(zhi)計算(suan)為(wei)5和4,即航(hang)(hang)攝(she)時航(hang)(hang)帶內超(chao)(chao)出(chu)7條(tiao)基線,攝(she)區(qu)范圍(wei)外側需(xu)要超(chao)(chao)出(chu)5條(tiao)航(hang)(hang)線。
5 檢校(xiao)場航攝設(she)計
在IMU/DGPS輔助航空攝影(ying)(ying)測量時,需(xu)要借助飛行檢校(xiao)場的(de)方法實(shi)現慣性坐標系(xi)下的(de)直接測量數據 (位置數據X、Y、Z和姿態數據pitch、roll、yaw) 到攝影(ying)(ying)測量坐標系(xi)下的(de)精(jing)確外方位元(yuan)素位置數據 (X′,Y′,Z′) 和姿態數據 (φ,ω,κ) 的(de)轉(zhuan)換,以獲得高精(jing)度的(de)像片(pian)外方位元(yuan)素,從而實(shi)現無或極少地面控制的(de)航片(pian)定(ding)向(xiang)和測圖(tu)。
檢校場區域選(xuan)擇應考慮以下(xia)因素(su):一是(shi)地勢盡(jin)(jin)(jin)量(liang)平坦(tan);二是(shi)盡(jin)(jin)(jin)量(liang)避(bi)開水(shui)域范圍;三是(shi)盡(jin)(jin)(jin)量(liang)避(bi)免(mian)(mian)大面積(ji)植(zhi)被(bei)覆蓋;四(si)是(shi)盡(jin)(jin)(jin)量(liang)避(bi)免(mian)(mian)有(you)特(te)大密集型建筑群。
以RCD30傾斜數碼(ma)航(hang)攝儀為例(li),航(hang)線(xian)敷設(she)(she)時(shi),可采取井(jing)字形飛(fei)行方案。每(mei)條航(hang)線(xian)均(jun)十字交叉來回飛(fei)行1次(ci),共計8條航(hang)線(xian)。設(she)(she)計航(hang)高可與分區作業(ye)高度相同,可設(she)(she)置航(hang)向和旁向重疊80%以上。傾斜航(hang)空攝影平臺檢校飛(fei)行示(shi)意圖(tu)如圖(tu)3所示(shi)。
此外,采用其他(ta)傾斜航(hang)(hang)攝儀執行時,若攝區(qu)航(hang)(hang)向(xiang)和旁向(xiang)重疊均(jun)不小于80%,可挑(tiao)選2~3條正常航(hang)(hang)線(xian)的航(hang)(hang)片作為(wei)檢校(xiao)場飛行航(hang)(hang)線(xian)。
傾(qing)斜航空影像成果質量檢查要求
1 影像重(zhong)疊(die)度檢查(cha)
由(you)于(yu)傾斜(xie)航(hang)(hang)(hang)空(kong)(kong)影(ying)(ying)(ying)像(xiang)(xiang)采取多視(shi)匹(pi)配的算法進(jin)行(xing)空(kong)(kong)三加密處理,要求影(ying)(ying)(ying)像(xiang)(xiang)重(zhong)疊(die)度(du)(du)大(da)才(cai)能(neng)匹(pi)配更多的同名點(dian)。一(yi)(yi)般(ban)情況下,傾斜(xie)攝影(ying)(ying)(ying)時下視(shi)相機的影(ying)(ying)(ying)像(xiang)(xiang)設計航(hang)(hang)(hang)向重(zhong)疊(die)度(du)(du)應不(bu)小(xiao)于(yu)70%,但航(hang)(hang)(hang)向重(zhong)疊(die)度(du)(du)也不(bu)宜過(guo)大(da),如果重(zhong)疊(die)過(guo)大(da),一(yi)(yi)方面(mian)會(hui)造成攝影(ying)(ying)(ying)基(ji)線(xian)變得更短,不(bu)僅影(ying)(ying)(ying)響測圖(tu)精度(du)(du)也會(hui)降低效率,另一(yi)(yi)方面(mian)基(ji)線(xian)變短會(hui)增加影(ying)(ying)(ying)像(xiang)(xiang)旋偏角超限(xian)的可能(neng),一(yi)(yi)般(ban)在70%~80%之間為(wei)宜;下視(shi)影(ying)(ying)(ying)像(xiang)(xiang)旁向重(zhong)疊(die)度(du)(du)一(yi)(yi)般(ban)應設計為(wei)50%~80%,最低不(bu)低于(yu)30%;側(ce)視(shi)影(ying)(ying)(ying)像(xiang)(xiang)航(hang)(hang)(hang)向重(zhong)疊(die)度(du)(du)不(bu)低于(yu)53%。
2 影像傾斜角檢查(cha)
依據機(ji)載POS數據檢查下視相機(ji)的(de)傾(qing)斜(xie)角(jiao)度(du)。由于下視相機(ji)是垂直攝(she)影(ying),影(ying)像(xiang)傾(qing)斜(xie)角(jiao)按照現有(you)大比(bi)例(li)尺航空攝(she)影(ying)規(gui)范執行(xing),即一般不大于2°,若下視影(ying)像(xiang)需(xu)進行(xing)測圖處理時最(zui)大不應超過4°。
3 影像旋偏角檢(jian)查
傾斜航空影像由(you)于重疊度大(da),基線短,飛機(ji)姿態稍有變(bian)化即可能(neng)導致旋(xuan)(xuan)偏(pian)角(jiao)超限。按照成圖(tu)要求,下(xia)視相(xiang)機(ji)的(de)像片旋(xuan)(xuan)偏(pian)角(jiao)一般(ban)不大(da)于25°。根據作業經(jing)驗,在只(zhi)建模不測(ce)圖(tu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia),旋(xuan)(xuan)偏(pian)角(jiao)不大(da)于35°或(huo)抽片后旋(xuan)(xuan)偏(pian)角(jiao)最大(da)不大(da)于25°即可,但(dan)需確保(bao)像片航向和旁(pang)向重疊度滿足要求。
4 攝區(qu)、分(fen)區(qu)覆蓋保(bao)證檢查
傾(qing)斜(xie)攝影為了保(bao)證(zheng)攝區外(wai)(wai)側也(ye)能獲取影像,攝區邊界(jie)覆蓋(gai)較垂(chui)直攝影大(da)。按照2.4節公(gong)式計算分區覆蓋(gai)超出邊界(jie)線(xian)(xian)的基線(xian)(xian)數和(he)(he)航(hang)線(xian)(xian)數的理論值(zhi)與(yu)實際值(zhi)。實際航(hang)攝過(guo)程(cheng)中(zhong),一般可在航(hang)線(xian)(xian)旁(pang)向(xiang)方向(xiang)測(ce)區邊界(jie)范(fan)圍外(wai)(wai)增加4~5條航(hang)線(xian)(xian),以保(bao)證(zheng)左視(shi)和(he)(he)右(you)視(shi)鏡頭影像均(jun)覆蓋(gai)全測(ce)區范(fan)圍;在航(hang)線(xian)(xian)航(hang)向(xiang)方向(xiang)測(ce)區邊界(jie)范(fan)圍外(wai)(wai),每條航(hang)線(xian)(xian)延長1.5 km以上(shang),以保(bao)證(zheng)前視(shi)和(he)(he)后(hou)視(shi)鏡頭影像均(jun)能覆蓋(gai)全測(ce)區范(fan)圍。
5 航(hang)(hang)線彎曲度與航(hang)(hang)高保持檢查
攝(she)(she)區(qu)(qu)航(hang)線(xian)(xian)(xian)彎曲度可(ke)依照框幅式(shi)數字航(hang)空攝(she)(she)影規范執行(xing),航(hang)線(xian)(xian)(xian)彎曲度一般(ban)(ban)不大(da)(da)于(yu)(yu)1%,當航(hang)線(xian)(xian)(xian)長(chang)度小于(yu)(yu)5000 m時,航(hang)線(xian)(xian)(xian)彎曲度最(zui)(zui)大(da)(da)不大(da)(da)于(yu)(yu)3%。由于(yu)(yu)傾斜航(hang)空攝(she)(she)影的航(hang)高(gao)(gao)一般(ban)(ban)小于(yu)(yu)1000 m,因此在航(hang)高(gao)(gao)保持(chi)方面要求同一航(hang)線(xian)(xian)(xian)上相(xiang)鄰像(xiang)片的航(hang)高(gao)(gao)差(cha)不大(da)(da)于(yu)(yu)30 m,最(zui)(zui)大(da)(da)航(hang)高(gao)(gao)與最(zui)(zui)小航(hang)高(gao)(gao)之差(cha)不大(da)(da)于(yu)(yu)50 m,分區(qu)(qu)內實際航(hang)高(gao)(gao)與設(she)計航(hang)高(gao)(gao)之差(cha)不大(da)(da)于(yu)(yu)50 m。
6 影像質量檢查(cha)
影像(xiang)質(zhi)量(liang)檢(jian)查(cha)與傳統垂(chui)直攝(she)影的(de)要求一致,除云(yun)、云(yun)影、煙、霧、反光等檢(jian)查(cha)項外(wai),還需檢(jian)查(cha)影像(xiang)像(xiang)點(dian)位移,確保在曝(pu)光瞬間(jian)造成的(de)像(xiang)點(dian)位移不大于1個像(xiang)素。
傾斜(xie)航空影像的數據整理
傾斜(xie)航(hang)空影像(xiang)的(de)數(shu)(shu)據整理(li)與《數(shu)(shu)字(zi)航(hang)空攝影規(gui)范第1部分:框(kuang)幅式數(shu)(shu)字(zi)航(hang)空攝影》中7.1中關(guan)于文(wen)檔資料整理(li)的(de)要求有所不同,傾斜(xie)攝影有多個(ge)相機,因此在(zai)(zai)相機相對位置關(guan)系、像(xiang)片數(shu)(shu)據編號、文(wen)件存儲(chu)及激光打印輸出等部分存在(zai)(zai)差異。
1 相機相對關(guan)系(xi)說明
針對(dui)(dui)多鏡頭傾斜(xie)航(hang)空攝影(ying),提交資(zi)料時需增(zeng)加相(xiang)(xiang)機相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)關系(xi)的說明文件(jian)。以5鏡頭為例,表示(shi)了傾斜(xie)數字航(hang)攝儀(yi)各(ge)子相(xiang)(xiang)機的相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)位置關系(xi),同時影(ying)像上方(fang)采用箭頭標明與飛(fei)行(xing)方(fang)向的關系(xi)。相(xiang)(xiang)機相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)關系(xi)說明如圖4所(suo)示(shi)。
2 數據命(ming)名
下視影(ying)像可按照(zhao)國(guo)家基(ji)礎航(hang)空攝影(ying)資(zi)料整(zheng)理(li)的(de)規則命名。側視影(ying)像命名時需(xu)參(can)照(zhao)飛行(xing)方(fang)向(xiang),將4鏡頭分(fen)別命名為國(guo)家基(ji)礎航(hang)空攝影(ying)資(zi)料整(zheng)理(li)12位+1位,最后一位定義相機(ji)相對于垂(chui)直相機(ji)的(de)位置(zhi),如沿飛行(xing)方(fang)向(xiang),下視相機(ji)前的(de)影(ying)像的(de)最后一位編號(hao)為F (front),下視相機(ji)后、左、右側的(de)影(ying)像的(de)最后一位編號(hao)分(fen)別為B (back)、L (left) 和R (right)。傾斜影(ying)像命名如圖5所示(shi)。
(1) 一(yi)般以飛行(xing)方向為編號的增(zeng)長方向。
(2) 同一航(hang)線內的影像編號不允許重復。
(3) 由于傾斜攝影(ying)面積(ji)較小,單(dan)條航線長度一(yi)般(ban)不長,像片數(shu)一(yi)般(ban)不會(hui)超過(guo)1000張,因此影(ying)像編號(hao)采用流(liu)水號(hao)3位數(shu)字,當(dang)有(you)補飛航線時(shi),補飛航線的(de)影(ying)像流(liu)水號(hao)在原流(liu)水號(hao)基礎上加(jia)500。
3 文件(jian)存儲
5鏡頭(tou)獲(huo)取的影像分(fen)為5個文件夾分(fen)別存儲。每個文件夾命(ming)名時,在原有基礎上+字母(mu) (L (左)、R (右)、F (前(qian))、B (后))。
4 激光打印輸(shu)出
根據國(guo)家航空遙感(gan)影(ying)像獲取成(cheng)果資料整理(li)的(de)有(you)關(guan)要(yao)求(qiu),為了便于數據檢(jian)查和滿足歸檔需要(yao),下(xia)視影(ying)像需要(yao)激(ji)光打印輸出成(cheng)紙(zhi)質相片。與傳統垂直攝(she)影(ying)相比,傾斜攝(she)影(ying)由于分辨率高(gao)、重(zhong)疊度大,造成(cheng)相片數量(liang)驟增。如面(mian)積為100 km2的(de)攝(she)區,但下(xia)視相機的(de)影(ying)像數量(liang)就可能超(chao)過(guo)12000張。如此(ci)大量(liang)的(de)相片給(gei)檢(jian)查、歸檔造成(cheng)一定的(de)困難。
由(you)于傾斜航(hang)(hang)攝時旁向(xiang)重疊度設計較大(da)(da),隔(ge)航(hang)(hang)線的(de)重疊度也(ye)至少大(da)(da)于20%。因此,在(zai)下(xia)視(shi)相(xiang)片激光打(da)印(yin)輸(shu)出時可采取隔(ge)航(hang)(hang)線輸(shu)出的(de)方式(shi),即抽(chou)航(hang)(hang)線進行打(da)印(yin)輸(shu)出,但不(bu)建議(yi)航(hang)(hang)線內抽(chou)片輸(shu)出。
結 語
通(tong)過理論分(fen)析,結(jie)合實(shi)際作業(ye)經驗,可以得出以下結(jie)論:
(1) 建議在情(qing)況允許時,側(ce)視(shi)(shi)相(xiang)機選用焦距較長的(de)相(xiang)機,減小視(shi)(shi)場角(jiao),以獲取更多(duo)的(de)影像(xiang)紋理(li)。
(2) 與垂直攝(she)影(ying)(ying)相比(bi),傾斜航空(kong)攝(she)影(ying)(ying)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)重(zhong)疊度(du)可適(shi)當(dang)放(fang)寬(kuan)要求,如規定重(zhong)疊度(du)要求在(zai)70%~75%之間,但(dan)最小不小于53%,能夠保證下視(shi)影(ying)(ying)像(xiang)(xiang)進行空(kong)三即可。
(3) 由于傾斜攝影(ying)基線短,飛機姿態不穩定,易造成旋(xuan)偏角超(chao)限,在(zai)檢(jian)查傾斜影(ying)像旋(xuan)偏角時(shi)可(ke)適當放(fang)寬要求(qiu)。根據有關試驗結果,在(zai)僅(jin)生產實景三維影(ying)像不測圖時(shi),可(ke)放(fang)寬至(zhi)35°或抽片后(hou)達(da)到垂直航空(kong)攝影(ying)質檢(jian)要求(qiu)即可(ke)。
(4) 經過實(shi)際生產(chan)建(jian)模(mo)試(shi)驗得知,傾斜攝影時(shi)(shi),下視影像只要(yao)不出(chu)現相對漏洞,滿足正常空三加(jia)(jia)密(mi)要(yao)求(qiu),側視影像只要(yao)沒有飛行漏洞,能(neng)夠提取影像紋(wen)理(li),都可以呈現立體(ti)景(jing)觀模(mo)型和實(shi)地的(de)3D影像圖。但(dan)如(ru)果要(yao)求(qiu)成果精度高,則建(jian)議分辨率、重疊度、旋偏角等(deng)核心技術指標(biao)要(yao)保守設(she)計,飛行時(shi)(shi)需更(geng)加(jia)(jia)嚴格地執行規范要(yao)求(qiu)。
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