第四章 實驗成果與分析
第四節 實驗成果
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圖 29 連結線配置於物空間不共線示意圖
第四節 實驗成果
實驗用車載側拍影像單相機影像前後兩張重疊率約 60%，相鄰攝影站 的雙相機側拍影像重疊率約80%，兩相機光軸水平夾角約 100 度，控制點 於測區兩端各佈設一組共四個控制點，檢核點均勻分布於測區中，以下分 述政大測區和新竹測區的實驗資料。
新竹測區(約 90 m)的單相機車載側拍影像張數為 14 張，雙相機車載側 拍影像張數為27 張，控制點和檢核點分布如圖 30 所示，於測區兩端各佈 設一組共四個控制點，如圖中紅色三角點所示，其餘藍點為檢核點，共28 個。
圖 30 新竹測區控制點和檢核點佈設示意圖
政大測區分為三個長度，控制點和檢核點分布分別如圖 31、圖 32、
圖 33 所示，同樣於測區兩端各佈設一組控制點，共四個控制點，控制點 如紅色三角點，其餘藍點為檢核點。
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政大最短測區(約 90m)的單相機車載側拍影像張數為 15 張，雙相機車 載側拍影像為28 張，共 18 個檢核點；次短測區(約 170m)的單相機車載側 拍影像張數為26 張，雙相機車載側拍影像為 51 張，共 29 個檢核點；最長 測區(約 295m)的單相機車載側拍張數為 42 張，雙相機車載側拍影像為 81 張，共42 個檢核點。
圖 31 政大最短測區(約 90m)控制點和檢核點示意圖
圖 32 政大次短測區(約 170m)控制點和檢核點示意圖
圖 33 政大最長測區(約 295m)控制點和檢核點示意圖 一、 相機參數的檢核和率定
1. 相機率定參數和輻射畸變差k1值檢查
原廠RIEGL 公司率定相機 camera2 和 camera4 成果如表 2，本研 究所使用的相機其像主距較小，照推論像主距較小有桶形失真的 情形，k1值理應為負，然RIEGL 公司率定輻射畸變差k1值為正，
和預期有桶形失真不符，其原因不詳，且相機率定時間為 2012
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Principal Distance像主距 c (pixel)
1449.793 1442.379
Principal Point Offsets 像主點位移xp (pixel)
1227.504 1260.489
Principal Point Offsets 像主點yp (pixel)
1023.535 1015.2804
Radial Distortion 輻射畸變差
Pix4DMapper 軟體輸出相機 camera2 和 camera4 無畸變差影像分 別如圖 34 和圖 35， 圖 34 輸出相機 camera2 無畸變差影像邊緣 明顯變形，影像中直線特徵如電線桿可看出部分變為曲線形狀，
在圖 36 輸出相機 camera4 無畸變差影像邊緣變形更為明顯，特 別在建物的邊緣線變形幅度略大，更可推論不管是相機 camera2 或camera4 的相機參數率定成果皆不佳。
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圖 34 Pix4DMapper 軟體輸出相機 camera2 無畸變差影像(相機參數為原廠 率定)
圖 35 Pix4DMapper 軟體輸出相機 camera4 無畸變差影像(相機參數為原廠 率定)
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圖 36 Pix4DMapper 軟體相機 camera4 單張無畸變差影像(相機參數為原廠 率定)
(2) Photoscan 軟體輸出無畸變差影像
Photoscan 軟體輸出相機 camera2 和 camera4 無畸變差的影像分別 為圖 37 和圖 38，而單張無畸變差影像如圖 39，圖 37 中相機 camera2 無畸變差影像向左偏移，而圖 38 在影像邊緣中直線特徵 有明顯變形，如圖 39 影像中的招牌有明顯彎曲變形。
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圖 37 Photoscan 軟體輸出相機 camera2 無畸變差影像(相機參數為原廠率 定)
圖 38 Photoscan 軟體輸出相機 camera4 無畸變差影像(相機參數為原廠率 定)
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圖 39 Photoscan 軟體輸出相機 camera4 單張無畸變差影像(相機參數為原 廠率定)
綜上所述，從輻射畸變差k1值檢查以及無畸變差影像推論 RIEGL 公司提供相機參數不可靠，因此以率定場法重新率定相機參數。
1. 相機率定參數和輻射畸變差k1值檢查
以iWitness Pro 軟體全自動率定得 camera2 和 camera4 相機率定結 果 （ 見 表 3 ）， 影 像 量 測 精 度 (Estimated Accuracy of Image Measurement)建議界於 0.05 和 2 pixels 之間。本次率定結果 camera2 相機的影像量測精度為 0.07 pixels，而 camera4 相機的影 像量測精度為為0.06 pixels，符合建議的影像量測精度。
除 影 像 量 測 精 度 外 ， 也 檢 查 三 維 坐 標 精 度(Estimated Accuracy of 3D Point Coordinates)，三維坐標精度建議界於 1:500
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至 1:10000，較好的相機率定結果可達到更好的三維坐標精度，
本 次 率 定 結 果 camera2 相機的三維 坐 標精度 為 1:38500 ，而 camera4 相機的三維坐標精度為為 1:42400，符合建議的三維坐標 精度要求。
在率定場佈設十個點，在部分影像中有部份點受到遮蔽，因 此其中四個作為控制點、另外四個作為檢核點，控制點分布於率 定場的最外圍。使用全測站儀測量控制點以及檢核點的三維坐標，
接 著將全測站 儀測量控制點資料載 入 iWitness Pro 軟體，於 iWitness Pro 軟體計算出檢核點三維坐標，其和全測站儀測量的檢 核點坐標計算出檢核點的 RMSE，也就是外部檢核精度。相機 camera2 率定結果的檢核點 RMSE 在 X 方向、Y 方向、Z 方向分 別為 1.6mm、1.1mm、1.2mm，而 camera4 率定結果的檢核點 RMSE 在 X 方向、Y 方向、Z 方向分別為 2.9mm、1.7mm、1.0mm。
從相機camera2 和 camera4 的率定結果的檢核點 RMSE 認為精度 足以後續攝影測量作業。
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Principal Distance像主距 c （mm）
5.0169 5.0011
Principal Point Offsets 像主點位移xp （mm）
0.0106 0.1224
Principal Point Offsets 像主點yp （mm）
0.0041 0.0363
Radial Distortion 輻射畸變差
k1 -7.1709e-004 -5.4150e-004 k2 1.1608e-005 -5.6642e-006 k3 5.6538e-007 1.1370e-006 Decentering Distortion
離心畸變差
p1 -1.8043e-004 3.2123e-004 p2 -7.1709e-004 2.3960e-004
本研究採用像主距較小的相機，因此輻射畸變差有桶形失真的情 形，k1應為負值。iWitnessPRO 軟體率定輻射畸變差k1值為負值，
符合預期輻射畸變差有桶形失真，k1應為負值。
2. 無畸變差影像
(1)Pix4DMapper 軟體輸出無畸變差影像
Pix4DMapper 輸出相機 camera2 和 camera4 無畸變差影像分別如 圖 40 和圖 41，相機 camera2 無畸變差影像變形幅度變小，而單 張輸出相機 camera4 無畸變差影像(見圖 42)在邊緣處仍有些微變 形，但比前面相機參數為 Riegl 公司提供的無畸變差影像變形幅 度減少不少。
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圖 40 Pix4DMapper 軟體輸出相機 camera2 無畸變差影像(以 iWitnessPRO 軟體率定相機參數)
圖 41 Pix4DMapper 軟體輸出相機 camera4 無畸變差影像(以 iWitnessPRO 軟體率定相機參數)
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圖 42 Pix4DMapper 軟體輸出單張無畸變差影像(以 iWitnessPRO 軟體率定 相機參數)
(2)PhotoScan 軟體輸出無畸變差影像
Photoscan 軟體輸出相機 camera2 和 camera4 無畸變差的影像 分別如圖 43 和圖 44，其局部放大影像如圖 45。圖 43 和圖 44 可以看出影像邊緣明顯變形減少，而在圖 45 單張無畸變差影像 中的直線特徵如招牌的邊緣線有略為變形，但變形幅度很小。
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圖 43 Photoscan 軟體輸出相機 camera2 的無畸變差影像(以 iWitnessPRO 軟 體率定相機參數)
圖 44 Photoscan 軟體輸出相機 camera4 的無畸變差影像(以 iWitnessPRO 軟 體率定相機參數)
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圖 45 Photoscan 軟體輸出相機 camera4 單張無畸變差影像(以 iWitnessPRO 軟體率定相機參數)
本節使用輻射畸變差k1值和無畸變差影像整體檢查相機率定參數成果，
而檢驗後認為原廠率定的率定參數成果有問題，因此以率定場法率定相機 參數。
從輻射畸變差k1值和無畸變差影像檢查下，iWitnessPRO 軟體所率定 的相機參數皆比原廠率定的相機參數佳，此外，從 iWitnessPRO 軟體率定 成果的檢核點RMSE 推論 iWitnessPRO 軟體率定相機參數較可靠，因此以 iWitnessPRO 軟體率定結果作為後續影像定位定向的相機參數 ；但從 iWitnessPRO 軟體率定相機參數的無畸變差影像仍有些微變形，原因應是 相機拍攝時受到地物的遮蔽，使部分影像中未涵蓋率定場最上層的率定標，
導致本次率定場法的率定結果仍有部分透鏡畸變差未被率定出來。
二、 光達資料作為控制點的可行性評估
於政大最短測區(約 90m)，控制點來源為地面測量與控制點來源為光
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cm、9.9 cm、5.1cm；而單相機和雙相機成果之檢核點較差絕對值最小值 皆在1cm 以下；檢核點較差均值理應接近 0 代表無系統差存在，成果顯示 單相機和雙相機成果均不為 0 皆有系統差，特別是單相機成果系統差較大。雙相機車載側拍定位定向的結果可以降低系統差，檢核點較差均值在X 方
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表 8 新竹測區（約 90m）單和雙相機車載側拍影像檢核點較差絕對值之 最大值和最小值
檢核點 單相機車載側拍影像 雙相機車載側拍影像 X(m) Y(m) Z(m) X(m) Y(m) Z(m) 較差絕對值最大值 0.377 0.358 0.305 0.204 0.259 0.254 較差絕對值最小值 0.009 0.009 0.008 0.006 0.001 0.0002
較差平均值 -0.192 0.050 0.118 -0.066 0.088 0.130
單相機和雙相機車載側拍影像定位定向全部共 28 個檢核點 X 方向和 Y 方向較差分別圖示如圖 46、圖 47。由於新竹測區中，測量車行進方向 並非對應坐標軸的方向，因此較不易看出誤差方向跟軸向有關，但可看出 雙相機和單相機成果相比的各檢核點較差有變小的情形。
不管單相機成果檢核點的平面和高程較差(見圖 48)，或者是雙相機成 果檢核點的平面和高程較差(見圖 49) 在越接近測區中間，其較差值都有 較大情形。主要原因為控制點佈於測區兩端，測區中間無佈設控制點導致 控制能力較弱。而單相機和雙相機的高程較差方向都朝上，皆有模型變形 的情形。最後檢核點整體較差向量如圖 50 所示。
圖 46 新竹測區(約 90m)單相機 14 張車載側拍影像檢核點 X 方向和 Y 方 向較差向量(放大 10 倍)
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圖 47 新竹測區(約 90m)雙相機 27 張車載側拍影像檢核點 X 方向和 Y 方 向較差向量(放大 10 倍)
圖 48 新竹測區(約 90m)單相機車載側拍影像檢核點平面較差和高程較差 向量(放大 10 倍)
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圖 49 新竹測區(約 90m)雙相機車載側拍影像檢核點平面較差和高程較差 向量(放大 10 倍)
圖 50 新竹測區(約 90m)單相機和雙相機車載側拍影像檢核點整體較差向 量(放大 10 倍)
政大測區單相機和雙相機車載側拍影像定位定向於不同長度的結果如 表 9。於最短測區(約 90m)，檢核點個數 19 個情形下，單相機 15 張側拍 影像成果的平面精度和高程精度分別為18.9 cm 和 2.6 cm，雙相機 28 張側 拍影像成果的平面精度和高程精度分別為 12.2 cm 和 3.3 cm；於次短測區
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90m)，平面精度提升 6.7cm，提升幅度約 35%，高程精度無明顯差異；在 次短測區(約 170m)平面精度提升 31.2cm，提升幅度約 55%，高程精度亦無‧
向的結果可以降低系統差的幅度分別約0.6cm、7.2cm、0.3cm。表 11 政大最短測區(約 90m)單相機 15 張和雙車載 28 張側拍影像檢核點
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在最短測區(約 90m)，單相機和雙相機車載側拍影像定位定向檢核點 X 方向和 Y 方向較差如圖 51，檢核點 X 方向皆朝左有模型變形的情形，
測量車行進方向也就是Y 方向的較差值較大，多增加一台相機定位定向可 輔助Y 方向精度提升。
平面較差和高程較差向量放大 10 倍分別如圖 52、圖 53，越接近測
平面較差和高程較差向量放大 10 倍分別如圖 52、圖 53，越接近測